基于弛豫补偿化学交换饱和转移MRI的多发性硬化症颈髓分子病理学研究

《NeuroImage: Reports》：Relaxation-compensated chemical exchange saturation transfer MRI in the cervical spinal cord at 3T: An application in multiple sclerosis

本研究针对传统MRI对多发性硬化症(MS)脊髓分子变化不敏感的问题，开展了3T场强下颈髓化学交换饱和转移(CEST)MRI研究。研究人员通过洛伦兹拟合去除磁化转移(MT)、直接水饱和和T1弛豫等混杂效应，计算表观交换依赖弛豫(AREX)对比度。结果显示，复发缓解型MS(pwRRMS)患者的AREX核奥弗豪泽效应(NOE)在病灶区与正常表现白质(NAWM)存在显著差异，且校正后的CEST对比度能更好区分不同神经功能障碍患者。该研究为脊髓病理变化的特异性表征提供了新方法。

　　

在神经科学领域，多发性硬化症（Multiple Sclerosis, MS）作为一种自身免疫性疾病，一直困扰着医学界。这种疾病主要攻击中枢神经系统，导致髓鞘脱失和轴突变性，进而引发各种神经功能障碍。传统MRI技术虽然能够检测到明显的病灶，但对分子水平的微妙变化却显得力不从心。特别是在脊髓这个连接大脑与身体的重要"中继站"，其分子生物学的变化在疾病演进过程中至关重要，然而在活体研究中准确捕捉这些变化一直是个巨大挑战。

化学交换饱和转移（Chemical Exchange Saturation Transfer, CEST）MRI技术的出现为这一领域带来了新的希望。这种技术能够以高分辨率和灵敏度探测组织生物化学变化，无需使用外源性对比剂。通过选择性饱和可交换质子（如酰胺、羟基或胺基质子），CEST可以间接检测蛋白质、肽段和组织代谢物等内源性移动物质。然而，活体CEST测量受到多种混杂因素的影响，包括半固态磁化转移（Magnetization Transfer, MT）、直接水饱和和T₁弛豫等，这些效应在MS疾病中可能发生改变，需要被准确去除才能实现精确量化。

正是在这样的背景下，范德比尔特大学成像科学研究所的研究团队在《NeuroImage: Reports》上发表了他们的最新研究成果。该研究旨在评估弛豫补偿CEST MRI在颈髓中的应用价值，特别关注如何通过先进的数据处理方法消除混杂效应，从而更准确地揭示MS患者的病理变化。

研究团队采用了多学科交叉的技术方法，主要包括：使用3T Philips Elition X磁共振扫描仪进行数据采集，采用脉冲式CEST序列结合梯度回波平面成像读出来获取Z谱；利用脊髓工具箱（Spinal Cord Toolbox, SCT）进行图像配准和组织分割；通过四池洛伦兹模型（MT、直接饱和、NOE和酰胺）进行Z谱拟合；应用表观交换依赖弛豫（Apparent Exchange-dependent Relaxation, AREX）校正方法消除溢出效应和T₁弛豫影响；最后使用多种统计方法（包括重复测量方差分析和Pearson相关分析）对53名复发缓解型MS患者和45名健康对照的数据进行系统比较。

研究方法部分详细描述了实验设计和数据处理流程。研究人员采用了严格的纳入标准，最终纳入53名pwRRMS和45名健康对照者。所有参与者均接受了颈髓CEST扫描、高分辨率解剖成像和T₁映射采集。通过复杂的后处理流程，包括呼吸校正、B₀不均匀性校正和洛伦兹拟合，研究人员成功分离了各种CEST效应，并计算了多种校正后的对比度指标。

研究结果部分展示了丰富的实验发现。通过洛伦兹拟合去除混杂效应后，校正后的Z谱显示出更均匀的组织响应特征。在健康对照组中，白质与灰质在酰胺对比度上的差异在T₁弛豫校正后的AREX对比度中消失，表明组织间的差异主要源于T₁弛豫差异而非酰胺质子浓度差异。相反，对于NOE对比度，即使在T₁校正后，白质与灰质仍存在显著差异，表明白质中更高的髓鞘含量是造成这种差异的主要原因。

在MS患者中，虽然组间比较未显示出显著差异，但个体水平的CEST对比度表现出明显的异质性。特别值得注意的是，病灶区域的AREX NOE对比度与正常表现白质存在显著差异，这可能是髓鞘脱失的生物学标志。更有意义的是，当根据扩展残疾状态量表（Expanded Disability Status Scale, EDSS）评分对患者进行亚组分析时，发现EDSS评分大于0的患者其酰胺逆对比度值显著高于EDSS评分为0的患者，表明酰胺CEST效应可能与神经功能障碍的严重程度相关。

讨论部分深入分析了研究结果的意义和局限性。研究人员指出，传统的磁化转移率（Magnetization Transfer Ratio, MTR）不对称分析无法完全分离目标CEST效应，特别是在MS这种伴随髓鞘变化的疾病中。通过先进的校正方法，本研究成功实现了对酰胺和NOE效应的特异性评估。虽然研究存在一些局限性，如MT拟合模型的简化、采样范围的限制以及研究对象残疾程度相对较低等，但研究结果明确显示了校正后CEST技术在脊髓病理研究中的潜在价值。

这项研究的重要意义在于首次系统地将弛豫补偿CEST MRI技术应用于颈髓研究，并证实了该技术在探测MS病理变化方面的敏感性。特别是在发现酰胺CEST效应与神经功能障碍的相关性方面，为早期诊断和病情监测提供了新的生物标志物。未来研究可以进一步探索该技术在纵向研究中的应用价值，以及在不同脊髓白质柱中的特异性响应，从而为理解MS的病理机制和临床管理提供更多见解。

研究结果表明，校正后的CEST技术不仅能够提高测量的特异性，还能揭示传统影像学无法检测的细微病理变化。这种非侵入性的分子影像方法有望成为MS研究和临床实践中的重要工具，特别是在评估疾病活动性和治疗反应方面具有广阔的应用前景。随着技术的进一步优化和验证，CEST MRI有望为神经系统疾病的精准诊疗开辟新的途径。