多发性硬化（multiple sclerosis，MS）是常见的主要累及脑、脊髓及视神经的炎性脱髓鞘疾病，以病灶多发、病程缓解与复发交替为特征^[1]。许多研究表明，MS的脑内病变并不仅限于T2WI所显示脱髓鞘灶，而可能是累及全脑的弥漫性病变，包括灰质核团、正常表现的白质（normal-appearing white matter，NAWM）。目前，对脱髓鞘斑块周围的NAWM的MR评估也逐渐为大家所重视，利用各种MR技术对NAWM进行监测，包括磁化传递成像（MTI）^[2]，磁共振波谱（MRS）^{[3, 4]}，扩散张量成像（DTI）^[5]等。MS脑内灰质核团以及斑块有非血色素铁过度沉积这一现象也已被研究者发现^{[6, 7]}，铁的沉积可能伴随着微循环的异常变化。然而，至今尚缺乏对MS患者脑内NAWM的脑铁以及微循环的定量评估。因此，本课题拟利用能够进行脑铁定量的SWI技术^[8]和量化微循环状态的灌注成像技术^[9]，对健康志愿者和MS患者NAWM铁代谢和血流状态进行定量评估，以期为MS病情演变评估提供一种新的生物学指标。

1　资料与方法

1.1　一般资料

       31例符合McDonald标准（2005年修订版）^[10]的MS患者进行MR检查，其中男13例，女18例，年龄21~59岁（平均36.71岁）。根据临床分型，MS组又分为缓解复发型MS(relapsing-remitting MS，RRMS)19例（男8例，女11例；年龄40.12±8.35岁）和继发进展型MS(secondary-progressive MS，SPMS)12例（男5例，女7例；年龄32.15±7.12岁）。详细记录每个病人每次MR检查时的发病时间（从首次症状出现到当次MR检查的时间间隔）以及扩展型残疾状态评分(expanded disability status scale，EDSS)。

       此外，30名年龄、性别相匹配的健康志愿者作为对照组（男12例，女18例；年龄21～57岁，平均37.05岁，P=0.75）进行MR检查。

1.2　MR扫描参数

1.2.1　检查设备

       采用GE Signa 1.5 T超导MR扫描仪，最大梯度场为33.3 mT/m，梯度切换率为120 T/(m·s)；使用头部8通道相控阵头线圈，进行MRI扫描。

1.2.2　MRI检查技术及参数

       以前-后联合连线为扫描基线，扫描序列包括：横轴位T2WI、冠状位T2WI、横轴位T2 Flair、横轴位T1WI(增强前、后，参数一致)以及横轴位SWI；具体参数详见表1。

       部分患者（15例）在常规T1增强前，加做动态磁敏感增强灌注成像（dynamic susceptibility contrasted MR perfusion imaging，DSC-PI）：自患者肘静脉"弹丸式"注入钆喷酸葡甲胺（Gd-DTPA，Magnevist，Berlex，USA），注射剂量0.1 mmol/kg体重，注射速度2 ml/s；采用二维梯度回波场平面成像序列(2D-GRE-EPI)自注药开始后2秒开始动态扫描，每1秒采集1次，共采集50次。具体参数如下：TR=2200 ms，TE=98 ms，FA=60° ，层厚4 mm，层间距0，FOV=256 mm×256 mm，矩阵512×512，带宽80 Hz/pixel，NEX=1。

       对照组进行了除DSC-PI外所有MR序列检查，扫描参数与MS组一致。

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表1  MS患者扫描参数
Table 1  MRI parameters in MS cases

1.3　MR图像后处理

1.3.1　SWI图像后处理

       将SWI原始数据以DICOM格式保存并下载到个人电脑上，利用SPIN软件（SWI process in neuro-imaging，SPIN）进行图像后处理，获得"滤过"后相位图（filtered phase image，FPI）和重建后SWI最小密度图（SWI MinIP图）^[11]。

1.3.2　DSC-PI数据后处理

       将原始数据下载到个人计算机上，运用SPIN软件进行后处理，首先每个像素的生成时间-信号曲线，进而分别计算出相对脑血流量（relative cerebral blood flow，rCBF）、相对脑血容量（relative cerebral blood volume，rCBV）和相对平均通过时间（relative mean transit time，rMTT）。将每个像素的rCBF、rCBV和MTT值赋予不同的伪彩灰阶，即获得相应的图像。

1.4　数据测量与统计分析

1.4.1　图像观察与数据测量

       将T2 Flair上白质内圆形或类圆形高信号灶视为脱髓鞘斑块，无T2高信号和T1增强灶的区域视为正常表现的白质（normal-appearing white matter，NAWM），对照T2 Flair和T1增强图像，选取双侧额叶、半卵圆中心以及枕叶NAWM，测量phase值和灌注参数（rCBF、rCBV和rMTT）。ROI大小为40~60像素。对脱髓鞘灶、NAWM的辨认是由两位有MR经验的放射科医生共同协商完成；然后由其中一位医生对各参数进行测量，每个结构每个参数需测量3次，取其均值作为最终测量值。

       对照组额叶白质的ROI定位于额放射，顶叶白质的ROI选在半卵圆中心，而枕叶白质的ROI位于视放射，避开血管、皮层以及脑室；ROI大小为40像素；每个部位分别取3个ROI，取其平均值作为最终测量值。

1.4.2　统计学分析

       应用社会科学统计软件包SPSS 16.0版进行统计学分析，计量资料以均数±标准差表示。用双样本t检验对照分析MS患者NAWM与对照组白质phase值；对NAWM的phase值与灌注参数（rCBF、rCBV和rMTT）、发病时间、EDSS进行Pearson相关回归分析。所有统计学分析采用双尾检验(two-tail test)，以P<0.05为有统计学意义。

2　结果

2.1　MS脱髓鞘斑块的SWI表现

       31例中，发现211个MS脱髓鞘斑块，其中192个在FPI呈现为圆形或类圆形或环形低信号灶，可有(115个)或无（77个）小血管穿行，如图1所示。

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图1  RRMS，女，47岁，EDSS=1.5。FPI示双侧半卵圆中心及侧脑室旁多个界限清晰的低信号灶，有（黑箭）或无（白箭）小血管穿行
Fig 1  RRMS, female, 47 yrs, EDSS=1.5. Multiple low-intensity lesions with (black arrow) or without small vessels (white arrow) were located in the bi-lateral centrum ovale and para-ventricular white matters.

2.2　NAWM的phase值分析

       与对照组的额叶、顶叶白质相比，MS患者NAWM的phase值显著降低(P<0.05)，而相对于枕叶白质，MS患者NAWM的phase值也降低，但无显著性差别(P>0.05)，如表2所示。Pearson相关分析发现，MS患者双侧额叶、顶叶及枕叶白质phase值与发病时间无显著相关性(P>0.05)；而双顶叶phase值与EDSS有显著正相关(P<0.05)，额叶、枕叶phase值与EDSS无相关性(P>0.05)，如表3。

       通过对各部位NAWM的phase值与相应的灌注值相关分析发现，双额、顶叶的phase值与其rCBF值有明显相关(P<0.05)，而与rCBV、rMTT无显著相关性(P>0.05)；双枕叶NAWM的phase值与灌注参数之间均无明显相关性(P>0.05)，如表4。

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表2  MS组与对照组NAWM的phase值对比（弧度，rad）
Table 2  Phase comparison between MS and controls (radians, rad)

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表3  MS患者NAWM的phase值与发病时间、EDSS评分的相关性分析
Table 3  Correlation between phase values and duration, EDSS in MS NAWM

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表4  MS患者NAWM的phase值与灌注值相关性分析表
Table 4  Correlation between phase and perfusion in MS NAWM

3　讨论

3.1　phase值影响因素及正常人白质phase值测量

       本研究所采用的SWI序列是利用不同组织间磁敏感性的差异产生图像对比^{[7, 8]}，它所获得的图像包括"滤过"的相位图像（filtered phase image，FPI）和幅度图像（magnetic image），二者可以分别分析，也可以经过后处理进行融合。phase值的测量是在FPI上完成，脑实质的phase值变化主要受脑内非血色素铁浓度的影响，如公式（1）、(2)所示：

       △φ即phase值变化，γ为磁旋比，△B为组织间磁场变化，TE为回波时间；[Fe]为铁浓度，V为像素体积，△X是铁存在时分子间磁化变化，B0是主磁场场强。研究表明，phase值能够敏感地检测到组织内非血色素铁的浓度变化（达1μg/g组织）^{[7, 8]}。另外，脑内其他一些顺磁性物质，包括铜、锰，在正常情况下的浓度难以影响phase值。

       SWI最初被应用于MR静脉成像^[12]，对小静脉的显示尤其具有优势，静脉结构成像依赖于其内脱氧血红蛋白引起磁场不均匀导致的T2^*时间缩短和血管与周围组织间的相位差两种效应。组织的血氧水平的变化也将会在一定程度上影响phase值。

       正常人脑组织phase值在各部位分布具有不均匀性，与组织中的非血色素铁含量密切相关，以往的研究已经证实了这种观点^{[7, 8, 11]}。本研究发现，正常人不同部位的白质结构铁浓度也存在差异，双侧额叶phase较顶叶、枕叶降低，推测与其铁浓度相对较高有关。Harder等^[13]发现枕叶白质的铁浓度高于额叶，内囊后肢后部以及视放射几乎没有铁沉积。

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3.2　MS脱髓鞘斑块SWI改变

       MS是一种中枢神经系统获得性脱髓鞘性疾病，双侧脑室旁和皮层下多发斑块是其典型表现，△φ即phase值变化，γ为磁旋比，△B为组织可能是由于炎性水肿、脱髓鞘或胶质增生所致。本研究中，FPI上显示的脱髓鞘斑块多呈低信号（192/211，91%），与Haacke等^[7]的SWI研究结果相仿。低信号灶可以表现为均匀的、环形的或中心性的。斑块内低信号的出现可能是由于病灶内非血色素铁的过度沉积所致，即炎症反应过程中富含铁的巨噬细胞、小胶质细胞聚集，髓鞘、少突胶质细胞碎片以及血液成分自静脉漏出等等^[14]。Zamboni等^[15]通过对MS斑块的特殊染色，发现MS斑块内有细胞内和细胞外铁围绕着扩张的静脉。

       斑块内有小血管穿行也是MS斑块的特征表现之一（115/211，55%）。组织学研究也证实MS斑块与小静脉关系紧密^[15]。SWI具有很高的空间分辨力，并能敏感地感知中小静脉内脱氧血红蛋白和氧合血红蛋白浓度变化引起的磁场(phase)变化，可以对脑内中小静脉清晰显示，尤其在SWIMinIP像上尤佳。

3.3　NAWM的微循环改变及phase量化

       通过与健康对照组的额叶、顶叶及枕叶白质phase值对比，MS患者NAWM的phase值明显下降(P <0.05)；同时发现，双额、顶叶的phase值与其rCBF值有确切的相关性(P<0.05)。NAWM区phase值的降低一方面可能是由于弥漫性缺血状态下，氧摄取分数（OEF）增高，脱氧血红蛋白比例升高所致。脱氧血红蛋白为顺磁性物质，其与含氧血红蛋白之间比例的增高，使得局部磁场不均匀性增强，引起phase值减低。Law等^[16]通过对MS患者NAWM与正常人白质区的MR灌注成像对照研究发现，MS患者NAWM的CBF相对降低，MTT延长，而CBV无明显变化，提示NAWM处于慢性缺血状态。Phase值变化与rCBF值显著相关，提示脑组织缺血越严重，OEF就越高，通过对phase值的监测可以间接地反映脑组织微循环血流动力学变化。另外，MS NAWM长期处于慢性缺血状态，将会导致血管内皮紧密连接受损，血脑屏障将会发生渗漏，进一步造成含铁物质进入组织间隙，引起组织phase值降低。Kirk等^[17]选择了21例MS患者16处NAWM的904条血管进行免疫标记，显示有13％的NAWM的z0-1蛋白表达不连贯，说明血管内皮紧密连接受损。

       NAWM的异常与MS残疾的程度和病情进展关系密切，但是不同检测方法、不同选择区域、不同发作类型都影响结果的判断。Santos等^[18]根据5年内EDSS的变化将患者分为稳定型和恶化型，回顾了始入组时放射冠、半卵圆中心、胼胝体和额枕叶NAWM磁化传递率（MTR）与ΔEDSS (ΔEDSS=EDSS终测－EDSS初测)的关系，发现NAWM MTR值可以预测MS临床进展，敏感度为88.89%，特异度为77.78%，NAWM MTR值越低，进展越快。Ciccarelli等^[19]认为大脑脚的FA值与EDSS、锥体束症状评分负相关，容积比(volume ratio，VR)与之呈正相关。本研究同样发现，双顶叶NAWM的phase值与EDSS有显著相关(P<0.05)，额叶、枕叶phase值与EDSS无明显相关性(P>0.05)。顶叶白质承担着感觉、运动功能的传递工作，EDSS主要是针对运动功能进行量化分级，phase值与EDSS的一致性提示可以利用NAWM的phase值测量对MS患者病情进行监测。

       本研究中的随诊病例数偏少，而且未能保证所有病例在同样时间点进行随访；同时，研究中未能对治疗药物的影响予以考虑，这都有可能在某种程度上干扰测量结果。