三、MRI
MRI技术是利用原子核在磁场内所产生的信号经过重建成像的一种影像技术。早在1946年，Block和Purcell就发现了物质的核磁共振现象并应用于化学分析上，而形成了核磁共振波谱学。1973年Lauterbur发表了MRI技术，使核磁共振应用于临床领域。MRI具有极大的临床应用潜力，是唯一获得医学与物理两大领域诺贝尔奖的技术。
MRI具有多参数、多方向、分辨力高等特点。人体不同器官的正常组织与病理组织的T1值是相对固定的，而且它们之间有一定的差别，T2值也是如此。这种组织间弛豫时间上的差别，是MRI诊断的基础。
由于其为多参数成像，因此，在MRI技术中，采用不同的扫描序列和成像参数，可获得T1加权成像，T2加权像和质子加权像。一般短TR、短TE可获得T1加权像;长TR、长TE可获得T2加权像;长TR、短TE可获得质子加权像，详见表6-1。
表6-1 SE序列各加权像的参数匹配
1.磁共振常规序列 颅脑磁共振平扫多用的序列参数包括T1加权、T2加权、Flair序列及DWI序列。T1WI及T2WI原理如上所述，但目前临床应用较多的为快速自旋回波（fast spin echo，FSE）技术，与SE序列相比，磁共振成像采集速度明显加快，在其他参数不变的前提下，回波链（echo time，ETL）越长，90°脉冲所需要的重复次数越少，采集时间将成比例缩短。Flair序列实际上运用的是反转恢复序列（inversion recovery，IR），该序列是在SE序列前先施加一个180°反转预脉冲。此序列优点是有效地抑制脑脊液的信号，使其对病变检出的敏感性提高。
2.DWI 弥散加权成像与传统MRI技术不同，它主要依赖于水分子的运动而非组织的自旋质子密度、T1值或T2值，为组织成像对比提供了一种崭新的技术。在临床DWI技术中，扩散一般指组织中水分子不断地随机改变运动方向和位置的现象。扩散系数（D）指水分子单位时间内随机扩散运动的范围，单位为mm2/s，MRI弥散加权成像（diffusion weighted imaging，DWI）成像原理为常规自旋回波序列180°脉冲前后施加梯度场，有弥散存在情况下，质子沿磁场梯度随机运动，以不同频率自旋，在回波时间因质子的相位分散不能完全重聚，导致信号下降，信号降低的程度依赖于组织类型、结构、物理和生理的状态以及微环境。目前多选用单次激发平面回波（echo planar imaging，EPI）脉冲序列，并行采集技术与EPI序列联合应用，可显著减少磁敏感和化学位移伪影。DWI的宏观表现常用表观弥散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）表示。临床应用中，常规观察DWI、ADC图及EPI T2WI图像。基于DWI对比特点，需结合ADC图分析病变的性质。
图6-3 脑缺血动态观察
患者，男，58岁，以左侧偏身无力伴言语不利4h入院，MRI平扫示右侧放射冠呈斑片状及斑点状长T1长T2信号影，边界欠清，Flair序列呈稍高信号（图6-3a～f），在其弥散加权序列上，可见DWI呈明显高信号影（图6-3 g～h），ADC图呈低信号（图6-3 i～j），为急性期脑梗死细胞毒性水肿期，DWI范围明显比MRI平扫范围大，诊断敏感性高。
图6-4 脑缺血半暗带
患者，男，68岁，以头晕伴行走不稳3 d入院，图6-4a为DWI图，见右侧颞叶及侧脑室旁呈高信号，图6-4b～e为磁共振灌注图像，较DWI范围明显较大，两者相减区域即为缺血半暗带。并见TTP时间延长，MTT时间延长，CBV及CBF增加。
DWI在脑血管病变中的临床应用主要在于急性和超急性脑梗死的诊断，缺血后数分钟即可显示出异常高信号，而且随着b值增加而不断升高，ADC图表现为低信号。ADC值可以反映病变进程，DWI能够清楚地反映出组织的损害范围和程度，并可预测缺血结果和动态观察治疗效果（图6-3）。DWI可发现濒临梗死的脑组织，尤其与MR灌注成像联合应用，可精确评价缺血半暗带（图6-4）。DWI技术可以鉴别与临床脑梗死相似的病变，主要有两大类：①非缺血性病变，如周围性眩晕、头痛、癫痫、痴呆、功能紊乱、淀粉样脑血管病以及代谢性病变。②血源性水肿，传统MRI不能鉴别血管源性水肿和细胞毒性水肿，而DWI能可靠地对两者进行鉴别诊断（图6-5）。血管源性水肿在DWI上表现为高信号时，与动脉性脑梗死的信号相似，但血管源性水肿在ADC图上呈高信号，而细胞毒性水肿在ADC图上呈低信号，正确对两者进行鉴别诊断可显著改善患者预后。
图6-5 血管源性水肿和细胞毒性水肿的鉴别
患者，男，62岁，以右侧肢体麻木无力1月加重2 d为主诉就诊。左侧侧脑室旁病灶（图6-5a～b）DWI（如细实箭所示）为高信号，ADC图（如粗实箭所示）也为高信号，为血管源性水肿;左侧半卵圆中心病灶（图6-5c～d）DWI为高信号，ADC图为低信号，为细胞毒性水肿，通过弥散加权序列可以对二者进行鉴别。
3.PWI磁共振灌注加权成像 PWI可以描述血流通过脑血管网的情况，通过测量一些血流动力学参数，无创地评价脑组织的血流灌注状态。方法有两种：动脉自旋标记和造影剂首过对比技术。
（1）动脉自旋标记法：首先在成像层面供血动脉流入侧施加反转脉冲，使动脉血中的质子磁化矢量发生反转，标记的动脉血经过一定的时间流入成像层面时成像，获得标记的图像。在其他参数不变的情况下不施加反转脉冲获得同一层面未标记的图像。用标记的图像减去未标记的图像即可得到灌注图像。动脉自旋标记的优点是不需要造影剂和扫描时间短，缺点是获得的功能信息少、对运动伪影敏感、信噪比低、图像质量差，仅适合于大面积脑缺血患者，尚未广泛应用于临床。
（2）造影剂首过对比技术：基本原理是利用团注顺磁性对比剂，当血脑屏障完整时，认为首过的对比剂仅位于血管内，不向血管外间隙扩散，符合单室模型。团注对比剂经过脑组织时间很短，通常为18s左右。PWI可采用T1加权或T2加权序列，临床脑部PWI常采用EPI的T2加权序列。
脑部PWI常用参数为脑血容量（CBV）、脑血流量（CBF）和平均通过时间（MTT）。其中MTT是一个非常敏感的指标，PWI评价血流动力学改变与CT灌注成像基本一致，但是相对脑血容量和脑血流量测定较CTPI准确性稍差，大量研究认为CBF是预测脑缺血性半暗带存活的最佳PWI指标。与DWI联合应用是基于扩散灌注不匹配理论，扩散异常代表了核心不可逆梗死的组织，其周围灌注异常但没有扩散异常的区域代表低灌注带还没有发生进一步的生物能力障碍的区域，即为半暗带。
PWI技术在脑血管病中的诊断和治疗中成为一种很重要的手段，可以评价急性卒中后仍有缺血危险的脑组织疾病。在急性脑血管闭塞造成组织坏死后的几分钟甚至几小时内，评价是否仍有存活或挽救脑组织很重要。在梗死早期，准确地区分可恢复的及不可逆梗死的脑组织，不仅可以帮助选择合适的治疗方法，还可预测患者是否能从晚期再通或神经保护治疗中收到疗效。
4.氢质子磁共振波谱技术 磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy，MRS）是目前唯一无创性的研究活体器官、组织代谢、生化变化及化合物定量分析的方法，在分子水平反映组织代谢的情况。
磁共振波谱包括磷谱和氢质子谱两种。磷谱主要用于肌肉、脑、心肌肿瘤的能量代谢研究。氢质子波谱在颅脑疾病诊断中已经得到了广泛的应用。可以用于癫痫、脑肿瘤、超急性期脑梗死、新生儿缺血缺氧性脑病、脑白质病和脑变性疾病、脑发育等方面。
氢质子波谱的一个重要方面是可以对代谢产物进行定量分析。利用波峰的高度（代表共振信号强度）和宽度（代表共振频率）计算波峰下面积。脑血管病常用的代谢产物氢质子波谱共振峰包括：①NAA波（N-乙酰天门冬氨酸），存在于2.0×10-6，此峰仅存在于神经系统，由神经元的线粒体产生，是神经元密度和活力的标志。②Cho波（胆碱）：波峰在3.2×10-6，波谱检测到的不是固定在细胞膜内的胆碱，而是膜转换过程中的水溶性成分。③LAC波（乳酸）：波峰在1.3×10-6。包含两个明显的共振峰，称为“双尖波”，为无氧代谢产物，正常人乳酸水平很低，氢质子波谱检测不到。④Cr波（肌酸）：波峰在3.0×10-6，肌酸存在于神经元和角质细胞中。
氢质子波谱在脑血管中的应用主要用于缺血性脑梗死，作为一种补充检查，可以早期诊断脑梗死（图6-6）、评价急性脑梗死的严重程度及预后、评价疗效、缩小鉴别诊断范围、确定缺血半暗带、评价血管狭窄和闭塞性。对于急性梗死，在脑缺血后90min即可显示Lac波升高，早于弥散加权成像的ADC值减低，此时无NAA波的变化，NAA波的变化晚于ADC的减低，NAA水平在亚急性期减低。缺血性脑梗死24h内无Cho和Cr波的变化。ADC减低区Lac波明显升高，NAA波无变化或仅轻度降低，而Lac/Cho比值升高、NAA/Lac比值降低区将发展为完全梗死。氢质子波谱可检测到无氧酵解和神经元的死亡，它是一种确定未梗死的缺血组织的理想方法，在半暗带区可观察到Lac水平升高，NAA正常。对于严重的血管狭窄或闭塞的病例，氢质子波谱可以确定缺血组织的存在，并且可以帮助患者是否应接受动脉内膜切除治疗。由于提供了病理生理学信息，氢质子波谱被证明在缺血性疾病的研究中非常重要，但是，由于灌注和扩散研究的高敏感性、特异性，MRS在将来的作用尚未明确。(https://www.daowen.com)
图6-6 急性脑梗死
患者，女，73岁，DWI及ADC图分别于右侧颞枕叶表现为高信号及低信号，取急性梗死区为感兴趣区，Lac波明显升高，NAA峰未见明显变化。
5.弥散张量成像（diffusion tensor imaging，DTI） DTI是近10余年在磁共振弥散加权技术基础上发展起来的一种新技术，是功能磁共振成像的一个重要组成部分，是目前唯一能进行无创性活体研究脑白质形态及微观结构的方法。
DTI原理基于弥散的各向异性，水分子在脑组织中的弥散受到大脑组织细胞本身特征的影响，以及细胞内部结构的影响，包括髓鞘、细胞膜、白质纤维束等。DTI就是利用水分子弥散在不均质组织中具有各向异性的特征，成像时通过改变弥散敏感梯度的方向，测得水分子在各个方向上的弥散强度，在三维空间上对组织内水分子的弥散运动进行定量分析。
与DWI相比，DTI增加了成像采集的方向，侧重于反映弥散的方向性，DTI序列在多个方向施加弥散梯度，并分别进行采集，继而得出多种数据，通过计算得出多种图像，从而对弥散的各向异性做出检测。可用各向异性分数（fractional cnisotropy，FA）和相对各向异性（relative anisotropy，RA）表示。FA为张量各向异性与张量之比，RA为张量各向异性与张量各向同性之比，此外，容积比（volume ratio，VA）也是衡量弥散张量各向异性的指标。FA对较低的各向异性敏感;VA对较高的各向异性敏感;RA与各向异性呈线性相关。其中，FA值较为常用（图6-7），反映了细胞膜和髓鞘的完整性。
在脑组织中，水分子弥散所受限制越小，ADC值越高，FA值越低，两者结合可以准确地了解脑白质的形态改变。血压水平与脑梗之间具有持续的相关性，有研究讨论不同血压水平的无症状中年人群反映脑白质病变的ADC及FA值的变化特点，表明同组患者不同部位脑白质ADC值比较差异具有统计学意义，该变化特点在不同分组相同部位的脑白质FA值变化相似，其差异具有统计学意义，这间接证明高血压造成脑白质疏松症损害之前，隐匿性脑损伤已出现，相对常规磁共振平扫，反映白质损伤更为敏感。DTI在发现脑白质的病变中，较传统的DWI更敏感。DTI应用于卒中急性期患者，可早期观察到受累白质纤维束的形态变化，并可通过计算FA值，量化白质纤维受累的程度，从而可指导患者的康复治疗。有研究表明，在皮层下缺血患者中FA值降低，充分说明了患者存在皮层下纤维束损害。
图6-7 FA图示皮质脊髓束损伤变化
患者，女，54岁，头痛、头晕4d，如图示FA图未见明显异常，皮质脊髓束未见明显白质纤维束损伤。
6.磁共振磁敏感成像（susceptibility weighted imaging，SWI） 随着磁共振技术发展，SWI作为近年新发展的一种技术，已成为MRI功能成像一个组成部分。目前此技术主要应用在脑部疾病检查，SWI能识别各种出血产物（去氧血红蛋白、高铁血红蛋白、铁蛋白以及含铁血黄素），故对颅脑出血性疾病有重要应用价值。
SWI是一种利用磁敏感度差异和血氧水平依赖BOLD效应（blood oxygenation level dependent，BOLD）成像的磁共振新技术。该序列为梯度回波序列，但与传统的梯度回波采集技术不同，SWI运用分别采集强度数据和相位数据方式，并在此基础上后处理，将处理后的相位信息叠加到强度信息上，根据不同组织磁敏感性差异而成像。人体内引起磁敏感效应的物质大多与铁有关，其主要来源有血红蛋白及其降解产物，非血红素铁、钙化等。
对于脑出血类疾病较为敏感，弥补了传统磁共振对于出血性病变的不敏感，增加了诊断的准确性。SWI的特性使得对静脉血管、出血产物以及铁沉积等的显示非常敏感。在患者出现症状2～5h即可显示病灶（图6-8），最早发现病灶的时间是发病23min。SWI可以更好地显示脑血管病伴发的出血及病灶区域小静脉情况，可以更为准确地判断出血范围、程度，同时结合MRI其他序列，可以判断出血时间，从而指导临床，以便采取更为合理的治疗方法。SWI可以显示急性期脑梗死灶内的微出血灶，对于急性期脑梗死患者应将常规MRI和SWI相结合，以便提供更加准确的信息，避免不合理治疗（图6-9）。弥漫性轴索损伤是脑外伤中的一种特殊类型，是由剪切力引起脑白质的弥漫损伤，通常伴有多发小出血灶。SWI是一种能发现小出血病灶，对灰白质交界处的微出血极其敏感且可以同时清晰显示病灶的数目、大小和部位的成像方式。因此可以通过追踪出血病灶的变化来监控因出血而导致昏迷的患者的病情变化（图6-10）。SWI可以提前预测患者发生脑出血的风险，尤其是隐匿性脑出血，过去常常依靠CT诊断，但其对于微量或少量出血常常难以发现，SWI在诊断微出血灶方面具有较高的价值和应用前景，可以针对高危患者采取相应的预防治疗措施（图6-11）。SWI对循环缓慢的低流量的血管畸形价值较大。低流量的血管畸形主要包括海绵状血管瘤、静脉血管畸形（图6-12）、小AVM、Sturge-Weber综合征以及毛细血管扩张症等。
图6-8 右侧丘脑铁血素沉着
某患者头痛1h，SWI可见右侧丘脑含铁血黄素沉着，T1WI呈等低信号，T2WI呈低信号影，边界清晰。
图6-9 脑桥急性梗死
患者，男，42岁，MRI平扫及DWI示脑桥急性梗死，SWI则在梗死区内发现点状低信号微出血灶，对于临床诊断提供重要依据。
图6-10 弥漫性轴索损伤
患者，男，30岁，脑外伤患者，SWI见中脑、胼胝体压部、胼胝体膝部见斑点状低信号影，边界尚清。
图6-11 脑出血（隐匿性）
患者，男，32岁，头外伤入院，CT平扫未见明显出血病灶，SWI见右侧额叶斑点状低信号影，为隐匿性出血，SWI发现微出血灶具有优势。
图6-12 静脉血管畸形
患者，女，19岁，以左侧偏身无力1 d入院，MRI常规扫描于右侧半卵圆中心见点状T2WI低信号影，T1WI未见明显异常，DWI呈条形低信号，磁敏感成像MIP图示右侧半卵圆中心见异常血管扩张及含铁血黄素沉积。