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多发性硬化的影像学研究进展.pdf
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1、2023 年 6 月国际神经病学神经外科学杂志Vol.50 No.3第 50 卷 第 3 期Journal of International Neurology and NeurosurgeryJun.2023多发性硬化的影像学研究进展陈全1,2,彭永1,2,甘棋心3,饶桂兰1,2,何顺清1,2,唐艳丹1,21.湖南中医药大学,湖南 长沙 4102082.湖南中医药高等专科学校附属第一医院神经内科,湖南 株洲 4120003.湖南中医药高等专科学校附属第一医院放射科,湖南 株洲 412000摘要:多发性硬化(multiple sclerosis,MS)是中枢神经系统的慢性炎性脱髓鞘疾病,是导致
2、青壮年非创伤性残疾的主要疾病之一。临床上常以肢体无力、感觉异常、眼部症状、共济失调、发作性症状及精神症状为主要特征。以往MS的诊断依赖临床表现和病理组织学,随着神经影像学技术的发展,可以帮助我们早期发现无临床症状的MS病变,并作为疾病的亚临床证据。现代神经影像学技术已从结构影像学、功能影像学发展至分子影像学阶段,常用于MS辅助诊断的结构影像学技术包括磁共振成像、弥散张量成像、光学相干断层成像等,这些技术可以显示病灶的具体形态结构、判断病灶的新旧,为临床分期和治疗提供依据。功能影像学技术包括功能磁共振成像及动脉自旋标记等,可以从代谢水平、血流动力学等方面对MS患者的脑功能活动进行评价,从而为MS
3、的诊断、分期、预后评估提供影像学依据。分子影像学技术包括磁共振波谱成像及正电子发射体层扫描等,可以在MS的发病机制、早期诊断、病情评估、疗效评价等方面提供支持。功能影像学及分子影像学技术的发展,弥补了结构影像学技术不能发现无解剖学改变的MS的缺陷,特别是分子影像学技术,通过对MS发生过程中关键标记分子的成像,可以从组织、细胞及分子水平探究疾病发生发展的过程,直观反映疾病的病理生理学变化,通过设计特异性探针,还可以为研究药物新靶点提供思路。国际神经病学神经外科学杂志,2023,50(3):9196关键词:多发性硬化;神经影像学;磁共振成像;动脉自旋标记;正电子发射体层扫描中图分类号:R744.5
4、+1 DOI:10.16636/ki.jinn.1673-2642.2023.03.017Research advances in the imaging findings of multiple sclerosisCHEN Quan1,2,PENG Yong1,2,Gan Qixin3,RAO Guilan1,2,HE Shunqing1,2,TANG Yandan1,21.Hunan University of Chinese Medicine,Changsha,Hunan,410208,China2.Department of Neurology,First Hospital Affil
5、iated to Hunan Traditional Chinese Medical College,Zhuzhou,Hunan 412000,China3.Department of Radiology,Affiliated First Hospital of Hunan Traditional Chinese Medical College,Zhuzhou,Hunan 412000,ChinaCorresponding author:PENG Yong,Email:Abstract:Multiple sclerosis(MS)is a chronic inflammatory demyel
6、inating disease of the central nervous system and is one of the major diseases leading to nontraumatic disability in young adults.It is often characterized by limb weakness,paresthesia,ocular symptoms,ataxia,paroxysmal symptoms,and mental symptoms.The diagnosis of MS in the past relies on clinical m
7、anifestations and pathological histology,and with the development of neuroimaging technology,it can help us to detect MS lesions without clinical symptoms in the early stage,which can be used as the subclinical evidence of the 综述 基金项目:湖南省中医药管理局重点课题(201915);湖南省自然科学基金(2018JJ6043);湖南省卫计委课题(B20180815);株
8、洲市科技局课题(2021009);湖南中医药高等专科学校附属第一医院优秀科研创新团队(B2021003);株洲市科技计划项目(2021009,2022/012023/12)。收稿日期:20220726;修回日期:20221220作者简介:陈全(1998),男,在读硕士,从事神经系统疾病研究。Email:。通信作者:彭永(1970),男,硕士研究生导师,副主任医师,从事神经系统疾病研究。Email:。电子、语音版91http:/2023,50(3)陈全,等:多发性硬化的影像学研究进展disease.Modern neuroimaging technology has developed from
9、 structural imaging to functional imaging and molecular imaging.The structural imaging techniques commonly used for the auxiliary diagnosis of MS include magnetic resonance imaging,diffusion tensor imaging,and optical coherence tomography imaging,and these techniques can display the specific morphol
10、ogical structure of lesions,judge whether the lesion is old or new,and provide a basis for clinical staging and treatment.Functional imaging techniques include functional magnetic resonance imaging and arterial spin labeling,which can evaluate the brain functional activities of MS patients from the
11、aspects of metabolic level and hemodynamics and thus provide an imaging basis for the diagnosis,staging,and prognosis evaluation of MS.Molecular imaging techniques include magnetic resonance spectroscopy and positron emission computed tomography,which can provide support for the pathogenesis,early d
12、iagnosis,disease evaluation,and outcome evaluation of MS.The development of functional imaging and molecular imaging techniques make up for the defect that structural imaging techniques cannot identify MS without anatomical changes,and in particular,through the imaging of the key marker molecules in
13、 the process of MS,molecular imaging techniques can explore the development and progression of the disease from the tissue,cell,and molecular levels,directly reflect the pathophysiological changes of the disease,and provide ideas for the research on drug new targets through the design of specific pr
14、obes.Journal of International Neurology and Neurosurgery,2023,50(3):91-96Keywords:multiple sclerosis;neuroimaging;magnetic resonance imaging;arterial spin labeling;positron emission tomography scanning多发性硬化(multiple sclerosis,MS)通常发生在 2030岁的年轻人中,并伴有单侧视神经炎、部分脊髓炎、感觉障碍或脑干综合征。全球MS的患病率为每10万人中有5300人,在高纬度地
15、区有所增加,女性多发(女性与男性的性别分布接近3 1),且患者总体预期寿命低于一般人群1。以往MS的诊断依赖临床表现和相关检查的结合,以证明在空间和时间上的传播,并排除可以解释现有发现的其他疾病2,但难以实现早期诊断和提高诊断的准确性。随着磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)技术不断进步及与之相应的新诊断标准的应用和推广,MS的早期诊断和准确诊断也得到了提高3。我们归纳总结了近年来关于MS的最新影像学技术研究成果,希望能够为MS的早期诊断和亚型鉴别提供帮助,以期提高患者的生存质量。1结构影像学1.1磁共振成像除神经学检查和病史外,MRI是MS早期诊断、治疗
16、和监测最重要的工具4。基于McDonald标准,MRI是准确和早期诊断MS的一种必要的检查手段。有研究表明,在MRI影像特征中中央静脉征和铁环征是MS的典型表现5。认知障碍是MS中常见但有时被忽视的症状,对日常生活和工作有着深远的影响。影像学研究发现,大脑网络的广泛变化会导致认知障碍,而灰质萎缩是认知功能下降的早期迹象6。在原发进展型MS患者和复发缓解型MS(relapsing remitting multiple sclerosis,RRMS)患者中,关键中枢神经系统区域(脊髓、幕下区域和灰质)的病变和被诊断后头几年MRI检测到的严重炎症表现,是导致长期残疾和未来呈进展性病程的危险因素。在已
17、确诊的MS患者中,灰质受累和神经退行性病变与临床恶化速度加快相关,软膜下脱髓鞘和缓慢扩张的病变是进展性MS的新指标7。皮质脱髓鞘病变在MS中具有重要意义,但是在MRI中很难成像。Bouman等8研究发现,MRI双反转恢复序列和相位敏感反转恢复序列具有高度的病理特异性,可用于MS的皮质病变评估。近年来,7 T或更高水平的超高场MRI提高了对MS病理特征的显像能力,包括皮质脱髓鞘和中央静脉征。此外,超高场MRI能对与铁相关的病理及软脑膜炎症和神经炎症的脊髓病理提供独特的显像,有利于提高MRI诊断的特异性和具有潜在的治疗监测作用,可以进一步激发新的MS成像生物标志物的发现9。1.2弥散张量成像弥散张
18、量成像(diffusion tensor imaging,DTI)能够清晰地显示脑内白质纤维束的走向和空间分布。DTI可用于评估正常白质和其他难以用常规MRI评估的MS脑和脊髓的病变10。DTI和体积MRI可显示MS患者边缘系统的白质和深部灰质的异常,而穹窿等结构与MS患者的认知障碍有关。在认知障碍的MS患者中,穹窿、丘脑和海马体表现出萎缩和/或异常的扩散指标。较低的各向异性分数(fractional anisotropy,FA)、较高的平均扩散系数和径向扩散系数,以及较低的海马FA和较低的丘脑体积均与认知障碍密切相关11。MS患者总体上表现出广泛的穹窿弥散异常,体积较小,FA较低,平均扩散系
19、数和径向扩散系数较高12。有研究利用DTI指标探讨姿势反应潜伏期与颈椎脊髓的微观结构完整性之间的相关性发现,MS患者颈椎脊髓较低的FA与右侧胫骨前肌测量的922023,50(3)陈全,等:多发性硬化的影像学研究进展http:/较长潜伏期之间存在显著相关性,这表明DTI评估的颈椎脊髓微结构受损可能与延迟姿势反应有关,该区域与MS 的疾病严重程度显著相关13。Wolaczyk 等14研究DTI测量FA和表观弥散系数是否足够敏感地检测MS患者非正常脊髓的微观结构改变,以及其是否反映了这些患者的临床残疾表现,结果表明MS患者与对照组的FA值有显著差异,选定白质束的FA和表观扩散系数值与特定脊髓水平之间
20、存在相关性,脊髓结构丧失可能是住院患者炎症或脱髓鞘的主要因素,脊髓DTI变化与脑DTI改变相关。临床孤立综合征(clinically isolated syndrome,CIS)常被用来描述MS的初期症状。Dostl等15通过DTI数据分析,研究CIS患者颈椎脊髓的弥散特性,发现CIS患者颈椎脊髓扩散参数的直方图分析可能有助于预测CIS是否向临床确诊MS的转化。1.3光学相干断层成像光学相干断层成像(optical coherence tomography,OCT)是一种无创、敏感的指标,可用于评估MS中神经退行性变和炎症的进展。MS患者中黄斑总体积减小和视网膜乳头周围神经纤维层变薄是最常见的
21、改变,这些缺陷的严重程度随着MS的进展而增加,这反映了神经纤维和视网膜神经节细胞的进行性变性,而这些可使用OCT来监测和诊断16。研究表明,用临床和OCT数据的机器学习技术,可以帮助早期诊断和预测MS的病程,视网膜神经纤维层厚度可能是一种可靠的 MS生物标志物17。MS患者视神经血管灌注减少与OCT检测到的视网膜神经纤维层厚度和神经节细胞层损伤密切相关18。一项前瞻性观察研究通过OCT血管造影检测到的视网膜浅表微血管丛,进行视网膜浅丛和视盘面积的血管密度(vessel density,VD)百分比测量,并进行组间比较,结果表明,与健康受试者相比,MS患者的上视网膜、鼻视网膜和下视网膜的VD显著
22、降低,病程超过5年的患者在上、鼻和下副中央凹区域的VD较低,MS导致视网膜副中央凹浅丛视网膜血管密度降低。OCT血管造影具有检测亚临床血管变化的能力,是诊断 MS存在和进展的潜在生物标志物19。LpezDorado等20使用卷积神经网络对扫频光源相干层析术(swept source optical coherence tomography,SSOCT)捕获的图像进行分类,以协助MS的早期诊断,研究者获取了48名对照受试者和48名最近诊断的MS患者的SSOCT图像,这些图像显示了完整的视网膜、视网膜神经纤维层、2个神经节细胞层(GCL+,GCL+)和脉络膜的厚度,结果显示具有最大鉴别能力的视网膜
23、结构为GCL+(44.99%的图像点)、完整视网膜(26.71%)和GCL+(22.93%),特征预选和卷积神经网络的使用可能是1种基于SSOCT厚度数据的很有前途、无害、低成本、易于执行、有效的辅助诊断早期MS的方法。2功能影像学2.1功能磁共振成像功能磁共振成像(functional MRI,fMRI)通过对脑组织含氧和脱氧血红蛋白的测量,来获得相应磁共振信号的微小变化。有研究表明,MS患者存在广泛的功能网络紊乱,显示出大脑网络效率较低,大脑网络的动态特性与认知功能有很强的相关性,fMRI显示,有认知障碍的MS患者不仅默认模式、额顶叶和视觉网络的动态降低,而且默认模式和视觉网络之间的相互作
24、用丧失21。15%28%的MS患者有执行功能障碍(包括注意力困难、工作记忆困难、计划困难和抑制困难),认知网络中胼胝体和小脑上脚的微观结构损伤和静息状态功能连接(restingstate functional connectivity,RSFC)异常是MS中执行功能减弱的基础22。为研究神经核特异性丘脑功能连接(functional connectivity,FC)的MS相关异常及其与疲劳和认知的关系,Lin等23对64例MS患者和26例健康对照的静息状态fMRI进行了分析,发现MS患者左侧丘脑内侧核与左角回之间的FC减少,左丘脑后核与左侧边缘上回之间的FC减少,右侧丘脑内侧核与双侧尾状核丘脑
25、和左侧小脑区域的连通性减少,左侧丘脑前核和双侧前扣带皮质之间的FC增加,2组之间的连通性改变与疲劳和认知测量之间存在显著的差异。Giann等24为了研究丘脑RSFC是否与MS的感觉运动整合改变和手灵巧性损伤有关,利用多模态结构和功能MRI测试了36例RRMS患者和39例健康对照在体感时间辨别阈值中食指外展的运动学特征,结果显示RRMS患者的食指外展速度低于健康对照,手指运动速度与丘脑内 RSFC 呈正相关,丘脑RSFC与中央前回、中央后回、辅助运动区和壳核呈负相关。异常的丘脑RSFC可能是MS中感觉运动整合改变的基础,丘脑内高RSFC促进手指运动,而丘脑RSFC与基底神经节和感觉运动皮质的增高
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