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1、1MRI 新技术在中枢神经系统疾病中的临 床应用【摘要】磁共振的技术进步已经取得了解剖结构的高分辨率成像，并且提供了评价组织的生理和功能的方法。磁共振成像提供了无创、无辐射的研究人类大脑生理学的方式。利用这些新的成像方法，我们可以对疾病作出更具体的诊断，以及预测和评估疾病治疗后的反应。本文对磁共振较新的技术 DWI、MRS、SWI 在中枢神经系统疾病中的应用作一综述。 【关键词】磁共振成像；弥散加权成像；磁共振波普；磁敏感加权成像 神经影像学已经从单纯提供组织解剖信息发展到提供组织的病理生理变化，整合了功能、血液动力学、代谢、细胞、和细胞结构的改建。神经影像学已经发展成为一个综合性的诊断工具，
2、在疾病诊断，监测和评估疗效和患者的预后方面发挥了重要作用。本文就磁共振较新的技术 DWI、MRS、SWI 在中枢神经系统疾病中的应用作一综述。 1 弥散加权成像 (diffusion weighted imaging，DWI) 1.1DWI 基本原理:DWI 是在分子水平上无创地反映活体组织中水分子的微观扩散运动，是目前唯一能够检测活体内水分子弥散运动的功能性成像。水分子在敏感梯度场方向上扩散越自由，则组织的信号衰减越明显。反之，在 DWI 上组织的信号衰减越明显则提示其中的水分子在梯度场方向上扩散越自由。DWI 通过测量施加扩散敏感梯度场前后组织发生的信号强度变化，来检测组织中水分子扩散状态
3、（自由度及方向），后者可间接反映组织微观结构特点及其变化。组织含水量丰富、微循环灌注水平较高及细胞外间隙较大者，弥散受限程度较轻， ADC 值较高，DWI 信号较低；细胞密度大而细胞外间隙少， 水分弥散受限，ADC 值降低，2DWI 信号较高1。 1.2DWI 临床应用:DWI 的弥散敏感度用 b 值来表示， b 值的选择可以影响 ADC值的大小、准确性及 DWI 的图像质量。在使用较小 b 值时，DWI 图像质量较好，图像变形及伪影较少，但 ADC 值的准确性较差，且受到组织微循环灌注的影响较大。而使用较大 b 值时，ADC 值测量更为准确，但 DWI 图像质量较差。较高 b 值时， 能获得
4、更多的不同于 b=l000 s mm 的组织弥散信息，为肿瘤评级 、 鉴别肿瘤坏死与复发、 在肿瘤放疗、化疗早期前瞻性评价治疗效果等方面提供了新的观测指标24。 在较小 b 值时，脑组织的弥散信号强度与 b 值呈直线关系，直线的斜率即为表观弥散系数，当弥散因子 b1000sm m 时，脑组织的信号强度与 b 值偏离了直线关系， 呈现曲线关系。用经典的单指数模型解释将不再合理，需要双指数模型来解释57。最近研究发现活体脑内水信号的衰减和快的 ADC 和慢的 ADC 相关。快、慢两种弥散成分分别代表细胞外水和细胞内水，但其生理基础尚需进一步研究。Robert V9等对 100 s/mm2-5000
5、 s/mm216 个 b 值进行研究，在成人和新生儿脑内皮层灰质和内囊作 ADC 值的衰减曲线，发现新生儿 ADC 衰减曲线中快ADC 成分比成人相应区域的高。非指数表现说明弥散受限制的过程和或细胞内或细胞间水的区分。双指数模型能更好的拟合高 b 值时图像信号强度，从不同角度提供大脑的弥散信息，为我们探讨大脑弥散信息提供了新的视角和方法6,8。 DWI 的另一个应用是扩散张量成像（diffusion tensor iImaging，DTI）的各向异性（fractional anisotropy，FA）图。扩散张量成像是基于各向同性和各向异性扩散的概念，显示活体内脑白质纤维束。在脑白质中，自由水
6、分子运动在三个方向上是不同的，表现为各向异性。白质周围髓鞘阻碍水分子运动，导致水分子运动沿着纤维束3方向更容易，垂直于纤维束方向水分子运动受限。 这样可以描绘出脑白质纤维束。所以 DTI 可以显示肿瘤和白质纤维束的关系，帮助指导外科手术方案的选择，确定肿瘤的切除范围。但是 FA 图和脑肿瘤附近白质束状态缺乏直接的组织学相关性9，10 。 2 磁共振波普成像（Magnetic resonance spectroscopy，MRS） MRS 是迄今为止唯一能进行活体组织代谢定量分析的无创检测手段，根据不同化合物在强磁场作用下所产生化学位移不同，对机体内多种不同化合物进行相对定量分析。 2.1 磁共
7、振波谱的基本原理:磁共振信号的共振频率是由原子核本身的特性及其所处磁场的强度决定的。由于电子云会屏蔽部分外加磁场的作用，使得在给定的外加磁场作用下，同一种磁性原子核如果处于不同的分子中，由于分子化学结构的不同，电子云对磁性原子核的磁屏蔽作用的大小也存在差别，因而将表现出其进动频率的差别。这种由于所处的分子结构不同造成同一磁性原子核进动频率差异的现象被称为化学位移现象。其中利用 1H 原子核的磁共振波谱称为质谱 。MRS 主要通过射频脉冲激励被检物质的原子核，并将磁共振信号经过转换，在化合物固有频率的位置上显示出波峰1。 1H-MRS 分为单体素和多体素两种，临床上各有优缺点。多体素波谱可以对肿
8、瘤及其周围组织连续测量，有可能勾画出肿瘤实质、周边侵犯及水肿重叠部分及病理意义上的单纯水肿三者的界限，但技术复杂，所需时间长。单体素技术要求体素的定位要合适，体素大小的选择也很重要，体素太小波谱质量差，体素太大易产生部分容积效应1。 磁共振波谱根据不同的化学位移或共振频率区别各种代谢产物，如 N-乙酰天冬氨酸（NAA）、Cho（胆碱、磷酸胆碱和甘油磷酸胆碱）、Cr（磷酸肌酸和肌酸）、肌醇（mI）、乳酸（Lac）、脂质（Lip）等。通过比较这些代谢产物的浓度，临床医生可以揭4示疾病的病理11。 2.2MRS 的临床应用。MRS 作为无创伤性地研究人体器官组织代谢及生化改变，进行化合物定量分析的唯
9、一方法，广泛用于肿瘤、脑代谢性疾病、Alzherimer 病、感染性疾病、癫痫、脑缺血和脑梗塞、脑外伤的预后以及艾滋病的临床和基础研究中，还可以评价脑发育成熟度1214。特别是对于信号混杂的肿瘤，MRS 可以提供更细节更特异的信息。目前外科活检仍是诊断肿瘤类型和分级的金标准，但定位于最适当的区域较困难。分析活检组织的组织学与相同位置术前活体 MRS，提示活检定位于 MRS 异常最明显的区域（Cho 最大和 NAA 最小）可提高诊断准确性15。 3 磁敏感成像（Susceptibility-Weighted Imaging，SWI） 3.1SWI 成像原理:磁敏感成像是一种 T2*技术， 它是建
10、立在组织间磁敏感性差异基础上的一种完全流动补偿的 3D 梯度回波序列。它首先产生磁距图像(magnitude image)和相位图像(phase image)，所对应的解剖位置完全一致，相位图像经过适当频率滤波处理后产生相位蒙片，然后再与强度图像整合，经最小密度重建得到 SWI 图像16。 磁敏感改变与血液中铁的不同形式或出血等相关。氧合血红蛋白呈反磁性，脱氧血红蛋白呈顺磁性，两者均可使局部磁场发生改变而引起质子去相位，去相位程度的强弱仅取决于像素内磁场变化的大小。非血红素铁是组织中另外一种高磁敏感性的物质，常以铁蛋白的形式存在，表现为反磁性。钙化通常也呈反磁性，可以引起局部组织的磁敏感性改变
11、。含脱氧血红蛋白的静脉血引起磁场的不均匀性导致 ：T2*时间缩短和血管与周围组织的相位差加大等两种效应。第一个效应是指含脱氧血红蛋白的红细胞与血浆之间的容积磁化率差别，使动一静脉的时间差异加大，适当时间的 T E 脉冲序列可将动一静脉区分开来，使静脉显影。第二种效应为静脉内容积磁化率引起血管内质子的频移，使静脉血与周围组织之间产生相位5差，选择适当的回波时间可以清晰显示细小静脉16。 3.2 磁敏感加权成像的临床应用:SWI 早期主要应用于脑内小静脉的显示，近年来经过高场磁共振仪的应用及相关技术的不断改进，其临床应用更加广泛。 (1)脑肿瘤:SWI 对肿瘤的整体结构的显示非常好。肿瘤的结构十分
12、复杂，尤其是恶性肿瘤，常包括肿瘤实质、 坏死、 钙化、 出血、 血管、肿瘤周围水肿等多种成分， M R 常规序列往往只能显示其中的一部分， 不能同时显示如此复杂的肿瘤整体结构。SWI 还有类似 FLAIR 的对比，能够显示肿瘤周围水肿，并能与脑脊液相鉴别。Haddar D16等对 44 例患有颅脑肿瘤的患者进行了 SWI、 常规 M R 序列扫描， 结果发现在显示肿瘤边界、 出血及其代谢产物、 静脉血管、 静脉结构和水肿等方面 SWI 分别比 CE-T1WI 高出 14、71、73、 63和7515,17,18。 SWI 序列显示的脑肿瘤内出血量对术前脑胶质瘤分级诊断有一定价值。易自生19等研
13、究发现低级别星形细胞瘤 SWI 均未见瘤内静脉血管影与出血灶；间变性星形细胞瘤与多形性胶质母细胞瘤 SWI 均见丰富静脉血管影；T1WI 、T2WI 显示出血灶的范围均明显小于 SWI。较高级别的胶质瘤中出血的频率较高。Aronen等研究显示约 13 的高级别胶质瘤 MRI 检查发现病灶内出血 。陈月洁20等研究发现恶性胶质瘤组在 SWI 序列上显示的出血量大于低度恶性胶质瘤组，差异有统计学意义； SWI 序列显示的高度恶性胶质瘤组的出血率大于低度恶性胶质瘤组。 (2)脑血管畸形：高流速的较大血管在 T2WI 上显示为流空信号，2D TOF MRA、3D TOF MRA 以及 PC MRA 可
14、以显示较大血管，使用对比剂的 CE-MR A甚至可以显示相对较小的血管，但对小静脉无能为力。SWI 对小血管显示敏感，甚至毛细血管扩张症。SWI 在早期发现和评价小的动静脉畸形方面发挥了越来越6重要的作用16。 (3)脑外伤:脑外伤是否合并颅内出血对评估病情、判断预后和选择治疗方法都有重要意义，由于出血病灶在常规 MRI 图像上的表现复杂多样，很容易漏诊小出血灶。CT 与常规 MR 均对较小的出血灶不敏感， T2*加权成像可以更好地显示出血灶，但神经病理学研究显示的出血灶远较影像学为多。SWI 在显示出血病灶方面的有明显优势, 较传统 GRE 序列对出血灶的大小、数目、部位显示更佳，从而能更好
15、地证实临床表现与预后的关系，促进治疗方案的优化16。 SWI 还可应用于神经退行性病变如亨延顿舞蹈病、帕金森病、阿尔茨海默病、多发性硬化、脊髓侧索硬化、地中海贫血等多种疾病，对体内非血红素铁的显示和测定不仅有利于增加对这些疾病病程的理解，而且可以提高判断预后的准确性。SWI 在中枢神经系统疾病的影像诊断和鉴别诊断中已经突显优势，越来越受到放射科医生的重视，且能在科学研究中发挥重要作用16。 4 小结 MR 成像技术的巨大进步和广泛的临床应用，已成为中枢神经系统疾病诊断的重要组成部分。中枢神经系统成像从形态学成像发展到功能、分子成像，使我们可以无创伤、无辐射的认识肿瘤的生理病理变化。同时这些新技
16、术的应用还需要大量的临床试验验证。结合 MR 不同序列，神经放射学家在术前可以作出更准确的诊断，为临床提供更多有意义的信息。 参考文献 1Lara A.Brandao, et al.MR SPECTROSCOPY OF THE BRAINM. USA，LIPPINCOTT WILLIAMS WILKINS,2004，1-15 2Cha, S. Update on brain tumor imaging: from anatomy to physiologyJ. AJNR Am J Neuroradiol, 2006，27(3): 475-487 3KitisO, AltayH, Calli C, et al.Minimumapparent diffusion coefficients in the evaluation of brain tumorsJ. Eur J Radiol，2005，55(3):393-400 4KonoK, Inoue
