腦出血信號(hào)改變機(jī)制與磁共振影像表現(xiàn)

劉欣瑤，畢京鳳，張英魁

出血性卒中約占全部卒中的20%。雖然其發(fā)病率較缺血性卒中低，但其臨床表現(xiàn)更兇險(xiǎn)，致死、致殘率也更高。急性腦出血在頭顱CT影像上表現(xiàn)為顯著的高密度，診斷相對(duì)容易；同時(shí)因?yàn)槟X出血患者常有明顯躁動(dòng)，而CT成像速度相對(duì)更快，可以在較短時(shí)間內(nèi)完成檢查，故目前CT檢查是腦出血診斷的首選方法。不過(guò)，在臨床實(shí)際工作中，仍然會(huì)有一些癥狀不典型的腦出血患者可能首選MRI檢查；同時(shí)，在腦出血治療過(guò)程中也會(huì)進(jìn)行MRI檢查進(jìn)行療效評(píng)估[1]。與CT影像相比，腦出血在MRI影像上的信號(hào)表現(xiàn)更復(fù)雜，這導(dǎo)致很多臨床醫(yī)師甚至放射科醫(yī)師很難辨析腦出血在MRI影像上的信號(hào)表現(xiàn)與演變過(guò)程。事實(shí)上，如果我們能夠理解腦出血信號(hào)改變的機(jī)制，就可以更清晰地判斷腦出血的分期與發(fā)病過(guò)程。

1 腦出血后血紅蛋白的演變過(guò)程

血液中的氧氣幾乎全部由血紅蛋白攜帶運(yùn)輸。血紅蛋白具有非常特殊的分子結(jié)構(gòu)，由血紅素與多肽鏈蛋白組成（圖1）。血紅素中含有的亞鐵離子是氧氣分子的結(jié)合點(diǎn)，氧氣分子與其結(jié)合后轉(zhuǎn)化為氧合血紅蛋白（圖2）。血紅蛋白的分子結(jié)構(gòu)直接決定了其內(nèi)的鐵離子是否可以對(duì)鄰近的水分子弛豫時(shí)間產(chǎn)生影響。了解血紅蛋白的分子結(jié)構(gòu)及腦出血后血紅蛋白內(nèi)鐵離子的演變過(guò)程是分析MRI影像上出血信號(hào)改變的基礎(chǔ)。

圖1 血紅蛋白分子結(jié)構(gòu)示意圖

1.1 氧合血紅蛋白 血紅蛋白中的亞鐵離子與氧氣分子結(jié)合后形成氧合血紅蛋白（圖2）。紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白分子在氧分壓高的環(huán)境，即在肺內(nèi)微循環(huán)水平與氧氣分子結(jié)合則轉(zhuǎn)化為氧合血紅蛋白。氧合血紅蛋白的鐵離子中不存在未配對(duì)的電子，因此氧合血紅蛋白不具有順磁性效應(yīng)。雖然在動(dòng)脈內(nèi)流動(dòng)的血液中含有大量的血紅蛋白，但這些血紅蛋白是氧合血紅蛋白，對(duì)血液中的水分子并不能產(chǎn)生順磁性效應(yīng)。需要特別強(qiáng)調(diào)的是，氧合血紅蛋白雖然不具有順磁性效應(yīng)，但具有一定的抗磁性效應(yīng)。氧合血紅蛋白這一磁性屬性在MRI檢查過(guò)程中也被用于腦功能血氧水平依賴(lài)成像中。

圖2 氧氣與血紅蛋白結(jié)合示意圖

1.2 脫氧血紅蛋白 未與氧氣分子結(jié)合或與氧氣分子結(jié)合后又脫離的血紅蛋白分子稱(chēng)為脫氧血紅蛋白。脫氧血紅蛋白分子中的亞鐵離子含有4個(gè)未配對(duì)電子，具有較強(qiáng)的順磁性效應(yīng)。但脫氧血紅蛋白分子的亞鐵離子周?chē)型暾牡鞍踪|(zhì)肽鏈緊密包繞。血紅蛋白分子中的肽鏈結(jié)構(gòu)構(gòu)成了一個(gè)“疏水性口袋”，亞鐵離子處于這個(gè)“疏水性口袋”之中。因此，雖然脫氧血紅蛋白中的亞鐵離子具有較強(qiáng)的順磁性效應(yīng)，但因周?chē)逆湹陌@作用，使得該血紅蛋白的鐵離子無(wú)法接近鄰近的水分子，所以脫氧血紅蛋白并不能使鄰近水分子的T1弛豫時(shí)間縮短。順磁性物質(zhì)對(duì)于鄰近水分子T1弛豫時(shí)間的影響對(duì)于兩者間的距離有非常嚴(yán)格的依賴(lài)：只有當(dāng)兩者之間的距離＜0.3 nm時(shí)才會(huì)產(chǎn)生縮短T1的效應(yīng)。理解這一點(diǎn)也是理解出血信號(hào)改變的重要基礎(chǔ)。

1.3 高鐵血紅蛋白 脫氧血紅蛋白如果長(zhǎng)時(shí)間處于缺氧狀態(tài)，其內(nèi)的亞鐵離子就會(huì)進(jìn)一步發(fā)生氧化反應(yīng)轉(zhuǎn)化為三價(jià)鐵離子，三價(jià)鐵離子也稱(chēng)為高價(jià)鐵離子，含有三價(jià)鐵離子的血紅蛋白稱(chēng)為高鐵血紅蛋白或正鐵血紅蛋白。三價(jià)鐵離子含有5個(gè)不成對(duì)電子，具有更強(qiáng)的順磁性效應(yīng)，并且三價(jià)鐵離子的出現(xiàn)還破壞了肽鏈結(jié)構(gòu)的完整性。此時(shí)的血紅蛋白外有大量水分子“圍攻”，同時(shí)又因高鐵離子的作用導(dǎo)致肽鏈破壞，這使血紅蛋白外的水分子通過(guò)被破壞了的肽鏈直接與其內(nèi)的高鐵離子近距離接觸，故高鐵血紅蛋白縮短T1弛豫時(shí)間的效應(yīng)就顯現(xiàn)出來(lái)了。

1.4 含鐵血黃素 含鐵血黃素是鐵離子被吞噬細(xì)胞吞噬后形成的一種衍變物。含鐵血黃素具有超順磁性屬性，但其不溶于水，因此它對(duì)鄰近水分子不會(huì)產(chǎn)生縮短T1弛豫時(shí)間效應(yīng)。這種超順磁性效應(yīng)可以破壞局部磁場(chǎng)的均勻性，因此在SWI序列上表現(xiàn)為明顯的低信號(hào)。

2 腦出血臨床分期與相應(yīng)MRI影像信號(hào)改變

腦出血在不同臨床分期時(shí)血紅蛋白和紅細(xì)胞的狀態(tài)不同，這是影響該期信號(hào)改變的基礎(chǔ)。了解腦出血發(fā)生后不同時(shí)間血紅蛋白的狀態(tài)和紅細(xì)胞改變是理解出血后MRI影像信號(hào)改變的基礎(chǔ)。對(duì)于出血信號(hào)的復(fù)雜表現(xiàn)和臨床分期，需要把握血紅蛋白演變以及紅細(xì)胞狀態(tài)改變等主要線(xiàn)索，這樣才能達(dá)到綱舉目張的效果。

2.1 超急性期（發(fā)病24 h內(nèi)） 對(duì)于動(dòng)脈來(lái)源的出血而言，出血超急性期的血紅蛋白屬于氧合血紅蛋白，氧合血紅蛋白不具有順磁性效應(yīng)，因此對(duì)于T1WI、T2WI序列上的信號(hào)顯示均未產(chǎn)生影響；該分期出血的信號(hào)改變來(lái)源于血腫本身的性質(zhì)，此時(shí)血液尚未開(kāi)始凝固，因此表現(xiàn)為液體信號(hào)改變，T1WI影像結(jié)果可能表現(xiàn)為低信號(hào)，T2WI表現(xiàn)為高信號(hào)（圖3）。因?yàn)榇蠖鄶?shù)急性腦出血患者會(huì)首選CT檢查，且一旦明確出血后不會(huì)再進(jìn)一步進(jìn)行MRI檢查，故MRI影像較難顯示出超急性期出血期信號(hào)改變[2]。另外，外傷導(dǎo)致的硬膜下血腫多是靜脈撕裂引起的，因此早期發(fā)現(xiàn)的血腫中就以脫氧血紅蛋白為主。

圖3 腦出血超急性期MRI影像表現(xiàn)

2.2 急性期（發(fā)病2 d內(nèi)） 該臨床分期內(nèi)，血腫內(nèi)的紅細(xì)胞因?yàn)槌掷m(xù)處于乏氧狀態(tài)，氧合血紅蛋白脫氧轉(zhuǎn)化為脫氧血紅蛋白。脫氧血紅蛋白的肽鏈?zhǔn)峭暾模o緊包圍著血紅蛋白中的亞鐵離子使其無(wú)法近距離接觸鄰近的水分子，故不能產(chǎn)生縮短T1弛豫時(shí)間效應(yīng)，在T1WI影像上不能表現(xiàn)出高信號(hào)改變（圖4）。由于此時(shí)紅細(xì)胞膜仍是完整的，紅細(xì)胞內(nèi)和紅細(xì)胞外因脫氧血紅蛋白的分布不同而產(chǎn)生局部磁場(chǎng)微環(huán)境差異，這種磁場(chǎng)不均勻?qū)е滤肿覶2弛豫時(shí)間縮短。因?yàn)檠[區(qū)域脫氧血紅蛋白總體聚集且水平較高，因此血腫區(qū)表現(xiàn)為較明顯的短T2弛豫時(shí)間屬性[2]。這種短T2弛豫時(shí)間屬性導(dǎo)致T2WI影像上呈低信號(hào)改變[3]。

圖4 腦出血急性期MRI影像表現(xiàn)

2.3 亞急性早期（發(fā)病3～7 d） 隨著缺氧持續(xù)時(shí)間的延長(zhǎng)，亞鐵血紅蛋白中的亞鐵離子發(fā)生氧化而轉(zhuǎn)化為高鐵血紅蛋白，同時(shí)肽鏈原本形成的“疏水性口袋”破壞，周邊的水分子與三價(jià)鐵離子近距離接觸。這種近距離接觸使得三價(jià)鐵離子能夠明顯縮短鄰近水分子的T1弛豫時(shí)間，因此在T1WI影像上表現(xiàn)為血腫區(qū)域高信號(hào)改變（圖5）。需要強(qiáng)調(diào)的是，一旦T1WI影像在血腫區(qū)域出現(xiàn)高信號(hào)，則提示血腫內(nèi)出現(xiàn)了高鐵血紅蛋白。這是出血進(jìn)入亞急性期的一個(gè)分水嶺標(biāo)志[4]。在亞急性早期，紅細(xì)胞形態(tài)仍然完整，因此此時(shí)高鐵血紅蛋白等順磁性物質(zhì)的分布仍然不均勻，這導(dǎo)致血腫區(qū)域磁場(chǎng)不均勻，并且順磁性物質(zhì)相對(duì)聚集而呈現(xiàn)出較高的“水平”，故此時(shí)仍表現(xiàn)出較強(qiáng)的縮短T2效應(yīng)。

圖5 腦出血亞急性早期MRI影像表現(xiàn)

2.4 亞急性晚期（發(fā)病8 d至1個(gè)月） 該分期最主要的一個(gè)標(biāo)志性變化是持續(xù)的缺氧導(dǎo)致血腫內(nèi)紅細(xì)胞壞死。伴隨著紅細(xì)胞的凋亡，紅細(xì)胞膜完整性亦不復(fù)存在，紅細(xì)胞內(nèi)的血紅蛋白釋放到血腫中，同時(shí)血腫區(qū)水分含量增多，這些變化導(dǎo)致具有順磁性效應(yīng)的高鐵血紅蛋白在血腫中分布更均勻，同時(shí)由于病變區(qū)明顯的水腫改變也導(dǎo)致順磁性血紅蛋白水平降低。順磁性物質(zhì)對(duì)T2弛豫時(shí)間的影響對(duì)血紅蛋白水平具有較高的依賴(lài)性，因此，隨著血腫內(nèi)高鐵血紅蛋白水平的降低及其在血腫內(nèi)分布更加均勻，使得亞急性晚期血腫內(nèi)高鐵血紅蛋白對(duì)于T2弛豫時(shí)間的影響變得不明顯，而保留明顯的縮短T1弛豫時(shí)間的效應(yīng)，腦出血亞急性晚期在MRI上信號(hào)的特征性改變是T1WI呈明顯的高信號(hào)，而T2WI呈現(xiàn)混雜或片狀高信號(hào)（圖6～圖7）。從亞急性早期到亞急性晚期，MRI上一個(gè)重要的標(biāo)志性改變就是病變?cè)赥2WI上是否出現(xiàn)高信號(hào)，出現(xiàn)高信號(hào)改變則提示伴隨有紅細(xì)胞完整性的破壞[5]。

圖6 腦出血亞急性早期逐漸過(guò)渡到晚期的MRI影像表現(xiàn)

圖7 腦出血亞急性晚期MRI影像表現(xiàn)

2.5 慢性期（發(fā)病1個(gè)月以上） 慢性期的標(biāo)志性改變是血腫區(qū)域吸收囊變，血紅蛋白等順磁性物質(zhì)也被吞噬形成含鐵血黃素，這種含鐵血黃素可以長(zhǎng)久存在。含鐵血黃素雖然具有超順磁性效應(yīng)，但因其不溶于水，因此不具備縮短T1弛豫時(shí)間的效應(yīng)；含鐵血黃素具有較強(qiáng)的縮短T2弛豫時(shí)間效應(yīng)[6]，特別是SWI序列檢測(cè)陳舊性出血病灶的敏感度較高（圖8）。

圖8 腦出血慢性期MRI影像表現(xiàn)

隨著血腫內(nèi)血紅蛋白及紅細(xì)胞狀態(tài)的改變，腦出血病變?cè)贛RI上具有不同的影像學(xué)表現(xiàn)。不同狀態(tài)的血紅蛋白，如氧合血紅蛋白、脫氧血紅蛋白、高鐵血紅蛋白及含鐵血黃素均具有不同的磁化率屬性，其內(nèi)鐵離子的狀態(tài)也有所不同。高鐵血紅蛋白中的三價(jià)鐵離子能夠破壞包繞在血紅素周?chē)牡鞍纂逆溄Y(jié)構(gòu)，從而導(dǎo)致鄰近水分子可以與三價(jià)鐵離子相互作用，這是引起T1弛豫時(shí)間縮短的重要原因。血腫區(qū)域T1弛豫時(shí)間縮短是導(dǎo)致血腫在T1WI影像上表現(xiàn)為高信號(hào)的基礎(chǔ)，同時(shí)這種T1WI影像上的高信號(hào)改變也是腦出血進(jìn)入亞急性早期的分水嶺。紅細(xì)胞形態(tài)的改變也是血腫信號(hào)改變的原因之一。血腫進(jìn)入亞急性晚期的一個(gè)重要標(biāo)志是紅細(xì)胞的完整性破壞，高鐵血紅蛋白在血腫內(nèi)分布更均勻，同時(shí)因?yàn)樗[導(dǎo)致局部水含量增多，此時(shí)高鐵血紅蛋白的縮短T2弛豫時(shí)間的效應(yīng)不明顯，而在T2WI序列上因?yàn)樗衷龆鄤t以高信號(hào)改變?yōu)橹?。本文通過(guò)腦出血后不同時(shí)期MRI檢查的不同影像學(xué)表現(xiàn)，分析了腦出血信號(hào)演變的原因，對(duì)臨床工作中腦出血MRI影像診斷及分期均有一定的指導(dǎo)意義。