概述｜基于磁共振成像的缺血性卒中病因及发病机制研究
缺血性卒中病因及发病机制的准确判断对于抉择治疗方案、预测治疗效果至关重要。在临床实践中，需要结合临床症状及体征、影像学检查、实验室检查等大量信息综合分析，以对卒中的病因及发病机制进行诊断，这一直是临床关注的重点和研究热点。随着神经影像新技术和以7.0T磁共振为代表的影像设备迅猛发展，让基于影像的病因及发病机制相关研究得到了蓬勃发展。病因学诊断可有效指导卒中的二级预防，减少卒中复发，其主要依据来源于影像学的支持。由此可见，临床影像学贯穿了缺血性卒中的预防、诊断、治疗和随访的各个环节，是探索卒中发生发展整个过程的关键手段和核心技术。
一系列先进磁共振成像技术的研发及特征性影像学诊断指标的提出，为基于影像学的卒中病因及发病机制的相关研究打开了新的局面。2015年国际医学磁共振学会（International Society for Magnetic Resonance in Medicine，ISMRM）发布了关于磁共振ASL灌注成像临床应用白皮书。美国神经放射学会（American Society of Neuroradiology，ASNR）分别于2017年及2018年发布了关于颅内动脉及颈动脉高分辨率磁共振管壁成像（high-resolution vessel wall imaging，HRVWI）解读及应用专家共识。在我国，中华医学会放射学分会于2016年发布了《动脉自旋标记脑灌注MRI技术规范化应用专家共识》。中华医学会放射学分会及国家卫生健康委员会脑卒中防治工程委员会于2019年发布了《脑血管病影像规范化应用中国指南》。这些指南及共识均对基于影像的缺血性卒中病因学诊断进行了详细介绍。
在脑血管病的临床诊断中，磁共振成像在以下几个方面应用较为成熟：
采用HRVWI鉴别血管狭窄-闭塞性病变，如动脉粥样硬化性病变、夹层动脉瘤、烟雾病、原发中枢神经系统血管炎、可逆性脑血管收缩综合征等；
采用SWI探查心源性栓子，通过磁敏感血管征象（susceptibility vessel sign，SVS）来判断栓子是否存在（敏感度为97.1%，特异度为91.3%）；
ASL磁共振灌注成像无须对比剂，不仅可以了解卒中患者的脑血流灌注情况，还可用于卒中模拟病的鉴别诊断；
更进一步的影像学技术，如三维准连续式ASL，可通过设置不同标记后延迟时间（post-labeling delay，PLD），捕捉不同时刻脑灌注状态，显示侧支循环代偿下脑灌注的动态变化，从而更加直观地对侧支循环进行评估。
工欲善其事，必先利其器。磁共振成像设备的跨越式进步，进一步助推了基于影像的病因及发病机制研究。2017年，全球首台临床7.0T磁共振获得了欧盟CE认证和美国食品药品监督管理局颁发的临床准入许可，至今全球已有100余台7.0T MR设备装机使用。磁场强度和系统梯度性能的提升使7.0T磁共振的信噪比、空间分辨率和组织对比度大幅提高，满足了超高分辨率成像和功能代谢成像的需求，为神经、血管、肿瘤成像等多个领域带来突破性进展，在探索疾病发病机制、早期诊断、疗效监测和疗效评估等方面具有极大潜力。7.0T磁共振对于脑血流和动脉管壁成像的空间分辨率可达到亚毫米级别，与目前临床上常用的3.0T和1.5T磁共振比较，显著提高了颅内血管整体可视性和对脑血管病变的检测能力。7.0T磁共振不仅能直接显示穿支动脉或小髓静脉形态，对皮层下微梗死、微出血的显示也更为敏感，还能实现对小动脉管壁功能的量化评估，为揭示脑血管病病因和病理生理机制提供了线索。隐源性卒中在卒中病因学研究中占据了约35%的比例，这也反映了一直以来在卒中病因学诊断方面的临床困境，随着上述多种先进影像技术在病因学诊断中的不断应用和深化，卒中病因也将“抽丝剥茧”，越来越清晰地显示源头，隐源性卒中占比也将进一步减少。
值得关注的是，多核素磁共振成像的兴起，让我们进一步认识到磁共振成像在探测人体代谢信息方面的巨大潜力。一般来说，由于人体各种组织含有大量的水和碳氢化合物，且氢核（1H）的磁旋比大、信号强，所以通常采用1H来进行成像。事实上，除了传统的以1H进行磁共振成像外，大量自旋原子核如23Na、31P、129Xe携带丰富代谢和独特示踪信息，也可提供磁共振信号，这些非质子原子核磁共振成像被称为多核素磁共振成像。但在低场强下多核素磁共振成像的信噪比很低，并不能被很好地观测到，只有在超高场强下或超极化状态下才能被检测到信号。当脑缺血发生时，病变区域氧和葡萄糖供应减少，钠-钾泵功能受损，导致局部组织钠浓度增加，利用23Na磁共振成像测得的钠浓度是卒中后脑组织活性的潜在标志物，也是确定卒中发生时间和确定患者是否进行溶栓治疗的重要客观依据。31P磁共振波谱成像可以检测体内大分子代谢物，为检测能量代谢情况提供重要信息。利用31P磁共振波谱成像对早期脑缺血的研究显示，当出现酸中毒时，无机磷酸盐（phosphate，Pi）相对信号强度显著升高，α-ATP和β-ATP相对信号强度显著降低，缺血性脑组织pH值与磷酸肌酸（phosphocreatine，PCr）信号强度及PCr指数正相关，与Pi信号强度负相关。这表明在缺血性酸中毒期间，高能磷酸盐代谢与脑pH值有关，研究表明在这期间对急性卒中进行治疗可明显提高疗效。另外，对于129Xe磁共振成像而言，由于生物体内没有129Xe背景信号，吸入的超极化129Xe通过血液输送到大脑，卒中发生导致的低灌注会降低病变区域的129Xe浓度从而可准确量化脑的灌注情况。最近超极化129Xe磁共振成像也被用来监测对大脑刺激响应的脑血流动力学改变。
目前，神经影像的进展虽然极大地提升了对缺血性卒中病因及发病机制的认识，但仍然面临以下挑战：首先，对于多种病因共存的卒中患者，即使综合了临床和影像等信息，由于检查手段的局限性，有时仍然难以做出准确判断；其次，针对卒中病因及发病机制判断的某些关键影像学指标仍然存在争议，多个研究之间存在不一致性，尚需大宗病例的长期深入研究；最后，尽管磁共振成像已经取得了长足的进展，但检查速度较慢，不适用于危重患者，仍然是制约其临床广泛应用的瓶颈，快速成像技术亟待解决。相信随着磁共振成像硬件的提升，扫描技术的改进，扫描协议的优化，将进一步拓展其临床应用场景。大力开发无创、快速识别卒中病因的影像学技术和方法，并加强基于深度学习对影像数据的处理和信息整合，将进一步提升神经影像在缺血性卒中病因及发病机制研究中的权重。
总之，重视神经影像在缺血性卒中诊治中的作用，加强多学科协作，将进一步提升缺血性卒中病因学诊断及发病机制判断的精准性，促进个体化治疗，改善患者预后，降低我国卒中疾病负担。
中国卒中杂志 2021年5月
第16卷 第5期
通讯作者：娄昕
作者单位：解放军总医院第一医学中心放射诊断科
来源：天坛会