磁共振成像在神经系统衰老相关疾病研究中的价值

王笑男，李春媚，陈敏*

1.北京医院放射科 国家老年医学中心 中国医学科学院老年医学研究院，北京 100730；2.中国医学科学院北京协和医学院研究生院，北京 100730；*通信作者 陈敏 cjr.chenmin@vip.163.com

中国是世界上老年人口最多的国家，第七次全国人口普查显示：2020年我国60岁以上人群占总人口的18.7%，65岁人群占13.5%，对比第六次全国人口普查，65岁以上人口上升约5个百分点，因此我国已经进入快速老龄化阶段[1-2]。老年人群普遍存在认知及执行功能减退、自理能力受损和出现神经系统退行相关疾病等问题，给家庭、社会、经济带来巨大负担，对政治和文化产生重要影响。通过影像学方法对衰老相关疾病进行早期诊断及干预，从而降低老年疾病的患病率，提高患者的生存质量，具有重要意义和现实紧迫性。MRI可以从形态、功能、代谢、定量等多方面提供组织信息，具有多模态成像、无电离辐射、图像资料保存时间长、分析可重复性强等优势，对衰老相关疾病研究具有越来越重要的作用。

1 MRI在衰老相关疾病中的研究价值

MRI是最常用的中枢神经系统疾病影像学检查方法。认知功能减退、执行功能下降是脑老化的重要标志[3]，脑血管疾病的发生与衰老密切相关。近年来涌现的多种MR新技术，能提供脑灰白质微结构、铁沉积、脑代谢、脑血流量、血管形态等方面的信息，为探索衰老相关疾病的病理生理机制提供有力支持。

1.1 结构磁共振 结构磁共振可以评估各脑区皮层和皮层下体积改变。随着年龄增长，大脑的结构和功能会发生显著变化，40岁以后每增加10年，大脑体积将减少5%，而这种质量损失的速度往往在70岁以后不断上升[4]。T1WI可以显示解剖细节，提供良好的灰质和白质的对比，行体素分析可以细致测量全脑灰质、白质和脑脊液体积随年龄变化的时间、空间模式，我国人群全脑灰质体积随年龄呈线性下降，全脑白质体积随年龄呈二次方相关改变模式，脑脊液含量随年龄呈线性下降[5]。与年龄相关的神经退行性疾病，如阿尔茨海默病、帕金森病等，病变严重程度与脑容量下降有关，还与神经网络紊乱导致处理和整合信息缺失相关。单纯基于结构磁共振并不能准确诊断急性脑血管疾病，但可用于潜在结构损伤预测及慢性期功能恢复程度评估[6]。

1.2 扩散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI）DTI能够检测活体组织内水分子的随机运动，无创评估脑白质纤维的完整性。脑内部分结构的各向异性分数在50岁之后会随年龄增长而出现破坏[7]，年龄相关的纤维束各向异性分数减低主要发生在大脑额叶纤维，而枕部、颞部纤维的各向异性分数值则相对保留[8]，表明DTI可以定量测量脑内不同节段组织老化。DTI能够评估脑血管病患者皮质纤维束损害程度，预测预后功能，在临床上应用广泛[9]。近年来涌现出的扩散峰度成像、轴突定向扩散及密度成像和平均表观扩散加权成像是DTI在临床上的扩展，可以进一步从组织成分、纤维束方向等方面体现神经纤维结构的复杂程度，在一定程度上弥补了DTI的不足[10-12]。

1.3 动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL） ASL是一种无需外源性对比剂，利用自身血液中磁标记的动脉血中水质子为内源性示踪剂的磁共振灌注成像技术[13]。各脑区血流量虽然不一致但彼此协调，大脑强大的补偿机制维持着这种稳态，但随着年龄增长，血管损伤和淀粉样蛋白沉积，脑血流灌注的平衡逐渐受到影响甚至破坏[14]。神经退行性疾病患者会出现多个脑区或核团脑血流量异常，多与疾病代谢模式有关，且多为对称分布[15-17]。ASL也可用于脑血管病溶栓治疗后疗效评估[18]、老年慢性病大脑损害[19]等。然而，ASL在临床研究中尚存在一些局限性，如组织交界区灌注率低、不同标记后延迟时间结果变化、信噪比低等。

1.4 定量磁敏感图（quantitative susceptibility mapping，QSM） QSM是在磁敏感加权成像的基础上发展而来、可以定量测量铁质沉积的新技术，可以定量评估脑内局部结构的磁化率值，从而揭示脑内局部结构间脑铁聚集程度[20]。应用QSM技术发现脑内局部结构间的磁化率值不同，即脑内局部结构间脑铁聚集程度不同，部分结构内脑铁聚集与年龄具有潜在的相关性[21]。阿尔茨海默病患者多个脑区铁沉积增加且与临床症状相关，表明QSM可以用于神经退行性疾病的病情监测与预后评估，且阿尔茨海默病患者脑皮层深部低信号带与组织切片中淀粉样斑块的分布一致[22]。QSM在帕金森病方面研究较多，可用于研究深部灰质，尤其是黑质的铁含量，以及白质异常改变[23-24]。由于QSM受脑静脉、蛋白质等信号影响，很少用于脑血管病评估，且单纯基于QSM对衰老下相关疾病严重程度的评估尚不准确。

1.5 功能MRI 功能MRI通过检测不同脑区血液中脱氧血红蛋白与氧合血红蛋白变化引起的T2改变，实现对神经元功能的探索，是近年脑功能研究的热点。老年人脑老化存在较大的个体差异，存在脑损伤的老年人神经网络不同，任务难度增加时神经活动才会增加，这不仅与神经储备有关，也与神经补偿有关[25]。阿尔茨海默病及帕金森病患者在出现可视性异常结构前，即出现局部脑功能学的异常改变[26]。脑血管病患者出现多种功能障碍，功能MRI可用于分析局部脑区活动，反映神经元活动强度[27]。但由于功能MRI图像采集时间长、后处理复杂等，限制了其在临床上的广泛应用。

1.6 高分辨率管壁成像 高分辨率管壁成像可以无创性评价动脉斑块，在脑卒中等衰老相关的血管源性脑损伤评估中应用广泛。脑卒中患者基于高分辨率管壁成像测量基底动脉支架后血管阴性重构，认为与穿支动脉事件发生有关，并可评价与预后的关系[28]。基于高分辨率管壁成像还可以对比脑卒中和短暂性脑缺血的斑块特征与低灌注体积[29]，对于评价颅内低灌注有重要意义。

此外，部分MRI新技术也开始应用于神经系统衰老相关疾病研究，如酰胺质子转移成像[30]、磁共振波谱[31-32]、体素内不相干运动成像[33]等。

2 衰老相关疾病成像方法及挑战

MRI多种成像序列在老年大脑成像方面均具有独特的优势和挑战。MRI可以获得大脑结构、功能、代谢等多模态数据，对于复杂多样的疾病具有重要意义，但尚缺乏多中心、纵向研究，是今后研究的方向。

3 结论与前景

MRI从结构、功能、代谢、分子水平，为神经系统衰老相关疾病提供诊断依据，近十年随着设备和技术发展，检查窗从疾病中晚期的综合治疗，向疾病早期的精准诊断甚至疾病前期的健康筛查迈进，为我国衰老相关疾病防、诊、治提供重要依据。影像组学及人工智能方法的出现，为图像采集标准化、病灶自动识别、图像分辨率提高及高通量图像分析提供更多可能。我国于“十三五”期间启动的中国脑计划和2023“脑科学与类脑研究”重大项目，以脑影像技术及大数据分析作为基础，围绕脑认知原理解析、认知障碍发病机制与干预技术等开展研究，对推动我国脑科学事业发展意义深远。