HR-MRI腦動脈成像研究進展

李梅芳，許祖梅

（莆田學院附屬醫院　影像科，福建　莆田　351100）

·綜述·

HR-MRI腦動脈成像研究進展

李梅芳，許祖梅

（莆田學院附屬醫院影像科，福建莆田351100）

目的：本文就國內外腦動脈粥樣硬化高分辨率磁共振成像（HR-MRI）研究現狀作一綜述，闡述目前腦動脈主要影像檢查手段及各自優缺點，分析腦動脈HR-MRI成像原理和主要影響因素及HR-MRI在鑒別不同原因腦動脈狹窄方面的優勢，評價HR-MRI在分析腦動脈血管重塑，發現斑塊，分析斑塊成分如纖維帽、脂核、斑塊內出血、鈣化及評估斑塊負荷的能力，并指出當前HR-MRI在腦動脈研究中的不足之處。

高分辨率磁共振；腦動脈；動脈粥樣硬化；綜述文獻

腦卒中已成為世界人口的第二大死因，也是導致60歲以上人群肢體殘疾的第一大原因，在全世界范圍內動脈粥樣硬化可能是腦卒中的主要原因［1］，歐美國家居民以頸動脈為主，而亞洲人主要發生于腦動脈［2］，并且隨著人們生活水平的提高和生活方式的變化，近年出現明顯年輕化的趨勢，因此如何利用影像技術早期發現動脈粥樣硬化斑塊，早期診斷和早期防治就顯得十分重要。現就國內外腦動脈粥樣硬化高分辨率磁共振成像（high resolution magnetic resonance imaging，HR-MRI）研究現狀作一綜述。

1 目前評價顱內動脈狹窄的主要影像技術

隨著科技的發展，目前評價顱內動脈狹窄的影像技術主要有經顱多普勒超聲（transcranial doppler sonography，TCD）、CT血管成像（computed tomography angiography，CTA）、磁共振動脈成像（magnetic resonance angiography，MRA）及數字化減影動脈造影（digital subtraction angiography，DSA）。TCD主要通過頻譜波形來評價顱內動脈的生理學血流參數，但TCD無法診斷小于50%的顱內動脈狹窄，同時對顱內動脈的探測受顳窗及檢查者探測角度的影響［3］。CTA和MRA臨床上應用廣泛，被視為動脈性病變重要的檢查手段，CTA對斑塊的鈣化成分顯示較好，但對斑塊的非鈣化成分顯示能力欠佳，對動脈的狹窄程度常常高估；MRA具備無對比劑顯示動脈管腔內血流信息的能力，對閉塞動脈的檢測敏感性及特異性很高，但對非閉塞動脈狹窄有時存在夸大或縮小管腔狹窄程度的缺點，并由于原始圖像分辨率不高無法提供動脈壁的信息。DSA仍是動脈性病變檢查的金標準，可以作為進一步動脈內治療的指導依據，但DSA有創、費用高，對于動脈狹窄率的評價主要是通過冠狀位測量，因此對于前后壁斑塊狹窄率的判斷會出現一定的誤差，而且DSA也無法提供動脈壁及動脈周圍的信息。HR-MRI可以顯示動脈壁粥樣硬化的具體信息，具有無創、分辨率高、多序列對比及可重復性強等優勢，用HR-MRI分析頸動脈粥樣硬化斑塊與病理學對照的研究已經證實HR-MRI具有很高的敏感性和特異性［4-5］，對于腦內動脈斑塊的研究近幾年來也已經成為國內外研究的熱點，并積累了很多可靠的經驗［6］。

以往認為，臨床的缺血性癥狀與斑塊所致局部管腔的狹窄程度相關，狹窄程度越重，就越容易出現缺血性癥狀，斑塊的危險性也就越大。但近幾年研究［7-8］表明，發生臨床缺血性腦動脈事件不僅與斑塊所在動脈的管腔狹窄程度有關，更重要的是與斑塊內部的成分有密切關系，因此斑塊內部成分的判斷比單純動脈狹窄程度的判斷更具有臨床意義。

2 HR-MRI成像原理和影響因素

HR-MRI顯示的是斷面圖像，目前對于HR-MRI掃描技術沒有一個確切的定義，多認為是使用1.5T以上MR設備，采用小視野（field of view，FOV）、薄層厚和薄層間隔，能夠顯示動脈管腔及管壁，并能夠分析動脈壁斑塊的病理成分的一項成像技術。該技術主要采用雙翻轉恢復（double inversion recovery，DIR）或自旋回波（spin-echo sequence，SE）技術使血流信號預飽和，從而使管腔內血流在圖像上表現為低信號，與動脈壁形成鮮明對比，更利于管壁結構的顯示，部分也采用梯度回波序列，即血流表現為高信號來提高位于斑塊邊緣或突向腔內鈣化的檢出。使用不同重復時間（time of repetition，TR）和回波時間（time of echo，TE）組成不同的序列，主要包括（T1-weighted imaging，T1WI）、（T2-weighted imaging，T2WI）和（protonweighted imaging，PDWI）序列，并適當調整TR和TE值，最優化地顯示斑塊內不同的成分，還可通過對比增強掃描對動脈壁形態和斑塊成分進行更為準確的分析。

影響HR-MRI圖像質量的主要因素有場強、信噪比、矩陣、層厚、層間隔及FOV，場強越高、矩陣越大、層厚越薄、FOV越小，圖像的分辨率越高，但受掃描時間的限制及特殊吸收率（specific absorption rate，SAR）的影響，不能無限制地提高圖像的分辨率。目前臨床應用的3.0T MR成像具有高梯度、高信噪比、高切換率的特點，提供了更高的圖像空間分辨力，大幅度地提高了圖像質量，可以更細微地顯示動脈壁結構，同時加快了采集速度，縮短了檢查時間，使得將來HR-MRI臨床推廣應用成為可能。

3 HR-MRI顱內動脈成像臨床應用價值

3.1 分析腦動脈狹窄的原因 傳統的檢查方法只能發現腦動脈的狹窄，而不同的疾病卻可以表現為類似的狹窄，目前鑒別不同原因引起的腦動脈狹窄只能通過侵入性檢查方法如腦脊液穿刺或腦活檢，然而HR-MRI可以通過多序列掃描及增強掃描實現活體無創分析動脈壁的情況及斑塊的成分，比如Xu等［4］和Swartz等［9］利用HR-MRI技術對37例腦動脈狹窄患者進行顱內動脈分析，通過平掃及增強掃描發現有癥狀性動脈粥樣硬化疾病患者顱內動脈狹窄絕大部分是偏心的，增強掃描可見強化，動脈炎導致的動脈狹窄一般都呈環形同心圓，增強掃描明顯強化，而特發性煙霧病患者動脈壁既不增厚，增強掃描動脈壁也不會出現強化，另外動脈痙攣導致的動脈狹窄管壁增厚，增強掃描不強化，而動脈粥樣硬化和動脈壁發育不全可以通過分析斑塊的成分來鑒別。

3.2 評價腦動脈血管重塑的能力 血管重塑是動脈對各種刺激作出的復雜的動態的反應過程，主要包括動脈壁增厚及組織學異常，作出擴張和收縮的反應，隨之產生動脈功能異常，這種動脈大小和結構的代償性改變被稱為血管重塑。自從1987年Glagov等［10］發現了冠狀血管重塑現象之后，人們意識到血管重塑的研究價值，開始對血管重塑的發生、發展及病理學基礎做了大量的研究，認為血管重塑包括正性重塑（positive remodeling，PR）和負性重塑（negative remodeling，NR）2種。PR表現為動脈向外擴張從而保證動脈內腔的大小，NR則表現為動脈向內收縮，從而使動脈狹窄的程度加重。傳統的影像學檢查方法可以很好地發現管腔狹窄，確切的說是管腔內徑的變小，但管腔的內徑可以通過血管重塑而保持在正常的范圍而不被發現。近年的研究發現，血管重塑是導致腦MRA對動脈粥樣硬化程度低估的一個重要原因，以至很大的斑塊卻沒有引起可識別的管腔狹窄［4］，延誤了臨床治療。近幾年人們開始運用HR-MRI進行比較研究，發現HR-MRI不僅對動脈壁的結構顯示良好，而且在對血管重塑的評價方面具有獨特的優勢［4］，并歸納出動脈重塑的評價標準：①PR指與正常血管相比載體動脈的重塑指數（remodeling index，RI）＞1.05；②NR指載體動脈RI＜0.95。HR-MRI對頸動脈血管重塑的評價已經獲得病理學的證實［11］，兩者基本相符，可以對血管重塑作出正確的判斷，可以用于指導臨床治療。

3.3 發現斑塊、分析斑塊的能力 HR-MRI不僅可以發現有狹窄或沒有狹窄動脈壁的斑塊，還可以明確斑塊的數量、形態及分布特點，分析斑塊的成分、分型，推測斑塊的穩定性，早期檢出易損斑塊，及時采取個體化的治療方案，降低腦卒中事件的發生率，降低患者的死亡率和致殘率。

3.3.1 評價斑塊的形態、位置和數量的能力：隨著超高場強MRI的臨床應用，HR-MRI不僅可以觀察斑塊的數量，還可以清晰顯示斑塊的形態、位置，并可通過多平面重建（multiplanar reconstruction，MIP）更形象地顯示斑塊。國內外對顱內外動脈粥樣硬化的研究表明易損斑塊多為偏心斑塊，斑塊表面不規則或呈裂隙狀說明斑塊表面有潰瘍形成。Xu等［12］研究發現，由大腦中動脈供血的深部腦白質腔隙性腦梗死與正常側相比更好發于上壁，HR-MRI還可顯示斑塊與穿支動脈的關系，比如斑塊是否覆蓋或突入穿支動脈，從而明確了部分不明原因腦卒中的緣由。Chung等［13］研究發現，腔隙性腦梗死與穿支動脈斑塊的形成密切相關。Chen等［8］用3.0T MR設備的動物模型研究表明，HR-MRI對穿支小動脈斑塊的顯示與病理相符。

3.3.2 顯示纖維帽的能力：纖維帽是一層覆蓋于脂核表面的結締組織，包括膠原、彈性纖維及蛋白質多糖等結締組織和增生的平滑肌細胞。2000年Hatsukami等［14］首先利用HR-MRI對頸內動脈粥樣硬化斑塊的纖維帽進行系統性分析，以0.25 mm作為厚和薄纖維帽的界限，并根據纖維帽的厚薄及完整性將其分為3級，即完整且厚的纖維帽、完整但薄的纖維帽、破裂的纖維帽。有關冠狀動脈和頸內動脈斑塊的研究［15-17］已經表明薄的纖維帽并大的脂核容易破裂進入血液循環形成栓子阻塞遠端的動脈。還有研究［18］表明纖維帽的破裂部位多位于纖維帽的肩背部，認為纖維帽的肩背部膠原含量少，抗破裂能力差，而且是巨噬細胞經常入侵的部位。

HR-MRI上可以識別纖維帽，T1WI多為等信號，T2WI及PDWI因局部是否有炎癥和或新生毛細動脈的量而表現為等或高信號影。Xu等［4］的研究發現，有癥狀大腦中動脈斑塊在T2WI圖像中多數表現為高信號帶，增強掃描可以出現不同程度的強化。HR-MRI可以根據獲得的圖像信息來判斷纖維帽的厚度及完整性。與頸內動脈粥樣斑塊內膜切除術后進行病理學對比分析［19］顯示，易損斑塊中70%的纖維帽不完整，而當中薄纖維帽占50%，僅7%為厚纖維帽，這表明纖維帽的厚薄及完整性可能成為腦梗死發生風險的預測因子。

3.3.3 分辨脂核的能力：脂核即脂質核心，其成分主要包括泡沫細胞、退化的血液成分、壞死組織碎片及膽固醇結晶等。Yuan等［20］運用HR-MRI對頸動脈斑塊的研究表明，脂質核心核在T2WI序列上多表現為稍高信號，壓脂T2WI相應部位信號減低，增強掃描可以更清晰地區分脂核，因此HR-MRI多序列掃描可以確認脂核，并可用以測量脂核的大小。大的脂核被認為是不穩定斑塊的一個主要特征，研究顯示破裂斑塊中脂核比例多處于32%～40%水平，認為斑塊中脂核比例＞40%時斑塊易于破裂［21］。

3.3.4 顯示斑塊內出血的能力：在顱外動脈粥樣硬化中，斑塊內出血主要來源于不成熟的新生毛細動脈附近紅細胞漏，而顱內動脈動脈外膜比顱外動脈薄，動脈滋養管相對也不發達，Xu等［4］采用HR-MRI技術研究表明，顱內動脈斑塊出血的發生率比顱外低，并且多好發于有癥狀患者，Ota等［22］研究表明，斑塊內出血與斑塊內巨噬細胞浸潤、脂核增大、纖維帽變薄有十分密切的關系，是易損斑塊的一個重要特征。斑塊內出血的信號特征歸于巨噬細胞內高鐵血紅蛋白和含鐵血黃素的磁化性質，一般表現為薄片狀或紋狀T1WI高信號、T2WI上為稍高信號影。Altaf等［23］應用HR-MRI壓脂T1WI，將斑塊內出血定義為信號強度是同層面肌肉信號強度的150%。

3.3.5 顯示鈣化的能力：鈣化是動脈粥樣硬化的一個臨床標準，動脈粥樣硬化鈣化主要發生于動脈內膜，它的形成過程與軟骨內骨化過程相似［24］，鈣化的主要成分為羥磷灰石，HR-MRI評價鈣化不如CT直接，鈣化在HR-MRI T1WI及T2WI上常表現為雙低信號，但位于斑塊邊緣或呈結節狀突入管腔內的鈣化DIR或SE序列的“黑血技術”不易顯示，而結節狀突入腔內的鈣化又是易損斑塊的一個特征。有研究［25］顯示采用亮血序列可以提高鈣化的檢出率。

3.4 評估斑塊負荷的能力 斑塊負荷是管腔最狹窄處斑塊面積與管腔面積的百分比，其值的大小是影響斑塊穩定性的一個重要因素，它可以直接反映動脈粥樣硬化的消長。隨著超高場強MR的臨床應用，近年采用HR-MRI評價斑塊負荷的研究越來越多。Luo等［26］對頸動脈的在體和離體研究認為，斑塊的負荷在黑血序列上進行相關數據的測量數值較為準確。

通過對斑塊成分的分析，美國心臟協會（American Heart Association，AHA）結合病理對其進行分型［27］：I- II型為動脈管壁輕度增厚，無鈣化；III型為管壁普遍增厚或偏心小斑塊，斑塊內脂核較小，管腔輕度狹窄； IV-Va型為斑塊內脂核較大，纖維帽完整，可有鈣化；VI型為纖維帽不完整，斑塊內出血、鈣化；V II型為鈣化斑塊，斑塊無破裂，無出血；VIII型為纖維斑塊，纖維成分＞75%，斑塊無破裂，無出血，可有鈣化。

4 當前HR-MRI在顱內動脈研究中的不足之處

由于顱內動脈解剖上走形迂曲，國內外顱內動脈的研究主要局限在大腦中動脈的M1段、大腦前動脈的A2-3段及基底動脈，并且不能保證獲得的HR-MRI圖像每一層都是垂直于載體動脈，另外與顱外動脈粥樣硬化研究不同的是顱內動脈HR-MRI無法獲得活體病理學對照。

5 結語

動脈粥樣硬化是系統性疾病，發生在不同動脈床，可以導致相應部位的組織缺血，當前應用HR-MRI研究冠狀動脈和頸動脈粥樣硬化疾病，認為這些動脈動脈粥樣硬化斑塊已經達到可視化程度，可實現活體了解動脈粥樣硬化病理生理學特性［28-29］，可以用于風險分級評估，并選擇相應的治療方法。HR-MRI是目前發現的唯一適合在活體內進行顱內動脈管壁成像的影像學方法，這項技術應用于評估顱內動脈疾病，特別是動脈粥樣硬化疾病具有非常大的潛力，可以進一步明確發病原因，確定狹窄程度，識別無管腔狹窄斑塊，檢出易損斑塊或潛在的高風險斑塊，有望成為腦缺血事件重要的預測因子。

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（本文編輯：丁敏嬌）

R445.2

C

10.3969/j.issn.2095-9400.2016.09.020

2015-08-09

李梅芳（1981-），女，福建莆田人，主治醫師，碩士。

許祖梅，主任醫師，副教授，Email：xzmei@hotmail. com。