作者：马珩钞，解放军医学院研究生院；李世俊，张军，解放军总医院第一医学中心

全球每年约有创伤性颅脑损伤(traumatic brain injury，TBI)患者(5000~6000)万例，而爆震性颅脑损伤(blast-induced TBI，bTBI)发生在军事、恐怖袭击和意外事故环境中，系爆炸形成的高能超压冲击波导致的脑组织损伤，其中又以轻型爆震性颅脑损伤(blast-induced mild traumatic brain injury，bmTBI)更为常见。据统计，从伊拉克和阿富汗战争中返回的美军中有近20%的士兵经历过爆炸暴露。

虽然大多数bmTBI患者可以逐渐康复，但有些可能在伤后数月至数年出现症状，且发生慢性心血管、内分泌、精神和神经系统合并症的风险增加。但目前bmTBI的确切致伤机制仍不清楚，诊断方面仍具挑战性。现本文对bmTBI的致病机制、诊断困境和基于超高场强磁共振(ultra-highfield MRI，UHF-MRI)的bmTBI相关研究进行综述。

1. bmTBI的致病机制

1.1 致伤效应

爆炸暴露时，冲击波传递的动能会引起组织传递低频应力波。这使得介质从静止状态加速运动，导致位移、变形或破裂，最终损伤线粒体、轴突和突触等微结构。这将在解剖结构上引起白质(特别是前额叶和胼胝体)、灰质(特别是丘脑和海马)和微血管的损伤，并伴随细胞、分子和生化异常的继发级联反应，导致神经元和神经胶质细胞损伤。

1.2 损伤位点

神经血管单元(neurovascular unit，NVU)由神经元、神经胶质细胞、血管细胞(包括脑微血管内皮细胞、周细胞、平滑肌细胞)和脑特异性细胞外基质(extracellular matrix，ECM)组成，是爆炸冲击波引起bmTBI的关键损伤位点。NVU 负责调节脑血流量(cerebral blood flow，CBF)和物质转运，这对于维持内环境的稳态以及保护中枢神经系统免受毒素或其他生物活性分子侵害至关重要。

血管系统相比于周围神经细胞更为脆弱，爆炸暴露后早期会发生血管损伤，导致管腔变形、管壁不规则，并引起微出血。爆炸冲击波除了损害内皮细胞、基底层、周细胞和星形胶质细胞终足与血管连接而导致血脑屏障破坏外，还会使平滑肌层断裂，改变NVU 的长期血管反应性及CBF，以及诱发血管周围炎症，引起炎症介导的神经退行性变和细胞因子介导的行为功能受损。

研究表明，创伤后应激障碍(post-traumatic stress disorder，PTSD)的发生与CBF的改变密切相关，发生bmTBI后星形胶质细胞和其他血管周围细胞的损伤，以及慢性免疫激活，均在持续的神经行为改变中发挥重要作用。

1.3 生理病理改变

bmTBI可导致脑灌注降低、血管阻力增加、神经元丢失、海马和胼胝体受损等，出现记忆障碍等表现。有研究显示bmTBI会导致实验大鼠脑灌注显著降低，脑血管阻力显著增加，大脑中动脉对血压下降的脑血管舒张反应下降，以及全脑退化神经元数量显著增加，工作记忆表现显著受损。

在2021年，MATSUURA等通过研究发现bmTBI大鼠出现厌食、记忆障碍和抑郁等表现，磁共振扩散加权成像(diffusion weighted imaging，DWI)显示双侧海马各层均有高信号区。免疫组织化学分析表明，反应性小胶质细胞和胶质纤维酸性蛋白(glial fibrillary acidic protein，GFAP)阳性星形胶质细胞在同一区域聚集，同时海马锥体细胞层神经元核蛋白(neuronal nuclei，NeuN)阳性神经元数量减少。

同时，NONAKA 等研究发现bmTBI小鼠的空间记忆能力受损；胶质细胞标志物的实时荧光定量逆转录聚合酶链式反应结果显示，在冲击波暴露后1~8周内海马和胼胝体中髓鞘相关基因的表达发生改变；免疫组织化学和超微结构分析结果显示，海马和胼胝体中相关的髓鞘和轴突均出现受损现象。

2. bmTBI的诊断困境

目前，bmTBI的诊断主要依赖于患者的临床表现，包括格拉斯哥昏迷量表(Glasgow comascale，GCS)评分13~15 分、意识丧失< 30 min、创伤后遗忘(post-traumatic amnesia，PTA)< 24h、事故发生时精神状态受损及一过性神经功能缺损，故漏诊率较高。由轴突、神经元或神经胶质细胞损伤产生的TBI生物标志物蛋白如今也受到了广泛研究。然而，由于血脑屏障的特殊结构以及损伤程度较轻，在血液、尿液、脑脊液标本中检测到的相关蛋白含量甚少，故此类方法往往特异度差、灵敏度低，目前仍有待开发和鉴定在分子水平上与TBI病理完全相关的新型TBI生物标志物以满足临床需求。

影像学检查本应是TBI诊断的基本手段之一，但由于bmTBI患者结构性损伤不明显，常规的影像学检查方法如计算机断层扫描(computed tomography，CT)及常规磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)扫描(T1、T2 加权像)结果往往呈阴性，无法帮助诊断。但在动脉自旋标记(arterial spin labeling，ASL)成像、磁敏感加权成像(susceptibility-weighted imaging，SWI)、功能磁共振成像(functional MRI，fMRI)、弥散张量成像(diffusion tensor imaging，DTI)、磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy，MRS)成像等MRI功能成像上可表现异常。

如果bmTBI未得到早期诊断和及时干预，可能导致机体出现多种短期和长期异常表现，包括认知功能受损、头痛、疲劳、抑郁、易激惹、药物依赖、PTSD 和慢性创伤性脑病(chronic traumatic encephalopathy，CTE)等。故研究bmTBI的早期影像诊断策略具有重要意义。

3. UHF-MRI的技术优势

UHF-MRI指场强≥7T 的磁共振技术，具有更高的空间分辨率和信噪比，增强了灰质和白质间的对比度，提高了解剖可视性，也更有利于图像后期处理。UHF-MRI相较于以往的<7T MRI在近些年的脑科学研究中展现出了一些创新性优势。在2023年，有学者运用7T层级fMRI测量出大脑皮层浅、中、深度功能层中特定层的血氧水平依赖(blood oxygenation level dependent，BOLD)信号，并阐明了处理视觉信息的皮质层血流动力学反应以及脑区间连接，以及可靠地识别符合功能神经解剖学预测的信息通路，给出了大脑可塑性的直接神经证据。

同年，有研究已使用荧光染色验证了谷氨酸化学交换饱和转移(glutamate-weighted chemical exchange saturation transfer，GluCEST)在11.7T下具有近显微空间分辨率的成像效果，可分辨单个神经元隔室。此外，UHF-MRI的应用也极大地推动了人类印迹研究和认知研究的进程。

4. 基于UHF-MRI的bmTBI相关研究

4.1 DTI

DTI是评估爆炸暴露后轴突损伤的重要工具，其主要参数包括各向异性分数(fractional anisotropy，FA)、平均扩散系数(mean diffusion，MD)、轴向扩散系数(axial diffusivity，AD)和径向扩散系数(radial diffusivity，RD)。FA 值与轴突完整性呈正相关。多项相关研究表明，bmTBI大鼠出现较多脑区的FA值和体积显著变化，尤其在丘脑和海马区，且与认知功能受损相关。

早在2014 年，KAMNAKSH 等就利用7TDTI扫描确定单次和重复(每日1次，连续5次)冲击波暴露后的大鼠离体大脑(特别是海马区)是否出现结构变化。虽然既往的研究已证明bmTBI后海马区存在与认知功能受损相一致的显著微观结构改变，但该研究未发现海马体积和FA 值的显著变化(P >0.05)，而是在AD 和RD 上差异有统计学意义(P<0.05)，可能的解释包括：空间分辨率受限、离体组织的水分子扩散能力发生改变，或是星形胶质细胞肥大以补偿因细胞死亡而导致的体积损失。

另外，此研究结果显示单次和重复损伤大鼠之间的差异主要在丘脑、终纹和嗅结节(P 均<0.05)，已知这些脑区与睡眠、情绪、感觉等神经行为症状有关。2018 年，BADEA等使用7TDTI评估重复性bmTBI大鼠在伤后7、90d时的大脑结构变化。发现主要在入射波同侧额叶联合、扣带回、运动皮层、丘脑、黑质和中缝核的灰质，以及内囊和大脑脚的白质局部体积增加。但在伤后90d测量到这些区域及海马、小脑的体积减小，且FA值在90d时的变化比早期更加突出，而AD、RD 的变化在90d时基本恢复。该研究同时也揭示了重复性bmTBI可能会对晚期神经发育过程产生负面影响。

2022年，有研究对bmTBI大鼠分别于伤前、伤后1d和伤后7d进行7TDTI扫描，并对3个时间点的FA值进行分析，结果发现FA 值发生动态变化差异的脑区有左侧丘脑、右侧丘脑、双侧脑干和双侧胼胝体(P均<0.05)，表现为丘脑FA 值持续降低(P<0.01)，胼胝体FA 值持续升高(P<0.01)，而脑干FA 值在伤后1d显著降低(P<0.01)，在伤后7d时有所回升，但未恢复至伤前水平。此外，大脑灰质/白质交界处容易受到与bmTBI相关的剪应变影响。2023 年，一项研究显示bmTBI组灰质/白质交界处的FA 值显著降低(P<0.01)，与冲击后症状、功能和认知障碍呈显著相关(P<0.05)。

4.2 fMRI

fMRI基于BOLD信号测量大脑活动时产生的血流动力学改变以间接表征大脑神经元活动，可分为任务态fMRI和静息态fMRI。任务态fMRI用于识别与特定任务对应的大脑区域，静息态fMRI可用于揭示bmTBI导致的认知障碍，常用的指标包括低频振幅(amplitude of low frequency fluctuation，ALFF)、分数ALFF(fractional ALFF，fALFF)、局部一致性(regional homogeneity，ReHo)和功能连接(functional connectivity，FC)。bmTBI大鼠的静息态fMRI研究显示，伤后不同脑区的ALFF值和ReHo值呈现出不同的变化情况，部分脑区的功能连接改变与社会心理加工障碍相关。

2021年，RACE等利用7T 静息态fMRI开展了一项针对bmTBI大鼠社会心理损伤的临床前研究。基于种子点的静息态fMRI分析显示，bmTBI后大鼠选择性社会心理加工障碍的严重程度与包含双侧腹内侧前额叶皮层(ventromedial prefrontalcortex，vmPFC)、眶额皮层(orbitofrontal cortex，OFC)和杏仁核的网络中的功能连接改变相关，以及与双侧OFC和杏仁核之间的相关静息状态功能活动在区域范围内增强相关。这一发现与先前的研究一致，后者报告了bmTBI后神经创伤标志物丙烯醛在OFC内升高。这揭示了OFC 可能是TBI后心理健康障碍的关键部位。

2022年，另一项研究对bmTBI大鼠在伤前、伤后1d和伤后7d进行了7T 静息态fMRI扫描。ReHo数据分析结果显示，右侧初级运动皮层在伤后1d时ReHo值显著降低(P<0.01)，而在伤后7d时较前差异无统计学意义(P=0.95)。左侧初级体感皮层和运动皮层ReHo值在伤后1d时显著降低(P<0.01)，在伤后7d时恢复，且显著高于基线水平(P<0.01)。对ALFF数据的分析结果显示：右侧胼胝体和左侧压部后颗粒皮层ALFF值在伤后1d时显著降低(P<0.01)，左侧压部后颗粒皮层在伤后7d时恢复至伤前水平，而右侧胼胝体仍显著降低(P<0.01)。左侧丘脑在伤后1d时ALFF值下降，但差异无统计学意义(P>0.05)，在伤后7d时较前比较差异无统计学意义(P>0.05)。

4.3 SWI

SWI是一种利用不同组织间磁敏感性差异使图像对比度增强的磁共振成像技术，相较于CT、常规MR序列及DWI序列对bmTBI脑微出血灶(cerebral micro bleeds，CMBs)有更高的检出率，并因静脉血中顺磁性脱氧血红蛋白浓度高而对静脉成像有特殊优势。但SWI用于CMBs的检测是否场强越高越好目前尚存在争议。

低场强MRI成本更低，且磁化率伪影更小。与在较低场强下获得的图像相比，临近的CMBs在7TSWI图像上可相互融合，表现为“更大的”CMBs，这降低了CMBs的可辨别性和可计数病灶数量。

2023 年，RUSCHE 等比较了0.55T 和1.5TSWI在可疑脑卒中患者中检测CMBs的诊断性能，发现两者在图像整体质量和诊断质量的Likert评分上差异无统计学意义(P 值分别为0.942、0.672)。在分辨率和对比度方面，0.55T 甚至显著优于1.5T(P 均<0.0003)，而在噪声方面，1.5T 则显著优于0.55T(P<0.0001)。未来仍需要更大规模的前瞻性研究来证明UHF-SWI对于CMBs的诊断效益。

此外，VERMA 等采用7T 多回波SWI成像技术对bmTBI大鼠进行扫描，利用主要血管的血氧饱和度变化，从滤波相位图中计算相对CBF。发现在伤后1、3、5、14和28d时CBF与伤前比较分别下降30%、40%、47%、35%和20%；伤后3、5、14dCBF变化与伤后28d比较差异有统计学意义(P 均<0.01)；在伤后1d和5d 也观察到CBF 变化差异有统计学意义(P <0.003)。

4.4 MRS

质子功能磁共振波谱(proton functional magnetic resonance spectroscopy，1H-fMRS)能够评估和量化由于局部脑活动引起的代谢反应。可量化的代谢物有N-乙酰天门冬氨酸、胆碱、谷氨酸、肌酸、谷氨酸-谷氨酰胺复合物、肌醇等。目前，人脑的1H-fMRS 与fMRI互为补充，成为UHF-MRI研究神经代谢耦联的推荐技术。这为深入了解脑活动和脑连接的机制提供了可能性。

2014 年，HETHERINGTON 等对25名bmTBI退役军人与20 名正常对照人群进行比较，发现海马区N-乙酰天门冬氨酸/胆碱与N-乙酰天门冬氨酸/肌酸水平显著降低(P <0.001)。2021年，LI等对bmTBI大鼠进行MRS分析发现，在体感皮层中，炎症标志物肌醇、氧化应激标志物谷氨酰胺+谷氨酸和缺氧标志物乳酸水平随时间显著升高。同时，主要渗透调节物牛磺酸水平在伤后1~3h和1d立即升高，但在伤后7d恢复到假手术组的水平，这可能是由于血脑屏障的破坏所致。

5. 总结

目前，UHF-MRI主要用于科研。与通用高场强MRI设备相比，它具有更高的图像信噪比和空间分辨率，这有助于揭示TBI患者的脑组织微观结构变化。前期研究的具体内容包括：① 通过计算DTI及静息态fMRI序列参数，定量揭示灰质和白质区变化，发现损伤脑区；② 通过ASL和SWI序列静脉成像计算CBF变化，为脑缺血提供证据；③ 通过无创性MRS分析来量化组织代谢物浓度变化以评估脑活动损伤引起的代谢改变。

目前仍有一些问题需要深入研究，包括：UHF-MRI在检测CBMs方面的潜在优势，以及基于UHF-MRI的序列参数变化和脑网络连接差异与患者行为学异常之间的相关性。希望未来能够利用基于UHF-MRI的创新技术，如GluCEST、fMRI和印记细胞研究，找到与神经认知变化密切相关的细胞、分子和微观结构变化。此外，期望通过这种无创的影像学评价技术，找到有效的干预措施，以实现TBI的早期诊断和及时干预，最终改善患者的预后。

来源：马珩钞，李世俊，张军.基于超高场强磁共振成像的轻型爆震性颅脑损伤机制研究进展[J].联勤军事医学，2025，39(06)：543-547.DOI：10.13730/j.issn.2097-2148.2025.06.018.

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