毛慧敏 ，王新怡 ，陳坤健 ，郭宇 ，王心雨

腦卒中是全球成年人致死、致殘的主要原因，其中最常見的類型為缺血性腦卒中，約占全部卒中的87%[1]。顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄尤其是大腦中動(dòng)脈(middle cerebral artery，MCA)狹窄或閉塞是缺血性卒中的主要病因之一[2]。當(dāng)顱內(nèi)動(dòng)脈發(fā)生狹窄或閉塞，腦組織的正常血液供應(yīng)被破壞，進(jìn)而促進(jìn)了一系列的病理生理反應(yīng)，包括神經(jīng)元過度興奮、線粒體死亡、氧化應(yīng)激、神經(jīng)炎癥等[3]，最終導(dǎo)致一系列神經(jīng)功能障礙性疾病的發(fā)生。因此，缺血性腦卒中后的神經(jīng)功能修復(fù)一直是學(xué)者們關(guān)注的重點(diǎn)方向。大量的缺血性腦卒中動(dòng)物模型實(shí)驗(yàn)表明病變區(qū)域腦組織存在鐵含量增加，并且鐵沉積加劇了缺血/再灌注過程中神經(jīng)元的損傷[4-6]。此外，有研究表明鐵螯合劑具有改善缺血性腦卒中后神經(jīng)功能損傷的功效[7]。但是，目前關(guān)于缺血性腦卒中患者腦鐵含量的臨床研究較少。

定量磁敏感圖(quantitative susceptibility mapping，QSM)是在磁敏感加權(quán)成像(susceptibility weighted imaging，SWI)的基礎(chǔ)上出現(xiàn)的一種無創(chuàng)且可以定量分析組織內(nèi)鐵含量的新型磁共振成像技術(shù)。與SWI類似，QSM技術(shù)同樣基于物質(zhì)本身磁敏感性進(jìn)行成像，再對(duì)幅度圖及相位圖進(jìn)行一系列復(fù)雜的后處理得到了具備較高的組織間對(duì)比度及空間分辨力的定量磁敏感圖[8]。QSM技術(shù)是當(dāng)今臨床上定量測(cè)量活體組織內(nèi)鐵含量的主要方法[9]。目前，多項(xiàng)研究采用QSM技術(shù)探討中樞神經(jīng)系統(tǒng)疾病如阿爾茨海默病、多發(fā)性硬化、帕金森病、狼瘡腦病等腦內(nèi)鐵含量的變化[10-11]。但將QSM技術(shù)應(yīng)用于檢測(cè)缺血性腦卒中腦鐵含量變化的相關(guān)性研究較少。本研究采用QSM技術(shù)對(duì)一側(cè)MCA狹窄或閉塞所致缺血性腦卒中患者的腦內(nèi)深部灰質(zhì)核團(tuán)鐵含量變化進(jìn)行分析探討，以加深對(duì)缺血性腦卒中病理機(jī)制的認(rèn)識(shí)，從而為臨床治療和改善缺血性腦卒中預(yù)后提供指導(dǎo)。

1 材料與方法

1.1 一般資料

選擇山東第一醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院2020年6月至2021年4月40例臨床診斷為缺血性腦卒中患者進(jìn)行MRI檢查。臨床表現(xiàn)主要為頭痛、頭暈、一側(cè)肢體麻木無力、言語不清、步態(tài)不穩(wěn)等癥狀。納入標(biāo)準(zhǔn)：(1)經(jīng)磁共振血管造影(magnetic resonance angiography,MRA)檢查診斷為單側(cè)MCA狹窄或閉塞，而其他大血管無狹窄或僅有輕度狹窄；(2)臨床檢查符合缺血性腦卒中的診斷標(biāo)準(zhǔn)[12]，且經(jīng)顱腦MRI確診；(3)既往無腦出血、腦腫瘤、腦外傷及癡呆病史；(4)臨床資料及影像學(xué)資料完整；(5)均為右利手。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)煙霧病、動(dòng)脈瘤、頸動(dòng)脈夾層等其他腦血管疾病者；(2)阿爾茨海默病、多發(fā)性硬化、帕金森病等其他可能影響神經(jīng)系統(tǒng)的疾??；(3)MR圖像存在嚴(yán)重偽影影響觀察者。

根據(jù)上述標(biāo)準(zhǔn)最終納入33例一側(cè)大腦中動(dòng)脈狹窄或閉塞患者，男18例，女15例，年齡25～75(51.7±12.6)歲，病灶位于左側(cè)15例，右側(cè)18例。本研究經(jīng)山東第一醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)批準(zhǔn)[倫審字(S896)號(hào)]，患者均簽署知情同意書。

1.2 檢查方法

所有檢查均使用美國(guó)GE公司Discovery MR750 3.0 T超高場(chǎng)強(qiáng)磁共振掃描儀及32通道顱腦專用線圈。檢查序列包括T1WI、T2WI、DWI、時(shí)間飛躍磁共振血管成像(time of flight magnetic resonance angiography，TOF-MRA)、QSM等。掃描參數(shù)：T1WI掃描：TR 2535.2 ms，TE 24.0 ms，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，層厚5 mm，層數(shù)20，采集時(shí)間44 s；T2WI：TR 5766.0 ms，TE 92.0 ms，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，層厚 5 mm，層數(shù)20，采集時(shí)間 1 min 3 s；DWI掃描：TR 3000 ms，TE 65.8 ms，b值=1000 s/mm2，F(xiàn)OV 240 mm×240 mm，層厚 5 mm，層數(shù) 20，采集時(shí)間 24 s；TOF-MRA掃描：TR 21 ms，TE 2.5 ms，F(xiàn)OV 220 mm×88 mm，層厚1.6 mm，層數(shù)128，采集時(shí)間4 min 1 s；QSM掃描：TR 28.1 ms，TE 3.0 ms，F(xiàn)OV 240 mm×220 mm，層厚 2 mm，層數(shù)120，采集時(shí)間2 min 31 s。

1.3 圖像處理

將采集獲得的磁共振圖像數(shù)據(jù)傳輸?shù)?GE Advantage Workstation 4.6工作站上。MRA的原始圖像以最大信號(hào)強(qiáng)度投影(maximum intensity projection，MIP)的方式重建?；贛RA圖像對(duì)33例患者病側(cè)MCA狹窄程度進(jìn)行評(píng)估，評(píng)估標(biāo)準(zhǔn)參照北美癥狀性頸動(dòng)脈內(nèi)膜切除試驗(yàn)協(xié)作組(NASCET)標(biāo)準(zhǔn)[13]：(1)血管狹窄率(%)=(1－病變動(dòng)脈最狹窄處血流寬度/狹窄病變遠(yuǎn)端的正常血流寬度)×100%；(2)當(dāng)狹窄率＜50%，為輕度狹窄；當(dāng)50%≤狹窄率＜70%，為中度狹窄；當(dāng)70%≤狹窄率＜100%，為重度狹窄；管腔完全閉塞或未見顯影，為100%狹窄或閉塞；(3)如果一個(gè)節(jié)段有多部位狹窄，則取最狹窄處進(jìn)行評(píng)估。最終將33例一側(cè)MCA狹窄或閉塞患者分為輕中度狹窄組12例、重度狹窄組11例、閉塞組10例。

將掃描得到的QSM原始數(shù)據(jù)以DICOM格式保存，通過MATLAB軟件進(jìn)行處理得到對(duì)應(yīng)的QSM圖像，其后處理主要包括以下幾個(gè)步驟：(1)相位圖像上將相位信息解纏繞；(2)基于幅度圖的腦結(jié)構(gòu)提?。?3)消除寬大的背景場(chǎng)；(4)運(yùn)用特殊算法將處理后的場(chǎng)圖信息重建出磁化率圖像。

采用Image.J軟件定量測(cè)量磁敏感圖中感興趣區(qū)(region of interest，ROI)區(qū)域的鐵含量。ROI包括雙側(cè)尾狀核、蒼白球、殼核、丘腦(圖1)。核團(tuán)ROI層面的選擇標(biāo)準(zhǔn)為依據(jù)核團(tuán)解剖結(jié)構(gòu)，在磁敏感圖上能夠清晰顯示核團(tuán)邊界的最佳層面手工勾畫ROI，測(cè)量磁化率值。

圖1 A：雙側(cè)尾狀核ROI示意圖；B：雙側(cè)殼核ROI示意圖；C：雙側(cè)蒼白球ROI示意圖；D：雙側(cè)丘腦ROI示意圖Fig.1 A:ROI sketch diagram of bilateral caudate nucleus.B:ROI sketch diagram of putamen.C:ROI sketch diagram of globus pallidus.D:ROI sketch diagram of thalamus.

所有數(shù)據(jù)均采用雙盲法由2名高年資神經(jīng)放射科醫(yī)師對(duì)圖像進(jìn)行一致性分析。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intraclass correlation coefficient，ICC)評(píng)估2名觀察者測(cè)量ROI區(qū)域磁敏感值的一致性。所有數(shù)據(jù)的正態(tài)性檢驗(yàn)采用單樣本K-S檢驗(yàn)。運(yùn)用配對(duì)樣本t檢驗(yàn)分析病側(cè)灰質(zhì)核團(tuán)磁化率值與對(duì)照側(cè)磁化率值的差異；對(duì)三組(輕中度狹窄組、重度狹窄組、閉塞組)的一般資料年齡、性別、受教育程度做一致性分析，使用單因素方差分析(One-way ANOVA)分別比較三組一側(cè)MCA狹窄或閉塞患者病側(cè)灰質(zhì)核團(tuán)磁化率值的差異；P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 測(cè)量結(jié)果一致性分析

采用ICC評(píng)估2名醫(yī)師所測(cè)量ROI區(qū)域磁敏感值的一致性，ICC＜0.40表示可信度較差，ICC＞0.75表示可信度良好。2名醫(yī)師所測(cè)量各ROI區(qū)域磁敏感值的一致性較高(ICC均＞0.75；表1)。

表1 病側(cè)和對(duì)側(cè)各ROI的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(ICC)Tab.1 Intraclass correlation coefficient(ICC)of each ROI of the lesion side and the contralateral side

2.2 單側(cè)MCA狹窄或閉塞者兩側(cè)灰質(zhì)核團(tuán)磁敏感值的差異

33例單側(cè)MCA狹窄或閉塞患者病側(cè)尾狀核、殼核、蒼白球及丘腦磁敏感值均高于對(duì)側(cè)，其中尾狀核、殼核和蒼白球兩側(cè)磁敏感值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，丘腦兩側(cè)磁敏感值對(duì)比無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05；表2)。

表2 病側(cè)和對(duì)側(cè)灰質(zhì)核團(tuán)磁敏感值比較[ppm(×10-6)，(±s)]Tab.2 Comparisons of susceptibility values of gray matter nucleus between the lesion side and the contralateral side[ppm(×10-6),(±s)]

表2 病側(cè)和對(duì)側(cè)灰質(zhì)核團(tuán)磁敏感值比較[ppm(×10-6)，(±s)]Tab.2 Comparisons of susceptibility values of gray matter nucleus between the lesion side and the contralateral side[ppm(×10-6),(±s)]

感興趣區(qū)尾狀核殼核蒼白球丘腦病側(cè)0.0328±0.0096 0.0598±0.0241 0.1010±0.0288 0.0152±0.0053對(duì)側(cè)0.0296±0.0090 0.0487±0.0167 0.0929±0.0291 0.0145±0.0054 t值2.237 4.755 2.852 1.157 P值0.0324 0.0001 0.0075 0.2557

2.3 三組不同程度管腔狹窄者病側(cè)灰質(zhì)核團(tuán)磁敏感值的差異

基于MRA圖像將33例一側(cè)MCA狹窄或閉塞患者按管腔狹窄程度分為輕中度狹窄組12例、重度狹窄組11例、閉塞組10例。三組受試者的年齡、性別、受教育程度差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。統(tǒng)計(jì)學(xué)分析顯示，三組一側(cè)MCA狹窄或閉塞者病側(cè)尾狀核、殼核、蒼白球及丘腦的磁敏感值差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05；表3)。

表3 三組不同程度管腔狹窄者病側(cè)灰質(zhì)核團(tuán)磁敏感值的比較[ppm(× 10-6)，±s]Tab.3 Comparisons of susceptibility values of gray matter nucleus of the lesion side in three groups with different degree of lumen stenosis[ppm(× 10-6),±s]

表3 三組不同程度管腔狹窄者病側(cè)灰質(zhì)核團(tuán)磁敏感值的比較[ppm(× 10-6)，±s]Tab.3 Comparisons of susceptibility values of gray matter nucleus of the lesion side in three groups with different degree of lumen stenosis[ppm(× 10-6),±s]

病側(cè)感興趣區(qū)尾狀核殼核蒼白球丘腦輕中度狹窄組0.0312±0.0084 0.0482±0.0155 0.0937±0.0287 0.0148±0.0032重度狹窄組0.0381±0.0101 0.0727±0.0303 0.0957±0.0254 0.0173±0.0062閉塞組0.0292±0.0090 0.0629±0.0229 0.1102±0.0318 0.0129±0.0043 F值2.811 3.194 1.045 2.259 P值0.076 0.055 0.364 0.122

3 討論

缺血性腦卒中是全球人類致殘和致死的主要原因。在我國(guó)，顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化伴狹窄是引起缺血性腦卒中最常見的病因之一，其中以MCA發(fā)生狹窄或閉塞的幾率最高[2]。當(dāng)發(fā)生一側(cè)MCA狹窄或閉塞后，將會(huì)造成相應(yīng)供血區(qū)域腦組織缺血、缺氧，長(zhǎng)期缺血、缺氧可導(dǎo)致氧化應(yīng)激、非感染性神經(jīng)炎癥、酸中毒、金屬離子代謝紊亂等，進(jìn)而引起特定部位的神經(jīng)損傷，最終導(dǎo)致一系列腦功能障礙性疾病的發(fā)生，如言語或運(yùn)動(dòng)障礙、認(rèn)知功能障礙、情感障礙等[14-15]。

尾狀核、殼核和蒼白球的血液供應(yīng)主要來自MCA，小部分來自大腦前動(dòng)脈和脈絡(luò)膜前動(dòng)脈。丘腦的血液供應(yīng)主要由大腦后動(dòng)脈提供。有研究表明，MCA病變所致缺血性損傷區(qū)域不僅存在于大腦中動(dòng)脈供血區(qū)域，還存在于丘腦、下丘腦、海馬等腦內(nèi)深部區(qū)域[16]。本研究選取一側(cè)MCA狹窄或閉塞患者觀察其腦內(nèi)尾狀核、殼核、蒼白球及丘腦鐵含量的沉積特點(diǎn)，以更加深入了解缺血性腦卒中的病理生理機(jī)制。

鐵是維持正常腦功能必不可少的元素，參與了大腦中眾多生物學(xué)過程，包括氧氣結(jié)合和運(yùn)輸、電子傳遞、蛋白質(zhì)和DNA的合成、神經(jīng)遞質(zhì)合成、髓鞘生成、能量和物質(zhì)代謝等。當(dāng)鐵穩(wěn)態(tài)受到破壞時(shí)，過多的鐵在腦內(nèi)沉積而產(chǎn)生活性氧的異常釋放、氧化應(yīng)激反應(yīng)及細(xì)胞死亡，進(jìn)而對(duì)腦組織造成器質(zhì)上或功能上的損害[17]。

本研究采用QSM技術(shù)定量分析一側(cè)MCA狹窄或閉塞患者雙側(cè)灰質(zhì)核團(tuán)鐵含量的變化。結(jié)果顯示，33例單側(cè)MCA狹窄或閉塞患者病側(cè)尾狀核、殼核、蒼白球及丘腦磁敏感值均高于對(duì)側(cè)，其中尾狀核、殼核和蒼白球兩側(cè)磁敏感值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)，丘腦兩側(cè)磁敏感值對(duì)比無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。造成病側(cè)灰質(zhì)核團(tuán)鐵含量增高的原因可能有：(1)血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷及血腦屏障的破壞導(dǎo)致腦鐵含量的增加。一側(cè)MCA狹窄或閉塞后引起供血區(qū)域腦細(xì)胞缺血、缺氧，其中包括血管內(nèi)皮細(xì)胞的損傷，進(jìn)而導(dǎo)致血腦屏障的破壞。內(nèi)皮細(xì)胞是鐵運(yùn)輸?shù)年P(guān)鍵調(diào)節(jié)因子，血腦屏障是調(diào)節(jié)腦鐵轉(zhuǎn)運(yùn)和代謝的重要結(jié)構(gòu)[18-19]。當(dāng)兩者受到破壞后，鐵循環(huán)穩(wěn)態(tài)改變，而導(dǎo)致過多的鐵在腦內(nèi)沉積。(2)缺血性腦卒中后微管相關(guān)Tau蛋白減少及功能障礙導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鐵超載。Tau蛋白參與介導(dǎo)細(xì)胞內(nèi)鐵的轉(zhuǎn)出，研究表明，Tau蛋白異常與鐵介導(dǎo)的多種神經(jīng)退行性疾病相關(guān)[20-21]。在因一側(cè)MCA閉塞所致缺血性腦卒中的大鼠和小鼠模型中，病側(cè)半腦的Tau蛋白含量減少，而后該半腦的鐵含量增加[6]。(3)缺血性腦卒中可觸發(fā)病理性非感染性神經(jīng)炎癥，而后釋放過多的促炎細(xì)胞因子，包括白細(xì)胞介素-1(interleukin-1，IL-1)、白細(xì)胞介素-6(interleukin-1，IL-6)、腫瘤壞死因子-α (tumor necrosis factor alpha，TNF-α)[22]。神經(jīng)炎癥可能會(huì)影響中樞神經(jīng)的鐵穩(wěn)態(tài)。細(xì)胞因子通過JAK/STAT3途徑使鐵調(diào)素的表達(dá)增加，減少鐵釋放從而導(dǎo)致鐵沉積的增加[23]。TNF-α的異常釋放可導(dǎo)致星形膠質(zhì)細(xì)胞和小膠質(zhì)細(xì)胞鐵的攝取和儲(chǔ)存增加[24]。

本研究比較三組患者病側(cè)灰質(zhì)核團(tuán)磁化率值的差異。結(jié)果顯示，三組一側(cè)MCA狹窄或閉塞者病側(cè)尾狀核、殼核、蒼白球及丘腦的磁敏感值差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)，由此推測(cè)管腔狹窄程度可能不是影響病側(cè)灰質(zhì)核團(tuán)鐵含量增加的主要因素。但因本研究中各組樣本量較少，且存在測(cè)量誤差等因素影響，故還需要進(jìn)一步大樣本數(shù)據(jù)來證實(shí)兩者的相關(guān)性。

在缺血性腦卒中中，由于谷氨酸興奮性毒性、氧化應(yīng)激、非感染性神經(jīng)炎癥等造成相應(yīng)缺血區(qū)域神經(jīng)元的死亡[25]。其中，自由基誘導(dǎo)的氧化應(yīng)激被認(rèn)為是缺血/再灌注損傷的重要致病因素。最有害的自由基——羥基自由基，是通過鐵催化反應(yīng)產(chǎn)生的，鐵超載是缺血性腦組織氧化應(yīng)激的主要原因[26]。此外，鐵超載加劇了缺血性腦卒中后出血性轉(zhuǎn)化的風(fēng)險(xiǎn)[27]。在臨床研究中，高水平的血清鐵蛋白也會(huì)削弱缺血性腦卒中患者溶栓治療的有益作用[28]。而抑制鐵超載能減輕腦卒中損傷，大量的臨床前實(shí)驗(yàn)表明，在缺血性腦卒中動(dòng)物模型中使用鐵螯合劑可以減少自由基形成和脂質(zhì)過氧化，從而降低缺血性腦卒中的死亡率、梗死體積、腦腫脹和出血性轉(zhuǎn)化的風(fēng)險(xiǎn)[7,29]。

目前關(guān)于鐵超載對(duì)缺血性腦卒中患者的毒性作用及鐵螯合劑在臨床腦卒中患者中使用效果的研究尚處于初始階段。但大量的臨床前實(shí)驗(yàn)和早期臨床數(shù)據(jù)表明，鐵螯合劑在多種神經(jīng)系統(tǒng)疾病包括阿爾茨海默病、帕金森病、缺血性卒中和顱內(nèi)出血的治療中均發(fā)揮有益作用[7,29]。以腦鐵調(diào)節(jié)為靶點(diǎn)的藥物有望成為缺血性腦卒中潛在有效的治療手段。

本研究采用磁共振QSM技術(shù)定量分析一側(cè)MCA狹窄或閉塞患者雙側(cè)灰質(zhì)核團(tuán)鐵水平的變化，結(jié)果顯示病側(cè)尾狀核、殼核、蒼白球及丘腦鐵沉積含量均高于對(duì)側(cè)，由此推測(cè)MCA狹窄或閉塞后存在腦鐵代謝失調(diào)，進(jìn)一步加深對(duì)缺血性腦卒中的病理生理機(jī)制的認(rèn)識(shí)，并為將來的臨床診斷和治療提供客觀依據(jù)。本研究尚存在一些不足：(1)樣本量較少，入組患者均來自同一醫(yī)院，存在一定的選擇偏倚。(2)勾畫ROI過程中存在測(cè)量誤差。(3)本研究?jī)H說明管腔狹窄程度對(duì)一側(cè)MCA狹窄或閉塞者腦內(nèi)灰質(zhì)核團(tuán)鐵沉積的影響較小，但未繼續(xù)探究其他因素與之相關(guān)性。目前將QSM技術(shù)應(yīng)用于缺血性腦卒中腦鐵含量變化的研究較少，未來仍需要進(jìn)行大樣本量的研究來進(jìn)一步闡明缺血性腦卒中與腦內(nèi)鐵沉積的關(guān)系，從而為臨床治療和改善缺血性腦卒中預(yù)后提供指導(dǎo)。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。