张体江 综述，龚启勇 审校

磁化传递(magnetization transfer，MT)是一种选择性的组织信号抑制技术，磁化转移成像(magnetization transfer imaging，MTI)是利用物理方法而不是化学方法来增加组织间的对比度，最初由Wollfo和Balaben在1989年提出[1]，此后广泛应用于中枢神经系统、骨骼、心脏、肝脏等。在MR成像过程中通过MT技术可以有目的地增加图像对比、获得更多的组织结构信息,大量研究表明其对微观病变的显示较常规MRI敏感。本文就磁化传递成像的技术原理及其在精神疾病中的研究进展进行综述。

1 MTI的基本原理及主要用途

1.1 基本原理

人体组织水分子存在两种不同状态，即自由运动的水分子(自由池)和与大分子蛋白质结合的水分子(结合池)，结合池的T2信号很短(小于1 ms)，常规MRI采集不到信号。由于结合水的进动频率较宽，跨越自由水中心频率±2000 Hz。因此，在常规射频脉冲之前，使用偏离自由水共振中心频率的脉冲(一般为1200 Hz)，使组织中结合水被激发而饱和，自由水几乎不受影响,但结合水与自由水中的质子始终不停地进行快速的化学交换，处于动态平衡状态，导致部分自由水被饱和，相应组织信号强度下降,这种结合水把饱和的磁化状态传递给自由水的过程称为磁化传递或磁化转移[2]。

1.2 主要用途

磁化传递技术是一种较新的且在各种场强磁共振扫描仪上均可使用MR技术,在临床上的用途主要分两类:增大对比度及提供组织特征[2]，后者通过磁化传递率(magnetization transfer ratio，MTR)对组织信息进行定量评价，由下列公式计算：

其中M0代表未使用饱和脉冲序列时兴趣区的信号值，Ms代表使用饱和脉冲成像时兴趣区的信号值[3]。

(1)增大对比度 MTI增大组织对比度的理论基础是偏共振饱和脉冲能抑制组织的信号强度，由于不同组织具有不同的MT效应，其信号受抑制程度不一致，从而导致不同组织间的图像对比增加。MTI增大对比度的主要临床应用有：①时间飞越法磁共振血管成像(time of flow magnetic resonance angiography，TOF-MRA)：由于血管内血液是半固体，磁化传递率低，且新流入层面的血液受到的偏共振饱和较周围组织小，利用MT技术可以更好地抑制周围静止组织的信号，因而增加了流动血液与静止组织的对比，使小血管能清晰显示。袁越等[4]利用磁化传递对比(MTC) TOF-MRA研究发现其对小血管显示及小的动脉瘤、动静脉畸形、海绵状血管瘤的显示较3D-TOF和3D-PC-MRA优越。林祺等[5]对脑肿瘤行MT-MRA研究，发现其可清楚地显示“肿瘤染色”与邻近血管或病理血管的不同视角三维空间关系，临床医师据此对8例鞍区和鞍旁肿瘤有效选择了治疗方式(5例肿瘤部分手术切除, 3例作ɣ刀治疗)，减少了并发症的发生。②用于增强扫描：MRI增强扫描的原理是对比剂(Gd-DTPA)使组织的T1值缩短，且其短T1效应只作用于自由水，与MT技术对组织信号的抑制无关，而MT技术降低了周围组织的信号强度，因而增加了被强化组织与周围组织的对比，对脑转移瘤的显示率明显提高，尤其是脑内小的转移瘤。苗英等[6]对肺癌脑转移研究发现，采用T1WI对比增强MT技术的图像对比噪声比(C/Ns)较常规增强C/Ns值高，T1WI增强MT技术比常规增强能显示更多的转移灶数目。

(2)提供组织特征 研究表明MTR依赖于大分子物质的生物化学与生物物理特性以及大分子的含量，不同组织具有不同的MTR，通过对组织的磁化传递半定量或定量分析，可以间接反映组织中大分子蛋白含量的变化，了解生物组织特性。目前MTR分析方法有[7]：①感兴趣区法(ROI)：可用于单发病灶及常规MRI表现正常的灰白质测量。②平均MTR分析法：以T2WI或T1WI上的可见病灶平均MTR为基础，了解病变组织受损的严重程度。③MTR画线法：MTR值叠加到MR图像上，可以显示MTR图所不能显示的微小病变边界。④直方图法：最常用的参数有直方图的峰高、峰的位置及平均MTR。⑤基于体素的全脑分析法：利用标准化的解剖空间和逐体素分析，允许研究者在不知道病变分布情况下进行全脑分析，受观察者影响较小，能从宏观和微观两个方面对全脑或某个特殊部位分析病变情况。

2 MTI在精神疾病中的应用

随着影像技术的发展，研究发现精神疾病存在脑形态结构异常。结构影像学研究主要集中在脑皮质的研究，认为皮质萎缩在精神疾病中有重要作用。近年来研究认为精神疾病也存在着白质的异常，而研究白质改变的主要影像技术(尤其是白质微观变化)是扩散张量成像(DTI)和MTI，DTI技术中最常用的指标—各向异性分数(FA)反映的是白质微观结构的方向性，即白质完整性的程度。MTI检查常用指标MTR则反映的是白质髓鞘化程度和轴突密度[8-10]，灰质和皮层下核MTR则反映的是神经元数量、大小的变化以及组成细胞膜蛋白质和磷脂的变化。尽管MTI在精神疾病中的研究不多，但已有文献表明其对精神疾病的病理生理机制研究及微观神经病理变化的探测具有重要作用，现总结如下：

2.1 精神分裂症

精神分裂症(schizophrenia)是一种严重影响人类健康主要的精神疾病之一,其人群发病率大约1%，常常给社会及家庭造成很大的经济负担。但其确切的病因及发病机制仍不清楚。自Smith等[11]首次用MRI对精神分裂症进行研究以来，基于MRI无创、无辐射及软组织分辨率高等特点，能活体清楚显示脑灰质轮廓，20多年来，为精神分裂症脑结构异常提供了令人注目的证据，常见脑结构异常有：侧脑室及第三脑室扩大，内侧颞叶、颞上回体积缩小及额叶异常[12]。然而，常规MRI不能检出早期精神分裂症患者的微观变化。作为结构影像学(常规MRI、高分辨3D-T1WI及DTI)的补充手段，研究显示MTI对脑微观神经病理变化较敏感。自2000年[13]首次用MTI研究精神分裂症中以来， 其在精神分裂症的研究逐渐增多，不仅能探测其白质变化，还可检出精神分裂症患者脑灰质的异常。Foong等[13]用ROI方法研究发现精神分裂症患者双侧颞叶白质MTR下降(P＜0.001)，患者左、右额叶MTR值存在相关性，提示半球间的连接可能存在微观差异，认为颞叶微观变化可能与髓鞘和轴突异常有关。随后，研究小组[14]用基于体素的MTR分析法研究发现精神分裂症患者在无体积缩小时，额叶和颞叶脑区皮质MTR弥漫性下降，且双侧顶枕叶皮质及胼胝体膝部的MTR下降与精神分裂症患者的阴性症状相关。另有研究者[15]结合容积MRI和MTI用基于体素的全脑分析法研究发现，即使体积分析没有发现异常，MTI也揭示患者双侧前额中回皮质、岛叶及联合白质纤维束的MTR下降，认为精神分裂症患者病初即存在不能用脑萎缩解释的灰、白质异常。其研究小组进一步研究，发现平滑追踪异常精神分裂症患者主要与右侧前额叶皮质MTR下降有关，反扫视异常患者与右内侧额上回皮质体积有关而与MTR值无关，揭示了精神分裂症患者的眼动异常与特定部位的脑结构异常有关[16]。最近，Price等[17]研究发现组间存在体积差异的脑区其MTR值更低，表明两者的变化存在相关性，MTI揭示额颞区异常(表明轴突和髓鞘变化)比常规MRI探测的范围更大。

Kubicki等[18]联合应用DTI和MTI研究了21例慢性精神分裂症，发现两种检查技术揭示的异常脑区有相同的，如穹窿、胼胝体FA值和MTR均降低，也有不同的脑区，MTI没有发现扣带束、弓状束异常，而DTI发现其FA值降低。另外，精神分裂症患者右侧扣带束后部MTR下降而FA值无变化。有趣的是，最近Mandl等[19]用基于纤维束的ROI方法研究了精神分裂症患者胼胝体膝部及双侧钩束FA值和MTR值变化，发现两组间FA值无差异，而精神分裂症组右侧钩束的MTR较正常对照升高，认为右侧钩束MTR升高的原因或许有其特殊的生理意义：①反映右侧钩束髓鞘化程度增高，提示右侧额叶与颞叶功能连接增加，从而导致信息传递较快；②钩束的MTR升高或许是对左侧钩束功能破坏的补偿，因有研究报道精神分裂症患者左侧钩束FA值降低；③T1弛豫时间的延长也可能是其MTR升高的原因。上述两篇联合应用DTI和MTI技术对精神分裂症的研究结果表明，作为两种对脑白质微观神经病理变化探测较敏感的技术(DTI及MTI)，对脑白质微观变化的显示互为补充，两者的联合应用有助于更好地理解精神分裂症的病理变化。Kalusa等[20]研究也提示多种MRI方法的联合应用对精神分裂症患者特定脑区活体微观变化检测提供了一种新的观点，作者用3种方法(定量MTI、DTI和高分辨率3D-MRI)对比研究发现3D MRI容积法显示患者组杏仁体原始体积缩小，DTI研究发现患者者杏仁体FA降低，定量磁化传递成像像(qMTI)结合池T2时间或自由池的T1时间有组间差异。

2.2 抑郁症(depression)

抑郁症作为一种主要的精神疾病，被认为是世界范围内带病生存致残的主要原因之一，随着社会的发展，人类生存压力的增加，其发病率呈逐年增加趋势，严重影响人类健康，造成社会和经济问题日益严重，最近的一项流行病学调查发现，抑郁症的每月总患病率达6%[21]。尽管关于抑郁症的发病机制已有大量研究，但其确切的发病原因及病理生理机制仍不清楚。传统神经生物学集中认为是单胺类神经递质水平降低所致，最近有研究者[22]认为抑郁症可能由遗传因素的累积影响、儿童期的负性事件以及当前或近期的生活压力引起。神经解剖学观点认为与边缘系统-皮质-纹状体-苍白球-丘脑环路异常有关[23]，尽管目前的结果存在不一致，但许多结构MRI研究也表明抑郁症存在边缘叶和皮层结构异常。有趣的是，杏仁体体积在病程进展中是动态变化的，抑郁早期表现为杏仁体体积增大[24]，晚期表现为体积缩小[25]。结构影像报道结果的不一致或许由于样本的差异、研究方法的不同以及干预措施等引起，当然也可能部分研究的样本本身没有大体形态结构的异常所致。基于此，有研究者用MTI对抑郁症进行了研究，但主要集中在老年性抑郁症。Wychoff等[26]研究发现白质MTR与mI/Cr、MTR与(NAA+NAAG)/Cr存在相关性，而灰质或白质MTR与NAA/Cr、Cho/Cr之间无相关性，认为白质大分子蛋白池MTR下降与mI及NAA含量有关，或许提示老年性重性抑郁(MDD)患者的病理生理变化。Kumar等[27]用MTR研究了老年性MDD患者表现正常的白质和皮层下核(包括尾状核、壳核、胼胝体压部及膝部、额枕叶白质)，结果发现在常规MRI检查阴性情况下，MTI发现胼胝体膝部和压部、右侧尾状核、壳核和枕叶白质MTR值下降，这些变化为情绪障碍患者神经元连接提供重要生物学基础，也提示其在老年性抑郁症病理生理中的作用。研究者[28]同时还对比研究了2型糖尿病伴重性抑郁症(MDD)、不伴重性抑郁和正常对照组，结果发现伴MDD组患者双侧尾状核头部MTR降低，而不伴MDD组MTR在伴MDD组糖尿病和正常对照组之间，此研究提示皮层下结构(尾状核)对2型糖尿病患者的抑郁症状具有生理学意义。Gunning-Dixon等[29]研究发现老年MDD患者左侧半球额叶-纹状体和边缘区多个脑区MTR降低，包括左侧豆状核外侧白质、背外侧前额叶、背侧前扣带等脑区，表明老年MDD存在额叶纹状体及边缘区髓鞘完整性降低，进一步支持了抑郁症边缘叶-纹状体环路异常的神经解剖观点，从而为DTI研究所提示的白质纤维束完整性改变提供了补充信息。

以往对抑郁症的研究表明结构MRI能用来对罹患老年人抑郁脑异常进行定性和定量，以及预测其治疗反应。但Hoptman等[30]在一篇综述中评价了各种MRI检查方法作用及其局限性，包括形态学方法、DTI、MTI、T2弛豫及磁共振波谱(MRS)，认为有效的联合应用多种方法能增加神经影像获得的知识和从概念上提高对老年性抑郁症的认识。最近，四川大学华西医院研究小组对比研究了一组难治性抑郁症(treatment-refractory depression，TRD)患者的MTR和基于体素形态学测量(voxel-based morphometry，VBM)变化，VBM是一种能够客观、敏感地发现脑结构，特别是脑灰质结构(体积或密度)改变的自动化全脑分析方法。结果发现TRD组在VBM无任何脑灰、白质体积及密度变化时，MTI技术发现TRD患者右侧半球前扣带、岛叶、尾状核尾部和杏仁体-海马旁回区MTR降低，相关分析揭示双侧颞下回MTR与抑郁评分呈负相关，左侧额叶白质MTR与病程呈负相关，表明MTI技术能较早且敏感地发现无确切脑形态学异常TRD患者的脑微观神经病理变化[31]。

2.3 双相情感障碍(bipolar disorder，BP)

传统认为双相情感障碍是一种两次发作间可以完全恢复的复发性疾病，没有神经病理学异常变化。最近认识到多数双相情感障碍预后较差，其认知缺陷是持久的，脑结构、功能及代谢研究提示BP患者扣带回及前额叶皮质存在异常，从而引起了研究者对BP的神经病理研究兴趣，病理及尸检证实前扣带胶质细胞及神经元数量、密度及大小减少，但尸检本身的缺陷为神经影像学研究提供了可能，尤其是早期的病理变化。Bruno等[32]联合应用MTI和VBM两种方法研究发现BP组右侧扣带回膝下区及邻近的白质MTR下降，VBM未发现两组间灰白质的体积差异。其研究小组[33]进一步探讨了双相情感障碍患者脑结构异常与认知成绩之间的关系以及两种临床亚型之间的差别，发现BP组发病前与发病时IQ之间的差异与左侧颞上回、钩和海马旁回的MTR下降有关，BP II型患者病变范围更广，同时还发现颞上回白质体积也与IQ不同有关， BP患者额、颞叶异常和IQ下降相关，提示持续的抑郁或许是BPII型的关键病理生理因素，或许说明了BP II型是一种发展过程中高危认知异常的临床类型。

2.4 抽动秽语综合征(tourette syndrome，TS)

TS是以进行性发展的多部位运动和发声抽动为特征的抽动障碍，部分患者伴有强迫、攻击及注意缺陷等行为障碍。研究认为TS的病理生理机制与额叶-纹状体环路有关。大多数容积MRI研究发现TS患者基底节体积缩小[34]，同时可伴基底节不对称[35]，但也存在不一致的报道，如Garraux等[36]用VBM研究发现，成人TS患者左侧中脑灰质体积增大，而儿童TS患者双侧腹侧壳核灰质体积增大，左侧海马旁回体积缩小。大量证据表明TS患者体积的变化受共病、年龄、性别及用药等因素影响，为排除其相关因素对TS患者脑病理变化的影响，最近，Müller-Vahl等[37]用VBM和MTI技术探讨了未用药且无共病的TS患者，发现TS患者右侧内侧额回、双侧额下回和右侧扣带回白质MTR降低，抽动的严重程度与双侧额上回、左侧额下回、右侧前扣带回及双侧顶-颞-枕区相关皮质MTR呈负相关。进一步支持TS患者额叶-纹状体环路异常，表明额叶联合相关纤维束的异常导致扣带与基底节功能的去抑制。

总之，MTI作为一种相对较新的MRI技术，尽管在精神疾病的研究仍不多，但目前的研究结果表明，其不仅对脑白质病变的微观神经病理变化较常规MRI敏感，而且可用于研究脑灰质的微观变化，尤其是在探测精神疾病早期的变化已显示其潜在作用，即使VBM研究未发现灰白质体积变化时，MTI也可揭示其潜在病理改变，可作为结构影像学(DTI、容积MRI及VBM)的有效补充技术。在未来，利用MTI与反映脑代射变化的MRS及脑功能变化的血氧水平依赖功能磁共振成像(BOLD-fMRI)相结合进行研究，将有助于我们更好地探讨和理解精神疾病的病理生理机制，为精神疾病的治疗和疗效监测提供理论依据。

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