3D顱頸聯(lián)合血管壁成像評估動脈粥樣硬化的可重復(fù)性研究

沈宓，高培毅,2，杜康，陳碩

1.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院 放射科，北京 100050；2.北京市神經(jīng)外科研究所，北京 100050；3.清華大學(xué)醫(yī)學(xué)院 生物醫(yī)學(xué)工程系，北京 100084

引言

動脈粥樣硬化是缺血性腦卒中的重要致病因素。近年來，多項研究證明磁共振血管壁成像（Vessel Wall Imaging，VWI）分辨率高，組織對比度好，是一種能夠準(zhǔn)確顯示血管壁、評估動脈粥樣硬化的影像學(xué)檢查手段[1-2]。

動脈粥樣硬化不是具有靶向性的局限性疾病，而是系統(tǒng)性疾病，常常累及多個血管床。磁共振VWI對頸動脈評估的可靠性已得到多項研究證實，它不僅能夠顯示血管壁是否存在斑塊、斑塊形態(tài)和斑塊成分，還能夠觀察斑塊的動態(tài)進展，評估藥物、介入以及頸動脈內(nèi)膜剝脫等治療方式的療效[3]。頸動脈磁共振成像和頸動脈斑塊組織病理學(xué)分析的對照研究表明，VWI能夠準(zhǔn)確地定性以及定量分析頸動脈斑塊大小、斑塊形態(tài)學(xué)和成分特征[4]。然而，僅僅根據(jù)頸動脈MRI結(jié)果對缺血性卒中患者進行評價是不完全的。近年來，對缺血性卒中患者顱內(nèi)動脈的VWI評估研究備受關(guān)注。多項研究表明，顱內(nèi)大動脈粥樣硬化斑塊的分布、大小、是否存在IPH以及血管的重構(gòu)性等特征與缺血卒中事件的發(fā)生密切相關(guān)，并已成為腦卒中MR血管成像的研究熱點之一[5-8]。另有研究顯示，相比于西方人群，中國缺血性卒中患者的責(zé)任血管多發(fā)生在顱內(nèi)動脈[8]。這些研究結(jié)果提示我們，對我國缺血性腦卒中患者進行顱頸大動脈聯(lián)合磁共振成像至關(guān)重要。

傳統(tǒng)的2D VWI技術(shù)存在一定的局限性，其掃描時間長、掃描范圍局限，無法進行顱頸大動脈聯(lián)合成像。新一代的3D VWI分辨率高，在同樣的掃描時間內(nèi)能夠覆蓋較大范圍，實現(xiàn)顱頸大動脈聯(lián)合成像，極具臨床應(yīng)用價值[9-11]。在廣泛應(yīng)用于臨床評估之前，3D顱頸聯(lián)合VWI的可重復(fù)性需要進行驗證，且到目前為止，尚無此類研究發(fā)表。因此，本研究旨在對3D顱頸聯(lián)合VWI評估大動脈粥樣硬化的可重復(fù)性進行評估，進一步為其廣泛應(yīng)用于臨床奠定基礎(chǔ)。

1 材料和方法

1.1 入組對象

入組2017年10月至2018年2月北京天壇醫(yī)院收治10例患者，其中男性9例，年齡范圍27～67歲（中位數(shù)57.5歲）。所有患者均滿足以下入組標(biāo)準(zhǔn)：① 顱內(nèi)平掃MRI及臨床資料完整；② 經(jīng)磁共振血管造影（Magnetic Resonance Angiography，MRA）或計算機斷層血管造影（Computed Tomography Angiography，CTA）證實一側(cè)頸動脈和/或大腦中動脈M1段存在≥30%狹窄；③ 完成兩次顱頸聯(lián)合血管壁掃描，兩次掃描時間間隔不超過一個月，兩次掃描顱內(nèi)動脈及頸動脈3D序列的參數(shù)及掃描定位一致，確保重建后的圖像能夠配準(zhǔn)；④ 兩次掃描之間無心腦血管事件再次發(fā)生；⑤ 兩次掃描之間未進行溶栓、橋接治療、動脈取栓或頸動脈內(nèi)膜剝脫手術(shù)治療。對10例患者兩次掃描的雙側(cè)頸動脈及大腦中動脈M1段血管管腔及血管壁進行評估。本研究獲得北京天壇醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者均需簽署知情同意書。

1.2 MR影像檢查

所有患者均行常規(guī)頭顱MR掃描及3D顱頸聯(lián)合磁共振血管壁成像，掃描采用西門子3.0 T磁共振（Trio,Siemens Healthcare, Erlangen, Germany）及標(biāo)準(zhǔn)8通道頭線圈和8通道頸動脈線圈完成。顱內(nèi)3D血管成像序列包括：三維時間飛躍法磁共振血管造影（3D-TOF MRA）、T1加權(quán)三維快速自旋回波血管壁成像序列（T1W SPACE）[12]以及重T1加權(quán)相位敏感反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列（PSIR）[13]。頸動脈3D血管成像序列包括：3D-TOF MRA、T1W SPACE以及重T1加磁化準(zhǔn)備快速梯度回波序列（MPRAGE）。血管壁成像序列主要掃描參數(shù)包括：顱內(nèi)T1 SPACE序列，軸位掃描，TR 800 ms，TE 22 ms，空間分辨率0.8 mm×0.8 mm×0.8 mm，視野（FOV）180 mm×180 mm，掃描時間5'2''；顱內(nèi)PSIR序列，軸位掃描，TR為一個心動周期，TE 2.3 ms，空間分辨率0.8 mm×0.8 mm×0.8 mm，F(xiàn)OV 180 mm×180 mm，掃描時間4'38''；頸動脈T1 SPACE序列，冠狀位掃描，TR 800 ms，TE 22 ms，空間分辨率0.8 mm×0.8 mm×0.8 mm，F(xiàn)OV 180 mm×170 mm，掃描時間4'21''；頸動脈MPRAGE序列，軸位掃描，TR 8.8 ms，TE 5.3 ms，空間分辨率0.8 mm×0.8 mm×0.8 mm，F(xiàn)OV 140 mm×140 mm，掃描時間3'19''。

掃描定位方法如下。顱內(nèi)3D血管壁成像：首先使用快速2D-TOF定位序列進行掃描，再以Willis環(huán)為中心進行軸位3D-TOF MRA，T1W SPACE以及PSIR序列的定位，掃描范圍包括大腦中動脈M1段及顱內(nèi)頸動脈段。頸動脈3D血管壁成像：首先使用快速2D-TOF定位序列進行掃描，再以雙側(cè)頸動脈分叉水平的中心層面為掃描中心進行軸位3D-TOF MRA，MPRAGE及冠狀位T1W SPACE序列的定位，掃描范圍包括頸總動脈到顱底范圍的整個顱外頸動脈。

1.3 影像評估

所有圖像均屏蔽臨床信息，使用隨機盲法進行分析。入組患者左右兩側(cè)血管均納入分析，所有圖像均使用開源軟件（Horos 2.1）進行后處理，并由兩名具有3年以上MR VWI圖像判讀經(jīng)驗的放射診斷醫(yī)師完成，當(dāng)判讀結(jié)果有爭議時，由兩名醫(yī)師協(xié)商解決。

1.3.1 3D顱頸聯(lián)合VWI影像質(zhì)量評估

本研究將3D顱頸聯(lián)合VWI影像質(zhì)量分為3個等級，分級標(biāo)準(zhǔn)如下：1級=好，所有序列血管壁顯示清晰，無偽影；2級=中，1個序列能清晰顯示血管壁，其他序列有偽影；3級=差，所有序列均無法清晰顯示血管壁，有明顯偽影。1級及2級影像可使用，3級影像排除。

1.3.2 顱頸大動脈評估

本研究將顱頸動脈分為頸總動脈段（Common Carotid Artery，CCA）、勁動脈竇段（Bulb）、頸內(nèi)動脈 C1段（C1）、頸內(nèi)動脈C2～C7段和大腦中動脈M1段（M1）5部分進行分析。頸動脈CCA、Bulb、C1、C2～C7分析的主要特征包括斑塊存在、管腔面積（Lumen Area，LA）、管壁面積（Wall Area，WA）、最大管壁厚度（Maximum Wall Thickness，MWT）、斑塊內(nèi)出血（Intraplaque Hemorrhage，IPH）存在、鈣化存在、潰瘍存在。當(dāng)所分析節(jié)段存在斑塊時，上述指標(biāo)于血管最狹窄處測量；當(dāng)所分析節(jié)段無斑塊時，CCA指定于頸動脈分叉以下10 mm處測量，Bulb指定于頸動脈分叉處測量，C1指定于頸動脈分叉以上10 mm處測量，C2～C7于C7段起始處測量。并且，每側(cè)頸動脈于最狹窄處測量其狹窄程度。大腦中動脈M1段分析的主要特征包括斑塊存在、狹窄程度、斑塊分布節(jié)段、斑塊分布象限、斑塊長度、最大管壁厚度、最大斑塊面積、正常管腔直徑、IPH。具體分析方法：將大腦中動脈M1段根據(jù)長度等分為3段，由近端至遠(yuǎn)端分別標(biāo)記為1、2、3段，根據(jù)斑塊的節(jié)段位置進行分類計數(shù)。斑塊分布象限測量方法參照Xu等[14]的研究，將大腦中動脈M1橫斷面分為上壁、下壁、前壁、后壁，根據(jù)斑塊主體的截面分布進行分類計數(shù)。對于M1段無斑塊的患者，于M1段分叉近端測量正常管腔直徑以及最大管壁厚度。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

采用MedCalc1 5.8軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計分析。計量資料以（±s）表示，采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（Intraclass Correlation Coefficient，ICC）評價兩次掃描測量結(jié)果的可重復(fù)性，ICC＞0.75認(rèn)為一致性良好，檢驗水平為0.05。使用Bland-Altman方法評價2次掃描測量參數(shù)的差異。同時，計算兩次掃描的變異系數(shù)（Coefficient of Variation，CV）。采用Kohen Kappa分析評價兩次掃描測量的分類資料的一致性，并計算Kappa值，Kappa≥0.8時認(rèn)為一致性極好；0.8＞Kappa≥0.6時認(rèn)為一致性較高；0.6＞Kappa≥0.4時認(rèn)為一致性一般；Kappa＜0.4時認(rèn)為一致性很差。

2 結(jié)果

2.1 一般情況

共計10例患者完成兩次顱頸聯(lián)合血管壁成像，其中1例因圖像質(zhì)量差無法滿足判讀要求被排除。共有18根血管，72個頸動脈節(jié)段和18個大腦中動脈節(jié)段被納入統(tǒng)計分析，其中26個頸動脈節(jié)段和8個大腦中動脈節(jié)段發(fā)現(xiàn)存在斑塊。頸動脈斑塊共14個，大腦中動脈斑塊共8個（圖1）；6根（33.33%）血管出現(xiàn)顱頸共存斑塊（其中2根于頸動脈Bulb段和C2～C7段存在2個獨立斑塊），頸動脈單獨存在斑塊血管6根（33.33%），MCA單獨存在斑塊血管2根（11.11%），4根（22.22%）血管顱頸動脈均無斑塊。

2.2 定性分析

在檢測出斑塊的26個頸動脈節(jié)段中，CCA有6個節(jié)段（23.08%），Bulb有9個節(jié)段（34.62%），C1有5個節(jié)段（19.23%），C2～C7有6個節(jié)段（23.08%）。對于斑塊檢出率，兩次掃描完全一致（Kappa=1.00）。第一次掃描共檢出頸動脈8個節(jié)段（11.11%）存在IPH，10個節(jié)段（13.89%）存在鈣化，2個節(jié)段（2.78%）存在潰瘍；第一次掃描共檢出頸動脈7個節(jié)段（9.72%）存在IPH，9個節(jié)段（12.5%）存在鈣化，2個節(jié)段（2.78%）存在潰瘍。對于頸動脈斑塊IPH（Kappa=0.78，95% CI：0.53～1.00）識別的一致性較高，對于鈣化（Kappa=0.82，95% CI：0.62～1.00）的識別一致性極好，對于頸動脈潰瘍的識別完全一致（Kappa=1.00）。兩次掃描對于大腦中動脈斑塊分布節(jié)段、分布象限、IPH的判斷完全一致（k=1.00）；在8個大腦中動脈斑塊中，4個斑塊位于下壁，1個位于前壁，1個位于后壁，2個呈環(huán)形增厚；2個斑塊位于大腦沖動脈 M1近段，3個位于M1中段，3個位于M1遠(yuǎn)段；2個斑塊表現(xiàn)為T1高信號，被判斷為IPH。

圖1 兩次顱頸聯(lián)合血管壁掃描典型圖像

2.3 定量分析

定量分析結(jié)果（表1）表明頸動脈CCA、Bulb、C1、C2～C7及顱內(nèi)大腦沖動脈段各參數(shù)均具有良好的一致性（ICC＞0.75），且無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞0.05）。各參數(shù)的變異系數(shù)范圍為4.22%～14.36%。Bland-Altman圖顯示頸動脈各節(jié)段管腔面積、管壁面積、最大管壁厚度、狹窄程度，以及大腦中動脈管腔直徑、最大管壁厚度、斑塊長度、斑塊最大面積、狹窄程度等參數(shù)絕大部分點均位于95%一致性界限內(nèi)（圖2），表明兩次掃描測量結(jié)果一致，可重復(fù)性好。

3 討論

本研究首次評價3D序列進行顱頸聯(lián)合大血管壁成像的可重復(fù)性，評估其對血管管腔及管壁顯示情況，包括斑塊是否存在、斑塊負(fù)荷、斑塊成分以及血管狹窄程度的一致性。結(jié)果顯示3D顱頸聯(lián)合血管壁成像可重復(fù)性好。

3D VWI成像因使用變角度快速自旋回波序列能夠增加回波鏈長度，提高掃描效率，并保證圖像銳利度[15]。此外，3D VWI為各向同性分辨率掃描，掃描圖像可以進行任意方位重建。在判讀時結(jié)合多個方位的圖像，有利于識別血流偽跡，并避免血管走行復(fù)雜區(qū)域部分容積效應(yīng)導(dǎo)致的誤差，從而準(zhǔn)確判定斑塊的存在。另外，由于成像范圍大，可以結(jié)合冠狀位或軸位圖像準(zhǔn)確測量血管狹窄程度。因黑血成像對血流的抑制不依賴于血液的流入流出效應(yīng)，VWI對血流的依賴性低于TOF-MRA，所以根據(jù)成像原理黑血測量血管狹窄程度準(zhǔn)確率較高[16]，其準(zhǔn)確性應(yīng)高于TOFMRA。同時，也是最重要的方面即可以進行斜矢狀位重建，斑塊負(fù)荷、斑塊截面分布以及斑塊成分在斜矢狀位圖像評估最為準(zhǔn)確。

表1 頸動脈及大腦中動脈各節(jié)段形態(tài)學(xué)參數(shù)可重復(fù)性

圖2 頸動脈及大腦中動脈斑塊定量參數(shù)Bland-Altman比較圖

當(dāng)患者配合良好，成像的圖像質(zhì)量能夠滿足判讀要求時，血管壁成像的可重復(fù)性主要取決于三方面：掃描的可重復(fù)性、評估層面選擇的可重復(fù)性和測量標(biāo)記的可重復(fù)性。本研究中，患者掃描均采用標(biāo)準(zhǔn)化流程，掃描定位、掃描范圍、線圈使用、序列參數(shù)均能保證統(tǒng)一，這是進行MR成像可重復(fù)性驗證的基礎(chǔ)，也是進一步對動脈粥樣硬化定性及定量評估的保障。評估層面的選擇在本研究中遵從以下原則：

（1） 建立統(tǒng)一的圖像后處理標(biāo)準(zhǔn)，頸動脈均采用水平位、斜矢狀位重建，大腦中動脈均垂直于M1段血管走行方向重建，重建層厚均為0.8 mm，與掃描的空間分辨率一致。

（2）根據(jù)已發(fā)表的腦血管分段方法，并結(jié)合動脈粥樣硬化斑塊的分布特點，本研究采用統(tǒng)一的簡化的分段測量方法。

（3）對每一節(jié)段評估層面的選擇進行了明確的規(guī)定：當(dāng)所分析的節(jié)段存在斑塊時，定性及定量測量均于血管最狹窄處進行；當(dāng)所分析的節(jié)段無斑塊時，指定CCA于頸動脈分叉以下10 mm處測量，Bulb于頸動脈分叉處測量，C1于頸動脈分叉以上10 mm處測量，C2～C7于C7段起始處測量，M1段于分叉近端測量。

（4）所有選擇的層面均放大4倍后進行測量。層面選擇完畢之后，測量標(biāo)記的可重復(fù)性依賴于圖像判讀醫(yī)生豐富的經(jīng)驗。本研究中參與判讀的兩名醫(yī)生均經(jīng)過美國華盛頓大學(xué)西雅圖血管成像實驗室以及清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)影像研究中心的培訓(xùn)，并具有多年的判讀經(jīng)驗。因此，經(jīng)過嚴(yán)格執(zhí)行上述原則，本研究同一患者的兩次掃描結(jié)果、正常顱頸大動脈以及病變血管的兩次掃描結(jié)果均具有非常好的可重復(fù)性。上述結(jié)果既能夠說明3D顱頸聯(lián)合血管壁成像序列掃描的穩(wěn)定性好，更能證明其評估動脈粥樣硬化（包括斑塊是否存在、斑塊負(fù)荷、斑塊成分、血管狹窄程度）的可重復(fù)性好。

本研究中頸動脈IPH的可重復(fù)性盡管也非常好（Kappa=0.78），但是仍低于其它定性及定量指標(biāo)。根據(jù)之前發(fā)表過的研究，IPH定義為重T1WI序列顯示斑塊內(nèi)高信號強度比同層面灰質(zhì)（顱內(nèi)動脈）/胸鎖乳突?。i動脈）信號強度大于1.5倍，因此客觀的測量標(biāo)準(zhǔn)能夠保證IPH測量的可重復(fù)性。但由于每名患者兩次掃描的時間間隔不一致，分別為1～28天不等（中位數(shù)6天），其間，雖然均未經(jīng)過溶栓、機械取栓、橋接治療或CEA治療，但癥狀性腦梗死患者均需進行常規(guī)的保守治療。因此，兩次掃描時間間隔不統(tǒng)一，使得治療有可能對斑塊成分造成影響，導(dǎo)致信號表現(xiàn)不一致。之前的研究表明，斑塊內(nèi)出血可以保持多年[17-20]，目前尚無IPH信號在短期內(nèi)發(fā)生劇烈變化的研究報告。因此，本研究入組標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的兩次掃描時間間隔為1個月是合理的，不但充分考慮了同一患者進行兩次顱頸聯(lián)合大血管成像的可行性，同時也結(jié)合了斑塊成分演變的規(guī)律。但仍出現(xiàn)兩次掃描IPH的差異，提示重度狹窄（70%＜狹窄率≤99%）的病變血管，其信號強度變化大的高信號，有可能代表重度狹窄之后血栓形成，并非IPH。血栓形成于斑塊表面，而IPH位于斑塊內(nèi)，這兩者的信號演變規(guī)律可能存在差異。另外，之前關(guān)于IPH的研究均基于2D VWI，本研究采用3D血管壁成像，其分辨率更高，對斑塊成分的評價也更為真實客觀。

本研究發(fā)現(xiàn)頸動脈CCA、Bulb、C1、C2～C7及大腦中動脈M1段均有斑塊發(fā)生，并且33.33%的顱頸血管存在共存斑塊。這反映出進行大范圍斑塊成像和顱頸聯(lián)合斑塊成像的必要性。本研究建立的3D顱頸聯(lián)合血管壁成像序列能夠在20分鐘內(nèi)完成所有的序列，能夠滿足廣泛在臨床使用的需求。與之前的2D成像相比，本研究的成像方案縮短了近40%～50%的掃描時間。

綜上所述，3D顱頸聯(lián)合血管壁成像可重復(fù)性好，能夠準(zhǔn)確評估顱頸動脈斑塊的形態(tài)、負(fù)荷及成分等性質(zhì)，有望成為臨床實踐以及流行病學(xué)篩查的常規(guī)工具。

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