0 引言

       轻度创伤性脑损伤（mild traumatic brain injury, mTBI）是由外力（如撞击）导致的短暂脑功能异常，通常无结构性损伤。其24 h内格拉斯哥昏迷量表（Glasgow Coma Scale, GCS）评分13~15分；意识丧失时间≤30 min，创伤后遗忘时间≤24 h或短暂地出现一种或多种神经系统异常表现^[1]，是常见的神经系统疾病之一，在北美和欧洲的发病率高达0.6%，其中男性病例占66.7%^[2]。mTBI可能导致认知功能下降、早期痴呆和精神疾病等后果^[3]，这不仅给患者及其家庭带来沉重负担，也因医疗费用增加、生产力损失和长期照护需求，对社会医疗资源和经济活动构成显著且日益增长的压力。从诊断的角度来看，目前mTBI的评估严重依赖于临床医生的主观判断，但由于mTBI患者的临床症状表现不同、轻重不一，评估结果往往存在不确定性^[4]。为了减少主观因素的影响，客观的辅助检查显得尤为重要。

       随着磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）新技术的发展，如任务态功能磁共振成像（task-based functional MRI, task-based fMRI）、静息态功能磁共振成像（resting-state fMRI, rs-fMRI）、动脉自旋标记示踪法灌注成像（arterial spin labeling, ASL）、磁敏感加权成像（susceptibility-weighted imaging, SWI）、扩散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）等，这些新的成像技术能够更清晰、更全面地显示mTBI潜在的神经病理学变化，有助于更准确地定位受损脑功能区域，从而全面评估颅脑损伤的程度。这些进展极大地提高了mTBI的早期诊断准确性，并在预后评估中发挥着重要作用^[5]，尽管MRI在mTBI研究中取得了显著进展，仍存在诸多问题亟待解决。首先，现有研究多局限于单一模态，缺乏多模态数据的整合分析，难以全面反映mTBI后脑损伤的复杂性。其次，大多数研究为横断面设计，缺乏对mTBI患者长期恢复过程的纵向追踪，导致对白质微观结构、功能网络和代谢变化的动态演变机制理解不足。此外，不同研究之间的扫描参数、分析方法及样本异质性较大，导致结果的可比性和可重复性较低，限制了多模态MRI在临床实践中的推广应用。本综述旨在系统梳理近年来多模态MRI在mTBI研究中的应用进展，我们期望为未来研究提供理论依据和方法学参考，进一步推动多模态MRI在mTBI临床诊断和治疗中的应用。

1 mTBI的多模态MRI研究进展

1.1 task-based fMRI在认知神经科学研究中的应用

       task-based fMRI技术基于血氧水平依赖成像（blood oxygenation level dependent, BOLD）原理。采用梯度回波序列监测脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白之间的MR信号差异。在task-based fMRI试验中，受试者需完成特定的试验任务，从而激活相应脑区。当脑区内的神经元对外部刺激做出反应时，新陈代谢需求发生改变，进而导致局部血流发生变化。这些血流变化在扫描过程中以BOLD信号的形式记录下来，通过检测和比较BOLD信号，可用以评估脑功能的活跃程度。

       工作记忆任务（N-back）因其在MRI中易于呈现且对大脑活动变化的敏感性较高，从而被广泛应用于fMRI研究中。除N-back任务外，其他常用的任务包括空间导航任务、Flanker任务、转移注意力情绪评估任务以及视觉跟踪眼动测试。这些任务的选择在研究中有助于探索不同认知功能和大脑活动模式之间的关系。

       CHEN等^[6]在研究中发现，男性mTBI患者在N-back中表现出双侧额叶和顶叶区域存在激活增强的趋势，但与对照组相比差异无统计学意义（1-back、2-back和3-back的P值分别为0.90、0.11和0.39）。VAN等^[7]在mTBI患者的N-back研究中发现内侧前额叶皮层的激活减少。ASTAFIEV等^[8]在mTBI患者的视觉跟踪眼动测试中观察到右前内囊和右上纵束的激活减弱。结合近期的其他类似研究，如在N-back等认知任务中，mTBI患者额叶和顶叶区域常出现过度激活，而内侧前额叶皮层等功能相关区域则呈现激活不足的现象^{[9, 10]}，可以推断出任务执行过程中存在补偿变化的可能，即大脑某些激活增加的区域，补偿那些显示出激活减弱的受损区域。此外，mTBI患者在执行任务时活动增加或减少，可能也与任务的认知需求有关。

       背外侧前额叶皮层是工作记忆网络的主要组成部分之一^[11]。认知缺陷可能与背外侧前额叶皮层的激活减弱有关，这可能是由于参与控制注意力的神经网络的募集能力下降所致^[12]。HOLMES等^[13]的研究发现，背外侧前额叶皮层激活模式的改变与额外的海马体旁区参与有关。这些研究结果与SPELLMAN等^[14]的动物实验研究结果相符合：在空间工作记忆期间，海马-前额叶直接传入通路在任务相关空间信息的持续更新中起着关键作用。

       总的来说，task-based fMRI在mTBI患者中有大量使用的研究，尽管其结果多种多样，但已被证明是诊断mTBI及预测预后的有效工具。可它的局限性包括程序复杂和耗时较长，如任务开发、向患者进行培训等，导致了fMRI在临床实践中难以普遍应用。因此，未来应开发高效、短时的任务范式，在减少患者疲劳的同时提高数据采集效率，通过实施多中心、大样本研究，提高结果的普适性和可靠性，推动临床转化应用。

1.2 rs-fMRI在mTBI患者中的网络连通性变化及其对康复的影响

       与task-based fMRI类似，rs-fMRI也是基于对BOLD信号波动的测量，通过检查不同脑区之间的同步激活来识别静息状态网络（resting state networks, RSNs）。与task-based fMRI相比，这种方法关注的是在没有任务或刺激的情况下发生的激活，研究人脑在静息态下的自发活动规律，无需被试者的额外配合，因此更加简单易行。

       默认模式网络（default mode network, DMN）是mTBI研究中主要研究的RSNs之一。DMN可能与记忆巩固、工作记忆、环境监测、情绪显著刺激的加工以及情绪加工与认知功能的相互作用有关^[15]。MADHAVAN等^[16]在对mTBI患者进行的纵向rs-fMRI研究中发现，与健康对照组相比，mTBI组的DMN连通性增加，其纵向功能连接的变化被认为构成了预测mTBI康复曲线和临床结果的潜在生物标志物，类似的结果也在VAN等^[7]的研究中得到了验证。然而，D'SOUZA等^[17]的研究发现mTBI组在伤后7天内的rs-fMRI结果显示DMN连通性下降，暗示网络连通性与mTBI后症状的严重程度存在负相关关系。随访研究显示，伤后6个月，网络连通性增加，脑震荡后症状的严重程度有所改善。此外，在ZHANG等^[18]对额叶白质高信号对急性期mTBI后DMN连通性的影响研究中发现，额叶白质高信号体积与DMN连通性呈负相关，此外，额叶白质高信号体积与创伤后症状评分呈正相关（r=0.509，P=0.009），与信息处理速度呈负相关（r=-0.590，P=0.002）。基于上述相关性，提示白质高信号体积可能是急性mTBI诊断和预后的有效生物标志物。

       值得注意的是，mTBI后静息状态下各网络之间的相互作用的改变可能对患者的长期康复产生不利影响。在与注意力激活相关的任务相关网络（task-related network, TRN）与DMN的并行研究中，两者相互作用的改变可能导致长期记忆巩固能力下降^[19]。LI等^[20]研究发现，与不伴有创伤后头痛的mTBI患者相比，伴有创伤后头痛的mTBI患者表现出功能网络连接模式的显著变化。具体表现为突显网络（salience network, SN）、感觉运动网络（sensorimotor network, SMN）与视觉网络（visual network, VN）和DMN之间的功能连接减少；而SN与执行控制网络（executive control network, ECN）、SMN与DMN之间的功能连接则表现为增强。

       不仅如此，mTBI还伴随着其他RSNs的改变，如SMN、VN、听觉网络（auditory network, AN）和背侧注意网络（dorsal attention network, DAN）等^[21]。这些网络的变化也被认为与对光和噪声的敏感性改变（分别是VN和AN）等脑震荡后综合征（postconcussional syndrome, PCS）表现有关。近期大多数使用rs-fMRI的mTBI研究表明，mTBI患者的网络连通性改变与各种PSC多种表现呈正相关，且损伤后急性期的连通性改变可作为后续认知功能障碍的预测指标^[22]。

       rs-fMRI在轻度颅脑损伤后展现了大脑功能的变化，并且可能有助于预测患者后续的认知能力变化。然而，目前临床诊断中尚未将rs-fMRI纳入主要考量因素，其中一个主要原因是其复杂的后处理过程。同时，rs-fMRI所面临的挑战还包括结果的可重复性和特异性不足，这使得其在临床应用中受到限制。为了更好地利用rs-fMRI作为mTBI诊断和预测工具，未来研究应通过标准化数据采集流程、优化分析工具并结合多模态影像技术以提高rs-fMRI的诊断准确性与可靠性，制订统一的数据采集标准，明确磁场强度、梯度回波时间、采样率等参数的选择，并确保设备的一致性校准；建立严格的质量控制标准，在数据采集和处理过程中识别和排除低质量的数据，确保纳入研究的数据具有良好的信噪比和一致性。

1.3 ASL在mTBI后脑血管改变及脑修复中的应用

       mTBI所致的脑血管改变在后遗症的演变和创伤后脑修复过程中起着重要作用。ASL的主要机制是对动脉血中的水质子进行磁性标记，并利用其作为内源性示踪剂，是对脑血流（cerebral blood flow, CBF）进行无创量化的有效手段。ASL测量可分为两组结果值：绝对脑血流量（absolute cerebral blood flow, aCBF）和相对脑血流量（relative cerebral blood flow, rCBF）。aCBF值反映了感兴趣区（region of interest, ROI）内的绝对灌注水平，独立于其他脑区。而rCBF值则描述了该ROI相对于全脑的相对灌注变化。因此，rCBF对局灶性CBF异常更为敏感，能够捕捉到特定区域内与整体大脑相比的差异；相比之下，aCBF更侧重于评估整个大脑的整体灌注状态。

       大多数应用ASL的mTBI相关研究发现，与对照组相比，mTBI患者的CBF下降^{[23, 24]}，并在受伤后第一周进一步下降。其中，伤后24 h，mTBI组的CBF降低主要在右侧辅助运动区及辅助运动前区；在损伤后24~48 h内，mTBI组的CBF降低主要分布在左顶叶下叶、右边缘上叶、右额叶中回、后扣带回、左枕回和丘脑等区域；在急性期（72 h内）和亚急性期（3天至3周），枕叶、顶叶、中央区、皮下区和额叶的脑血流量减少^[25]。同样，在ZHANG等^[26]和XIAO等^[27]的研究中损伤后的一个月右岛叶和颞叶上皮层以及双侧丘脑均显示rCBF下降。并且，在mTBI恢复期的长期纵向研究结果也倾向于mTBI患者在受伤后一个月至一年内CBF较低或在统计学上相当于对照组^[28]。

       相反，有些研究结果显示mTBI患者CBF增加或者没有变动，这与上述研究相矛盾。TAI等^[29]发现，在mTBI后10天内，额叶、枕叶和左纹状体的rCBF增加，但其样本量较小，解释能力有限。STEPHENS等^[30]的研究调查了受伤后2~6周的青少年运动员，与对照组相比，受伤2周后，患者左背侧前扣带皮层和左侧岛叶的rCBF增加[对照组vs. mTBI组：t（25）=-2.71，P=0.02]；6周后，高rCBF仅存在于左背侧前扣带皮层[对照组vs. mTBI组：t（26）=-2.85，P=0.01]。一种解释是症状更明显的患者可能有更高的CBF值。CHURCHILL等^[28]的研究显示，对于脑震荡的运动员，更严重的症状与后皮质CBF升高有关。

       此外，MEIER等^[31]在mTBI的纵向研究中发现在受伤后1天、1周与1个月，右岛叶和上颞叶皮层的CBF逐渐恢复。并且，恢复较慢的患者中，中岛叶背侧皮层的CBF在受伤后1个月均降低，并且与初始精神症状的大小成反比。这提示CBF作为生物标志物的预测预后的潜力。并且，相关研究表明mTBI后的CBF改变与认知能力下降之间存在相关性。BAI等^[32]在mTBI患者急性期到损伤后1个月的亚急性期的研究表明，mTBI男性与健康男性相比，后顶叶皮质的CBF增加可以预测男性患者的认知表现更差。在WANG等^[23]的研究中CBF的下降与患者运动相关脑震荡运动员受伤后24~48 h临床认知评估得分较低相关。

       总的来说，近年来，随着ASL技术的发展及图像质量的提升，其在临床诊断中作用愈发凸显。可尽管大多数ASL研究在数据分析中尝试控制受试者间差异（如年龄、性别、遗传学、生物力学及病前心理功能等），这些因素可能影响病前及病后CBF的因素，但在现有的ASL对mTBI的研究中，这些因素的影响尚未得到确切阐明。此外，ASL存在信噪比低、时间分辨率差及标记后延迟等缺点，这使ASL需要与其他MRI技术配合使用，才能在mTBI的临床诊断中发挥更大的价值。未来研究应着重于通过多模态数据整合来阐明受试者间差异对CBF的影响，并致力于提升ASL的技术性能及开发创新的分析方法以充分发挥其临床价值。

1.4 SWI技术及其在脑微出血和铁沉积检测中的应用

       SWI是一种全流量补偿三维梯度回波（3D gradient echo, GRE）序列，对微出血、静脉血和铁沉积水平特别敏感。SWI序列主要原理是利用铁的磁性，特别是在不同血红蛋白状态下，引起磁场畸变，影响T2弛豫时间和相位数据，并将采集并处理后的相位信息叠加到幅值信息上，增强不同组织间的磁敏感性差异，形成最终的SWI图。顺磁性物质（静脉、出血代谢产物、钙、铁质沉积等）表现为SWI的信号丢失。

       研究表明，SWI相较于CT及常规MRI可以检测出更多的微出血灶^[33]，能更清晰地显示出微出血灶的边界及范围^[34]。在mTBI早期检测微出血有助于在PCS存在的情况下预测预后^[35]。STUDERUS-GERMANN等^[36]通过比较mTBI后3个月和12个月的SWI扫描及认知表现和神经心理学测试结果，发现SWI检测到的急性期脑组织微出血的存在与mTBI患者较差的认知结局和持续的PCS有关。

       针对微出血的不同脑区分布，学者进行了研究。ANDERSON等^[37]发现微出血病变数量和体积的差异仅在额叶、顶叶和颞叶。DE HAAN等^[38]在mTBI慢性期的研究中，发现微出血主要出现在额叶和颞叶区域，预后功能不良仅与颞叶皮质区微出血的数量和范围有关。此外，WILLIS等^[39]在通过SWI评估慢性mTBI患者脑铁沉积水平改变的研究中发现，与健康对照组相比，mTBI组的角度弧度值（与铁沉积过多相关）在尾状核头部、豆状核、海马体、丘脑、右侧黑质、红核、胼胝体压部较其他部位显著升高，并且发现mTBI患者的认知能力下降与右侧黑质的角度弧度值呈负相关。

       SWI在临床应用中仍存在较多的局限性。由于微出血的生物物理特性，SWI对超急性出血的敏感性较低^[40]。SWI显示创伤性微出血的敏感性与损伤严重程度呈正相关，在部分轻症患者中未发现创伤性微出血^[41]。SWI因其较高的空间分辨力可能对微出血灶高估，无法排除高血压、血管畸形所致微出血灶的存在，及一些结构表现出可模拟微出血的易感性效应，例如基底节的铁沉积和骨-气界面的伪影。尽管如此，上述研究仍显示SWI相较于其他技术在检测小出血病灶上的优越性，是mTBI的一种补充性、有价值的成像技术。未来的研究应着重于优化SWI技术，以提高对微出血灶的特异性识别能力，减少因高血压、血管畸形及结构伪影导致的误判。同时，需进一步探索SWI与其他影像技术的联合应用，以提升对脑部微出血灶的准确诊断与鉴别诊断能力。此外，针对不同病因引起的微出血灶，应建立更为精确的影像学评估标准，以指导临床诊断与治疗决策。

1.5 DTI在mTBI后白质微观结构损伤评估中的应用

       DTI是目前检测大脑白质纤维微观结构细微改变及病理改变常用的非侵入性的成像技术。既往研究发现^[42]，mTBI往往会导致白质微观结构的轴突剪切损伤。DTI量化了与大脑结构相关的水扩散模式，基于水分子遵循高斯分布的假设，通过使用表观扩散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）、平均扩散率（mean diffusivity, MD）及部分各向异性分数（fractional anisotropy, FA）等来描述质子扩散的特性，其中主要定量指标是FA，较高的FA值反映了水分子沿一个轴的扩散，表明轴突直径大，轴突密集，髓鞘形成高。较低的FA值反映分子向各个方向扩散，可能表明轴突变性、脱髓鞘和水肿增加等组织病理学变化。

       不同研究中，脑损伤急性期的DTI指标差异较大^{[43, 44]}，对FA值增加或FA减少的表述不一^{[45, 46]}。CHURCHILL等^[28]伤后一周内的研究中发现，与对照组相比，FA值在伤后1~3天降低，在伤后5~7天升高，主要改变区域包括左上放射冠、胼胝体和丘脑后辐射的右侧接合处。在PALACIOS等^[46]的研究中，伤后2周，mTBI组与对照组相比，胼胝体的膝部及体部、内囊前后肢、放射前冠、丘脑前辐射、外囊和扣带回的FA较低。在mTBI后的慢性期，大多数报研究为FA值是降低的。

       此外，DTI在评估mTBI后认知改变及预后恢复预测中具有重要意义。VEERAMUTHU等^[47]在mTBI患者创伤后平均10 h进行DTI扫描，并在格拉斯哥昏迷量表完全恢复后平均4.35 h对其神经心理学表现进行评估，发现在超急性期，FA值与认知任务表现存在显著相关性：语言功能与放射冠的FA值呈负相关（r=-0.400，P<0.05），而空间功能与胼胝体膝部的FA值则呈正相关（r=0.402，P<0.05）。STRAUSS等^[48]通过对比伤后第16天与1年的DTI扫描结果发现，左额叶和左颞叶白质中存在异常高各向异性分数（high fractional anisotropy, hFA）的患者，在一年后的注意力任务中表现显著优于没有这些异常的患者（左额叶白质hFA：t=2.985，P=0.008；左颞叶白质hFA：t=3.524，P=0.002）。MEIER等^[31]发现，在急性和亚急性脑震荡后阶段，左上纵束中FA的增加与更长的恢复时间相关。传统的DTI指标，如MD和FA代表了扩散的基本统计描述，与底层组织的生物物理意义参数不直接对应。此外，DTI依赖于在单个微观结构中存在高斯扩散的假设，对白质微观结构的复杂性不敏感，因此，虽然FA可以在mTBI的背景下很容易地检测到白质损伤，但由于特异性差，它无法用于区分不同形式的白质神经病理学，并可能导致既往DTI研究产生相互矛盾的结果。

       越来越多的研究正在应用新型dMRI技术探讨mTBI。其中神经轴突定向离散度与密度成像（neurite orientation dispersion and density imaging, NODDI）的应用日益广泛^{[49, 50]}，该技术利用了MRI扫描仪高性能磁场梯度，可以实现远高于DTI标准的扩散加权因子，从而探测白质扩散中更复杂的非高斯特性。NODDI引入多向结构建模，对mTBI患者微观结构改变更敏感、更具生物学解释性。PALACIOS等^[46]通过对比mTBI后长期的纵向白质变化的DTI及NODDI检查结果，发现NODDI比DTI对mTBI引起的白质微观结构变化更敏感。同样的对比表现在OEHR等^[51]的研究中得到印证。

       DTI在mTBI中的应用不仅有助于早期诊断，还能为解析损伤机制提供重要线索。通过追踪白质纤维束的完整性，DTI可以揭示mTBI后神经网络的破坏与重组过程。此外，DTI参数变化与临床症状的严重程度及恢复情况相关，为个体化治疗和康复提供了潜在的生物标志物。未来的研究应着重于多模态影像融合，结合DTI与其他先进神经影像技术，以全面评估mTBI后的脑结构和功能变化。同时，开展纵向研究以追踪白质微观结构的长期演变及其与临床症状和预后的关系，深入研究mTBI后白质微观结构变化的病理生理机制，特别是炎症、轴突损伤和髓鞘修复过程，将为开发新的治疗靶点提供理论依据。这些方向的推进将深化DTI在mTBI中的应用，为临床实践和科研提供更强大的支持。

2 小结与展望

       上述各类MRI技术从不同角度揭示了mTBI的神经病理学机制，为深入理解mTBI的神经生理学基础提供了重要科学依据，也为mTBI的病理机制研究提供了多维度的影像学视角。通过整合多模态MRI技术的优势，研究者能够更全面地评估mTBI对脑结构和功能的影响，进而揭示其复杂的病理生理过程。

       尽管上述成像技术在mTBI研究中提供了重要支撑，但其在敏感性、标准化、个体化分析与多模态融合等方面仍存在诸多挑战，亟需在技术优化、研究设计与大样本多中心协作等方面进一步突破，以提升其在基础研究与临床转化中的应用价值。未来研究应聚焦于多模态MRI技术的创新与优化，进一步提升DTI、ASL等成像方法及分析算法对mTBI病理特征的敏感性和特异性。同时，基于多模态MRI数据挖掘潜在的生物标志物，推动mTBI的早期诊断、预后评估及精准医学发展。结合影像学与分子生物学手段，深化对mTBI病理生理机制及修复过程中动态变化的研究。此外，需加速多模态MRI技术的临床转化应用，制订标准化诊疗流程，并验证其在真实医疗场景中的有效性与可行性。人工智能技术的引入，如深度学习，将有助于分析多模态数据，挖掘复杂的神经网络特征，从而提升诊断和预测的准确性。最后，通过构建多中心、大样本的mTBI数据库，探索影像学指标与临床表型之间的关联，并验证其在不同人群中的普适性，为mTBI的研究与治疗提供更全面的科学依据。