综述：基于MDME序列的合成磁共振成像技术在认知障碍疾病中的应用

本综述系统阐述了基于多动态多回波（MDME）序列的合成磁共振成像（SyMRI）技术在认知障碍疾病研究中的应用。文章指出，SyMRI作为一种新兴的定量MRI（qMRI）技术，能通过单次扫描同步获取T1、T2、质子密度（PD）等定量参数，并合成多种对比加权图像（如T1WI、T2WI、FLAIR），显著缩短扫描时间并减少运动伪影。其在阿尔茨海默病（AD）、帕金森病（PD）、多发性硬化（MS）、血管性认知障碍（VCI）等多种认知障碍疾病的早期诊断、病情评估及疗效监测中展现出巨大潜力，为揭示脑微结构改变提供了客观、定量的影像学生物标志物。

引言

认知障碍是一种以学习、记忆、判断等大脑高级认知过程异常为特征的病理状态，常导致记忆力、视空间能力、执行功能及计算力下降，严重影响患者的日常生活活动能力。作为多种神经及精神疾病的神经心理学后果，认知障碍常见于阿尔茨海默病（AD）、血管性痴呆、额颞叶痴呆、创伤性脑损伤（TBI）等多种疾病。多模态磁共振成像（MRI）技术，如扩散张量成像（DTI）、磁共振波谱（MRS）、动脉自旋标记（ASL）、功能磁共振成像（fMRI）和基于体素的形态测量学（VBM），已广泛应用于认知障碍研究。近年来，合成磁共振成像（SyMRI）作为一种新兴的定量MRI（qMRI）技术，在该领域的应用日益增多。

SyMRI的核心驱动力是多动态多回波（MDME）序列。该序列采用四个120°跨平面饱和脉冲和两个不同的回波时间（TE）在多个时间点采集数据，可同时定量T1、T2弛豫时间、质子密度（PD）及B1场图。这些信息允许回顾性地合成各种对比加权图像，如T1加权成像（T1WI）、T2加权成像（T2WI）、质子密度加权成像（PDWI）及短时反转恢复（STIR）图像，无需重复扫描。与传统MRI需要预定义成像参数（如重复时间TR、回波时间TE、反转时间TI）不同，SyMRI能够根据特定诊断需求，灵活地进行事后对比度生成。

这些能力使得SyMRI在研究认知障碍时具有显著优势。MDME序列显著缩短了扫描时间，并最大限度地减少了运动伪影——这对于存在认知或行为症状的患者成像至关重要。此外，它提供了固有的定量数据，支持对多个脑区组织变化的客观评估，从而为揭示各种认知障碍背后的微结构改变提供了见解。通过单次扫描整合多参数和多对比信息，SyMRI提高了临床工作流程效率和研究的可重复性。

颅脑成像中合成磁共振成像技术的评估

合成磁共振衍生颅脑对比图像的质量评价

早期关于SyMRI技术的研究在头部扫描中进行。学者们评估了基于MDME技术的SyMRI生成的T1WI、T2WI、T2 Flair等图像的图像质量。研究表明，SyMRI衍生图像在图像质量和诊断效能上与传统序列扫描获得的图像相当，甚至具有更高的对比噪声比（CNR）。关于信噪比（SNR），不同研究结果存在差异，有研究显示合成图像SNR较低，亦有研究认为合成图像SNR更高，但需注意矢状窦等部位在合成T1WI上的高信号。合成T2 Flair图像受基底动脉和脑脊液（CSF）影响，在颅底区域易产生显著伪影，图像质量有待提升，必要时仍需传统T2 Flair成像以明确诊断。深度学习技术的应用可有效减少CSF对Flair图像的影响，在保留病变对比度的同时提高图像质量和诊断效能。因此，SyMRI衍生图像与深度学习结合进行图像质量提升，有望替代传统序列成像，在更短时间内完成多序列成像。

合成磁共振定量数据测量的研究

SyMRI测量脑容积既简便又高效。采用更高的平面内分辨率配合较低的层间分辨率，可获得接近传统3D T1WI的测量结果。使用不同厂商的3T MRI扫描仪，对体模和人体进行脑容积测量和髓鞘估计，结果显示MDME序列获得的T1、T2、PD定量值存在差异但具有良好的一致性，脑容积测量和髓鞘估计总体稳健。然而，快速成像方案的使用会影响脑容积测量。在一定范围内调整TR、TE、回波链长度、矩阵、加速因子等参数，会对MDME序列衍生的白质、灰质和CSF的T1、T2、PD定量测量产生不同程度影响，其中T2弛豫测量受影响显著，但重复性和一致性良好。使用不同层厚和层间距会影响某些脑区的T1弛豫值测量，但不影响T2弛豫值。因此，在研究中进行定量数据测量和监测时，应使用相同型号和参数的扫描仪。

合成磁共振成像在认知障碍疾病中的研究进展

神经退行性疾病中的认知障碍

阿尔茨海默病（AD）

AD是最常见的神经退行性认知障碍疾病。既往研究表明，AD患者颞叶、颞叶皮层、海马和基底节区T1值降低，且T1变化程度与痴呆严重程度相关。海马和杏仁核的T2弛豫时间可能延长，提示其可能作为AD诊断的潜在MRI生物标志物。SyMRI定量分析显示，AD患者右侧岛叶皮层T1值、左侧海马和右侧岛叶皮层T2值显著增加，而左侧尾状核T1值呈相反趋势。随着AD患者简易精神状态检查（MMSE）评分下降，双侧岛叶皮层和双侧海马的T1、T2值呈现下降或上升的不同趋势（研究结果存在差异）。SyMRI为无创评估和追踪AD患者脑内细微结构变化、观察病变范围和程度提供了有力工具，对疾病早期诊断、进展监测和治疗评估具有重要意义。

帕金森病（PD）

PD是第二大神经退行性疾病，认知障碍是其非运动症状之一。近期MRI研究日益关注黑质（SN）病理，许多研究集中于使用定量磁化率图（QSM）量化该区域铁沉积。SyMRI结合QSM的研究表明，黑质的T1、T2、PD值均可区分早期PD患者，联合QSM可提高诊断效能。SyMRI可通过个性化调整TR、TE、TI优化图像对比度，最佳显示脑深部电刺激（DBS）治疗靶点丘脑底核，结合QSM可改善神经外科DBS治疗规划。研究还发现，早期PD患者右侧丘脑多种弛豫值发生变化，且与正常受试者相比，PD患者在脑实质容积和定量测量（如白质容积、髓鞘容积、灰质T1值等）方面存在差异。

多发性硬化（MS）

MS通过脑萎缩、神经炎症和灰质损伤等机制导致认知障碍。SyMRI和qMRI用于评估MS患者灰质改变和疾病进展的研究表明，MS患者，特别是复发缓解型MS（RRMS）患者，表现出髓鞘容积分数（MVF）和灰质髓鞘容积（GM-MyVol）降低，且与疾病病程和残疾程度相关。SyMRI技术，如基于深度学习的T1对比和双反转恢复（DIR）图像，在提高病灶检测率和缩短扫描时间方面展现出潜力。定量参数如R1、R2、髓鞘相关容积（MyC）可在无需钆对比剂的情况下区分强化与非强化MS病灶。SyMRI为了解MS的灰质变化和疾病活动提供了有价值的信息，有望增强临床诊断和监测。

血管性认知障碍（VCI）

VCI指由脑血管疾病引起的认知功能下降，脑小血管病（SVD）是VCI的主要贡献者。脑白质高信号（WMHs）是SVD最早和最明确的标志之一，其潜在病理涉及慢性缺血导致的髓鞘丢失和轴索损伤。认知障碍患者的正常表现白质（NAWM）和WMHs均存在髓鞘丢失。基于MRI的髓鞘量化可能成为有认知主诉患者认知功能障碍的有价值的影像学生物标志物。

卒中后认知障碍（PSCI）是缺血性卒中患者最常见的后遗症之一。使用SyMRI技术分析轻度血管性认知障碍（mVCI）患者双侧海马整体T1值和R1值，结合MMSE评分，可预测缺血性卒中患者是否会发生认知障碍，并提供了具体的阈值。

其他导致认知障碍的疾病

HIV相关神经认知障碍（HAND）

HIV病毒的神经嗜性可导致患者认知障碍。研究表明，与无认知障碍的HIV感染者相比，HAND患者双侧基底节区、半卵圆中心、胼胝体膝部、侧脑室前角后角、小脑灰质和脑干等脑区的T1值显著增加，提示其有潜力成为早期识别HAND的检查技术。

海马硬化（HS）

HS是颞叶癫痫的重要病理改变，常表现为进行性记忆力下降。SyMRI定量评估单侧HS患者白质和髓鞘含量，发现病变同侧颞叶和岛叶下白质髓鞘减少。

儿童特定疾病相关的认知障碍

注意缺陷/多动障碍（ADHD）患儿虽全脑髓鞘化正常，但存在非典型的全脑发育。SyMRI与常规T1WI测量ADHD儿童脑容积具有高度一致性。与DTI比较，SyMRI能提供更特异的局部区域（如内囊、放射冠）髓鞘含量信息，二者互补可更全面理解ADHD的髓鞘化模式及其临床关联。

在学龄前自闭症谱系障碍（ASD）儿童中，全脑髓鞘含量影响关键发育里程碑。SyMRI无创量化脑组织成分，发现异常的全脑髓鞘含量可作为学龄前儿童早期ASD筛查的新型可视化、可量化生物标志物。

感音神经性听力损失（SNHL）需早期发现以促进患儿言语、语言和认知发展。外侧丘系的T1弛豫值和白质分数被确定为独立危险因素。基于SyMRI的预测模型为监测SNHL儿童脑发育、评估疾病严重程度和追踪进展提供了有力工具。

创伤性脑损伤（TBI）

TBI显著影响记忆、注意力和执行功能等认知功能。SyMRI在增强婴儿脑成像组织对比度和图像质量方面潜力显著，特别是合成相位敏感反转恢复图像可改善髓鞘化与未髓鞘化白质以及灰白质对比度的区分。此外，基于SyMRI的定量测量（如内囊后肢的T1、T2弛豫时间和脑实质容积）显示出作为极早产儿神经发育障碍预测生物标志物的前景。

SyMRI的局限性

尽管SyMRI具有显著优势，但也存在局限性。包括设备成本高、技术复杂性以及对重建算法图像质量的依赖，可能引入伪影或不准确。与传统FLAIR图像相比，合成FLAIR图像CNR较低，且在脑实质-脑脊液界面可能出现高信号伪影，易误诊为蛛网膜下腔出血或多发性硬化病灶，因此可能需要额外的常规FLAIR成像以明确诊断。合成T2WI图像更容易出现相位编码伪影和液体搏动伪影，后者可能影响脑干等关键区域的评估。定量参数（如T1、T2、PD）的精度也可能受扫描条件（如磁场均匀性）影响。此外，其在高分辨率成像和某些解剖区域（如心脏成像）的应用仍需进一步研究。

结论

SyMRI技术对于深入理解认知障碍疾病的发病机制、早期诊断和治疗具有重要意义，在认知障碍疾病的研究和诊断中具有广阔应用前景，有望提高认知障碍疾病诊断和评估的准确性。当前针对认知障碍疾病的研究仍有限，需要进一步深入研究和验证以确保该技术的准确性和可靠性。未来研究可进一步深化SyMRI技术的临床应用研究，将其与其他神经影像技术结合，开展多模态脑成像与认知障碍相关研究，并探索其在认知障碍患者个性化治疗方案制定、疗效评估和康复监测中的应用价值。