杨翠翠，李林

磁共振成像在脑缺血临床和动物实验中的应用①

杨翠翠，李林

缺血性脑血管疾病占脑血管疾病的70%～80%。磁共振成像(MRI)可无创、高效地显示脑缺血病灶，在诊断超早期脑缺血和预测病灶的转归方面有一定指导意义。本文对近年来MRI一些重要参数在诊断和预测脑缺血方面的研究进展进行综述。

脑缺血；磁共振成像；磁共振扩散成像；血流灌注加权成像；T1加权像；T2加权像

[本文著录格式]杨翠翠，李林.磁共振成像在脑缺血临床和动物实验中的应用[J].中国康复理论与实践,2012,18(4):344-346.

脑卒中是一种具有高致残、致死率的严重危害人类健康的常见疾病。据2002年统计数据表明，脑卒中是造成人类死亡和致残的第6大诱因，预测于2030年将成为第4大诱因[1-2]。其中，缺血性脑卒中的发病约占脑血管疾病的70%～80%[3]。

早期诊断、早期治疗一直是医学界的重点课题，更需要寻找可行性的生物学预测性参数来监测及评估脑缺血的发生及转归。磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)是利用核磁共振原理，依据所释放的能量在物质内部不同结构环境中不同的衰减，通过外加梯度磁场检测所发射出的电磁波，即可得知构成这一物体原子核的位置和种类，据此可以绘制成物体内部的结构图像[4]。已有很多文献证明MRI在诊断超早期脑缺血，预测脑缺血的转归方面有一定的意义。本文综述了MRI某些参数在诊断和预测脑缺血病灶方面的应用情况。

1 磁共振扩散成像

早期的临床研究报道中，多数认为磁共振扩散成像(diffusion weighted imaging,DW I)不但能诊断超早期脑缺血，而且能够在一定程度上预测脑缺血的转归[5]。DW I应用于临床可以更早发现脑梗死灶，争取超急性脑梗死的治疗时间，减少伤残和死亡率，提供直观的影像学依据，是医学影像学发展的又一重大进步。

1.1 DW I的原理 弥散是分子在媒介中的一种随机热运动(布朗运动)，在生理功能中发挥重要作用。布朗运动的原始动力是液体分子所具有的内在动能，这种动能与温度、分子的浓度梯度等有关，其量化单位为mm2/s[6]。MRI对人体水分子弥散运动的观察是通过在常规自旋回波成像序列基础上，在180°聚焦射频脉冲前后各加上一个位置对称、极性相反的梯度场；在梯度场的作用下，弥散中的水分子中的横向磁化发生相位位移；这种相位位移广泛扩散，相互干扰，导致MRI信号衰减，从而形成DW I上的信号。由于MRI本身不能区分各种原因(如热梯度，原子间相互作用)引起的信号衰减，因此常用表观弥散系数(apparent diffusion coefficients,ADC)值来代替弥散系数(D)。ADC值主要根据扩散加权像上信号强度的变化来计算，它是影响水分子运动的所有因素叠加而成的一个观察值。以ADC值为图像信号强度可以拟合出ADC图像，直接反映组织水扩散的快慢。当水分子扩散运动减弱时，ADC图显示异常低信号，DW I表现异常高信号。

1.2 DW I在脑缺血中的应用 脑缺后引起的脑水肿被认为是致残和致死的主要因素之一。目前认为脑缺血引起的水肿分为两种：一种是由于缺血缺氧后导致的能量障碍而引起的细胞水肿；另一种是由于病灶区的血脑屏障被破坏，毛细血管通透性增加，使血浆成分和水分子外溢而发展成为血管源性水肿[7]。脑缺血初期(6 h之内)多为细胞毒性水肿，脑组织中的所有细胞成分均有肿胀，其中以胶质细胞最明显；水肿液主要积聚于细胞内。随着再灌注的时间延长，脑组织含水量逐渐增加，48～72 h达到高峰，之后处于平台期维持1周[8]。

由于梗死发生后细胞内水的增加被看作是DW I高信号的原因[9]，采用DW I能够发现早期、特别是超急期的脑梗死，因此在临床上DW I成为近年来脑梗死早期诊断的首选影像学检查方法。周林江等采用GE Signa Horizon echospeed 1.5 T超导MR成像仪，正交头线圈。DW I：单次激发平面回波成像(SEEPI)序列，重复时间(TR)10 000ms，回波时间(TE)102ms，在相互垂直的X、Y、Z轴3个方向上施加扩散梯度，取2个b值(b=0 s/mm2,b=1000 s/mm2)，成像时间40 s。序列为横断面，层厚8mm，间隔2mm，视野(FOV)22 cm×22 cm对脑卒中样起病且发病时间在6 h以内，临床高度怀疑脑梗死的21例患者进行DW I扫描，发现DW I在诊断超急性期脑梗死的敏感度和特异度均为100%，诊断结果高度准确[10]。

在动物实验中应用最广的实验性脑卒中模型是大鼠大脑中动脉腔内栓塞模型(m iddle cerebral artery occlusion,MCAO)[11]，此模型可以方便地进行生理检测，同时大脑中动脉的栓塞和再通都可以在磁共振机中进行，这样可以避免动物的位置移动，从而减少实验误差。

缺血性脑水肿属于包含细胞毒性水肿和血管源性水肿的混合性水肿[12]。鲁宏等应用MRI技术观察大脑中动脉缺血模型大鼠信号强度的改变，采用Philips公司Achieva/Intera 3.0 TMR机，动物仰卧，DW I：TR最短，TE最短，分别选用b值为0.800 s/mm2进行成像[13]。DW I采用回波平面成像(EPI)序列，TR 9000m s，TE 102 ms，b值为0和800 s/mm2。发现DW I在栓塞后15m in均显示高信号区，高信号面积和强度随时间不断增加，在1 h内变化明显，1～6 h呈缓慢上升，但显示梗死边界不清，解剖定位不准；T2FLAIR像上大部分在栓塞后2 h显示高信号区，随后高信号面积和强度随时间不断增加。认为在诊断早期脑缺血时，应首选DW I。有文献报道，MCAO大鼠缺血后24 h、48 h后，进行DW I扫描，利用ADC图评价胞外/胞内水分子体积比率的变化，从而判断水分子在脑内的分布情况。ADC值下降表明水分进入细胞内，引起细胞毒性水肿[14-15]。

2 血流灌注加权成像

血流灌注加权成像(perfusion weighted imaging,PW I)根据成像原理主要分为顺磁性对比剂增强PW I和动脉自旋标记法(arterial spin labeling,ASL)。因ASL采集时间较长，获得图像的信噪比较差，且空间分辨率较低，目前尚未被广泛应用[16]。

PW I技术对组织毛细血管的灌注情况改变非常敏感，能够反映脑组织的血液循环动力学方面的信息。血供正常的组织由于血流相对较快，MR信号衰减迅速，缺血组织由于血流量降低，血流缓慢使组织的MR信号不减弱或减弱不明显，缺血区呈现持续的相对高信号。

临床上，对脑梗死患者进行PW I动态观察，了解梗死灶的血流灌注情况，可以确定血管是否再通以及再通发生的时间，这种方法对治疗方案的选择和调整具有一定的指导意义。当再灌注甚至过度灌注已经发生时，继续溶栓或扩容治疗将是不必要的甚至是危险的[17]。

PW I与DW I联合分析可以用来评价超早期脑梗死患者是否存在缺血半暗带。一般认为缺血半暗带存在的时间为6 h之内，但是也有文献报道缺血半暗带存在的时间为24 h以内，甚至可以延长至48 h[18]。当PW I异常区大于DW I异常区时，进行溶栓治疗可以挽救部分缺血半暗带组织[19]，进行治疗能够减轻最终梗死范围。

3 T1、T2加权像

加权像(weighted imaging,W I)是为了评判被检测组织的各种参数，通过调节TR、TE，可以得到突出组织某种特征参数的图像，此图像称为加权像。据MRI原理，T1、T2反映氢核周围环境的信息。人体不同组织之间、正常组织与该组织中的病变组织之间氢核密度ρ和T1、T23个参数的差异，是MRI用于临床诊断最主要的物理学基础[20]。

常规T2加权像(T2W I)在急性缺血性脑梗死发病后4～6 h才能显示脑组织异常表现，一般认为T2W I出现高信号表示血脑屏障破坏，出现血管源性水肿。在大脑中动脉缺血大鼠模型脑缺血后的6～12 h，MRI扫描仪所获得的T2W I的信噪比要高于DW I，可以较清晰地显示缺血的部位和范围[21]。常规T2W I可以在脑缺血的定位诊断、定量诊断方面提供帮助。

临床上，T1W I、T2W I和DW I结合，可以用于判断缺血灶、梗死灶和液化灶。脑血流量(cerebral blood flow,CBF)减少引起脑细胞功能和形态改变，MRI上表现为异常信号的病灶，称为缺血灶。当缺血的CBF下降到一定阈值时，缺血灶转化为脑梗死，最终发展成软化灶，并且呈萎缩性改变。缺血灶在影像学上有如下特点：T1W I呈低或者等信号，T2W I上呈高信号或稍高信号，DW I及ADC值上无明显信号改变。易发生缺血灶的人群中发生脑梗死的风险增加，应用MRI成像检测缺血灶，可很好地指导临床上对脑梗死高发人群进行预防和治疗[22]。T2W I与DW I相比，更能预测脑缺血后期的损伤情况[23]。

动物实验方面，发现缺血后24～48 h，T2W I即能准确地显示出梗死灶，其信号异常区与组织学上梗死区域的表现具有相关性。Peeling等采用Bruker MSL-X Biospec 7/21 spectrometer (Karlsruhe,Germany)，3 cm内径表面线圈。扫描野3.5 cm×3.5 cm，层厚1 mm,TE=20,40,60 ms,TR=1500m s进行磁共振扫描，行为学采用台阶测试，发现MCAO大鼠左前肢的运动功能损伤程度与T2W I显示的脑梗死面积大小具有相关性[24]。

Komatsu等采用Oxford Magnet Technologies 7.0 T超导磁共振仪进行T2W I扫描，冠状位，层厚1.0 mm，间隔0.5 mm，TR=3000ms,TE=37ms,b=0。本实验观察间充质干细胞对大脑中动脉缺血大鼠模型脑梗死面积的影响，发现缺血后7 d接受间充质干细胞治疗组能够降低梗死面积[25]。Belayev等在MCAO大鼠发病后1 d、3 d、7 d采用T2W I(Bruker Avance 4.7 TMRI)观察二十二碳六烯酸(docosahexaenoic acid,DHA)对模型大鼠的治疗作用，利用3D重建技术计算脑梗死体积的变化，发现模型大鼠脑梗死体积有所降低，给药组大鼠脑梗死体积降低明显[26]。MRI具有高效、无创、快捷等优势，近年来在脑缺血的诊断和预测方面取得了很大进展，不仅能够对被检查对象进行自身对照的连续动态观察，还能将活体组织形态学动态变化与神经功能动态测定及其他病理学方法相结合。在实际工作中，需要根据脑缺血不同分期和实验目的，选择不同的MRI参数进行诊断和判断。对一幅图像的判断，不但要明暗度分明，重要的是区分不同的组织、正常与病理状态的差异。总之，在脑缺血的诊断中需要综合运用不同的MRI方法。

[1]M urray CJL,Lopez AD.Globalmortality,disability,and the contribution of risk factors:global burden of disease study[J]. Lancet,1997,349:1436-1442.

[2]Lopez AD,M athers CD,Ezzati M,et al.Global and regional burden of disease and risk factors,2001:systematic analysis of population health data [J]. Lancet, 2006, 367(9524): 1747-1757.

[3]张兴毅,陈长林,李慧仙.大鼠全脑缺血再灌注后脑红蛋白的表达[J].实用心脑肺血管病杂志,2010,18(2):103-104.

[4]张丽雁.MRI对临床诊治脑梗死的诊断意义[J].中国现代药物应用,2010,4(5):17-18.

[5]王俭,贾文霄,木合拜提·马合苏提,等.磁共振扩散成像定量指标在脑缺血诊断中的应用[J].新疆医科大学学报,2002,25 (3):290-294.

[6]周林江,沈天真,陈星荣.磁共振扩散加权成像在超急性期脑梗死诊断中的应用[J].中华放射学杂志,2002,36(3): 216-217.

[7]Liu XQ,Nakayama S,Am iry-Moghaddam M,et al.A rginine-Vasopressin V1but not V2receptor antagonism modulates infarct volume,brain water content,and aquaporin-4 expression follow ing experimental stroke[J].Neurocrit Care,2010, 12(1):124-131.

[8]Andew S,Eric M,Lloys H.Cerebral edema after temporary and permanentm iddle cerebral artery occlusion in the rat[J]. Stroke,1995,26(6):1061-1066.

[9]Kim EY,Ryoo JW,Roh HG,et al.Reversed discrepancy between CT and diffusion weighted MR imaging in acute ischem ic stroke[J].AJNR Am J Neuroradiol,2006,27(9): 1990-1995.

[10]周林江,沈天真,陈星荣.磁共振扩散加权成像在超急性期脑梗死诊断中的应用[J].中华放射学杂志,2002,36(3): 215-218.

[11]Koizum i J,Yoshida Y,Nakazawa T,et al.Experimental studies of ischem ic brain edema.1.A new experimentalmodel of cerebral embolism in rats in which recirculation can be introduced in the ischem ic area[J].Jpn JStroke,1986,8:1-8.

[12]方乐,王田蔚,杨海山,等.大鼠急性脑缺血再灌注细胞毒性水肿与水通道蛋白-4表达[J].中国实验诊断学,2008,12(8): 959-960.

[13]鲁宏,胡惠,何占平,等.三种不同MRI检查方法诊断早期脑缺血的实验对比研究[J].海南医学,2010,21(12):30-32.

[14]Kelsen J,K jaer K,Chen G,etal.Parecoxib is neuroprotective in spontaneously hypertensive rats after transientm iddle cerebralartery occlusion:a divided treatment response?[J].Neuroin fl ammation,2006,3:31.

[15]Chen G,Frøki J,Pedersen M,et al.Reduction of ischem ic stroke in rat brain by alpha melanocyte stimulating hormone[J].Neuropeptides,2008,42:331-338.

[16]张文博,程敬亮,张勇.磁共振灌注成像在缺血性脑血管病诊断中的价值与进展[J].中国实用医刊,2011,38(11):82-84.

[17]刘克,陈德基,李志铭,等.磁共振弥散及灌注成像技术在急性脑缺血梗死早期诊断及疗效观察的应用价值分析[J].中国CT和MRI杂志,2011,9(3):1-4.

[18]Touzani O,Roussel S,Mackenzie ET.The ischem ic penumbra[J].Curr Opin Neurol,2001,14(1):83-88.

[19]Meng X,Fisher M,Shen Q,etal.Characterizing the diffusion perfusion m ismatch in experimental focal cerebral ischem ia[J].Ann Neurol,2004,55:207-212.

[20]刘秀珍.MRI技术中T1、T2的物理学意义及临床应用[J].北京生物医学工程,2006,25(3):333-334.

[21]万业达,张云亭,刘松龄.不同MRI检查方法诊断早期脑缺血价值的实验研究[J].中国医学影像技术,2004,20(6): 841-843.

[22]范元军,李永海,郝建成.脑内缺血灶与脑梗死的CT、MRI影像对比分析[J].医学信息,2011,3:1232-1233.

[23]Saunders DE,Clifton AG,Brown MM.M easurement of infarct size using MRI predicts prognosis in m iddle cerebral artery infarction[J].Stroke,1995,26:2272-2276.

[24]Peeling J,Corbett D,Del MR,et al.Ratm iddle cerebral artery occlusion:correlations between histopathology,T2-weighted magnetic resonance imaging,and behavioral indices[J].J Stroke Cerebr Dis.2001,10(4):166-177.

[25]Komatsua K,Honmoua O,Suzuki J,et al.Therapeutic time w indow ofmesenchymal stem cells derived from bonemarrow after cerebral ischem ia[J].Brain Res,2010,1334:84-92.

[26]Belayev L,Khoutorova L,A tkins KD,et al.Docosahexaenoic acid therapy of experimental ischem ic stroke[J].Transl Stroke Res,2011,2:33-41.

App lication of M agnetic Resonance Im aging to Cerebral Ischem ia in C linical and Anim al Experim ents(review)

YANG Cui-cui,LI Lin.DepartmentofPharmacology,Xuanwu Hospital ofCapitalMedical University,Key Laboratory for Neurodegenerative Diseases ofM inistry ofEducation,Beijing 100053,China

Cerebral ischem ia accounts for 70%～80%.Magnetic resonance imaging(MRI)show s infarct focus efficiently,which plays an important role in the diagnosis of ultra-early stage of ischem ia and the prediction of infarcts'change.This paper reviewed the recent advance in the effectof MRIon the diagnosisand prediction of cerebral ischem ia.

cerebral ischem ia;magnetic resonance imaging;diffusion w eighted imaging;perfusion weighted imaging;T1weighted imaging;T2weighted imaging

R743

A

1006-9771(2012)04-0344-03

2011-11-01

2011-11-14)

1.北京市科技计划项目(D0206001043191)；2.北京市教委学科群建设项目(XK 100270569)。

首都医科大学宣武医院药物研究室，北京市老年病医疗研究中心，神经变性病教育部重点实验室，北京市100053。作者简介：杨翠翠(1985-)，女，河北文安县人，博士研究生，主要研究方向：神经药理学、中药药理学。通讯作者：李林。

10.3969/j.issn.1006-9771.2012.04.009