0 引言

       脊髓损伤（spinal cord injury, SCI）后发生的继发性级联损伤，其初始与关键环节在于血脊髓屏障（blood-spinal cord barrier, BSCB）的破坏,该机制是影响患者预后的核心病理机制^[1]。BSCB作为调控脊髓物质交换、维持内环境稳态的重要解剖结构，其完整性一旦受损，将导致持续的神经炎症与继发性损伤^{[2, 3, 4]}。与血脑屏障（blood-brain barrier, BBB）相比，BSCB因所处脊髓微环境特有的低血管密度、易受低氧与免疫细胞长期浸润等特性，在损伤后更易发生持续且严重的破坏^{[3, 5]}。BSCB的结构与功能异常，不仅加剧CNS的炎症与损伤，还明显影响治疗药物的递送效率、分布模式与安全性^[6]。因此，实现对BSCB完整性的精准、动态评估，对于了解CNS疾病的病理进程、开发新疗法及评估疗效具有重要意义。

       磁共振成像（magnetic resonance imaging, MRI）凭借其非侵入性和卓越的软组织对比分辨能力，已成为评估脊髓病变的核心影像学技术^[7]。然而，常规T1加权成像（T1-weighted imaging, T1WI）与T2加权成像（T2-weighted imaging, T2WI）序列主要通过显示脊髓组织的结构性改变，如水肿、坏死等，仅能间接提示BSCB可能受损，无法对其屏障功能进行直接和定量评估。这一局限促使研究重心向功能性的定量MRI技术转移。扩散张量成像（diffusion tensor imaging, DTI）、动态对比增强MRI（dynamic contrast-enhanced magnetic resonance imaging, DCE-MRI）及磁敏感加权成像（susceptibility-weighted imaging, SWI）等为代表的功能MRI技术，能够通过量化组织微结构、水分子运动、微循环灌注及血液代谢产物等参数，实现对BSCB的无创、动态监测。高场强MRI的应用进一步提升了空间分辨率与对比度，有助于更精细地揭示BSCB破坏的时空演变规律，并对损伤严重程度及治疗响应进行量化评估^[8]。

       然而，现有综述多集中于阐述BSCB的生物学机制及常规MRI对BSCB结构性改变的影像学表现，尚缺乏对功能性定量MRI技术在系统性评估BSCB破坏方面的整合分析，包括其演变规律、严重程度分级及在治疗监测中的应用。此外，这些技术在脊髓这一特殊解剖部位的应用，仍面临信噪比低、生理运动伪影干扰及后处理模型标准化不足等挑战。鉴于此，本文旨在综述功能性定量MRI技术评估BSCB完整性的成像原理、技术参数、优势及最新应用进展，分析当前技术瓶颈与临床转化难题，以期有助于构建基于定量MRI的BSCB功能影像学生物标志物体系，实现对BSCB破坏的动态监测、严重程度分层及预后判断，促进对CNS疾病病理机制的深入理解。

1 血脊髓屏障破坏的病理机制

       BSCB的破坏是炎症介质诱导血管内皮细胞间紧密连接的破坏，使BSCB的通透性增加一个复杂的病理过程，涉及多种分子机制的参与^[9]。其一，炎症因子诱导单核粒细胞等免疫细胞释放基质金属蛋白酶，降解细胞外基质和水解细胞间的连接蛋白，使脊髓微血管的通透性显著增高，引发组织水肿^[4]。其二，脊髓受压引发神经元与少突胶质细胞脱髓鞘和凋亡，进而激活小胶质细胞的炎症反应^[10]。炎症失控与脱髓鞘所致鞘内蛋白/免疫球蛋白升高，共同破坏BSCB，最终导致不可逆的神经损伤 ^{[11, 12, 13]}。其三，BSCB的破坏促进免疫细胞的渗透，进一步破坏BSCB，使得血液中的有害物质进入神经组织，引发代谢紊乱、毒性蛋白堆积和氧化应激等问题，这些变化又会反过来加重炎症和损伤，形成一个不断恶化的循环​^{[14, 15]}。其四，缺血缺氧环境下新生血管缺乏紧密连接蛋白，这种情况加重了BSCB的破坏程度，进而影响脊髓的修复和再生过程^[16]。

2 功能磁共振成像技术在评估血脊髓屏障破坏中的应用

       多种功能MRI技术为无创、动态评估BSCB结构与功能破坏提供了关键手段，其原理、参数与应用特点各有侧重，也各有其局限性。

2.1 动态对比增强磁共振成像

       DCE-MRI通过静脉注射钆类顺磁性对比剂后，重复采集T1WI图像，基于药代动力学模型定量分析对比剂在脊髓组织中的渗透速率和分布容积，参数包括转运常数（volume transfer constant, K^trans）、速率常数（rate constant, Kep）、细胞外血管外空间的分数体积（extravascular extracellular volume fraction, Ve）和曲线下初始面积（initial area under the curve, iAUC）,可高敏感度地定量检测BSCB破坏导致的微通透性增加，用于早期识别受损区域^{[17, 18]}。COHEN等^[19]研究证明通过动态监测屏障修复进程，可揭示通透性自损伤中心向周边递减的修复规律，且BSCB通透性与损伤后神经运动恢复存在显著负相关。DCE-MRI还能区分不可逆损伤中心与可挽救周围半暗带区域，为评估治疗效果提供重要依据^[8]。但DCE-MRI依赖高时间分辨率扫描，易受运动伪影影响，且钆对比剂也存在安全性与伦理问题。

2.2 磁敏感加权成像

       SWI是一种利用组织磁化率差异提高图像对比度的MRI技术，参数包括相位值、磁敏感图，对BSCB破坏后可能发生的微出血、含铁血黄素沉积及铁代谢异常高度敏感，可识别常规序列难以发现的微小病灶，对评估屏障完整性具有极高的敏感性^{[20, 21, 22]}。但该技术易受金属异物和运动伪影干扰^[23]。传统SWI存在定量困难，而定量磁化率图谱与磁化率张量成像技术能实现精准磁化率定量，有望无创监测BSCB长期破坏引发的铁代谢紊乱和氧化应激程度，为评估CNS疾病的发病机制和评估疗效提供更强大的工具^[22]。

2.3 扩散加权成像与扩散张量成像

       扩散加权成像（diffusion-weighted imaging, DWI）与DTI通过水分子扩散参数无创评估脊髓微观结构，常用表观扩散系数（apparent diffusion coefficient, ADC）、各向异性分数（fractional anisotropy, FA）、平均扩散系数（mean diffusivity, MD）、轴向扩散系数（aaxial diffusivity, AD）、径向扩散系数（radial diffusivity, RD）等参数来定量评估脊髓的损伤程度^{[23, 24]}。BSCB破坏早期，形成细胞毒性水肿，水分子扩散受限，导致ADC值和FA值降低；进展期轴突损伤，导致水分子沿轴突方向的优先扩散被破坏，表现为使FA显著降低，AD下降而RD升高^[25]；晚期血管源性水肿，细胞外水分子扩散空间增大，表现以MD值升高为主。两者各有其局限性，DWI在于其特异性不足和易受伪影干扰；DTI在于复杂的技术模型和操作依赖性，纤维束追踪结果在纤维交叉、分叉的区域不可靠，有很强的主观性，结果的可重复性和准确性较差。

2.4 体素内不相干运动

       体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion, IVIM）通过采集一系列低扩散加权因子（b-value, b值）的DWI数据，并利用双指数数学模型，将相对缓慢的“真扩散”与相对快速的毛细血管血流灌注效应分离开来，实现了无需注射对比剂量化脊髓微循环的扩散特性与灌注信息^[26]。真实扩散系数（pure apparent diffusion coefficient, D）值代表去除了灌注影响的组织细胞本身的扩散能力；伪扩散系数（pseudo apparent diffusion coefficient, D^*）及灌注分数（perfusion fraction, f）值是反映灌注的参数。D^*值与外周细胞覆盖指数呈正相关，D^*值越高，说明血管渗漏减少，可作为血管完整性的潜在指标^[27]。当BSCB受损时，D值显著升高提示组织水肿或坏死；f值下降或D^*异常，则反映了早期微循环障碍与血管通透性改变，有助于区分可逆与不可逆性损伤，从而用于评估损伤的严重程度与预后^[28]。但低信噪比以及有限的b值数量严重制约了IVIM参数的精准估算，且因脊髓本身灌注率低，D与D值差异小，导致参数图噪声大、稳定性差，其应用目前多限于动物或小样本研究^[29]。WANG等^[29]研究证明，在脑部通过融合真实脑解剖特征、物理噪声模型和可能的生理运动伪影的合成数据来训练深度学习模型，可以有效提升小血管灌注参数的敏感性，其次在参数图中显著减少颗粒状噪点，此研究展现出深度学习在脊髓领域的巨大潜力。

2.5 磁共振扩散峰度成像

       传统磁共振扩散峰度成像（diffusion kurtosis imaging, DKI）模型假设水分子在无限大的、均匀的介质中自由扩散，但DKI通过引入一个峰度（Kurtosis, K）参数，利用多个高b值来探测非高斯效应，量化水分子扩散偏离高斯分布的程度,对组织微观结构变化具有高敏感度。DKI的参数包括平均峰度（mean kurtosis, MK）、径向峰度（radial kurtosis, RK）、轴向峰度（axial kurtosis, AK）、峰度各向异性（kurtosis anisotropy, KA）、MD、RD、AD和FA。若BSCB破坏使水分子扩散自由度增加，非高斯扩散特征减弱，K值会降低^[30]。但DKI在脊髓病变中的应用仍处于探索阶段。脊髓的轴对称结构与周围骨骼干扰使成像复杂，完全各向异性模型噪声敏感性高；多高b值采集导致信号衰减与信噪比下降，易在低信噪比条件下产生参数估计偏差，表现为D值的低估和K值的高估。OESCHGER等^[31]通过建立轴对称DKI模型简化参数空间，降低拟合对噪声的敏感性；并且通过将Rician噪声模型直接整合进最大似然估计框架，即先进行图像去噪再进行参数拟合，实现了对噪声标准差与DKI参数的同步优化。该模型与脊髓白质的纤维结构更适配，可更精准量化轴突损伤与髓鞘脱失。

2.6 血氧水平依赖功能磁共振成像

       血氧水平依赖功能磁共振成像（blood oxygenation level-dependent functional MRI, BOLD-fMRI）可以无需注射外源性对比剂、无创，通过检测局部氧合状态的变化，可连续观察SCI后不同时间点的氧代谢变化和间接反应神经活动^[32]，当BSCB损伤时，脊髓微循环障碍、继发的缺氧及代谢紊乱可引发局部氧耗与血流不匹配，表现为BOLD信号的异常改变，从而为评估病理状态下的脊髓功能提供重要依据。在BSCB破坏亚急性期，损伤核心区因为炎症与氧化应激导致氧耗增加，BLOD信号降低。周边区域可能由于血流代偿，出现BLOD信号轻度升高，但整体仍低于正常脊髓。基于BOLD信号的脊髓功能MRI可检测执行感觉/运动任务时特定脊髓区域的信号变化，同时通过评估静息态下的血流动力学异常，早期发现神经退行性或炎症性CNS疾病的功能障碍，用于监测疾病进展以及评估治疗效果^[33]。BOLD-fMRI信号易受心跳、呼吸及低频生理振荡等非神经活动干扰，导致假阳性或信号衰减等问题，ADDEH等人通过基于外部生理记录的RETROICOR模型、基于数据驱动的噪声ROI回归与独立成分分析，以及深度学习和机器学习去噪，能够自适应地估计并去除生理噪声，而无需依赖外部设备记录的明确生理信号。但这些校正方法在脊髓中仍面临严峻挑战，开发基于脊髓专用的校正框架，已成为当下推动该领域发展的关键^[34]。

       综上所述，常规MRI序列主要揭示脊髓的形态学改变，难以对BSCB的功能完整性进行直接、定量评估。而以DCE-MRI、DTI、IVIM、SWI及BOLD-fMRI为代表的功能性定量MRI技术，为无创、动态评估BSCB开辟了新途径。为清晰对比这些技术的原理、优势与局限，总结详见表1。

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表1  主要功能磁共振技术在血脊髓屏障评估中的应用特点对比
Tab. 1  Comparison of application characteristics of major emerging MRI techniques in BSCB assessment

3 磁共振技术在血脊髓屏障破坏造成的中枢神经系统疾病中的应用

       多种CNS疾病的核心病理过程均涉及BSCB的破坏。传统影像学手段难以动态发现的BSCB的功能性改变，而功能性定量MRI技术的应用，是连接BSCB破坏的“时空规律”与“病理机制”的桥梁，从而为理解疾病机制、早期诊断及预后评估提供了新工具。

3.1 脊髓损伤

       SCI是指外界直接或间接因素导致脊髓损伤的疾病，常伴随各种运动、感觉和括约肌功能障碍，肌张力异常及病理反射等相应改变^[35]。慢性SCI是使脊髓持续存在损伤，破坏脊髓完整性的疾病。

       SCI后，由创伤直接导致的轴突断裂、血管供应中断及继发的低灌注/缺血，是引起组织损伤坏死的关键病理过程，在急性期表现为血肿和缺血，在慢性期则导致持续的神经功能障碍^[22]。脊髓缺血所致低灌注、缺氧及静脉回流减少，血管舒缩功能受损，导致BSCB的通透性增加，进而引发细胞线粒体功能受损和氧化应激增加等血管内皮细胞功能紊乱，最终导致细胞凋亡与坏死，表现为神经元与少突胶质细胞的损伤及脱髓鞘^[35]。

       MRI在SCI的形态学诊断中展现出卓越性能，如在Kulkarni分类及损伤部位定位方面诊断正确率可高达98.36%，对SCI的敏感度与特异度也分别达到98.00%和83.33%，这确立了其作为SCI首要影像学检查手段的地位，但常规影像诊断方法仅能显示损伤后的结构改变，但无法在SCI急性期量化BSCB破坏的动态过程及预测继发性损伤^[36]。

       GRILLHÖSL等^[37]研究采用纵向DTI研究进行了量化BSCB破坏后DTI参数的动态变化，如FA值与SCI后一个月的总运动评分中度相关（r=0.37，P=0.033），AD值在受伤后3个月内持续降低（P<0.001），然后在1年内恢复到初始值等，证实了SCI后微观结构退化会持续一年且与初始严重程度无关，揭示了其具有揭示病理进展、支持预后评估的潜力。

       基于此，HARRITZ等^[28]开发的IVIM-DKI联合模型，为SCI新型影像标志物的开发提供了新思路，该研究表明，IVIM参数（f、D）可敏感检测微循环灌注异常，而DKI参数（K、D）能准确反映微结构损伤。通过整合DKI与IVIM参数，该技术可在损伤超早期无创性地区分可逆性灌注异常与不可逆结构性损伤，动态监测继发性损伤的时空演变过程和评估神经功能恢复潜力。

       BOLD-fMRI、DTI、磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy, MRS）、定量磁化转移成像（magnetization transfer imaging, MTI）和化学交换饱和转移等MRI技术监测脊髓的囊肿形成和轴突断裂、脱髓鞘和再髓鞘化等病理变化，以及与继发性损伤和神经炎症相关的非特异性分子变化，辅助SCI患者的诊断、预后和治疗评估^[38]。

       常规MRI在SCI后，难以量化损伤的动态过程，但以扩散与灌注成像为代表的多模态MRI技术，在病理分期与评估预后方面，证明了DTI具有无创监测轴突与髓鞘损伤动态变化、并预测预后的潜力。然而，DTI模型在SCI后脊髓出现水肿、增生、囊变并存的复杂情况下，其准确性受限；在评估脊髓微循环与代谢方面，IVIM和DKI的联合模，实现了对微循环障碍和微观结构复杂性的同步量化，为超早期区分可逆性缺血与不可逆性缺血提供工具。但参数拟合稳定性差，且模型在急性出血或水肿区域的适用性未经验证；在功能连接与监测代谢物方面,BOLD-fMRI与MRS等技术，评估SCI后神经炎症及代谢失衡提供了重要工具。但BOLD-fMRI信号解读特异性低，MRS则受限于空间分辨率，难以区分损伤核心与半暗带。

       今后研究应致力于开发适用于脊髓复杂环境的DKI模型、优化针对脊髓低灌注的IVIM扫描序列与拟合算法，并开发脊髓专用的BOLD-fMRI生理噪声校正算法，进而提升其对损伤性质的判断能力与无创评估轴突断裂、脱髓鞘与再髓鞘化进程。

3.2 多发性硬化

       多发性硬化（multiple sclerosis, MS）是一种白质炎性的后天性自身免疫性疾病，炎症、脱髓鞘、轴突变性和神经元丢失等是其主要特征，反复的炎症和损伤修复过程导致在病变区域形成硬化斑块。BSCB破坏是MS发病机制中的早期事件，其通过中性粒细胞募集与活化及炎症级联反应，导致紧密连接蛋白下调，屏障完整性被破坏进而引发免疫细胞大量浸润CNS，加剧白质脱髓鞘和神经元损伤。

       MS中BSCB破坏的具有局灶性、短暂性及自限性等特征，这种破坏具有鲜明的时空特征：在空间上，其范围局限，炎症反应主要集中于白质的特定区域，表现为单个或多个直径通常小于1 cm、边界清晰的小类圆形强化灶；脊髓中的活动性病灶亦呈短节段分布。在时间上，其过程短暂，增强病灶通常在注射对比剂后迅速出现，并在数周内消退，反映了BSCB破坏及其后续修复的动态过程。

       MS的活动性病灶在增强扫描中的特征性影像学表现为“开环强化”，病灶边缘部分强化，中心部分无强化，这反映了病灶核心为慢性脱髓鞘或坏死区、边缘为BSCB破坏及炎症活跃区的病理基础；急性期部分病灶亦可表现为结节样或团块状均匀强化。

       此外，在SWI序列上，部分慢性活动性病灶边缘可见“铁环征”，这是巨噬细胞或小胶质细胞内含铁血黄素沉积的影像标志^{[39, 40, 41]}。焦格等^[40]采用SWI技术，进行了对MS患者脑内“铁环征”的影像学评估与临床相关性分析，该研究说明了铁环征作为慢性活动性病灶的重要指标。基于此，采用7 T超高场强MRI并结合定量SWI等技术，进行了对慢性活动性病灶边缘微观结构的定量分析与高分辨率观察，该研究说明了高场强MRI能将“开环强化”与铁沉积特征关联，并指出相位环等特征直接提示BSCB破坏，与疾病活动性和预后相关。

       多项研究采用DCE-MRI技术，对MS患者的BSCB通透性进行定量监测，说明了DCE-MRI在显示BSCB早期破坏最显著，且与临床症状严重程度相关，而中性粒细胞耗竭可显著减轻实验性自身免疫性脑脊髓炎模型中的BSCB通透性，提示靶向中性粒细胞浸润或修复BSCB完整性可能成为延缓MS的新方法^{[3, 42]}。

       常规增强MRI通过捕捉“开环强化”等特征，已能直观显示MS的活动性病灶。近年来，以SWI、高场强MRI和DCE-MRI为代表的多模态技术，进一步从铁代谢、微结构及功能层面，为疾病的活动性评估、预后判断及探索治疗靶点提供了关键工具。在慢性活动性病灶评估方面，SWI技术通过识别病灶边缘的“铁环征”，是评估MS的慢性活动性病灶与疾病进展的重要标志。然而，常规SWI对微小铁沉积的敏感性不足，且相位信号易受磁场不均匀性干扰，定量分析困难；在MS的病理机制方面，7 T超高场强MRI实现了对“相位环”等微细结构的清晰显示，将影像所见与BSCB破坏的病理生理直接联系，但由于设备普及率低，扫描标准尚未统一，且易受生理运动伪影影响。在定量BSCB通透性方面，DCE-MRI无创、定量监测早期BSCB破坏（如K^trans值升高），且在实验性自身免疫性脑脊髓炎模型中验证了中性粒细胞的关键作用。但DCE-MRI受组织异质性影响大，且其参数变化与当下临床症状的变化不同步显现。

       今后研究致力于推广定量磁敏感图，以获取组织磁化率的绝对值，消除相位混淆，推广定量磁敏感图，以获取组织磁化率的绝对值，消除相位混淆，开发适用于7 T超高场强MRI的专用脊髓线圈，并验证“相位环”等特征作为生物标志物的可靠性，并利用DCE-MRI进行抗中性粒细胞迁移疗法等治疗的早期Ⅱ期临床试验。

3.3 视神经脊髓炎谱系疾病

       视神经脊髓炎谱系疾病（neuromyelitis optica spectrum disorder, NMOSD）是一种以急性、严重且易复发的视神经炎和纵向广泛性脊髓炎为特征的高度致残性自身免疫性疾病。被认为是一种急性侵袭性MS的变异型。其病理核心是水通道蛋白-4抗体通过BSCB浸润，攻击CNS星形胶质细胞，进而引发强烈的补体介导的炎症反应，BSCB严重破坏，最终导致继发性脱髓鞘、轴索损伤及神经元坏死^{[43, 44]}。NMOSD以靶向星形胶质细胞的自身免疫攻击为主，常表现为长节段连续强化，其炎症反应具有弥漫性特征。

       多项研究通过采用多模态的MRI技术，对患者CNS的结构与功能改变进行了系统性研究。常规MRI特征性表现为脊髓病灶连续长度通常≥3个椎体节段,并伴有视神经强化（特异性和敏感性分别为76.9%和80.8%），炎症反应弥漫且伴随BSCB的广泛破坏，导致较其他炎性脱髓鞘病更为弥漫，强化持续时间也更长；采用DTI发现有病灶但没有T2异常信号的白质有FA值降低、RD升高，提示弥漫性髓鞘损伤；静息态fMRI发现默认模式网络连接强度降低，与疲劳、认知障碍相关；DCE-MRI发现急性期病灶K^trans值升高，提示BBB破坏是早期事件^{[45, 46, 47]}。

       这些研究通过识别脊髓长节段病变合并脑内特异性病灶用以鉴别NMOSD与MS,其次揭示从AQP4抗体攻击星形胶质细胞到神经元与轴突损伤的病理过程，所以NMOSD是全身性攻击星形胶质细胞的疾病,只进行脑部影像学检查是不足的，需要联合全脊髓DWI进行系统性检查，提高诊断效率与准确性，同时DWI高信号可以早期识别急性期病灶内的细胞毒性水肿，提示组织损伤的严重程度和预后。以上研究确立了多模态MRI在NMOSD诊断和治疗体系中的价值。

       PRILLARD等^[48]研究表明，全脑三维增强TSE T1WI比传统眼眶二维冠状位增强T1WI在急性视力丧失患者视神经强化检测中的检出率更高，避免2D序列的层间跳跃伪影，尤其对管内段微小强化灶的检测更具优势。3D CE-T1WI不仅能更敏感地检测视神经炎，还可能通过分析强化特征为鉴别NMOSD与MS提供重要影像学依据。

       此外，多项研究通过采用基于7 T超高场强MRI的多模态技术组合，进行了对NMOSD患者海马结构与功能的多维度定量分析，该研究说明了NMOSD的海马损伤呈现出明确的特异性，包括高分辨率T1WI显示海马体积萎缩，直接反映了神经元与胶质细胞的显著丢失;定量磁敏感成像检测到铁元素异常沉积，过量的铁通过氧化应激进一步毒害神经组织；MRS分析揭示神经元标志物NAA浓度降低，表明即使细胞形态尚存，其代谢活力也已严重受损;静息态fMRI则发现海马与大脑关键网络的功能连接减弱。这些影像学异常与记忆损害和抑郁的严重程度显著相关，为理解NMOSD的疾病机制及临床治疗提供了重要的影像学生物标志物^[49]。

       常规增强MRI序列通过识别长节段脊髓强化（≥3个椎体节段）及视神经强化，为NMOSD的核心诊断特诊与鉴别诊断NMOSD与MS的特诊，特异性与敏感性均较高。但对非典型或微小病灶的检出率较低，且无法评估病灶活动性；DTI通过FA值降低与RD值升高等参数，提高对非典型或微小病灶的检出率，也能敏感地发现轴索损伤与髓鞘脱失，但DTI特异性差。DCE-MRI无创地评估BSCB/BBB通透性的动态变化，证实了屏障破坏是NMOSD的早期关键事件；多模态MRI对海马的研究，通过体积萎缩、铁沉积异常、代谢物改变及功能连接中断，将影像异常与记忆损害、抑郁等神经精神症状直接关联。但海马等结构的细微变化在疾病早期的临床意义尚不明确。

       今后研究致力于推动DCE-MRI技术的临床实用化与标准化，指导治疗时机，并开展研究，明确这些影像标志物在预测认知衰退、评估病情的价值。并建立扩散模型，提高DTI的特异性。并促进全脑三维增强TSE T1WI的发展，以提升诊断效率与鉴别诊断的能力。

3.4 脊髓肿瘤

       脊髓肿瘤本身尚未发现与BSCB破坏直接相关，但放疗后观察到BSCB损伤，表现为血清白蛋白外渗和ICAM-1表达上调，并且缺氧导致的血管内皮生长因子上调进一步加剧BSCB破坏^[3]。BSCB的破坏为肿瘤创造免疫逃逸环境，所以通常伴随着肿瘤血管生成的活跃。同时，BSCB阻碍药物输送，影响了脊髓肿瘤的治疗效果^[50]。

       MRI是脊髓肿瘤诊断的“金标准”，诊断脊柱肿瘤通过常规增强MRI成像最佳，增强扫描可明确肿瘤活性区域，指导活检或手术切除范围,大多数脊髓内肿瘤具有特征性的MRI成像表现，可进行准确的术前诊断^[51]。脊髓肿瘤出现囊变与坏死，常见于星形细胞瘤、室管膜瘤，表现为肿瘤内部的T1WI低信号、T2WI高信号区，增强后无强化或边缘强化^[51]。大多数硬脊膜内肿瘤均可导致脊髓受压，表现为脊髓局部变细、移位,严重时可导致脊髓水肿，T2WI高信号。室管膜瘤和血管母细胞瘤常伴发脊髓空洞，表现为脊髓内的长T1长T2信号区^[52]。硬脊膜外肿瘤可导致椎体压缩性骨折、椎弓根侵蚀，出现骨质改变。

       为解决常规MRI在鉴别多种脊髓肿瘤时的局限性，可采取多模态影像策略：PANG等^[53]研究表明，采用扩散峰度成像技术，进行对高级别与低级别脊髓胶质瘤微观结构异质性的定量分析，该研究说明了所有DKI参数，排除FA值，能在两者之间显示显著差异，显著优于传统DTI参数。基于此，有研究利用DKI参数提供微观结构差异，并进一步结合DCE-MRI的瘤内与瘤周影像组学特征。通过机器学习模型整合这些多维信息，全面地揭示肿瘤空间异质性及侵袭特性，提升肿瘤良恶性、病理分级和鉴别诊断的准确性，也可以更精准评估肿瘤侵袭性与边界，有望成为脊髓肿瘤精准切除的重要工具^[54]。

       常规增强MRI作为脊髓肿瘤“金标准”，近年来，以DKI和DCE-MRI为代表的多模态影像技术，结合新兴的影像组学与人工智能方法，揭示肿瘤异质性、侵袭性及与微环境相互作用。DKI参数在区分高级别与低级别胶质瘤方面展现出优越性，能更敏感地反映肿瘤细胞的复杂性但，DK扫描时间较长，对运动伪影敏感，且其参数在肿瘤内部解释复杂。在肿瘤血管生成与侵袭性评估方面，DCE-MRI定量评估肿瘤血管通透性与血容量，能有效识别肿瘤活性区域、瘤周浸润。但模型假设组织均质，而肿瘤空间异质性高，且重复性很差。结合DKI的微结构信息与DCE-MRI的血流动力学特征，通过机器学习模型进行整合分析，能全面揭示肿瘤的空间异质性及侵袭特性，并精准评估肿瘤侵袭性与边界，但多数研究为单中心、小样本，不能有效验证影像组学特征的可重复性及模型的适用性。

       今后研究致力于开发适用于脊髓肿瘤异质性的高级药代动力学模型和开发适用于脊髓的DKI序列，以降低运动敏感性，并通过多中心研究建立不同病理类型肿瘤的数据库，同时探索参数与肿瘤基因表型的关联，构建可信的临床决策支持系统。

3.5 肌萎缩侧索硬化症

       肌萎缩侧索硬化症（amyotrophic lateral sclerosis, ALS）是一种以运动神经元变性死亡为核心致命性神经退行性疾病，主要累及大脑皮质、脑干和脊髓的运动神经元，上、下运动神经元混合性损害是ALS的特征性表现，导致进行性加重的肌肉无力、萎缩、肌束震颤，最终因呼吸肌麻痹或肺部感染等并发症死亡。BSCB的结构显著异常，表现为紧密连接蛋白的表达显著降低，结构也显著异常，表现为通透性增加、营养物质转运障碍、有害物质易位，其破坏可能通过加剧神经炎症，促进运动神经元损伤；同时，ALS患者的BSCB损伤常伴随血管密度和形态改变及神经血管单元功能失调，加速疾病进展^[55]。

       常规的T1WI、T2WI及液体衰减反转恢复序列在ALS中通常无特异性异常信号,功能与分子影像学方法成为研究与诊断ALS患者的核心方法。多项研究采用了高分辨率结构MRI、DKI/DTI、静息态fMRI、MRS、SWI等技术，进行了对ALS患者运动皮层、锥体束、额叶、小脑等灰白质结构与功能的全脑定量分析^{[55, 56, 57]}。研究发现高分辨率结构MRI可以发现灰质改变，运动皮层年萎缩率2.1%，与下肢无力进展显著相关（r=0.52，P<0.001），揭示了运动皮层萎缩与运动功能缺损直接相关^[57]；该研究采用DKI/DTI发现锥体束的FA显著降低（Δ=0.15），提示轴突损伤或脱髓鞘。皮质脊髓束是最常受累的通路，其FA值降低可早于临床症状出现，其下降程度与患者肌力评分恶化呈正相关；运动皮层下白质的MK值升高（+12%），可作为预测6个月内病情快速进展的影像标志物；而胼胝体体部的RD升高（Δ=0.08）则提示髓鞘脱失，与患者的认知功能衰退显著相关（r=0.41）。说明ALS患者存在广泛的皮质脊髓束及胼胝体退变,以FA下降、MD及RD增高为主，其中RD增高被证明具有最佳的敏感性，这一特点也延伸至脑干纤维束层面，ALS的白质病变同时涉及轴突变性、胶质增生及髓鞘损伤等多重病理过程，为评估运动与认知功能缺损提供了定量影像依据。

       静息态fMRI通过检测大脑在静息状态下的自发神经活动信号，可评估脑区功能连接与局部活动特征，已成为ALS研究的重要手段，但对静息态下大脑自发神经活动本身的特征关注较少。主要表现为ALS患者的初级运动皮质、辅助运动区及运动前区之间的功能连接降低，提示运动皮质的神经元同步活动异常，与运动功能减退相关。皮质与脊髓之间的功能连接减弱，证实了上、下运动神经元之间的信息传递障碍^[57]；MRS成像是通过检测脑组织内特定代谢物的浓度直接反映皮层兴奋性变化的技术，N-乙酰天门冬氨酸神经元线粒体的标志物，其浓度下降提示运动皮质的神经元数量减少或功能受损。N-乙酰天门冬氨酸/肌酸比值与疾病严重程度相关^[55]。结合临床症状及电生理检查，可提高ALS的诊断和鉴别诊断。此外，壳核铁沉积增加和运动皮层神经元代谢物异常有助于发现疾病的氧化应激与兴奋毒性机制。基于此，后续研究可以进一步采用了机器学习整合上述多模态影像标志物，构建了ALS病理演变的“三级级联模型”。

       未来有望基于卷积神经网络等深度学习算法，开发病灶自动分割与定量分析算法，实现诊断和治疗过程的自动化，同时开发铁代谢调控等新型干预靶点，为疾病治疗提供新方向。

4 小结与展望

       MRI技术作为评估BSCB结构与功能异常的关键手段，其无创、定量化的分析特性为神经系统疾病的早期诊断、个体化治疗及预后监测提供了重要依据。然而，常规MRI难以发现BSCB的微观结构损伤；针对脊髓这种高度异质性的组织，现有模型的适用性验证仍不充分，且尚未统一多模态参数融合解读标准。对于BSCB破坏造成的CNS疾病缺乏可靠的金标准和影像学标志物。为突破这些限制，未来需着力于发展高场强成像技术、融合多模态影像学标志物构建专用脊髓的定量模型，或基于卷积神经网络等深度学习算法，可实现对脊髓MRI图像中BSCB渗漏区域的自动分割与定量分析，最终实现BSCB损伤的早期诊断、及治疗与预后的动态监测。此外，当前针对BSCB的靶向探针研究仍面临从动物模型向临床转化的重要挑战，包括物种间解剖生理差异、探针生物安全性等问题。通过深度融合人工智能与跨学科合作，将有望突破这些瓶颈，推动BSCB精准评估技术从基础研究向临床应用的转化，最终实现神经系统疾病的个体化诊疗。