方舟，方維東

（重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，重慶400016）

0 引言

磁化率加權(quán)成像(SWI)是一種利用組織間磁化率差異來增強(qiáng)圖像對比度的磁共振成像(MRI)技術(shù)。隨著定量磁化率圖(QSM)和磁化率張量成像(STI)的發(fā)展，定量測量腦鐵沉積已經(jīng)完全成熟，但其定量信息已經(jīng)為發(fā)現(xiàn)運(yùn)動障礙性疾病衰老和病理演變提供了新的線索，原發(fā)性震顫（Essential Tremor, ET）和帕金森?。≒arkinson’s disease, PD）是臨床上最常見兩種以震顫為主的運(yùn)動障礙性疾病，盡管有關(guān)于ET和PD中神經(jīng)變性的種種假設(shè)，ET和PD都是最常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾病之一，但盡管發(fā)病率很高，但對病理生理學(xué)的了解仍然不夠，特別是深部灰質(zhì)的鐵沉積成為了近年來的研究熱點(diǎn)，并且由于鐵是腦內(nèi)深部灰質(zhì)中磁易感性的主要來源，可用磁敏感加權(quán)成像序列進(jìn)行評價，近年來的各種新興的磁敏感加權(quán)序列已經(jīng)被用于患有各種運(yùn)動障礙型疾病以及神經(jīng)退行性疾病的患者。本文就近年來磁敏感加權(quán)成像對以震顫為主的運(yùn)動障礙性疾病的研究的新進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 磁敏感加權(quán)序列概述

傳統(tǒng)上，磁化率引起的磁場擾動在磁共振成像（MRI）中通常被視為圖像偽影的來源。這種處理是有必要的，因為這種擾動無法提供可用的軟組織對比度，而且大的場偏移會在MRI圖像中產(chǎn)生各種不需要的失真。但是，磁化率也是組織的固有特性之一。如果處理得當(dāng)，它也可以提供有關(guān)組織結(jié)構(gòu)和功能的重要信息。磁化率加權(quán)成像（SWI）就是這樣一種技術(shù)，它利用磁性來產(chǎn)生有用的圖像對比度[1-3]。 SWI將T2*加權(quán)幅值圖像與通過梯度回波序列獲得的濾波后的相位圖像進(jìn)行乘法關(guān)系[1,3]。雖然T2*加權(quán)幅值圖像已經(jīng)提供了一些磁化率對比，但是SWI進(jìn)一步增強(qiáng)了磁化率不同的組織之間的對比度。磁化率加權(quán)成像SWI的中心思想是通過結(jié)合幅度和相位來增強(qiáng)敏感度誘導(dǎo)的對比度。幅度或相位本身只使用了所獲取信息的一半。 De Crespigny等人[2]提出了一種技術(shù)，通過將兩者結(jié)合起來，提高了對敏感性對比的敏感性。他們提出振幅和相位可以通過多種方式結(jié)合起來，以使它們相互增強(qiáng)，而不是抵消，并演示一種簡單的方法來在適當(dāng)?shù)南辔恍Ｕ笾亟ㄕ鎸?shí)圖像，以解決各種靜態(tài)相位變化，并對各種靜態(tài)相位變化進(jìn)行適當(dāng)?shù)南辔恍Ｕ?。今天常用的SWI曾被Reichenbach等人[3]描述為“MR靜脈造影”，主要就是利用脫氧血紅蛋白的順磁性從而增強(qiáng)小血管的可視化。

1.1 對腦鐵含量的顯示更具優(yōu)勢的SWI序列-QSM

雖然鐵是鐵磁性的，但是鐵主要以結(jié)合鐵廣泛分布于人體內(nèi)，所以并沒有已知的人體組織是鐵磁性的。在人類中，鐵主要儲存在鐵蛋白和含鐵血黃素中；兩者都是順磁性的。在大腦中，某些區(qū)域優(yōu)先積累非血紅素鐵。Hallgren和Sourander[4]在尸檢時研究了鐵在81個大腦中鐵的分布。他們發(fā)現(xiàn)，鐵的分布在十幾歲或二十多歲時處于平臺期，在60歲之后出現(xiàn)會再次出現(xiàn)較緩慢的增長，大體還是呈現(xiàn)指數(shù)式的增長。近年來的QSM對大腦的相關(guān)研究在很大程度上也驗證大腦深層核團(tuán)的順磁敏感性主要是由于鐵沉積[5-7]。死后核磁共振和質(zhì)譜已經(jīng)證實(shí)，QSM測量的敏感性與大腦深層核團(tuán)中的鐵濃度呈線性相關(guān)[8]。因此，QSM被認(rèn)為是一種潛在的體內(nèi)定量腦鐵貯量的方法。這項由Lim等人[9]進(jìn)行的研究評估了191名1-83歲的健康參與者的易感性與年齡的關(guān)系，結(jié)果表明，富鐵灰質(zhì)核的磁化率遵循指數(shù)增長軌跡，這也證實(shí)了Hallgren和Sourander[4]在之前的發(fā)現(xiàn)。另一方面，大腦和小腦半球白質(zhì)和灰質(zhì)的鐵濃度最低[9]。Hallgren和Sourander[10]還報告說，皮層下的“U”型纖維的鐵含量高于大腦灰質(zhì)或白質(zhì)。此外，額葉白質(zhì)的鐵分布大于枕葉白質(zhì)，內(nèi)囊后肢最后部幾乎沒有鐵離子分布，視神經(jīng)輻射也幾乎沒有。在7T時獲得的高分辨率相位圖中，Duyn等人[7]同時還觀察到皮層IV層出現(xiàn)強(qiáng)烈的順磁頻移，這歸因于細(xì)胞體中鐵濃度過高。

1.2 磁敏感加權(quán)序列的更新與進(jìn)展

在過去的十多年中，SWI在大腦中發(fā)現(xiàn)了越來越多的應(yīng)用，并逐漸被常規(guī)臨床成像所采用。但是，SWI沒有提供磁化率的定量度量。定量磁化率圖譜（QSM）[11-16]和磁化率張量成像（STI）[17]的最新發(fā)展正解決了這一局限。當(dāng)SWI根據(jù)相位圖像生成對比度時，QSM進(jìn)一步計算每個體素的潛在磁化率作為標(biāo)量。Liu等的另一項研究[18]也提示相較于T2*WI測得的R2*值及SWI測得的相位值，QSM的磁化率值在量化腦區(qū)異常鐵沉積方面的敏感度及特異度更佳。另一方面，STI將磁化率視為張量（即3x3矩陣）而不是標(biāo)量，從而可以量化磁化率各向異性（MSA）[19]。而JoM等學(xué)者在最近的一項研究中[20]評估了SMWI在3T上可視化的有效方法及效果。發(fā)現(xiàn)使用QSMnet利用磁化率掩模進(jìn)行SMWI成像是一種更有效的方法。

2 人腦組織中鐵的正常及病理性分布

組織中大部分MRI可見鐵位于鐵蛋白和含鐵血黃素中，并與有助于儲存和運(yùn)輸?shù)牡鞍踪|(zhì)有關(guān)[21]。這種儲存形式以外的過量鐵對于細(xì)胞可能是有毒的，后果是導(dǎo)致氧化應(yīng)激并導(dǎo)致疾病產(chǎn)生[22]。在健康的成年大腦中，總鐵濃度范圍為每克組織0-200μg，即200ppm，典型的白質(zhì)（WM）和皮質(zhì)灰質(zhì)（GM）區(qū)域處于該范圍的下限（＜60 ppm ）[4,23]。在微觀尺度上，跨細(xì)胞類型存在很大的差異，小膠質(zhì)細(xì)胞和少突膠質(zhì)細(xì)胞對鐵的染色最為一致[23-27]。在整個WM上，肉眼觀察到可變的鐵染色[4,26]，主要纖維束如胼胝體和視輻射幾乎沒有鐵染色[27]。在GM中，在小腦的齒狀核以及中樞腦區(qū)域（如基底神經(jīng)節(jié)和紅色核）中發(fā)現(xiàn)了最高的鐵濃度[24,28]，通常與神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞有關(guān)，而皮層中發(fā)現(xiàn)的較低濃度通常與少突膠質(zhì)細(xì)胞有關(guān)。大多數(shù)病理狀況與組織鐵含量增加有關(guān)，主要是鐵血鐵蛋白和鐵蛋白的形式。先前血管損傷部位附近的含鐵血黃素可能源自滲出的血液。鐵儲存疾?。ㄈ玢~藍(lán)蛋白血癥）發(fā)生的增加更為普遍，在大腦的大部分區(qū)域中鐵的發(fā)現(xiàn)增加了2-3倍[29]。在許多神經(jīng)系統(tǒng)疾病中，鐵優(yōu)先聚集在基底神經(jīng)節(jié)中[21,30,31]，在該區(qū)域還發(fā)現(xiàn)了其他金屬，例如錳[32]和釓[33]。大腦有可能使用這些區(qū)域作為不需要的材料的存儲或轉(zhuǎn)儲。在某些較常見的神經(jīng)系統(tǒng)疾?。ㄈ绮粚幫染C合征）中，鐵組織蓄積呈減少的趨勢[34]。

3 運(yùn)動障礙患者的腦鐵沉積研究

3.1 帕金森病患者的腦鐵沉積

鐵動態(tài)異常（特別是細(xì)胞鐵超負(fù)荷）被認(rèn)為是PD等神經(jīng)退行性變的關(guān)鍵條件[35,36]。許多神經(jīng)退行性疾病的病因不同。但是，其病理過程中均存在幾種相同的細(xì)胞過程，例如鐵動態(tài)異常（鐵沉積過多），鐵誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激，脂質(zhì)生成的活性氧物質(zhì)的積累。鐵質(zhì)異常和鐵質(zhì)異常是神經(jīng)退行性疾病發(fā)病機(jī)理的重要因素。Cheng等人的研究[37]發(fā)現(xiàn)與R2 *作圖法相比，QSM顯示出更高的敏感性和特異性，可將PD患者與正常對照區(qū)分開?？傊?，QSM和R2 * 繪制圖譜可以較準(zhǔn)確計算出人腦中的鐵水平，而QSM提供了一種更靈敏，準(zhǔn)確的方法來評估PD患者的局部鐵分布異常。除此之外Thomas等人[38]也在研究中發(fā)現(xiàn)，前額葉皮層和殼狀核相比，PD中的QSM升高。PD組的全腦回歸分析發(fā)現(xiàn)QSM隨年齡增加，使用QSM測量的腦組織鐵可以跟蹤PD中的認(rèn)知參與。這對于檢測早期認(rèn)知變化的征兆，對臨床試驗的人群進(jìn)行分層以及監(jiān)測PD的進(jìn)展可能很有用。Eskreis-Winkler S等人[39]回顧了QSM在椎體外系疾病中的診斷，醫(yī)療管理和外科治療中的應(yīng)用。發(fā)現(xiàn)帕金森氏?。≒D）患者的黑質(zhì)，蒼白球，殼核和亨廷頓病患者的尾狀核的鐵沉積，以及在威爾遜氏病患者的基底神經(jīng)節(jié)中。Homayoon N[40]近期的研究表明，震顫為主的PD中，黑核中的鐵含量明顯高于肌張力障礙、ET和正常對照。進(jìn)一步的，在Nadya Pyatigorskaya博士的Meta分析[41]中發(fā)現(xiàn)SWI或QSM的相關(guān)實(shí)驗結(jié)果，都表明腦內(nèi)中鐵含量的是PD患者的可靠生物標(biāo)記。這些實(shí)驗中的一些與運(yùn)動癥狀的嚴(yán)重程度相關(guān)。并發(fā)現(xiàn)，QSM似乎比R2 *更有說服力并且可重復(fù)，更適合于多中心研究。

3.2 特發(fā)性震顫患者的腦鐵沉積

目前國內(nèi)外的研究對于特發(fā)性震顫患者大腦及小腦的貼沉積的研究并不多，且部分是研究是基于帕金森震顫癥狀患者的對照研究，很少有專門對ET患者的腦鐵沉積的研究，比如近期Pietracupa S[42]等人近期的研究中，利用ESWAN的T2*值區(qū)分特發(fā)性震顫、PD以及健康對照組，PD與將康對照組T2*值存在明顯差異，而ET與健康對照無差異，也再次驗證了ET與神經(jīng)退行性病變在病理方面的不同。此外，各種臨床發(fā)現(xiàn)表明，至少相當(dāng)一部分的ET患者中存在小腦或其通路的潛在異常。然而，小腦功能障礙本身不可能完全解釋與ET相關(guān)的癡呆以及震顫情況，因為在小腦病變患者中描述的認(rèn)知缺陷一般較輕，那么ET患者的腦鐵沉積是否能體現(xiàn)患者認(rèn)知障礙的程度就還需要更多實(shí)驗的驗證。

4 小結(jié)與展望

磁敏感加權(quán)成像以其可視三維，高分辨率、可對腦內(nèi)深部灰質(zhì)核團(tuán)鐵沉積定性、定量的優(yōu)點(diǎn)，為研究運(yùn)動障礙性疾病的發(fā)生于發(fā)展提供了一項重要的觀察及評估途徑，憑借著這些優(yōu)勢，相關(guān)的研究不僅揭示了運(yùn)動障礙性疾病患者深部灰質(zhì)核團(tuán)鐵沉積的定性及定量改變，并且很有可能在將來的研究中對運(yùn)動障礙性疾病，特別是特發(fā)性震顫這種病理尚不完全清楚的疾病，提供了更為廣闊的研究可能。