肌萎缩性侧索硬化( amyotrpnic lateral sclerosis, ALS)是一种慢性进行性运动神经元疾病, 主要侵犯脊髓前角、脑干和额叶皮质运动神经元, 导致其发生进行性改变而引起相应的上、下运动神经元损害, 临床表现主要为肌肉逐渐萎缩与进行性肢体瘫痪, 俗称“渐冻人”，发病机制尚未完全明确。
常用药物为谷氨酸释放抑制剂利鲁唑，能延长ALS 患者生存期2-3个月，但无法改变其肌力。约10%的患者存在基因突变，另外90%的患者为散发病例。ALS的诊断主要依赖于逐渐加重的临床症状、神经生理学、神经影像学检查，并排除其它疾病。
ALS临床表现因人而异，存在几种表现亚型，如单纯上运动神经元病变（原发脊髓侧索硬化症）、单纯下运动神经元病变（渐进性肌肉萎缩）及其它几种中间过渡型。超过50%的病人有认知障碍，其表现各异，如额颞叶痴呆、行动障碍等。
目前，影像学对ALS的研究主要集中在3个领域。第一，通过影像学检查发现其结构与功能的改变，该发现表明患病的不同时期局部及远隔神经通路的功能异常；第二， MRI和放射性示踪剂成像可发现ALS患者中枢神经系统的改变，提高诊断的准确度和灵敏度。第三、这些技术未来在临床应用和研究领域都可以作为评价运动性或非运动性损伤的手段。
结构性改变
T1WI成像
T1WI成像可以详细反映局灶性脑萎缩，这是ALS病人脑改变的关键特征。基于体素的形态学分析在研究初级运动皮质区、运动前区皮层的萎缩方面产生了前后矛盾的结果，这主要是因为样本大小、图像后处理、统计分析的不同，同时也与病人的临床表现、认知功能、遗传特征有关系。相反，基于体表的形态学分析显示ALS患者初级运动皮层变薄。并且，大量研究显示额颞叶痴呆的ALS病人比单纯运动型ALS病人额、颞、顶叶的萎缩更严重。
扩散张量成像
ALS病人的主要病理改变是白质退变，特别是皮质脊髓束和胼胝体。ALS病人的扩散张量成像显示皮质脊髓束的FA值（各向异性分数）减低、MD值（平均扩散率）升高，这与疾病的严重程度及疾病进展相关。胼胝体的中后部FA值降低、额颞叶的FA值降低、MD值升高，这些发现来自ALS患者与对照组的组间对比。
磁共振波谱（MRS）
1H-MRS可以发现神经元的缺失，ALS患者的1H-MRS显示初级运动皮质区N-乙酰天门冬氨酸（NAA）的浓度或者NAA:Cr，NAA:Cho，NAA:( Cr + Cho)比值减少，并且颅内的皮质脊髓束、脑干NAA：Cr，NAA：Cho的比值也在减少。并且，初级运动皮质区的NAA浓度与疾病严重程度及进展有关。最后，初级感觉皮质区、丘脑、基底节区、额顶叶的NAA浓度也在降低。
但是关于ALS患者的1H-MRS有待于未来进一步研究。初级运动皮质区高谷氨酰胺浓度提示ALS患者神经兴奋性过高。兴奋剂（增多的谷氨酰胺）和抑制剂（减少的r-氨基丁酸）间的不平衡也参与了ALS的发病机理。
脊髓MRI
ALS患者的典型特征是由皮质脊髓束退变及下运动神经元减少造成的颈髓损伤。脊髓的影像学检查比较有挑战性，因为该区域磁场不均一、椎管有效矢状径较小及心脏的运动。
尽管存在这些技术难题，但最近高端的磁共振线圈及快速扫描技术提高了研究的可靠性。MRI扩散张量成像显示脊髓远端的FA值存在较大差异，这一研究证实了ALS患者神经退行性变的假说，早期的退行性变可能发生在脊髓远端而不是脑。
功能磁共振
静息态功能磁共振
关于ALS患者的静息态功能磁共振研究显示感觉与运动、认知与行为脑内网络结构之间的联系减少。其它的研究明确了躯体感觉和运动外区功能联系增多。两种说法来解释ALS病人的这种情况，第一，为了代偿纤维结构的缺失；第二，与局部抑制性神经环路的缺失有关。
目前，关于ALS患者MRS的研究主要集中于感觉运动网络，而与脑功能结构区有关的皮质区有待进一步研究。
任务态功能磁共振
在ALS患者任务态功能磁共振手指运动小样本研究中发现患者的双侧大脑半球脑初级运动皮质区、运动前区活跃,基底节区、小脑等运动学习区激活，这些变化可能是对初级运动皮质区锥体细胞减少、抑制性神经元功能减低的代偿性改变。
任务态功能磁共振证实了ALS累及多系统的认知和情感处理过程。当ALS患者执行语言任务及社会情感的处理时，大脑的活动区域就会改变。
放射性示踪剂成像
上世纪80年代，神经心理学家认识到ALS与痴呆，特别是额颞叶痴呆的关系，于是PET和SPECT用来研究这些病变的代谢、血流和受体的改变。1987年，18 F-FDG PET发现ALS患者大脑皮层和基底节区葡萄糖代谢减低，并且和病程、肌萎缩、语言不流畅相关。
90年代，15O-PET被广泛用来研究额叶皮质的改变，研究显示该区域执行功能时反应减低，并证实了ALS和额颞叶痴呆间病理改变的相似性。另外，123I SPECT、99mTc SPECT 显示ALS患者额叶、运动皮层的血流减低，与认知功能减低程度相关。此外，SPECT还发现在未发生认知功能障碍的病人中额叶中已出现神经元海绵样变性、神经元缺失。
相反，中脑、颞叶出现高代谢，特别是在有脊髓症状的患者中，这可能和运动神经周围的星形胶质细胞增生有关。同理，激活的小神经胶质细胞表达的苯二氮卓类抗体上升。这种观点被初级运动皮层的神经胶质细胞产生的肌醇水平升高（由MR波谱发现）证实。
11C- -PET研究显示散发型ALS患者、原发性脊髓侧索硬化患者的锥体细胞、抑制性神经元中广泛分布着GABA-A受体亚型。这些研究显示运动区和额叶皮层摄取减少，与fMRI的发现一致。
运动和额叶皮层选择性受体血清素-1A摄取减少进一步证实了ALS神经元减少，导致了其对锥体细胞的抑制作用减低，抑制作用减低导致了兴奋性升高。11C-氟马西尼摄取减少与语言和书写错误有关，这也证实了11C-氟马西尼在认知中的作用。
ALS的功能性研究发现该病的多系统改变，这是对运动区损伤的代偿性反应，同时反映了该病蔓延的可能的解剖途径。
联系临床
传统的MRI所得信息较少，其诊断价值仅限于排除其它疾病，虽然皮质脊髓束高信号及初级运动皮层的T2WI低信号环常怀疑ALS，但其敏感性及准确性都较低。
有研究显示在个体水平初级运动皮层皮质变薄可以作为较敏感的诊断指标。MR弥散加权成像对ALS诊断的敏感性仅65%、特异性67%。在更大ALS样本中，NAA:Cr指标的敏感性为86%，但特异性低，仅37%。
Myo：NAA敏感性较好为71%，特异性93%。磁共振波谱与磁共振弥散张量成像相结合可以提高对上运动神经元病变的诊断敏感性。虽然功能磁共振受限于小样本，但其敏感性和特异性都很有希望提高。
最近两项分别包括195和70例病人的研究显示18F-FDG-PET可能是ALS诊断的有力检查。除了运动区和运动外区低代谢、中脑和颞叶皮层中部高代谢，18F-FDG-PET诊断ALS的准确性是93%。
神经影像学区别ALS的表型和异常变异型
在ALS患者和其它运动神经元病变中，越来越多的证据表明脑白质病理改变不同。比如，在原发性脊髓侧索硬化中，最严重的异常为胼胝体运动纤维。弥漫性脑白质病变、额叶NAA：Cr比例降低都与认知功能障碍有关。相反，由于星形胶质细胞增生造成的高代谢可能作为发病标志。ALS是唯一脑白质高代谢的神经退行性病变，这一特点可与其它疾病鉴别开。
用PET对30例散发ALS患者、同时患有ALS和FTD的患者、C9orf72突变型患者进行研究，结果显示C9orf72突变型患者存在广泛的皮层和皮层下病变，临床症状更严重，并累及额颞叶。
神经影像学作为疾病进展的标志
神经影像学可以全面显示运动外区受累的区域，可以揭示结构改变如何影响功能改变，因此有望成为疾病进展的标志。
结构性T1WI成像
四例小样本纵向研究评估脑萎缩的情况，结果显示初级运动皮层发生渐进性损伤，但该发现还没有被其它研究证实，与临床表现的关系还不明确。有两项研究发现，疾病进程越快，其脑萎缩的速度也越快。脑皮层越薄，其病程越短，两者呈非线性相关。
MR弥散加权成像
研究显示MR弥散加权成像可以追踪脑白质的变化，具有预测价值。一项研究发现了渐进性萎缩的患者皮质脊髓束、胼胝体、额颞叶的某些区域在弥散加权成像上发生变化。这些研究没有考虑患者的认知水平和基因问题，只有两项与正常人的对照研究中考虑了年龄因素。
磁共振波谱
磁共振波谱被用来检测利鲁唑、肌氨酸、米诺环素对脑代谢的治疗效果，但该研究缺乏未治疗组的对照。初步研究发现ALS患者颈髓萎缩随病程进展，但缺乏其它研究的证实。MR弥散加权成像可以评估颈髓萎缩的程度。
颈髓的各向异性分数（FA值）和疾病的严重程度、最大肺活量具有相关性。9个月后，颈髓的各向异性分数和平均弥散度都下降。NAA：（Cr+Myo）和肌萎缩性侧索硬化症的功能评分、最大肺活量具有相关性。
MRI和放射性物质成像的误区
虽然ALS的影像学研究取得了很大成就，但所发表的研究结果都存在误区。许多研究结果中出现的差异是由于病人临床表现、种族特性造成的，特别是影像检查时所处的病程，神经生物学资料显示需要搜集临床同质的病人进行影像研究。
更重要的是，没有PET和SPECT对ALS病人的纵向研究，已进行的几项研究都存在局限性，这些局限性包括样本过小、缺少卡路里的计算等。搜集相同病程进行纵向研究，阳性发现较少，需要长期观察，MR表现无法解释随访中的问题及疾病的严重性。上述局限性同样适用于PET和SPECT，这两项技术的空间分辨率低，也影响了对功能区的准确定位。
结论和未来方向
MRI和放射性示踪剂成像可以评估ALS活体的结构和功能改变。虽然其方法和原理不同，但研究结果一致。初级运动皮层和胼胝体都存在结构和功能的损伤，MRI和PET发现皮质脊髓束退变、神经胶质细胞增生，除了经典部位，并向额叶、感觉运动区、运动前区、丘脑、中脑蔓延。
并且，ALS患者病变形式多样，特殊形式C9orf72突变型已被发现，该类型以运动皮层及皮层下未受累及为特征。MRI和FDG-PET的诊断价值开始显现，但需要进一步研究证实。最后，几项MR纵向研究证实MR可能作为运动区、运动外区萎缩变薄等疾病进展的标志，但需要更多的数据将这些发现应用于临床。
未来的研究应包括更大的样本含量，理想样本是刚确诊的病人，需要至少12个月的纵向研究来进行多模式（包括结构和功能）的评估。PET-MRI技术在及时评估病变结构功能改变方面具有关键作用。PET和SPECT的功能研究在神经萎缩前就可以发现其功能失调、神经胶质增生。使用放射性示踪技术、检查受体密度可以发现ALS的亚型、预测病人的预后，并有望对其进行治疗 。
公正地说，脑3T 1H-MRI技术和自动后处理软件在ALS多中心和纵向研究中具有很大潜力。但是，为了使研究结果更可靠，数据的多中心处理是极为必要的。
神经影像可以对有ALS基因突变并有发展成ALS风险的病人进行纵向亚临床研究，这些研究有可能在亚临床阶段出现运动和认知障碍前对病人进行诊断。
最后，MRI和放射性示踪剂成像可以根据病人的疾病进展速度对其进行危险度分级，进而优化治疗方案、降低治疗成本、改善药物试验的设计，并进行个体化治疗。
