0 引言

       脑白质高信号（white matter hyperintensities, WMH）作为脑小血管病（cerebral small vessel disease, CSVD）和缺血性脑卒中的重要影像学标志，与认知功能障碍^{[1, 2]}、卒中复发^[3]和预后^[4]密切相关，早期、准确地检测WMH对疾病的风险评估、治疗决策及长期管理具有重要临床价值。

       目前，临床上常用T2加权（T2-weighted, T2W）及液体衰减反转恢复（fluid attenuated inversion recovery, FLAIR）序列来检测WMH^[5]。然而，常规1.5 T及3.0 T场强设备常因扫描时间长、空间分辨率低及背景组织抑制不佳等问题，难以满足临床对皮层下脑缺血病变的检测需求^{[6, 7]}；超高场强7.0 T MRI在图像分辨率和结构细节显示能力较1.5 T及3.0 T场强设备有所提升^{[8, 9]}，适用于检测人体脑小血管疾病^{[10, 11, 12]}，但其B1场不均匀性也更大，造成图像局部亮暗差异明显^{[13, 14]}，使得颅底部位病灶或脑结构显示不清，加之价格昂贵且无法进行全身扫描，进一步限制了其临床应用^{[15, 16]}。

       相较而言，5.0 T MRI在提升脑小血管显示清晰度的同时，可有效避免局部信号不均匀或缺失的问题，而且能够进行全身扫描^{[17, 18]}，应用范围更广，例如胰岛素瘤检测^[19]、下肢疾病患者足部血管显示^[20]、肝脏脂肪定量^[21]、胰腺成像^[22]及冠状动脉造影^[23]等领域。而在脑血管疾病检查方面，相较于3.0 T MRI，5.0 T时间飞跃法MR血管成像（time of flight-magnetic resonance angiography, TOF-MRA）^[24]及磁敏感加权成像（susceptibility-weighted imaging, SWI）^[25]具有更高的图像质量，显示脑小血管的能力更佳。

       前期大量研究表明WMH与脑血管病相关^[5]，然而，当前尚未见5.0 T MRI显示及检测WMH的相关系统研究报道，其在WMH图像质量及可视化方面的能力有待探索。因此，本研究旨在基于5.0 T MRI T2W-FLAIR序列，对疑似脑血管病患者的WMH进行分析，比较其与3.0 T MRI在图像质量及准确可视化方面的差异，为WMH的准确检出提供新方法，为临床早期识别与干预脑血管疾病提供有力支持。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       前瞻性纳入2023年11月至2024年9月因疑似或确诊脑缺血事件于复旦大学附属中山医院就诊的患者73例。所有患者入院时行头颅MRI平扫（常规3.0 T）及头颈联合TOF-MRA，并于其后24 h内行5.0 T MR头颅平扫检查。纳入标准：（1）两月内出现过短暂性脑缺血发作或头痛、头晕、肢体乏力、言语障碍等缺血性脑血管病症状；（2）MRA显示颈动脉和（或）颅内动脉狭窄≥50%。排除标准：（1）头颅MR平扫发现脑出血或大面积脑梗死；（2）头颈动脉支架植入术后；（3）体内存在金属植入物、假体，或携带胰岛素泵；（4）幽闭恐惧症；（5）患者配合不佳导致图像存在明显运动伪影。

1.2 研究设计

       采用同人、不同成像设备、两次重复扫描的比较方案，本研究遵守《赫尔辛基宣言》，已获得复旦大学附属中山医院伦理委员会批准（编号：B2022-112R），所有受试者均签署知情同意书。

1.3 仪器与方法

       采用联影uMR Jupiter 5.0 T MR扫描仪（中国，上海）及48通道头颈联合线圈和联影uMR Omega 3.0 T MR仪及 32通道头颈联合线圈采集颅脑T1WI、T2WI、T2W-FLAIR、弥散加权成像（diffusion weighted imaging, DWI），序列扫描参数如表1。

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表1  5.0 T及3.0 T MR扫描参数
Tab. 1  Scanning parameters of 5.0 T and 3.0 T MR

1.4 图像分析

       T2W-FLAIR图像质量，WMH显示及检出效果由两名具有MRI诊断经验的影像科医生独立评估（分别为具有5年从业经验的主治医师和8年从业经验的副主任医师）。两位评估者均不知晓所用MR设备场强，采用盲法独立完成评分与测量，避免主观偏倚。

1.4.1 图像质量评估

       首先，对T2W-FLAIR整体图像、小脑、大脑皮层采用Likert 5分量表法评估图像质量^[26]：5分，图像质量优秀，边界清晰、组织对比佳，无明显伪影；4分，图像质量良好，边界较清晰，组织对比度良好，有轻微伪影但不干扰诊断；3分，图像质量有瑕疵，边界略模糊或对比度不足，伪影存在但不影响关键结构的识别，仍可诊断；2分，图像质量欠佳，边界模糊或组织对比差，伪影明显干扰结构识别，影响诊断；1分，图像质量差，无法辨认解剖结构，严重伪影，不能诊断。评分≥3分视为总体评价优良。

       随后选择与定位感兴趣区（region of interest, ROI），通过工作站自动测算ROI信号强度及标准差，最终计算得出SNR及CNR，具体步骤如下：

       （1）ROI的选择与定位：在FLAIR或T2WI图像上，选择WMH最显著的层面（图1A），使用联影MR后处理工作站（uWS-MR，中国上海）的圆形ROI工具，绘制一个面积约为5~6 mm²（直径约2.5~2.8 mm）的圆形ROI，确保ROI完全位于病灶的中心区域，避免边缘部分（图1B，紫色圈）；然后，在相同序列的轴位图像上，选择脑干（中脑或桥脑）显示最清晰的层面（图1C），避开血管及伪影，在脑干中心区域绘制相同大小的圆形ROI（图1D，橘色圈）。

       （2）ROI的调整：为确保测量的一致性，需调整ROI位置，使其不包含部分容积效应明显的边缘区域。每个ROI测量3次，取平均值以减少随机误差。

       （3）信号强度（signal intensity, SI）及标准差的记录：工作站会自动计算每个ROI的SI及标准差。计算SNR及CNR公式见式（1）~（2）：

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图1  男，65岁，因“头晕、右侧肢体无力3天”入院，门诊怀疑缺血性脑卒中。在脑白质高信号最显著的层面（1A）病灶中心区域绘制ROI（1B，紫色圈）；在相同序列的轴位图像上脑干显示最清晰的层面（1C）脑干中心区域绘制相同大小的圆形ROI（1D，橘色圈）。ROI：感兴趣区。
Fig. 1  A 65-year-old male patient is admitted with dizziness and right-sided limb weakness for 3 days and is clinically suspected of having an ischemic stroke. On the slice where the white matter hyperintensity is most prominent (1A), draw a ROI (1B, purple circle) in the center of the lesion. On the axial image of the same sequence where the brainstem is most clearly displayed (1C), draw a circular ROI of the same size in the center of the brainstem (1D, orange circle). ROI: region of interest.

1.4.2 WMH显示及检出效果评估

       在每位患者的3.0 T和5.0 T T2W-FLAIR图像中，选择WMH边界最清晰的层面。采用联影uWS-MR后处理工作站，由两位医师在图像上手动勾画WMH区域，测量病变最大径并自动计算面积。使用工作站自带测量工具进行测量，面积则由软件根据ROI边界自动生成。同时对层面WMH进行计数，以反映图像对病灶的整体检出能力。为控制测量偏差，3.0 T和5.0 T图像的测量应严格对齐图像层面，由两位医师分别独立评估，每项测量重复3次取平均值。

1.5 统计学分析

       采用SPSS24.0统计分析软件。以x¯±s表示正态分布计量资料，采用配对t检验；以中位数（上下四分位数）表示不符合正态分布的计量资料，采用Wilcoxon符号秩检验。采用配对χ²检验比较3.0 T及5.0 T T2-FLAIR显示WMH病灶的大小、个数的差异。采用组内相关系数（intra-class correlation coefficient, ICC）评估图像评分与测量结果的重复性与一致性，主要指标包括图像评分（整体、小脑、大脑皮层）、SNR、CNR、WMH病灶最大面积及病灶计数等，ICC>0.75表示一致性良好。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

       在73例患者中，男51例，年龄（61±5）岁，60例（82.2%）患者在T2W-FLAIR图像显示有明确WMH。

2.2 一致性分析

       一致性分析结果表明，观察者间及观察者内一致性均良好（ICC均>0.90），见表2。所有评分项目及测量指标的ICC值均>0.90，表明评估结果具有良好一致性。其中，病灶最大面积的ICC为0.94，病灶数量的ICC为0.97，图像评分相关ICC亦在0.91~0.97之间，提示测量方法可靠。

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表2  组内及组间一致性评估
Tab 2  Inter- and Intra-observer Agreement Assessment

2.3 T2W-FLAIR 图像质量比较

       如表3所示，5.0 T图像在Likert半定量评分的各项指标及定量指标上均高于3.0 T图像。具体而言，5.0 T图像总评分、小脑显示评分及大脑皮层显示评分均高于3.0 T，差异具有统计学意义（P均<0.001）；其定量指标SNR及CNR也同样高于3.0 T，差异具有统计学意义（P均<0.001）。

       通过对比观察3.0 T及5.0 T T2W-FLAIR图像（图2），发现侧脑室周围及半卵圆中心多发T2W-FLAIR WMH，同时发现5.0 T T2W-FLAIR颅底部小脑细节、大脑皮层灰白质交界清晰度均优于3.0 T图像。

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图2  女，77岁，因“头晕、肢体无力10天”入院，门诊怀疑缺血性脑卒中，在48 h内分别行3.0 T及5.0 T头颅MR平扫检查。图为该患者不同场强下T2W-FLAIR显示的侧脑室周围（2A~2D）、半卵圆中心（2E~2H）及颅底部小脑细节（2I~2L）图像，其中，图2A、2B、2E、2F、2I、2J为5.0 T，图2C、2D、2G、2H、2K、2L为3.0 T。
Fig. 2  A 77-year-old female patient with dizziness and limb weakness for 10 days is suspected ischemic stroke in outpatient evaluation. The patient underwent non-contrast 3.0 T and 5.0 T cranial MRI scans within 48 hours. The figures show the images of periventricular region (2A-2D), centrum semiovale (2E-2H) and cerebellar details at the skull base (2I-2L) of the patient under different field strengths by T2W-FLAIR. Among them, 2A, 2B, 2E, 2F, 2I and 2J are 5.0 T images, and 2C, 2D, 2G, 2H, 2K and 2L are 3.0 T images.

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表3  不同场强MR仪所获T2W-FLAIR图像质量比较
Tab. 3  Comparison of T2W-FLAIR image quality obtained by MR scanners with different field strengths

2.4 WMH病灶面积与数量比较

       在60例T2W-FLAIR可见WMH的患者图像中，与3.0 T相比，5.0 T图像所示病灶的最大面积为1.76（0.65，5.27）mm²，大于3.0 T图像上病灶最大面积为1.13（0.51，4.79）mm²，差异具有统计学意义（Z=-6.069，P<0.001）。同一患者同一层面病灶数量在5.0 T图像中为6.5（3.25，9.0）个，多于3.0 T图像[5.0（3.0，8.0）个]，差异具有统计学意义（Z=-5.592，P<0.001）。

       进一步统计分析表明，在60例可识别WMH的患者中，有35例（58.3%）WMH计数上5.0 T [8.0（5.0，10.0）个]多于3.0 T [6.0（4.0，8.75）个]，差异具有统计学意义（Z=-5.592，P<0.001）。

3 讨论

       本前瞻性研究通过分析，对比5.0 T与3.0 T T2W-FLAIR序列在图像质量及WMH病灶范围、数量上的差异，结果证实在图像质量及WMH检测方面5.0 T T2W-FLAIR更优，认为5.0 T T2W-FLAIR序列有助于准确评估WMH，对缺血性脑血管疾病诊断有重要价值。

3.1 图像质量影响因素

       本研究中5.0 T T2W-FLAIR的整体图像质量优于3.0 T T2W-FLAIR，主要由于B0场场强提高带来的SNR增益，过往研究也证明与3.0 T MRI相比，5.0 T MRI能显著提高SNR^{[27, 28]}，这使得图像分辨率更高；此外，本研究发现5.0 T T2W-FLAIR序列中的CNR也更高，这也印证了我们团队在先前研究中得出的结论，SNR及CNR的共同提高使得其整体图像质量更佳，无论是脑大血管远端分支还是小血管均有清晰的显示^[18]，并且对脑深部静脉及微出血病变显示具有优势^[25]。

       而在颅底周围结构的显示上（如小脑、脑干等），7.0 T MRI由于B1场不均，可能造成图像信号丢失和对比度降低等问题，使得颅底周围结构显示不佳，我们团队前期的研究中也发现这一现象对颈内动脉颅内段及椎基底动脉的显示有所欠缺^[18]，而5.0 T MRI通过自主研发的发射线圈结合新型射频匀场算法，可有效降低B1场不均对成像的影响，本研究发现小脑结构在T2W-FLAIR的显示上5.0 T优于3.0 T。这一结果对于小脑、脑干的病变显示提供了较好的超高场MRI技术支撑。

3.2 WMH病灶检测对比

       本研究系统评估了5.0 T超高场MRI T2W-FLAIR在WMH病变检测中的临床应用价值。研究结果表明，与常规3.0 T MRI相比，5.0 T T2W-FLAIR在WMH病灶的显示能力上具有优势：首先，在病灶形态学评估方面，5.0 T图像能更精确地显示WMH的最大径线和横截面积，其病灶边界的清晰度更高，有利于临床医师更准确地进行病变范围的定量评估；其次，在病灶检出效能方面，5.0 T系统对WMH病灶（特别是直径<2 mm的微小病灶）的检出率高于3.0 T设备，提高了WMH病变负荷评估的准确性。值得注意的是，虽然已有研究报道7.0 T超高场MRI具有更高的空间分辨率，能够显示更广泛的WMH病变范围，但其固有的B1场不均匀性会导致组织对比度降低^[29]，这可能影响对颅底区域及深部脑实质病灶的检测准确性。本研究结果进一步验证了MEI等^[30]和李章柱等^[24]的研究发现，证实5.0 T MRI在检测微小脑缺血病灶方面具有更高的敏感性，这些发现共同凸显了5.0 T T2W-FLAIR序列在WMH病变诊断中的独特价值：既能提供优异的SNR和空间分辨率，又避免了更高场强带来的技术挑战，为WMH的早期诊断和精确评估提供了理想的影像学工具。

3.3 临床应用价值

       与既往主要聚焦3.0 T或7.0 T MRI的研究相比，本研究首次系统评估了5.0 T MRI在WMH检出方面的性能，并发现其在图像质量、病灶识别数量和边界清晰度等方面均优于3.0 T。从临床角度出发，5.0 T MRI能够提供更清晰的图像，帮助医生更准确地识别WMH位置、大小和数量，为治疗方案的选择提供更可靠的依据。其显示微小病灶的优势，有助于早期发现脑内异常信号及病变，临床上可以及时干预，从而降低患者致残率和复发率。除此之外，5.0 T MRI具备全身扫描能力，如对多发性脑梗死患者，可同时评估颅内和颅外血管的病变情况，为综合治疗方案的制订提供更全面的信息。

3.4 局限性

       首先，样本量有限，所有数据均来自单中心，可能限制了研究结果的代表性与结论的可推广性，后续需开展多中心、大样本量的队列研究，验证5.0 T MRI在不同类型脑卒中患者中的诊断效果。其次，本研究使用的3.0 T及5.0 T MRI设备均来自同一厂商，结果仅反映该厂商不同场强设备间的性能差异，尚不能代表其他品牌MRI系统的整体表现，研究结论的广泛适用性仍需进一步验证。此外，本研究仅针对T2-FLAIR序列进行了分析，虽然该序列在WMH的评估中具有重要价值，但未涵盖如DWI、T1WI等其他结构或功能序列，可能低估5.0 T MRI在评估中的整体性能，未来可以深入探讨5.0 T MRI在其他序列（如DWI、T1WI等）中的应用价值。最后，本研究仅为横断面研究，未对患者进行后续随访，因此无法评估其在脑卒中患者的长期随访和预后评估中的潜在价值，如能否更准确地评估脑卒中患者的脑组织恢复情况以及预测患者复发风险等。

4 结论

       综上所述，5.0 T T2W-FLAIR的图像质量优于3.0 T，同时在显示WMH病灶范围及数量方面均优于3.0 T T2W-FLAIR，为WMH的准确诊断、微小病灶识别提供重要的影像学成像技术支撑。未来需要进一步开展大样本量的研究，验证其在脑卒中诊断和治疗中的潜力，并探索其在长期随访和预后评估中的应用前景。