高分辨磁共振血管壁成像技術頸動脈粥樣硬化應用

魏夢嬌 綜述 高陽，郝祥程 審校

動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是指多種病因引起血管病變從而導致患者缺血性臨床癥狀的慢性炎癥性疾病，可見于頸內動脈和椎-基底動脈系統任何部位，尤以頸動脈分叉處多見[1]。AS傳統成像主要集中在管腔狹窄描繪上，但學者們一致認為將管腔狹窄程度作為AS疾病嚴重程度標志并不嚴謹，因為AS是始于動脈壁的疾病，并且僅產生輕度到中度狹窄的AS斑塊仍可能導致急性腦梗死[2]。因此，理想AS成像方法不僅應該能夠量化管腔狹窄程度，而且應該能夠識別出定義易損斑塊關鍵特征。

高分辨磁共振血管壁成像技術(high resolution magnetic resonance vessel wall imaging,HR-VWI)提供極佳軟組織對比，已經逐步成為AS疾病重要檢查手段。有效結合黑血技術和亮血技術能直觀地反映頸動脈管壁結構，識別頸動脈狹窄和夾層動脈瘤，以及頸動脈斑塊位置、范圍和形態學特征等；同時采用專門后處理技術進行半自動和全自動的多平面處理，包括三維曲面血管重建、黑血和亮血圖像融合和局部直方圖最優路徑選擇等，這些計算機輔助技術用于評估頸動脈形態包括腔面積、總血管面積和平均壁厚，以及測量管腔狹窄率、斑塊負荷、斑塊體積和偏心指數等[3]。

磁共振血管壁成像技術

1.黑血技術

近年磁共振設備場強和線圈通道數發展使黑血序列應用成為可能，這些序列通過信噪比提高為AS疾病診斷提供更加清晰優異圖像。黑血技術包括流空效應、流動敏感磁化準備(motion-sensitizing magnetization preparation,MSMP)、雙反轉黑血(double invertion recovery,DIR)技術等。目前針對走行單一、流速較快的血管使用快速自旋回波(turbo spin echo，TSE)流空效應進行黑血成像，并且為了消除2D序列在掃描層面和信噪比上的限制，需要設計新的3D序列，即最優化采集可變翻轉角序列(sampling perfection with application optimized contrasts using different flip angle evolutions，SPACE)。SPACE是一種基于TSE序列采用可變翻轉角回聚脈沖鏈的三維快速自旋回波成像技術[4]，能進一步增加流空效應使得血液抑制更為均勻徹底；MSMP是利用T2準備脈沖和彌散梯度增加流動質子的散相，進一步降低流動質子信號[5]，從而獲得均勻黑血效果。DIR主要原理是使用一個非層面選擇反轉脈沖和一個層面選擇反轉脈沖實現血流信號抑制[6，7]。另外，在掃描過程中同時運用脂肪抑制技術、流動抑制技術可獲得更加清晰影像，脂肪抑制技術可抑制血管周圍脂肪信號；流動抑制技術常在血流方向使用預飽和帶，消除圖像血管搏動偽影[8]。黑血成像能夠提升圖像信噪比，顯示管壁結構，突出血管病變，特別是容易產生流動偽影頸動脈分叉處。

2.亮血技術

常用亮血技術主要包括時間飛躍法MRA(time-of-flight magnetic resonance angiography,TOF-MRA)和相位對比MRA(phase-contrast magnetic resonance angiography,PC-MRA)。目前，廣泛使用是三維時間飛躍血管成像技術(three-dimensional time of flight magnetic resonance angiography，3D TOF-MRA)，即多薄層重疊厚層血管造影, 是一種小角度擾相梯度回波序列。該技術主要依賴流入增強效應，目的是在相對短的采集時間內獲取頸部血管全貌。同SE相比較，梯度回波使用較短重復時間(repetition time，TR)和回波時間(echo time，TE)，短TR有利于抑制血管周圍組織信號，突出動脈信號，短TE能最大限度減少體素內相位離散，保證血管內信號強度，增大血流和斑塊之間的對比[9]。3D TOF-MRA 圖像能夠顯示血管的全貌，初步確定狹窄區域，并為黑血序列提供定位標志。亮血技術最大優點是短TR、短TE，掃描時間少。

3.動態對比增強成像技術

動態對比增強成像技術(dynamic contrast-enhanced MRI,DCE-MRI)是通過靜脈內團注順磁性對比劑，同時使用快速梯度回波脈沖序列和特殊K空間填充技術采集注入對比劑前后多個時期組織強化的一系列連續動態增強圖像[10]。Wu等[11]提出了一種血管壁動態增強磁共振成像同源黑-亮血和彈性交錯成像序列，該序列能夠間隔采集黑血圖像和亮血圖像，黑血圖像用于評估管壁形態，亮血圖像用于獲取動脈輸入功能。黑血、亮血技術結合DCE-MRI有利于盡早發現是否有AS斑塊，并對斑塊成分特性進行分析：①可用于判斷壞死脂核存在以及纖維帽表面形態，評估纖維帽與脂核比例以及穩定性[10]。②可反映新生血管形成。Taruya等[12]發現血管壁增強主要是由于動脈外膜滋養血管的增生所致。Yuan等[13]研究結果同樣發現增強影像與新生血管生成有關。③可反映炎癥存在。Yuan等[13]證實DCE-MRI定量分析可以識別潰瘍斑塊中炎性細胞的滲入。

4.分子影像技術

分子影像目的是為頸動脈斑塊特別是高危斑塊識別和分類提供生物學見解。頸動脈斑塊在分子和細胞水平上發生多種復雜反應,在疾病進展不同階段產生各種與AS相關生物標志物[2]，而血管內超聲、多層計算機斷層掃描等常規影像模式無法獲得分子和細胞病理生理學機制信息。Derex等[14]首次提出分子成像可識別AS斑塊一些分子和細胞演變過程。Winter[14]利用以纖維蛋白為靶點納米顆粒證實了斑塊易損性，這種分子成像方法可評估個體患者對抗血栓治療反應性。Chan等[2，15]使用 VCAM-1和P-選擇素雙抗體結合超順磁性氧化鐵(superparamagnetic iron oxide,SPIO)顆粒作為探針檢測了血管壁內皮激活程度，同時利用血管壁內吞噬細胞攝取功能評估斑塊炎癥。MRI作為分子成像系統主要優勢在于它能夠通過探索質子密度、灌注、擴散和生化對比來提供軟組織和功能信息，它的這一特性可以在單一成像模式下進行分子信息與解剖信息配準。

5.高分辨率三維彌散技術

彌散性磁共振成像(diffusion weighted imaging，DWI和apparent diffusion coefficient，ADC)已被證明可為頸動脈斑塊成分特征提供良好對比度[16]。擴散加權成像從識別方向引入了一個單獨的擴散準備模塊，允許多角度高分辨率三維成像。Fan[16]研究證明采用雙極擴散敏化梯度來補償一階運動可減小渦流；采取內腔調焦縮小視場方法可減少掃描時間。因此采用擴散法制備的TSE首次實現了頸動脈管壁在體內三維擴散成像，具有較高空間分辨率和良好成像質量。Kim等[17]研究指出DWI能區分斑塊內部成分，特別是脂質壞死核心和纖維帽，脂質核心在DWI上呈現彌散受限特征即高信號，而其ADC值往往低于纖維帽。Xie等[18]研究也表明壞死脂核平均ADC值小于纖維帽和斑塊內出血，斑塊內不同成分ADC值差異有統計學意義。

HR-VWI對頸動脈粥樣硬化疾病評價

1.評估頸動脈狹窄、閉塞和椎-基底動脈發育

HR-VWI可以評估頸動脈形態及閉塞性病變，粥樣硬化血管壁在黑血序列上通常表現為環形或半環形管壁增厚、閉塞[19]；可評估頸動脈狹窄程度及缺血性臨床事件可能進展程度，為臨床提供治療措施如當狹窄程度>70%時采取內膜剝脫術治療；可評估willis環，觀察是否有側枝循環形成；可多參數多平面評估椎-基底動脈形態，明確動脈狹窄甚至閉塞原因，區分獲得性動脈粥樣硬化狹窄與先天性發育不全[20]。

2.評估頸動脈粥樣硬化斑塊易損性

易損斑塊定義及MRI分型:Spacek等[21]提出斑塊內容物決定其易損性概念，主要包括斑塊表面破潰纖維帽，大的壞死脂核、斑塊內出血及表面鈣斑。Cai等[22]根據美國心臟協會(American Heart Association，AHA)病理學分型，結合頸動脈易損斑塊 MRI影像學特征制定了MRI分型標準。Ⅰ-Ⅱ型：無鈣化正常管壁；Ⅲ型：彌漫性或偏心性內膜增厚，無鈣化灶； Ⅳ-Ⅴ型：有脂質或壞死核心斑塊，周圍有可能鈣化的纖維組織；Ⅵ型：混合型斑塊，表面有破潰、出血、血栓形成；Ⅶ型：有鈣化；Ⅷ型：纖維斑塊，不含脂質核心，可能有小的鈣化。

纖維帽：Cury等[2]將纖維帽定義為包裹脂質核心的纖維組織，其完整性是斑塊引起臨床癥狀關鍵原因之一。王勇等[2，23]對于纖維帽完整性成像研究指出完整纖維帽在TOF序列中表現為鄰近管壁的帶狀或環狀低信號，T1WI多呈等信號，PDWI呈稍高信號，T2WI信號復雜多變，可成低/高信號，注射對比劑之后明顯強化；薄弱、破潰纖維帽有兩個明顯的特征，一是TOF圖像上連續低信號帶的缺失，二是在T1WI、PDWI及T2WI均表現為管腔旁的低信號。

脂質壞死核心：Jiang等[24]研究發現壞死脂核可預測粥樣斑塊破潰脫落發生。脂質壞死核心面積越大，斑塊越脆弱。壞死脂核的信號呈多樣性，通常脂質核心在T1WI、T2WI 都表現為等信號，而在對比增強圖像上表現為不強化或輕度強化，這是與纖維帽鑒別的要點[8]。更新研究致力于對脂核進行定量計算，Kim等學者研究發現[17，25]通過DWI序列測量壞死脂核以及斑塊內出血表觀彌散系數值，可定量區分壞死脂核和斑塊內出血。

斑塊內出血：斑塊內出血促進AS的惡化，是斑塊進展到危險階段標志。目前，磁化準備快速梯度回波序列(magnetization prepared rapid acquisition gradient Echo，MPRAGE)、層塊選擇相位敏感反轉恢復序列(slab selective phase-sensitive inversion-recovery，SPI)、非對比血管成像與斑塊內出血同時成像(simultaneous non-contrast angiography and intraplaque hemorrhage，SNAP)等新開發成像序列專門用于檢測斑塊內出血[26]。并且Li等[26，27]研究發現MPRAGE及SNAP序列對診斷斑塊內出血有很高特異性。關于信號特點，多名學者[2,8,27,28]通過多個序列對比分析發現斑塊內出血不同時期信號特點隨出血時間逐漸演變，新鮮出血(1周內)在T1WI、TOF序列表現為高信號，T2WI表現為等/低信號；近期出血(1～6周)在T1WI、T2WI序列多呈明顯高信號，TOF呈混雜/高信號；陳舊出血(6周以上)在T1WI、T2WI及TOF序列都出現低信號。

斑塊鈣化：Lin等[29]認為斑塊鈣化形態及位置與斑塊易損性密切相關，形態不規則鈣化發生斑塊內出血概率明顯較大片狀鈣化高，位于斑塊邊沿鈣化發生斑塊內出血概率明顯較中心更高。Bischetti等[30]認為AS斑塊不穩定與數量無關，而與鈣化的元素組成有關。Yang等[2，31]指出大部分鈣化斑塊在T1WI、T2WI及TOF序列均表現為與周圍組織分界清晰弧形或不規則形低信號。黑血序列由于管腔內血流呈低信號，因此影響斑塊表面鈣化檢出率；而由于鈣化灶不強化，與脂核類似，導致對比增強成像技術對鈣化檢出率也大大降低[8]。

3.對于頸動脈夾層診斷與評價

頸動脈夾層的病理學特點是紅細胞通過破裂的動脈內膜進入內彈性層，將動脈內膜從內側分離，然后沿著血流方向延長剝離的一種情況[2,19]。HR-VWI可清楚地顯示管腔、管壁以及附壁血腫形態：De HA等[2，32]發現頸動脈夾層可在T2WI序列觀察到彎曲擺動高信號內膜片，形成分隔將血管腔與假腔分開；合并壁間血腫時在T1WI序列常呈高信號，類似于斑塊內出血且信號強度可隨血腫吸收時間變化而改變，48h內壁間血腫在T1WI及T2WI上均呈低信號。

綜上所述，HR-VWI技術與常規T1WI、T2WI、DWI等序列結合形成一站式成像系統明確頸動脈狹窄、閉塞病因，分析斑塊成分特征，同時可以獲得動脈管壁結構、頸動脈走形、血流動力學等多種信息，為臨床診斷提供豐富的組織信息。而采用多參數、多角度以及多功能成像方式必然會增加檢查時間，因此需要我們進一步探索以確定最佳掃描方法，從而減少患者檢查難度并提高檢查結果準確度與可信性。