多发性硬化（multiple sclerosis，MS）是中枢神经系统最常见的自身免疫性炎性脱髓鞘疾病，是致中青年残疾的常见原因之一^[1,2,3]。临床根据病程分为复发缓解型（relapsing-remitting MS ，RRMS）、继发进展型（secondary-progressive MS，SPMS）、原发进展型（primary-progressive MS ，PPMS）、进展复发型（primary-relapsing MS，PRMS）。RRMS是临床最常见、预后最好的亚型。MS病变在病理学上主要表现为不同程度炎性反应、轴突及少突胶质细胞损伤、微胶质细胞和巨噬细胞渗透及神经退行性改变^[4]。常规MRI可以用于检出病变、确定分期、监测病变变化。但常规MRI仅能从形态学上反映病变信号强度、病变分布部位等，不能定量地反映病变内及病变外脑组织的特征性改变。随着研究的不断深入，越来越多的组织病理学研究认为不仅仅在病变，看似正常的脑白质区（normal appearing white matter，NAWM）也可见轴突损伤、巨噬细胞及T淋巴细胞浸润^[5,6,7,8,9]。基于磁共振的多模态影像，包括弥散张量成像（diffusion tensor image，DTI）、磁化传递成像（magnetization transfer imaging，MTT）、磁共振波谱成像（MR spectroscopy，MRS）等MRI新技术提示，NAWM存在潜在的病理生理学异常^{[10,11,12,13]}。

       磁共振灌注成像能够敏感地反映脑血流动力学状态，已有研究通过磁共振磁敏感加权灌注成像以及动态增强扫描灌注成像对多发性硬化斑块及NAWM进行分析提示微循环血流动力学损害广泛存在于多发性硬化斑块及NAWM中^[14,15,16]。然而，灌注成像对NAWM的研究仍然受到一定程度的局限，原因包括传统磁共振灌注成像技术白质分辨率低；其次，NAWM区域已存在不同程度的血脑屏障异常，传统磁共振灌注技术容易出现偏倚；第三，传统磁共振灌注技术无法定量分析，均采用半定量分析。近年来，动脉自旋标记灌注成像越来越多地应用于中枢神经系统疾病，该技术能够使用自身血液中可自由弥散的水分子作为内源性示踪剂进行成像，其中三维准连续脉冲动脉自旋标记（3D pseudocontinuous arterial spin labeling，3D pCASL）技术基于快速自旋回波序列（fast spin echo，FSE），三维螺旋读出，具有标记效率高、能量沉积小、磁敏感伪影小、分辨率高等特点，对脑白质成像效果理想，同时能够在体进行脑血流定量，不依赖血脑屏障完整性，是研究多发性硬化微循环特征的理想技术^[17]。本研究主要采用3D pCASL技术定量分析RRMS患者NAWM的脑血流量（cerebral blood flow，CBF）变化，同时将CBF与扩展残疾状态量表（expanded disability status scale，EDSS）评分、病程、发病次数等临床资料进行相关分析，进一步探讨RRMS发病机制及病理生理改变。

1　材料与方法

1.1　研究对象

       经医院伦理委员会批准，连续纳入了2014年7月至2016年1月在我院临床诊断明确并行MRI检查的RRMS患者29例。纳入标准：(1)患者首先依2010年修订的Mcdonald指南确诊为RRMS^[18]；(2)年龄在18~55岁。排除标准：(1)近1月内有静脉注射糖皮质激素史；(2)近3月内有复发；（3）曾有大量抗抑郁药物服用史、大量酗酒史；(4)患有抑郁之外的其他心理疾病（按DSM-IV诊断指南）、代谢性疾病（如糖尿病）、心血管疾病；(5)图像质量欠佳、头动伪影较大；（6）不能进行MRI检查（如带有心脏起搏器及其他金属异物、幽闭恐惧症）。同时还纳入了17名与RRMS组性别和年龄匹配的的健康志愿者，无神经系统疾病且神经系统查体正常。所有RRMS患者和健康志愿者在入组前均签署了知情同意书。RRMS患者的纳入、临床资料（发病年龄、发病次数、病程、EDSS评分）采集由我院神经内科有经验的医生盲法进行。

1.2　MRI检查

       所有的RRMS患者及健康志愿者采用GE 3.0 T Discovery MR 750磁共振扫描仪及32通道的头颅线圈进行扫描，扫描范围为全脑。扫描系列包括轴位T2加权成像（T2 weighted image，T2WI）、三维快速扰相梯度回波序列（3-dimensional fast spoiled gradient echo，3D-FSPGR）及3D pCASL。具体参数如下：轴位T2WI：TR=6829 ms，TE= 93 ms，回波链长度＝32，层数＝24层，层厚= 5.0 mm，层间隔＝0.5 mm ，FOV=24 cm×24 cm ，矩阵＝512×512；3D FSPGR：TR=6.9 ms，TE=min full，层数＝288层，层厚＝1.2 mm，FOV= 24 cm×26 cm，矩阵＝256×256；3D pCASL：TR=4844 ms，TE=10.5 ms，层厚＝4 mm ，FOV= 24 cm，层数＝36层，NEX=2，标记后延迟时间= 2.0 s。总扫描时间约11 min。

1.3　图像的处理及分析

       使用GE公司（AW4.6工作站，GE Healthcare） Function Tool软件自带的3D pCASL后处理软件，生成CBF图。使用SPM8软件，将CBF图与3D FSPGR进行配准，以NMI 152模板为标准进行空间标准化，最后进行空间平滑；T2WI同样进行空间标准化，使其与标准化后的CBF图层对层一一对应。利用MIPAV软件（Medical Image Processing ，Analysis ，and Visualization ，National Institutes of Health ，America）在标准化后的T2WI勾画感兴趣区（region of interest，ROI）。ROI放置在NAWM，主要包括了半卵圆中心NAWM及侧脑室旁NAWM. ROI的大小为18 mm²。T2WI及3D FSPGR序列保证了选取的NAWM中不包括病变。将配准后T2WI的ROI坐标复制到配准后的RRMS患者及健康志愿者的CBF图中，得到相应ROI的CBF值。同一部位的多个ROI的CBF值求平均值得到平均的CBF值。ROI由两位资深放射科医生（从事MR诊断5年以上）勾画。ROI的放置见图1。

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图1  感兴趣区的勾画。A：半卵圆中心看似正常的脑白质区；B~D：侧脑室旁看似正常的脑白质区；E~H：对应的脑血流量图
Fig. 1  Regions of interest. A: Centrum semiovale normal appearing white matter; B—D: Periventricular normal appearing white matter; E—H: Corresponding cerebral blood flow maps.

1.4　统计分析

       使用SPSS 17.0统计学软件，P<0.05认为差异具有统计学意义。对于两位医生测得的CBF值进行组内相关系数分析（intraclass correlation coefficient，ICC）。采用K-S检验法检验CBF值的正态性，P>0.05认为CBF值符合正态性。两组间的年龄和性别的比较分别采用两独立样本t检验及卡方检验。半卵圆中心NAWM的CBF值及侧脑室旁NAWM的CBF值分别在RRMS和健康志愿者的组间比较采用两独立样本t检验。各ROI的CBF值与临床资料进行相关性分析（CBF值与年龄、发病年龄、病程采用Person相关分析；CBF值与发病次数、EDSS评分采用Spearman相关分析）。

2　结果

       所有受试者的基线资料见表1。本研究中共纳入了RRMS患者29例，男13例，女16例，年龄24~52岁，平均年龄(38.8±9.9)岁，发病年龄15~49岁，平均发病年龄（31.9±10.4）岁，发病次数1~11次，平均发病次数3(2~5)次，病程1~244个月，平均病程（91.1±77.9）个月，其中26例RRMS患者采集了EDSS评分，EDSS评分范围0~6分，平均1.8(1~2.6)分。健康志愿者17名，男5名，女12名，年龄24~52岁，平均年龄(37.5±10.0)岁。两组间的性别、年龄差异无统计学意义（年龄：P=0.664；性别：P=0.310）。在接受MRI扫描时所有受试者均没有复发，没有静脉注射糖皮质激素。

       RRMS组半卵圆中心NAWM的CBF值的ICC=0.925；侧脑室旁NAWM的ICC=0.961。健康志愿者半卵圆中心NAWM的CBF值的ICC=0.970 ；侧脑室旁NAWM的ICC=0.915。两位医生盲法测得的CBF值具有可重复性。

       RRMS及健康志愿者半卵圆中心NAWM、侧脑室旁NAWM的CBF值测量结果见表1及图2，RRMS组的半卵圆中心NAWM的CBF值为(32.5452± 4.5848) ml/100g，侧脑室旁NAWM的CBF值为(30.7788±4.1746) ml/100g；健康志愿者两个区域的CBF值分别为（35.4865±5.7968） ml/100g和(34.0530±4.4821) ml/100g。统计分析表明，RRMS的半卵圆中心NAWM、侧脑室旁NAWM的CBF值明显低于健康志愿者，结果具有统计学意义（半卵圆中心NAWM ：P=0.036；侧脑室旁NAWM：P=0.006）。

       RRMS患者的半卵圆中心NAWM及侧脑室旁NAWM的CBF值与年龄、发病年龄、发病次数、病程、EDSS评分的相关性分析结果见表2，可见无论是半卵圆中心NAWM的CBF值还是侧脑室旁NAWM的CBF值与年龄、发病年龄、发病次数、病程、EDSS评分比较差异无统计学意义。

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图2  与正常志愿者相比，MS组在半卵圆中心及侧脑室旁看似正常脑白质区的脑血量明显降低
Fig. 2  Bar graph illustrates the significant decrease in CBF in centrum semiovale and periventricular normal appearing white matter in patients with RR-MS compared with the CBF in these regions in healthy control subjects.

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表1  RRMS患者和健康志愿者的基线资料及看似正常脑白质CBF值
Tab.1  Demographic data and CBF values in normal appearing white matter

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表2  RRMS患者看似正常脑白质的CBF值与临床资料的相关性分析
Tab.2  Univariate correlation analyses

3　讨论

       3D pCASL可以反映脑内微血管的灌注情况，不用团注对比剂、受磁敏感伪影的影响较小。MS病变与脑内血管关系密切^{[19,20,21,22,23]}。60%～80％的MS病变内部有中央静脉，沿着静脉延伸^[19,21]。研究发现MS患者会出现血流动力学的异常^[14]，本研究采用3D pCASL分析RRMS患者NAWM的血流灌注情况，与病理生理学研究相符，一方面说明了血流动力学损害在MS发生发展中的直接作用，同时说明了3D pCASL技术进行MS研究的可靠性。

       本研究发现与健康志愿者比较，RRMS患者NAWM的两个典型区域（半卵圆中心NAWM和侧脑室旁NAWM）的CBF值明显降低。NAWM区CBF值的降低与该区域的微循环灌注及组织代谢减低有关。越来越多的病理学研究发现NAWM存在常规MRI不能检测到的损伤。Allen等^[24]研究发现NAWM的血管壁常见水肿样洋葱皮样改变及淋巴细胞浸润，这些病理生理变化先于邻近脑实质炎症而出现。Lightman等^[25]研究也发现NAWM可见血管周围炎症反应。Arnold等^[26]研究视神经炎（optic neuritis ，ON）转化为MS中发现，在缺乏髓鞘及少突胶质细胞的视网膜静脉存在荧光素的渗漏及血管周鞘。Tan等^[27]一项尸检研究发现邻近脑实质炎症尚未出现时，可见到淋巴细胞性或者肉芽肿性视网膜静脉周围炎。这些研究表明MS的发病机制与血管有关，早期主要表现为亚急性或者慢性血管炎症，可以促进病变的形成和发展^[16]。目前对于MS患者与血管相关的发病机制主要有两种：(1)大量的研究发现MS病变与脑内静脉关系密切^{[19,20,21,22,23]}。Law等^[16]在研究MS组织病理学时发现血管闭塞，该研究认为血管炎可能先于髓鞘脱失，是疾病进展中最早期的表现。Selmaj等^[28]研究3个急性期MS患者发现，在没有细胞渗透之前可见血管纤维蛋白沉积及血栓形成。该研究表明小血管及毛细血管血栓可能导致了MS患者缺血。因此，MS患者主要表现为缺血的病理生理学改变，静脉的炎性反应是MS患者早期的病理生理学改变，血管内皮细胞激活，小血管及毛细血管血栓形成^[14]。长期的缺血导致闭塞性血管炎，最终引起了弥漫性脑实质的损伤。(2)NAWM弥漫的静脉炎产生的炎性细胞因子引起脑实质损伤及髓鞘脱失，比如内皮细胞及T淋巴细胞产生的肿瘤坏死因子α可以直接对少突胶质细胞产生毒性作用，甚至当其注射入老鼠玻璃体腔时会引起视神经脱髓鞘^[29]。基于上述病理生理学研究，NMWM在常规MRI虽然没有脱髓鞘斑块的形成，但已经出现了最早期的缺血，缺血导致代谢降低，进而出现脑实质的损伤。因此，NAWM区的CBF值降低与MS病理生理学研究是一致的。

       动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）技术根据标记技术分为脉冲式（pulsed ASL，PASL）和连续式（continuous ASL，CASL），两者各有优劣，但由于白质血流量低，它们对白质成像均存在信噪比低下、图像质量差的问题，近年来发展起来的pCASL，继承了PASL以及CASL的优势，同时采用三维采集技术、FSE序列，白质信噪比显著提升，已有研究表明，使用3D pCASL可以满意地显示白质血流改变^[17]。本研究同样表明，3D pCASL在研究MS NAWM区域具有可行性。

       本研究中尚存在一些不足：(1)本研究中样本量小，组间比较及RRMS组临床资料与CBF值相关性分析时可能会受到样本量的限制；(2)本研究主要纳入了RRMS，不能涵盖整个MS的疾病谱；(3)本研究中主要纳入了稳定期患者，缺乏急性期的患者。后续将扩大研究中的样本量，丰富研究中的疾病谱，更加真实地反映疾病的病理生理学改变。

       综上所述，3D pCASL可以定量检测出RRMS患者NAWM微循环的灌注情况，发现常规MRI不能检测到的潜在损伤，提高对于RRMS患者病理生理学及发病机制的认识。本研究中发现RRMS患者NAWM区的脑组织灌注降低，提示血管在RRMS患者发病机制中可能起着重要的作用。