多发性硬化中的磁共振成像：影像如何助力疾病诊断与预后预测

目录

• 要点
• 背景：为何此项研究至关重要
• MRI技术的基本原理
• MS的诊断标准
• MS诊断中前景广阔的MRI指标
• 用于预后的MRI：预测疾病进程
• 特殊人群与诊断挑战
• 新技术：人工智能与自动化工具
• 建议与临床意义
• 局限性与本研究未能证实的内容
• 常见问题
• 信息来源

要点

• MRI对于诊断MS至关重要，因为它能够以高准确性检测脑和脊髓中的特定损伤。
• 2017年McDonald标准允许更早的诊断和治疗，但其敏感性和特异性均低于2010年标准，因此必须仔细排除其他疾病。
• 新兴标志物如皮质病变、中央静脉征、顺磁性边缘病变以及视神经受累可能提高诊断准确性。
• 先进的MRI技术有助于预测残疾进展，脑干和脊髓中的病变数量和位置可能预测早期MS的长期预后。
• 在全球范围内，标准化的脑部和脊髓磁共振成像（MRI）方案以及由合格神经放射科医师进行的图像解读至关重要。

背景：为什么这项研究很重要

多发性硬化（MS）是一种免疫系统攻击大脑和脊髓中神经纤维保护层的疾病。在大多数患者中，MS以可逆的神经系统功能障碍发作开始。这些发作通常随后导致不可逆的临床残疾。

准确的诊断标准和预后标志物至关重要。它们使医生能够早期诊断 MS，并正确识别那些疾病进展风险增加的患者。早期诊断允许更早治疗，从而限制永久性残疾的累积。

MS 的诊断需要证明存在有症状的脱髓鞘综合征（由髓鞘损伤引起的神经系统症状发作）。还需要客观的神经系统体征。医生必须评估临床和副临床发现，以证明局灶性脱髓鞘病理改变。这种病理改变必须影响中枢神经系统（CNS）的两个不同区域。这称为空间播散（DIS）。损害还必须发生在不同的时间，这称为时间播散（DIT）。

医生还必须排除其他诊断。在 2001 年 McDonald 标准中，MRI 被正式纳入具有提示 MS 的临床孤立综合征（CIS）患者的诊断算法。这些标准已多次修订，最近一次是在 2017 年。这些标准依赖于标准化的 MRI 方案来评估典型 MS 的脑部和脊髓病变的数量、大小和位置。

最近，MS 人群中的非典型群体受到了越来越多的关注。这些群体包括原发进展型（PP）表型、儿童 MS、晚发型 MS 以及放射学孤立综合征（RIS）。还提出了用于 MS 诊断和预后的新潜在 MRI 特征。这些特征包括评估视神经受累、检测皮质病变（CLs）、中央静脉征（CVS）和慢性活动性病变。

MRI 技术的基本原理

临床 MRI 依赖于细胞内和细胞外组织水中氢（1H）自旋的共振信号。它提供不同的序列和技术，以可视化这些水隔室微观结构环境的变化。

在 MS 中，大多数病理生理特征与 T2 弛豫时间延长有关。这些特征包括炎症、水肿、脱髓鞘和轴突丢失。因此，T2加权自旋回波序列是描绘表现为高信号强度（亮点）的 MS 病变的最敏感方法。

使用液体衰减反转恢复序列（FLAIR）可以提高 T2 病变的可见度。三维（3D）采集尤其如此。FLAIR 序列通过反转射频脉冲抑制脑脊液（CSF）。随后是一个延迟时间，对应于 CSF 在 T1 弛豫期间的零磁化状态。

T1 对比度被认为是脱髓鞘和轴突丢失更敏感的标志物。这是因为这些过程导致 T1 延长。T1 对比度可以通过短回波时间自旋回波序列以及对应于白质（WM）T1 的重复时间来获得。在较高场强下，使用具有较短重复时间的梯度回波是有利的。这允许进行真正的 3D 成像，具有改进的 T1 对比度和高信噪比。

当评估脑体积和萎缩时，具有各向同性分辨率的 3D T1加权序列也至关重要。T1加权序列仍然是可靠识别钆（Gd）基对比剂给药后活动性病变的唯一方法。钆产生强顺磁矩，导致显著的 T1 缩短。因此，在血脑屏障变得渗漏的活动性病变中，在后 Gd T1加权图像上呈现高信号。

反转恢复（IR）可以抑制具有特定 T1 弛豫时间的组织。双重反转恢复（DIR）用于突出显示特定组织，同时抑制所有其他磁化。DIR 序列为皮质提供出色的对比度。因此，它被引入以改进敏感性检测皮质 MS 病变。DIR 序列通常使用快速自旋回波读出执行，并在 3D 采集模式下执行时提供最佳敏感性。

磁化率反映了组织在置于磁场中时被磁化的能力。脑组织是弱抗磁性（不可磁化）的，这对应于作为其主要成分的水的磁特性。相比之下，铁可以诱导顺磁位移并强调与 MS 相关的特征。这些特征包括具有中央静脉和铁边的病变以及基底神经节中的铁积聚。这些特征可以通过基于磁化率的成像来检测，该成像使用 T2*-加权梯度回波序列执行。

在基于磁化率的成像中，定量磁化率映射（QSM）包括允许量化特定元素绝对浓度的成像技术。这些元素包括铁、钙和髓鞘。这是通过评估它们在局部磁化率中的变化来实现的。与 T2*-加权幅度图像相比，QSM 可能为特定组织和结构提供更好的对比噪声比。

磁化转移（MT）成像和扩散加权成像（DWI）是提供微观组织结构变化定量测量的可选序列。MT 成像基于结合在大分子上的 1H 自旋与周围组织水之间的磁化交换。MTR 对髓鞘含量具有特异性，尽管它与其他病理基质（如轴突密度）相关。

细胞内和细胞外组织水的运动由布朗运动驱动，并受到细胞结构的限制。这导致各向异性扩散，特别是在轴突的细胞内细胞质中。DWI 可以拾取水运动的改变。扩散张量成像（DTI）是一种拟合模型，可以评估方向特征，如纤维取向和扩散各向异性程度。复杂的扩散模型还能够分别评估细胞内和细胞外水的扩散特性。

MS 的诊断标准

在 2017 年 McDonald MRI 标准的修订中，DIS 可以通过在中枢神经系统的四个典型区域中的至少两个区域中至少一个 T2高信号病变来证明。这四个区域是脑室周围、皮质/近皮质、幕下和脊髓。

在任何时间同时存在钆增强病灶和非增强病灶即可证明DIT。随访MRI上出现新的T2高信号和/或钆增强病灶也可证明DIT。

本次最新修订引入的修改包括取消有症状病灶与无症状病灶之间的任何区别。它们还将皮质病灶和近皮质病灶合并，以扩大对近皮质受累的概念。此外，在符合临床或放射学DIS的典型CIS且提示MS的患者中，脑脊液特异性寡克隆带（OCBs）的存在支持DIT。

与之前的2010年修订版相比，2017年McDonald标准具有更高的敏感性、更低的特异性以及相似的准确性。这适用于预测成人和儿童CIS患者的第二次临床发作（即临床确诊MS）。

此外，2017年McDonald标准大幅缩短了确诊MS的时间。更多的CIS患者在首次临床表现时仅通过一次MRI扫描即可被诊断为MS。在785名CIS患者中，与单独使用临床标准（即Poser标准）相比，2017年McDonald标准将诊断MS的中位时间减少了4.6年。此外，它们允许比2010年McDonald标准提前10个月诊断MS（3.2个月 vs 13.0个月）。

早期诊断使得能够更早开始疾病修饰治疗（DMTs）。这限制了不可逆临床残疾的累积。在1174名CIS患者中，从Poser标准时期到2017年McDonald标准时期，从CIS到开始治疗的中位时间减少了82%。这与根据最新诊断标准确诊MS的患者达到扩展残疾状态量表（EDSS）3.0分或更高的风险显著降低相关。

然而，MRI诊断标准的不当应用可能会增加误诊的风险。在临床表现不典型的情况下尤其如此。为了最大限度地减少误诊，标准化的MRI协议至关重要。仔细确定哪些成像模式构成“典型”或“非典型”MS特征也至关重要。正确解读影像发现指南必不可少。

在MS诊断检查中，仔细排除其他神经系统疾病至关重要。模仿MS临床表现和MRI特征的疾病范围很广。近年来，一些MS模拟疾病（如视神经脊髓炎谱系障碍（NMOSD）和髓鞘少突胶质细胞糖蛋白相关疾病（MOGAD））得到了更准确的表征。

此外，小血管病（SVD）是一种与衰老相关的疾病。SVD常见于吸烟者以及患有脑血管危险因素（如高血压、糖尿病和血脂异常）的患者。SVD可能是脑白质高信号最常见的鉴别诊断。这在老年患者中尤其如此，他们往往有更高的基础合并症患病率。

MS诊断中有前景的MRI测量指标

最近，提出了更多独特的MRI特征以提高MS诊断检查的特异性和准确性。这些特征包括皮质病灶（CLs）、中央静脉征（CVS）和慢性活动性病灶。

皮质病灶（CLs）

皮质受累是MS极其特异性的标志，具有高度的临床相关性。CLs在MS的早期阶段就存在，并随时间累积。多项研究证实了它们在诊断检查中的作用。这在区分MS与其他MS模拟疾病方面尤其如此。这些研究支持将CLs纳入最近修订的诊断标准中。

CLs（尤其是软脑膜下病灶）的成像在技术上具有挑战性。这主要是因为它们的特征、大小和位置。许多CLs仍未被任何MRI技术检测到。然而，与表现最好的3.0 T MRI相比，7.0 T MRI能检测到更多的CLs。成像协议可以大幅提高其体内检测率。这些协议包括双反转恢复（DIR）和相位敏感反转恢复（PSIR）。这些协议还包括磁化准备快速梯度回波（MPRAGE）。这些协议还包括磁化准备两次快速采集梯度回波（MP2RAGE）。这些协议还包括流体和白质抑制（FLAWS）序列。

中央静脉征（CVS）

静脉周围脱髓鞘是中枢神经系统脱髓鞘疾病（尤其是MS）特有的病理特征。脑白质微静脉与MS病灶（即“CVS”）之间的关联可以在不同MRI场强和不同扫描仪制造商的基于磁化率的MRI中有效可视化。这利用了脱氧血红蛋白的T2*缩短效应，在钆基对比剂后检测得到改善。

CVS的存在可能会提高MS诊断的准确性。已确定显示CVS的白质病灶阈值在35%到50%之间是区分MS和非MS模拟疾病的最佳截止值。这些模拟疾病包括SVD、偏头痛、NMOSD、MOGAD和其他炎症性中枢神经系统疾病。为了便于评估，一些研究提出了3或6个CVS阳性病灶的阈值。该阈值显示出对MS诊断的高敏感性和良好的特异性。

顺磁边缘病灶（PRLs）

在组织病理学上，许多MS病灶表现出在急性炎症期之后持续存在的慢性炎症特征。慢性活动性病灶通常表现为持续的髓鞘破坏、再髓鞘化尝试以及浸润的免疫细胞（如淋巴细胞和巨噬细胞）的组合。它们可以通过基于磁化率的成像可视化，显示为具有低信号边缘的病灶（即顺磁边缘病灶[PRLs]）。这是因为它们通常被富含铁的激活小胶质细胞包围。

PRLs是MS特有的，对其评估有可能提高MS与其他疾病的鉴别能力。它们已在提示MS的CIS患者中被描述，但未在MS模拟疾病（包括NMOSD、Susac综合征和SVD）中描述。

发现至少存在一个PRL是区分CIS/MS患者与MS模拟疾病及健康老年人的最佳截止值。该截止值具有高特异性（99.7%），但敏感性较低（24.0%）且曲线下面积（AUC）为0.71。值得注意的是，至少存在一个PRL或至少四个显示CVS的病灶提高了敏感性（57.9%）和AUC（0.83），同时保持了特异性（90.6%）。

在临床孤立综合征（CIS）患者中，符合“CVS”标准可预测三年内转化为多发性硬化。"CVS"标准包括至少3个病灶或40%的阈值病灶具有CVS特征。存在至少一个慢性活动性病灶也可预测三年内转化为多发性硬化。该预测具有良好的敏感性（高达90.4%）和特异性（高达85.7%）。值得注意的是，三年后仍保持CIS诊断的患者中，没有任何人表现出慢性活动性病灶。

定量磁敏感成像（QSM）也已应用于识别PRLs。最近的研究表明，QSM在检测PRLs方面可能优于相位图和磁敏感加权图像，PRLs的患病率为4.2%至10.6%。

视神经受累

视神经受累是另一个有前景的标志物。针对急性视神经炎患者的研究报告显示，在增强T1加权序列上视神经强化的发生率为34%至78%。这些比率取决于视神经炎发作后经过的时间以及皮质类固醇的使用情况。

重要的是，在急性期，病灶长度（而非钆增强特征）与视觉症状发作后12个月的较差视力恢复相关。

用于预后的磁共振成像：预测疾病进程

脑干和脊髓中白质病灶的数量和位置可能预测多发性硬化早期的长期预后。先进的磁共振成像技术可进一步预测疾病过程中的残疾进展。这些技术包括皮质病灶、慢性活动性病灶、萎缩以及脑部微观结构异常。

原发进展型多发性硬化以逐渐进展为特征。在这种类型中，诊断重点在于脑脊液特异性寡克隆带和脊髓病灶。

45–50岁之后发病的晚发型多发性硬化可能带来诊断挑战。这是由于合并症以及更严重的病程所致。

特殊人群与诊断挑战

多发性硬化人群中的非典型群体受到越来越多的关注。这些群体包括原发进展型（PP）表型、儿童多发性硬化、晚发型多发性硬化以及放射学孤立综合征（RIS）。

对于进展性发病的多发性硬化（PPMS），诊断需要一年残疾进展的证据（回顾性或前瞻性确定），且独立于临床复发。诊断还需要满足以下三项标准中的至少两项：

• 在多发性硬化特征性的至少一个脑部区域（脑室周围、皮质/近皮质或幕下）中，至少有一个T2高信号病灶，不区分有症状或无症状病灶
• 脊髓中至少有两个T2高信号白质病灶，不区分有症状或无症状病灶
• 存在脑脊液特异性寡克隆带（OCBs）

对于复发-缓解型多发性硬化（CIS），诊断方法取决于临床复发的数量和具有客观临床证据的病灶数量。标准规定了何时不需要额外数据、何时必须证明空间多发（DIS）、何时必须证明时间多发（DIT），以及何时必须同时证明DIS和DIT。部分患者表现为提示多发性硬化的非典型CIS，且满足DIS标准。对于这些患者，没有其他更好的解释来说明其临床表现。在这些患者中，脑脊液特异性寡克隆带的存在可替代满足DIT的要求。这使得即使临床和磁共振成像发现未达到DIT标准，也能做出多发性硬化诊断。

新技术：人工智能与自动化工具

本文探讨了人工智能和自动化定量等新技术的潜力，以支持临床医生管理患者。这些工具可能有助于一致地应用磁共振成像协议并解读结果。

然而，为确保在多发性硬化诊断和患者随访中磁共振成像使用的一致性和改进，必须应用标准化的脑部和脊髓磁共振成像协议。此外，在所有国家，结果的解读必须由合格的（神经）放射科医生进行。

建议与临床意义

2021年MAGNIMS–CMSC–NAIMS国际共识建议提供了关于在MS患者中利用MRI进行诊断、预后评估和治疗监测的最新指南。

对于患者而言，关键影响包括：

1. MRI对诊断多发性硬化至关重要，因为它能够以高准确性检测特定的病理过程。
2. 2017年McDonald诊断标准能够准确预测典型临床孤立综合征患者的第二次MS发作，即使在儿科患者中也是如此。这有助于早期诊断和治疗。
3. 然而，在排除其他潜在诊断后，应谨慎使用这些标准。
4. 新兴的影像标志物，如视神经受累、皮质病变、具有中央静脉征的病变以及慢性活动性病变，可能会提高诊断标准的准确性。
5. 原发进展型多发性硬化以逐渐进展为特征，诊断重点在于脑脊液特异性寡克隆带和脊髓病变。
6. 45–50岁之后发病的迟发型MS可能因合并症和更严重的病程而带来诊断挑战。
7. 脑干和脊髓中白质病变的数量和位置可能预测MS早期阶段的长期预后。
8. 先进的MRI技术，包括皮质病变、慢性活动性病变、萎缩和脑部微观结构异常，可以进一步预测疾病过程中的残疾进展。

为确保在MS诊断和患者随访中MRI使用的一致性和改进，必须应用标准化的脑部和脊髓MRI方案。所有国家的结果解读必须由合格的（神经）放射科医生进行。

局限性与本研究未能证明的内容

本系列文章讨论了MRI在MS诊断和预后中的当前作用。它还探讨了有前景的MRI标志物，这些标志物可作为后续疾病进展的可靠预测因子。这些标志物可能有助于优化个体MS患者的管理。

然而，新型影像标志物仍在不断涌现。在将其纳入临床实践之前，仍需进行严格的验证和标准化。许多皮质病变仍无法被任何MRI技术检测到。不当应用MRI诊断标准，特别是在非典型临床表现的情况下，可能会增加误诊的风险。

文章指出，与之前的2010年修订版相比，2017年McDonald标准表现出更高的敏感性但更低的特异性。这意味着该标准在识别患有MS的患者方面表现更好，但在排除未患MS的患者方面可能准确性较低。这就是为什么仔细排除其他神经系统疾病至关重要。

常见问题

MRI如何帮助诊断多发性硬化？

MRI检测MS典型的脑部和脊髓髓鞘损伤。它显示脑室周围、皮质内或皮质附近、脑干和小脑以及脊髓中的病变。它还可以显示损伤发生在不同时间，这支持了诊断。

2017年McDonald标准是什么，为什么它很重要？

2017年McDonald标准是一套利用MRI发现来诊断MS的规则。它们允许医生比使用旧标准更早地诊断MS。在一项针对785名首次发作患者的研究中，与仅使用临床标准相比，2017年标准将诊断时间缩短了4.6年；与2010年标准相比，缩短了10个月。

磁共振成像能否预测我的多发性硬化症的进展？

可以，磁共振成像有助于预测多发性硬化的病程。脑干和脊髓中病变的数量和位置可能预测早期多发性硬化的长期预后。先进的磁共振成像技术，如测量皮质病变、慢性活动性病变、脑萎缩和微结构异常，可以进一步预测疾病进展期间的残疾进展。

什么是中心静脉征，它是如何使用的？

中心静脉征是在特殊磁共振成像扫描中观察到的一种标志。它显示一条小静脉穿过多发性硬化病变。已确立该征象的病变比例阈值为35%至50%，作为区分多发性硬化与其他模拟疾病的标准。具有3个或6个此类病变的阈值显示出对多发性硬化的高敏感性和良好的特异性。

什么是顺磁边缘病变，它们意味着什么？

顺磁边缘病变是慢性活动性多发性硬化病变，在特殊磁共振成像扫描中呈现暗环，由富含铁的免疫细胞引起。它们是多发性硬化的特异性标志。在一项研究中，至少有一个此类病变以高特异性（99.7%）但低敏感性（24.0%）区分了多发性硬化与模拟疾病。至少有一个也预测了在三年内转化为多发性硬化。

磁共振成像可用于诊断原发进展型多发性硬化吗？

可以。对于原发进展型多发性硬化，诊断需要一年独立于复发的残疾进展，以及以下三项标准中的至少两项：一个或多个典型脑部病变、两个或更多脊髓病变，或脑脊液中称为寡克隆带的特定抗体。磁共振成像用于发现这些病变。

使用磁共振成像诊断多发性硬化有哪些风险？

主要风险是在不适当应用磁共振成像标准时导致误诊，尤其是在具有非典型症状的人群中。2017年标准比2010年版更敏感但特异性较低，意味着它们在发现多发性硬化方面更好，但在排除多发性硬化方面可能准确性较低。仔细排除其他疾病至关重要。

我刚刚通过一次磁共振成像扫描被诊断为多发性硬化——我应该什么时候就我的诊断寻求第二意见？

2017年McDonald标准可以在首次临床发作时通过单次磁共振成像诊断多发性硬化，并且它们比早期标准更敏感但特异性较低，因此在不适当应用时可能出现误诊，尤其是在非典型表现中。当影像模式不典型、未排除小血管疾病、视神经脊髓炎谱系疾病（NMOSD）或MOG抗体相关疾病（MOGAD）等替代疾病，或诊断仅基于一次扫描时，寻求第二意见是合理的。由合格的神经放射科医生使用标准化的脑部和脊髓协议审查原始图像至关重要。Diagnostic Detectives Network提供独立的专家第二意见。

来源信息

Original article title: Current and future role of MRI in the diagnosis and prognosis of multiple sclerosis

Authors: Maria A. Rocca, Paolo Preziosa, Frederik Barkhof, Wallace Brownlee, Massimiliano Calabrese, Nicola De Stefano, Cristina Granziera, Stefan Ropele, Ahmed T. Toosy, Àngela Vidal-Jordana, Massimiliano Di Filippo, and Massimo Filippi

Publication: The Lancet Regional Health–Europe, 2024; volume 44, article 100978. Published online 22 August 2024.

DOI: https://doi.org/10.1016/j.lanepe.2024.100978

Copyright: © 2024 The Author(s). Published by Elsevier Ltd. This is an open access article under the CC BY license (http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/).

这篇患者友好型文章基于同行评审的研究。