2023超高场强7.0 T磁共振成像在多发性硬化中的研究进展.docx

2023超高场强7.0T磁共振成像在多发性硬化中的研究进展多发性硬化(MS)是中枢神经系统脱髓鞘疾病之一，其发病机制仍不明确。磁共振成像是诊断和监测MS的有效工具，MS病灶的识别也随着技术的发展日益更新。近年来超高场强7.0T磁共振成像在MS中的应用广泛。文中将对近年来7.0T超高场强磁共振成像在MS中的研究进展作一概述。多发性硬化(multiplesclerosis,MS)是中枢神经系统(centralnervoussystem,CNS)最常见的慢性炎性脱髓鞘和神经退行性疾病。全球有280万人患有MStu,在中国人群中年发病率为0.235/10万2,是年轻人非外伤性残疾的主要原因，并造成相当大的社会和经济负担。MS病灶特点是以CNS白质内散在分布的多病灶(空间多发性)，最常累及脑室周围白质、月并月氐体、视神经、脊髓、脑干和小脑，皮质及近皮质病灶也很常见.-、超高场强7.0TMRI的优势特斯拉(Tesla,T)是磁场强度的单位，超高场强7.0TMRI相较于3.0TMRI,因为场强的增加而具有更高的信噪比，磁敏感效应信噪比也增高，从而在大脑中获得更高的空间、结构及血管成像分辨率和对比度3。7.0TMRI在CNS疾病的早期诊断与治疗中有着重要的作用，在脑血管疾病、运动障碍曲病、癫痫疾病、脱髓鞘疾病等CNS疾病已经有很多全新的突破性进展4。7.0T超高场强MRI的空间分辨率提高、灰白质对比度更显著以及对顺磁性物质高度敏感的优势使我们对MS有了更深的认识，如皮质病灶的可视化和表征，以及病灶的一些特征如中央静脉征(centralveinsign,CVS)和铁环征识别比例的提高等。二、超高场强7.0TMRI在识MS皮质病灶中的应用MS皮质病灶是皮质脱髓鞘，满足2017年McDonaldMS诊断标准中的MRI空间多发证据3,是评价认知障碍的病理基础，是临床躯体及认知残疾恶化的预测指标4,识别及量化皮质病灶非常重要，提高识别皮质病变的敏感度有助于提高MS的诊断率。MS皮质脱髓鞘早已在病理研究中证实5,在过去的20年里研究者为提高皮质病灶的检出在改进MRl技术上做了很多努力6。在1.5和3.0T的MRI场强下，分辨率受到信噪比不足的限制使得皮质病灶检出率低且很难对其分类。超高场强7.0TMRI通过提高磁场强度而改善的信噪比大大增加了空间分辨率，与3.0TMRI相比，显著提高了皮质病灶的检出率7,并能对皮质病灶进行组织学分类8。目前皮质病灶可分为4型(图1):I型病灶横跨灰白质边界；U型病灶位于皮质内，不涉及软脑膜表面及灰白质边界；In型病灶位于软膜下；IV型病灶扩展至皮质的整个宽度，但不累及皮质下白质。一项联合7.0TMRI与组织病理学的研究结果表明，目前体内7.0TMRI几乎可以代表皮质MS病理学8,体内7.0TMRI可显示绝大多数患者的皮质病变并明确分型，与3.0TMRl相比，可检测出2倍以上的皮质病变，但对软膜下皮质病变的检测仍欠佳。关于7.0TMRI中各序列对皮质病变的检出率，其中液体衰减反转恢复(fluidattenuatedinversionrecovery,FLAIR)、双反转恢复序列(doubleinversionrecovery,DIR)和磁化准备2快速采集梯度回波序列(magnetizationprepared2rapidacquisitiongradientechoes,MP2RAGE)似乎优于其他序列，其中FLAlR序列对混合皮质病灶更为敏感，DIR序列对皮质内病灶的识别更具有优势，MP2RAGE序列获得的图像信号更加均匀、具有更好的灰白质分辨率，且减少了伪影。7.0TMRI对皮质病变的检测及分类具有很大的临床意义,但对于皮质病灶的识别依旧没有明确一致的"金标准"，未来的研究应该侧重于比较超高场强7.0TMRI不同序列检测皮质病灶的敏感度。图1MagnetomTerra的磁化准备快速采集梯度回波序列显示的皮质病灶分型示意图。箭头提示各型病灶(图片来自北京天坛医院神经影像中心7.0T磁共振平台)Figure1Differenttypesofcorticallesions(arrows)asdetectedwithmagnetizationpreparedrapidacquisitiongradientechoesofMAGNETOMTerra(Fromthe7.0TmagneticresonanceimagingplatformofBeijingTiantanHospital)三、超高场强7.0TMRI在识MS白质病灶中的应用白质是MS病灶最常累及的部位，识别MS的白质病灶至关重要。近年来7.0TMRI对MS白质病灶的研究主要集中在以下几个方面：与低场强MRI相比，7.0TMRI检测白质病变是否具有潜在的更高的敏感度；白质病灶中的"CVS"在MS与其他类似疾病鉴别诊断中的应用；MS白质病灶的"顺磁性边缘"的检测及意义。目前7.0TMRI对MS脑白质病变检出的优势尚不明显，敏感度是否提高还存在争议。T2-FLAIR是3.0TMRI检测MS白质病变最敏感的序列。一项基于3.0T和7.0TFLAIR对38例MS患者的脑内病变研究结果表明，3.0TMRI对识别白质病变的敏感度更高，而7.0TMRI对皮质病变的检出率更高9。另一项基于7.0T磁化转移加权成像和3.0TFLAIR对6例MS患者和15例临床孤立综合征(clinicallyisolatedsyndrome)患者的研究结果显示，3.0T和7.0TMRI对识别白质病变具有相似敏感度10。一项基于3.0TFLAlR、3.0T磁化准备快速采集梯度回波序列(magnetizationpreparedrapidacquisitiongradientechoes,MPRAGE)和7.0TMPRAGE序列对MS病灶检测的比较研究结果表明，与3.0TMPRAGE相比，7.0TMPRAGE检测出更多的病灶(P=0.012),但7.0TMRI较高的信噪比导致幕下区域图像欠佳，使得7.0TMPRAGE与3.0TFLAIR/MPRAGE相比也会漏诊一些病灶11。随着场强的增加，7.0TMRI受到高比吸收率(specificabsorptionrate)和B1场不均匀性的限制，导致整体图像信号下降，尤其是幕下区域。FLAIR序列的优化仍受限制，但MPRAGE受射频脉冲(radiofrequency)不均匀性的影响较小。后续改进的MP2RAGE序列进一步改善了空间B1场不均匀性导致的图像强度变化，从而提供全脑均匀的T1对比度，改善了幕下区域的图像质量12。目前基于7.0TMRI识别白质病变还未有明确一致的推荐序列，未来还需要做很多相关工作。四、超高场强7.0TMRI在识CVS中的研究进展MS患者病灶内的中央静脉是在体外病理研究和体内成像研究中发现的。大多数MS病灶以静脉为中心的这一组织病理学特征很早就被发现13这一特征在MRI上的表现被称为CVS(图2)。2016年北美多发性硬化成像合作组织(NorthAmericanImaginginMultipleSclerosis,NAIMS)提供了目前被MS研究者普遍使用和接受的关于CVS在MS诊断中的标准化和临床评估的建议14。目前尚未建议超高场强7.0TMRI用于常规检测CVSo图2MAGNETOMTerra的T2*加权梯度回波序列显示的中央静脉徂箭头)示意图(左图为幕上病灶，右图为幕下病灶，右下图是病灶的放大图；图片来自北京天坛医院神经影像中心7.0T磁共振平台)Figure2Centralvenoussign(arrows)onT2*-weightedgradientechosequenceofMAGNETOMTerra(supratentoriallesionontheleft,infratentoriallesionontheright,enlargedviewofthelesiononthelowerright;figuresfromthe7.0TmagneticresonanceimagingplatformofBeijingTiantanHospital)近几年CVS被认为是一种MS诊断的新型生物标志物，可以将MS和其他类似疾病鉴别开来,如脑小血管病15、脑血管病16、偏头痛17、CNS炎性血管炎18和视神经脊髓炎19等。一项基于7.0TT2*力口权MRl对29例疑似MS患者进行预测诊断的研究发现，与最终临床诊断对比，7.0TT2*加权MRI对MS的诊断的阳性预测值和阴性预测值均达到Io0%2007.0TT2*加权MRI识别的"40%"CVS阈值可以可靠地区分MS和非MS患者21。这些结果需要在未来更大的多中心患者队列中得到验证。与皮质下或脑室周围病变位置相比，静脉周围病变对预测MS更有价值.超高场强7.0TMRI提高了CVS的检出率并降低了其假阳性率,是更为精准识别CVS的有力工具。超高场强7.0TMRI具有较高的信噪比而获得更高的空间分辨率,因为脱氧血红蛋白的顺磁性使其具有较强的T2*对比度,可增强血管周围的磁敏感效应，使得病灶成像清晰，且静脉在病灶中显像也更为突出。同一批MS患者基于3.0TT2*可识别45%的CVS病变，而7.0TT*可以识别87%的CVS病变，基于T2*的7.0TMRl对CVS具有最高的检出率20。尽管7.0TT2*对CVS具有最高的检出率，但在使用最优序列例如结合分断回声平面成像技术的各向同性三维梯度回波序列时，15T和3.0TMRI对CVS也能有较高的检出率，且7.0TMRl设备目前也没有广泛应用于临床，尚且没有将7.0TMRI作为识别CVS的推荐工具，但我们不能忽略7.0TMRI对更精准识别CVS的绝对优势。未来需要进一步研究7.0TMRI在识别CVS中的优势，CVS对疑似脱髓鞘疾病患者向临床MS发展的预测价值尚需进一步研究。五、超高场强7.0TMRI在识别"铁环"及铁沉积中的研究进展铁是MS发生发展中的一个重要因素，是MS病理生理的一部分。铁可能来源于髓磷脂/少突胶质细胞，巨噬细胞吞噬髓磷脂/少突胶质细胞引起铁沉积。铁沉积也可能来源于铁蛋白、含铁血黄素沉积物。超高场强7.0TMRI上显示的MS慢性期病灶周围的磁共振顺磁性低信号环经病理验证为负载铁的小胶质细胞和巨噬细胞22,23,称作"铁环征"(图3)。顺磁性低信号边缘可以在T2*加权和磁敏感加权成像(susceptibilityweightedimaging,SWI)中识SiJ,关于病灶边缘磁化率信号变化可能是铁沉积物引起的氧化应激和脱髓鞘导致的实质微结构的破裂。一项基于7.0TT2*加权成像与动态对比增强MRI相结合识别MS病变炎症和脱髓鞘的研究结果显示，在向心性增强病灶中，顺磁性低信号边缘反映了炎症病灶边缘血脑屏障的初始开放，在增强消退后仍有部分病灶存在相位边缘。最新研究结果初步提示顺磁性低信号边缘是动态的,半衰期约为7年24。基于7.0TMRI对其进行纵向随访观察结果显示，含有"铁环征"的病灶大小随着时间的推移逐渐增大25,又称作慢性活动性病灶22。铁环征代表了非急性期的持续慢性损伤，可能标志早期病变修复失败造成不可逆组织损伤26,有望成为代表潜在炎症的影像生物标志物22.铁环征与更差的预后相关，预示着不良进展，更常见于临床症状更重的患者23°图3MagnetomTerra的磁敏感加权成像序列显示的铁沉积（箭头）示意图（左图为"铁环征"，右图为"实心铁征"，右下图是病灶的放大图；图片来自北京天坛医院神经影像中心7.0T磁共振平台）Figure3IrondepositionasshownbysusceptibilityweightedimagingsequenceofMAGNETOMTerra（"Rim-likeironsign"ontheleft,"nodularironsign"ontheright,andenlargedviewofthelesiononthelowerright;figuresfromthe7.0TmagneticresonanceimagingplatformofBeijingTiantanHospital）7.0TMRI场强的提高使得顺磁性物质的磁化率效应增加,基于7.0TMRI的磁敏感技术用于探索MS深部灰质及正常白质中的铁含量。MS深部灰质27（除丘脑外28）的铁含量高于健康对照组，其铁浓度从临床孤立综合征阶段就开始升高29。MS深部灰质核团的铁沉积与患者临床的残疾程度和疾病进程之间的关系尚不明确30,31。综上所述，基于7.0TMRI探究铁沉积出现在MS病灶中、深灰质核团中以及病灶周围的正常白质中，并且含量呈动态变化，这都与MS的病理生理相关。铁沉积也存在于临床孤立综合征32,却几乎不出现在视神经脊髓炎谱系疾病19,也很少出现在Susac综合征中33。探究MS的相关铁沉积有助于更深地了解MS病理生理机制。虽然既往有研究结果表明铁沉积在3.0TMRI也能被识别34,但7.0TMRI能提供更高的空间分辨率及更强的磁化率效应，3.0TMRI较低的信噪比需要牺牲掉更长时间来达到更高的空间分辨率，且对于大多数铁沉积的研究都是基于7.0TMRI19,22,23,25,基于3.0TMRI的研究极少34o铁沉积对MS临床诊断、鉴别诊断、阐明发病机制和疾病预后都有一定价值。我们也需要基于7.0TMRI更高空间分辨率的优势，更进一步了解铁沉积在MS疾病中的作用机制，进一步发掘铁沉积作为MS影像生物标志物的潜力。六、超高场强7.0TMRI在识SUMS脊髓病灶中的应用脊髓也是MS常累及的部位，脊髓病灶与临床残疾密切相关。脊髓直径小（约1cm）,需要较高的空间分辨率以最大限度地减少灰白质之间的部分体积效应,7.0TMRl通过提高空间分辨率和对比度噪声比以更好地区别灰白质。一项基于3.0TMRl和7.0TMRI对15例MS患拗口15名健康对照者的比较研究结果显示7.0TMRl比3.0TMRI多识别出52%的颈髓病变357.0TMRl也被用于MS病理底物的定量测量，如脱髓鞘、髓鞘再生、轴突丢失、神经胶质增生和脊髓水肿36。目前7.0TMRI用于研究MS颈髓灰白质病变特征、脊髓病理与脑部病变和临床残疾的相关性。然而，7.0TMRl在脊髓成像中的应用仍受技术限制，例如缺乏专用线圈，心跳、呼吸或大量脑脊液流引起的生理性运动会导致成像伪影,以及难以兼顾脊髓横断面高分辨率和矢状位整体结构的显示。因此，7.0TMRI对脊髓病变的应用还较为局限，需要进一步的技术改进，未来还需进一步对比7.0TMRl和3.0TMRI对脊髓病变检测的优劣势。七、总结和展望7.0TMRl利用自身更高的空间分辨率、灰白质对比度以及磁敏感技术等优势能更好地显示脑内精细解剖结构，更好地识别包括颈髓在内的CNS白质和灰质病变，尤其是皮质病灶的识别及分类，还提高了检测新型的可能的MS生物标志物（包括CVS和顺磁性边缘）的敏感度。7.0TMRI促进了我们对MS疾病病理生理的进一步认识，例如将皮质/近皮质病灶纳入诊断标准、CVS对MS诊断的预测价值以及铁环对于疾病进展的预测价值。因此，虽然不能取代3.0T或1.5T的影像学检查，但在未来几年内，它可以补充较低场强的影像学检查,从而可能提高MS的诊断率。未来仍需要续优化7.0TMRI,例如加快成像时间、优化脊髓线圈、进一步消除图像伪影等。CVS和铁环是MS最有前景的生物标志物，也需要更多更大的临床研究来进一步证明它们的价值。