第二章　MR在脑血管疾病中的临床应用

1946年Felix Bloch和Edward发现磁共振（nuclear magnetic resonance，NMR）现象，1973年Lauterbur提出了应用梯度磁场对NMR空间位置进行编码的方法，20世纪70年代末80年代初获得临床磁共振（magnetic resonance，MR）图像，历时30多年，与X线相比较，MR成像技术发展至应用于临床医学所花费的时间充分显示了MR的复杂性。这些科学家也因为他们做出的杰出贡献均获得了诺贝尔奖。我国从20世纪80年代中期开始引进MR扫描仪，影像诊断技术得以进一步完善和丰富。

MR成像的基础原理复杂，涉及较深的量子力学知识。简言之，人体内的氢核在静磁场中能被一定频率的射频脉冲激励而发生MR现象，接收线圈在其释放能量的过程中接收带有信息的MR信号，而后计算机处理这些信号获得MR图像。其释放能量的过程就是弛豫过程，分为纵向弛豫和横向弛豫，对于一定场强下的特定组织其纵向弛豫时间T1和横向弛豫时间T2是一定的。MR成像时获得图像的各种组织信号强弱对比不仅与其T1、T2有关，还取决于氢核的数量即质子密度。因此MR是多参数成像的方法，可获得不同参数加权如T1WI、T2WI和质子密度加权像（proton density weighted imaging，PDWI）等多种图像。不仅如此，MR图像的一个突出优点是高的组织分辨力，能很好地显示正常组织的解剖细节和病理组织信号变化。而且MR成像扫描方法多样，不仅能提供神经系统的形态学信息，亦可反映某些功能信息，获得的信息比其他成像技术更丰富、客观和直接，提高了对疾病的认识和诊断水平，对诊断脑部疾病包括血管疾病具有很大的优势。

一、常规磁共振成像

常规MR成像包括T1WI、PDWI、T2WI和FLAIR成像，也包括MR增强扫描成像。其中T1WI、T2WI是区分正常组织（图2-1）、病理组织及组织特性的主要诊断基础：T1WI有利于观察组织的解剖结构（图2-2），T2WI有利于观察病变的信号变化。常见的几种病理组织的T1WI、T2WI信号特点见表2-1。

脑水肿和脑出血是脑血管疾病最常见的基本病理变化。脑水肿分为血管源性水肿、细胞毒性水肿及间质性脑水肿3种类型。血管源性水肿最常见，主要由血脑屏障破坏引起，以自由水增加为主，因此表现为长T1（低）长T2（高）信号。细胞毒性水肿（图2-3）多由脑缺血缺氧引起，以细胞内水增加、细胞肿胀为主，常见于脑梗死早期，DWI上示高信号；常规T1WI、T2WI多无明显信号强度改变，但T1WI上可出现脑沟变窄、脑回肿胀模糊等形态改变，采用FLAIR序列抑制脑脊液信号可在T2WI上出现早期脑梗死灰质信号轻度增高改变。间质性脑水肿主要源于各种原因造成的继发脑积水，自由水和结合水同时增高，T1WI低信号但略高于脑脊液，T2WI高信号但略低于脑脊液。

脑出血可由多种脑血管疾病引起，其在脑内形成血肿的MR信号演变颇具特征性（表2-2）。

除此之外，常规MR成像更常用于脑梗死及脑缺血的诊断与鉴别。脑缺血是脑血流量减少引起的脑细胞形态和功能改变，MRI表现为异常信号的病灶；脑内神经细胞需氧较多，对脑血流量要求高，脑血流量达到一定阈值时即可引起脑细胞死亡，即脑梗死。缺血灶（图2-8）往往呈T1WI等信号，T2WI高信号，但典型脑梗死灶（图2-9）呈T1WI低信号、T2WI高信号改变。而且由于不受颅后窝骨骼干扰，MRI尤其能清楚显示脑干、小脑梗死灶，显著优于CT。

MR增强扫描和CT增强相比，虽然增强剂并不相同、成像时间有长短之分且成像原理、图像特点有区别等，但均反映的是病灶血脑屏障的破坏情况，两者的临床意义相似。

二、磁共振血管成像

MR血管成像（MR angiography，MRA）应用于临床已有很长的历史，已经成为MR检查的常规技术之一。与DSA相比，MRA的优势是无创、安全、简便等。

（一）亮血技术

所谓亮血技术是相对黑血技术而言的，就是使血流呈高信号而达到血管显像的技术。其方法包括时间飞跃法（time of flight，TOF）、相位对比法（phase contrast，PC）及对比增强MRA（contrast enhanced MRA，CE-MRA），通常指的MRA一般是前两种方法的血管成像，主要利用的是流动相关效应。时间飞跃法（图2-10）和相位对比法又分别包括3D-TOF、2D-TOF和3D-PC、2D-PC法。其中3D-TOF法信号丢失少，具有较高的信噪比和较高的空间分辨率，但对慢血流不敏感，适用于动脉血管成像；2D-TOF法扫描速度快、时间短，对很宽的流速均敏感，可用于动脉或静脉成像，且对小血管和矢状窦显示比3D-TOF法好。3D-PC法仅血流呈高信号，空间分辨率高，对很宽的流速均敏感，可用于动脉或静脉成像；2D-PC法成像速度快，但空间分辨率较低。

颅脑大血管血流量大、受呼吸等生理运动伪影干扰少，因此MRA图像质量较高，最早也是最广泛地运用于临床的部位。随着3.0T磁共振设备的广泛运用，MRA成像质量进一步提高，显示血管细节的能力较以往有了很大的改善，查出颅内动脉瘤的敏感度和特异度均达到95%以上，同时甚至能检出直径为1mm的动脉瘤。因此对于无症状的多囊肾和有动脉瘤家族史的或疑诊患者首选MRA进行筛查。此外，对于各种脑血管疾病导致的动脉狭窄亦应首选MRA检查。CE-MRA是利用向体内注射的顺磁性造影剂缩短T1时间而达到显示血管的技术，主要依赖T1特性。该技术对失相位伪影不敏感，因此信噪比较好，但易受时间影响可能产生静脉干扰，且不能提供血流方向信息。近年来，随着磁共振硬件和软件技术的提高，在3D CE-MRA的基础上提高时间分辨率，能够获得亚秒级的3D血管图像，使得4D CE-MRA技术得以实现，它提供的血管信息更加丰富，使动态观察血管状态和血流动力学变化成为可能，对脑血管疾病的诊治方面有着广泛的应用前景。

总之，MRA技术已经广泛应用于颅内血管疾病的诊断，尤其是对动脉狭窄、动脉瘤的诊断，以及对各种脑血管疾病经DSA治疗后的复查方面具有很大的临床应用价值，将来可能取代DSA。

（二）黑血技术

黑血技术（black blood）是指使用预饱和脉冲抑制血流信号而显示血管壁的技术，是近年来研究易损斑块的新技术（图2-11）。黑血技术可获得T1WI、T2WI和质子密度加权成像PDWI。PDWI图像比T1WI及T2WI图像的对比度更高，而T1WI及T2WI图像更有利于显示斑块的不均质成分，因此，联合应用更有意义。常用的2D黑血技术包括：双反转恢复（double inversion recovery，DIR）序列和高分辨自旋回波（fast spin echo，FSE）序列。常用的3D黑血成像技术包括：3D-MERGE（Multi-echo Recalled Gradient Echo），采用MSDE，利用梯度的散相作用进行血流抑制；3D VISTA（Volumetric ISotropic TSE Acquisition），采用可变小翻转角TSE（turbo spin echo，快速自旋回波），利用较长的TE时间（Echo Time，回波时间）和固有的梯度进行血流抑制；3D SNAP（Simultaneous Noncontrast Angiograhy and intraPlaque hemorrhage），采用相位敏感反转恢复技术，利用血液较长的T1值进行血流抑制。黑血技术的T2WI可以较清楚地分辨斑块纤维帽及脂质核心等不同成分；亮血技术可显示管腔、斑块的钙化和形态；黑血技术结合亮血技术的综合分析，可以明确显示斑块内出血和钙化等成分。总之，随着高分辨MR的进步，这些仍在不断发展的MR新技术在检测易损斑块方面有着广阔的临床应用前景。

（三）磁共振静脉成像

目前常用的磁共振静脉成像（MR venogrphy，MRV）（图2-12）方法包括2D-TOF、3D-PC及CE-MRV。2D-TOF基于流动相关增强原理区别显示出血管和周围组织，它对慢血流敏感。其主要缺点是在重建图像上因受饱和效应影响而引起部分信号丢失、患者运动引起层面间血管吻合不良及背景T1短而呈高信号等。PC法是利用血流流速引起的相称的相位移动而成像，因此它能够量化血流和判定血流方向。但它成像时间较长（> 15分钟），且需优化速度编码，成功完成检查较为复杂。CE-MRV利用钆的顺磁性缩短T1时间的作用显示静脉，不受饱和效应的影响。有报道指出高质量3D CE-MRV能可靠清晰地显示出蛛网膜颗粒、蛛网膜小梁等结构。其面临的主要问题是需要把握好增强剂团注与扫描的时间间隔，太早或太晚都不能充分显示出血管形象。实时触发方法和时间分辨CE-MRV正好解决了这个问题。它扫描时间短而能很好地避免运动伪影，不受饱和效应影响，能提供比2D-TOF法更详细、质量更高的静脉血管图像。

MRV，特别是3D CE-MRV能多方位、优质地显示全脑静脉形态，使其能够发现多种静脉血管疾病，如硬脑膜窦内血栓症、静脉窦狭窄、动静脉瘘、动静脉畸形及原发性颅内高血压等。

三、磁敏感加权成像

磁敏感加权成像（susceptibility weighted imaging，SWI）是在T2*加权梯度回波的基础上，利用组织间的磁敏感性（磁化率）差异提供图像对比的成像技术（图2-13），可以获得强度图、相位图（phase image），通过后处理可获得磁敏感图。SWI主要是通过检测体内铁（主要是氧合血红蛋白、去氧血红蛋白）等顺/抗磁性物质造成不同的磁感应效应成像，能较好地显示脑内小静脉及出血（包括微出血）等，其敏感性优于常规梯度回波序列。此外，亦有通过引入对比剂进行SWI成像的研究。SWI提供的信息比常规MRI更加详细，在显示静脉的解剖结构、隐蔽性血管疾病、脑部损伤、出血、肿瘤以及神经变性疾病方面，具有较高的临床应用价值。随着高场强MR设备的应用，图像后处理技术的提高及新型对比剂的使用，有理由相信SWI将会取得更大进展。

四、功能磁共振成像

功能磁共振成像（functional magnetic resonance imaging，fMRI）是近年来在MRI硬件和软件技术迅速发展的背景下，基于回波平面技术（echo planar imaging，EPI）的发展而出现的一项新的检查技术。fMRI是指可反映某些功能性信息的MRI检查方法。目前，广义的功能磁共振成像主要包括弥散成像、灌注成像、磁共振波谱分析和血氧水平依赖性（blood oxygen level dependent，BOLD）成像。狭义的fMRI特指BOLD成像。

（一）磁共振弥散加权成像（diffusion-weight imaging，DWI）

弥散成像在常规MRI序列的基础上施加了弥散敏感梯度，从而获得反映体内水分子弥散运动状况的MR图像，是观察水分子微观运动的成像方法。水分子在各个方向上是随机均等扩散的，在不均匀的磁场环境下水分子的这种随机活动会造成MR的信号下降。当施加了弥散敏感梯度，这种信号降低就能被“捕捉”而显示在图像上。在DWI中通常以表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）描述水分子弥散的快慢。ADC图和DWI图信号强度通常相反，即ADC值高，在DWI上低信号，反之亦然。

DWI在临床上主要用于诊断早期脑梗死以及评价病情和预后。在脑组织缺血梗死早期，神经元发生细胞毒性水肿，导致水分子弥散下降，但此时T2WI尚正常，在DWI上表现为高信号而显示出病灶。此外，DWI还可用于鉴别急、慢性期梗死灶，尤其在出现多发梗死灶时，T2WI均表现为高信号，无法区分新、旧病灶，而DWI检查显示慢性病灶为低信号，急性病灶呈高信号，很容易明确责任病灶。

（二）磁共振灌注加权成像（perfusion weighted imaging，PWI）

MR脑灌注成像方法有3种：①弥散性示踪剂技术；②血管内对比剂的灌注加权成像，即动态磁敏感对比增强（dynamic susceptibility contrast-enhanced perfusion imaging，DSC-PI）；③利用血液作为内源性示踪剂的动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）。其中临床上最常用DSC（图2-14、图2-15），它是通过静脉团注对比剂和快速扫描，获得脑组织灌注情况的成像方法，其常用的对比剂是Gd-DTPA（二乙三胺五醋酸钆或钆喷酸葡甲胺盐）。Gd-DTPA是一种顺磁性物质，其磁化率效应可大大缩短T1时间，也缩短T2*时间。用对磁化率敏感的梯度回波成像序列检查时，就能发现组织内Gd-DTPA的分布和浓聚情况。根据时间及随时间改变而改变的信号强度可得到时间-信号强度曲线，可定量观察脑组织内的平均通过时间（mean transit time，MTT）、局部脑血容量（regional cerebral blood volume，rCBV）和局部脑血流量（regional cerebral blood flow，rCBF）。

PWI对早期脑缺血高度敏感，其异常改变早于DWI，能提供脑组织血流动力学的信息，通过综合分析灌注参数，可以了解血流改变的具体情况。结合PWI和DWI检查有助于推测缺血半暗带的存在：在超急性期，PWI显示血流灌注异常区大于DWI的异常信号区，此后DWI的异常信号区扩大，逐渐与PWI所示血流灌注异常区相一致，最终发展为梗死灶。因此，灌注减低与弥散异常区域大小的差异，可用来估计缺血半暗带，帮助选择溶栓治疗的适应证，推测脑梗死的预后。此外，PWI还可用于评价溶栓治疗效果。

ASL法采用反转脉冲标记动脉血中的质子，将标记前后采集的图像进行减影，从而获得组织灌注CBF参数图。与DSC法相比，ASL的信噪比低，一直未能广泛运用于临床。但近年来，ASL有了显著的发展，国内外学者对ASL在脑血管疾病的临床研究表明，ASL灌注成像对脑部疾病的诊治能够取得良好效果，可用于对急性脑卒中的诊断和鉴别诊断，监测狭窄性阻塞性脑血管病，以及诊断动静脉畸形等。虽然目前ASL还存在易受动脉通过时间及标记效率等影响，可靠性有待提高等问题，但由于它完全无创、无需注射对比剂、不像DSC会受血脑屏障破坏的影响，其前景可观，而且随着方法的改善和技术的进步，如近年基于FSE和GRASE发展的3D ASL序列，能够提供更高SNR和促进背景抑制脉冲的使用，使得ASL的图像质量得以提高，有望更广泛地应用到临床研究和实践中。

（三）磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy，MRS）

MRS分析不同于MR成像的其他方法：直观的不同在于MRS得到的是反映组织内化合物相对含量的频率分布曲线，其他MR成像得到的是一幅幅断层解剖图像；其次两者成像原理存在许多重要差异，如MRS利用化学位移采集信息而MRI却千方百计抑制化学位移以防止产生干扰和伪影。

目前诊断神经系统疾病的MRS主要是1H和31P波谱。临床上主要进行的是质子磁共振波谱（1H-MRS）（图2-16、图2-17），检测的代谢产物有N-乙酰天门冬氨酸（NAA）、肌酸（Cr）、胆碱（Cho）、乳酸（Lac）等。NAA主要存在脑神经元中，是神经元的标志；Cr是能量代谢产物，在脑内Cr + PCr（磷酸肌酸）的总量是恒定的，因此可将其作为参照的波峰，得出其他代谢物质的相对值，从而进行比较。Cho反映脑内总的胆碱含量，Lac是无氧酵解的产物。因此1H-MRS常用于检测脑组织中的神经元含量（NAA峰值或与Cr比值变化）和脑梗死后血管再通的可能性（Lac峰值变化——缺血缺氧时峰值上升，血供恢复时下降）等。此外，1H-MRS结合常规MRI检查，利用Lac峰值异常区域与MRI显示梗死灶的区域进行对比，可提示缺血半暗带的存在。

（四）血氧水平依赖（blood oxygen level dependent，BOLD）成像

BOLD是一种通过检测大脑自身去氧血红蛋白含量下降而显像的成像方法。去氧血红蛋白是一种强力的顺磁性物质，它会导致成像体素内失相位而造成局部信号降低。在大脑皮层受到刺激后，相应区域的脑血流量增加，去氧血红蛋白含量下降，信号降低减少而出现高信号。

BOLD成像对探讨脑卒中患者神经功能恢复的动态重组有重要意义，可能预测损伤和残疾结局，指导临床进行康复治疗。

尽管MR在诊断脑血管疾病上有很多优势，但也存在一定的不足之处：①扫描时间长，伪影相对较多；②禁忌证相对其他成像方式而言也较多，如体内有顺磁性金属内置物如心脏起搏器等以及不能耐受、配合的患者，均不宜进行MR检查；③费用相对高；④信号变化多样，解释图像相对复杂等。临床医生只有掌握好MR优缺点，才能更好地利用好先进的设备为患者服务。

（佟　丹）

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