HR-MRI脑动脉成像研究进展

李梅芳，许祖梅

（莆田学院附属医院　影像科，福建　莆田　351100）

·综述·

HR-MRI脑动脉成像研究进展

李梅芳，许祖梅

（莆田学院附属医院影像科，福建莆田351100）

目的：本文就国内外脑动脉粥样硬化高分辨率磁共振成像（HR-MRI）研究现状作一综述，阐述目前脑动脉主要影像检查手段及各自优缺点，分析脑动脉HR-MRI成像原理和主要影响因素及HR-MRI在鉴别不同原因脑动脉狭窄方面的优势，评价HR-MRI在分析脑动脉血管重塑，发现斑块，分析斑块成分如纤维帽、脂核、斑块内出血、钙化及评估斑块负荷的能力，并指出当前HR-MRI在脑动脉研究中的不足之处。

高分辨率磁共振；脑动脉；动脉粥样硬化；综述文献

脑卒中已成为世界人口的第二大死因，也是导致60岁以上人群肢体残疾的第一大原因，在全世界范围内动脉粥样硬化可能是脑卒中的主要原因［1］，欧美国家居民以颈动脉为主，而亚洲人主要发生于脑动脉［2］，并且随着人们生活水平的提高和生活方式的变化，近年出现明显年轻化的趋势，因此如何利用影像技术早期发现动脉粥样硬化斑块，早期诊断和早期防治就显得十分重要。现就国内外脑动脉粥样硬化高分辨率磁共振成像（high resolution magnetic resonance imaging，HR-MRI）研究现状作一综述。

1 目前评价颅内动脉狭窄的主要影像技术

随着科技的发展，目前评价颅内动脉狭窄的影像技术主要有经颅多普勒超声（transcranial doppler sonography，TCD）、CT血管成像（computed tomography angiography，CTA）、磁共振动脉成像（magnetic resonance angiography，MRA）及数字化减影动脉造影（digital subtraction angiography，DSA）。TCD主要通过频谱波形来评价颅内动脉的生理学血流参数，但TCD无法诊断小于50%的颅内动脉狭窄，同时对颅内动脉的探测受颞窗及检查者探测角度的影响［3］。CTA和MRA临床上应用广泛，被视为动脉性病变重要的检查手段，CTA对斑块的钙化成分显示较好，但对斑块的非钙化成分显示能力欠佳，对动脉的狭窄程度常常高估；MRA具备无对比剂显示动脉管腔内血流信息的能力，对闭塞动脉的检测敏感性及特异性很高，但对非闭塞动脉狭窄有时存在夸大或缩小管腔狭窄程度的缺点，并由于原始图像分辨率不高无法提供动脉壁的信息。DSA仍是动脉性病变检查的金标准，可以作为进一步动脉内治疗的指导依据，但DSA有创、费用高，对于动脉狭窄率的评价主要是通过冠状位测量，因此对于前后壁斑块狭窄率的判断会出现一定的误差，而且DSA也无法提供动脉壁及动脉周围的信息。HR-MRI可以显示动脉壁粥样硬化的具体信息，具有无创、分辨率高、多序列对比及可重复性强等优势，用HR-MRI分析颈动脉粥样硬化斑块与病理学对照的研究已经证实HR-MRI具有很高的敏感性和特异性［4-5］，对于脑内动脉斑块的研究近几年来也已经成为国内外研究的热点，并积累了很多可靠的经验［6］。

以往认为，临床的缺血性症状与斑块所致局部管腔的狭窄程度相关，狭窄程度越重，就越容易出现缺血性症状，斑块的危险性也就越大。但近几年研究［7-8］表明，发生临床缺血性脑动脉事件不仅与斑块所在动脉的管腔狭窄程度有关，更重要的是与斑块内部的成分有密切关系，因此斑块内部成分的判断比单纯动脉狭窄程度的判断更具有临床意义。

2 HR-MRI成像原理和影响因素

HR-MRI显示的是断面图像，目前对于HR-MRI扫描技术没有一个确切的定义，多认为是使用1.5T以上MR设备，采用小视野（field of view，FOV）、薄层厚和薄层间隔，能够显示动脉管腔及管壁，并能够分析动脉壁斑块的病理成分的一项成像技术。该技术主要采用双翻转恢复（double inversion recovery，DIR）或自旋回波（spin-echo sequence，SE）技术使血流信号预饱和，从而使管腔内血流在图像上表现为低信号，与动脉壁形成鲜明对比，更利于管壁结构的显示，部分也采用梯度回波序列，即血流表现为高信号来提高位于斑块边缘或突向腔内钙化的检出。使用不同重复时间（time of repetition，TR）和回波时间（time of echo，TE）组成不同的序列，主要包括（T1-weighted imaging，T1WI）、（T2-weighted imaging，T2WI）和（protonweighted imaging，PDWI）序列，并适当调整TR和TE值，最优化地显示斑块内不同的成分，还可通过对比增强扫描对动脉壁形态和斑块成分进行更为准确的分析。

影响HR-MRI图像质量的主要因素有场强、信噪比、矩阵、层厚、层间隔及FOV，场强越高、矩阵越大、层厚越薄、FOV越小，图像的分辨率越高，但受扫描时间的限制及特殊吸收率（specific absorption rate，SAR）的影响，不能无限制地提高图像的分辨率。目前临床应用的3.0T MR成像具有高梯度、高信噪比、高切换率的特点，提供了更高的图像空间分辨力，大幅度地提高了图像质量，可以更细微地显示动脉壁结构，同时加快了采集速度，缩短了检查时间，使得将来HR-MRI临床推广应用成为可能。

3 HR-MRI颅内动脉成像临床应用价值

3.1 分析脑动脉狭窄的原因 传统的检查方法只能发现脑动脉的狭窄，而不同的疾病却可以表现为类似的狭窄，目前鉴别不同原因引起的脑动脉狭窄只能通过侵入性检查方法如脑脊液穿刺或脑活检，然而HR-MRI可以通过多序列扫描及增强扫描实现活体无创分析动脉壁的情况及斑块的成分，比如Xu等［4］和Swartz等［9］利用HR-MRI技术对37例脑动脉狭窄患者进行颅内动脉分析，通过平扫及增强扫描发现有症状性动脉粥样硬化疾病患者颅内动脉狭窄绝大部分是偏心的，增强扫描可见强化，动脉炎导致的动脉狭窄一般都呈环形同心圆，增强扫描明显强化，而特发性烟雾病患者动脉壁既不增厚，增强扫描动脉壁也不会出现强化，另外动脉痉挛导致的动脉狭窄管壁增厚，增强扫描不强化，而动脉粥样硬化和动脉壁发育不全可以通过分析斑块的成分来鉴别。

3.2 评价脑动脉血管重塑的能力 血管重塑是动脉对各种刺激作出的复杂的动态的反应过程，主要包括动脉壁增厚及组织学异常，作出扩张和收缩的反应，随之产生动脉功能异常，这种动脉大小和结构的代偿性改变被称为血管重塑。自从1987年Glagov等［10］发现了冠状血管重塑现象之后，人们意识到血管重塑的研究价值，开始对血管重塑的发生、发展及病理学基础做了大量的研究，认为血管重塑包括正性重塑（positive remodeling，PR）和负性重塑（negative remodeling，NR）2种。PR表现为动脉向外扩张从而保证动脉内腔的大小，NR则表现为动脉向内收缩，从而使动脉狭窄的程度加重。传统的影像学检查方法可以很好地发现管腔狭窄，确切的说是管腔内径的变小，但管腔的内径可以通过血管重塑而保持在正常的范围而不被发现。近年的研究发现，血管重塑是导致脑MRA对动脉粥样硬化程度低估的一个重要原因，以至很大的斑块却没有引起可识别的管腔狭窄［4］，延误了临床治疗。近几年人们开始运用HR-MRI进行比较研究，发现HR-MRI不仅对动脉壁的结构显示良好，而且在对血管重塑的评价方面具有独特的优势［4］，并归纳出动脉重塑的评价标准：①PR指与正常血管相比载体动脉的重塑指数（remodeling index，RI）＞1.05；②NR指载体动脉RI＜0.95。HR-MRI对颈动脉血管重塑的评价已经获得病理学的证实［11］，两者基本相符，可以对血管重塑作出正确的判断，可以用于指导临床治疗。

3.3 发现斑块、分析斑块的能力 HR-MRI不仅可以发现有狭窄或没有狭窄动脉壁的斑块，还可以明确斑块的数量、形态及分布特点，分析斑块的成分、分型，推测斑块的稳定性，早期检出易损斑块，及时采取个体化的治疗方案，降低脑卒中事件的发生率，降低患者的死亡率和致残率。

3.3.1 评价斑块的形态、位置和数量的能力：随着超高场强MRI的临床应用，HR-MRI不仅可以观察斑块的数量，还可以清晰显示斑块的形态、位置，并可通过多平面重建（multiplanar reconstruction，MIP）更形象地显示斑块。国内外对颅内外动脉粥样硬化的研究表明易损斑块多为偏心斑块，斑块表面不规则或呈裂隙状说明斑块表面有溃疡形成。Xu等［12］研究发现，由大脑中动脉供血的深部脑白质腔隙性脑梗死与正常侧相比更好发于上壁，HR-MRI还可显示斑块与穿支动脉的关系，比如斑块是否覆盖或突入穿支动脉，从而明确了部分不明原因脑卒中的缘由。Chung等［13］研究发现，腔隙性脑梗死与穿支动脉斑块的形成密切相关。Chen等［8］用3.0T MR设备的动物模型研究表明，HR-MRI对穿支小动脉斑块的显示与病理相符。

3.3.2 显示纤维帽的能力：纤维帽是一层覆盖于脂核表面的结缔组织，包括胶原、弹性纤维及蛋白质多糖等结缔组织和增生的平滑肌细胞。2000年Hatsukami等［14］首先利用HR-MRI对颈内动脉粥样硬化斑块的纤维帽进行系统性分析，以0.25 mm作为厚和薄纤维帽的界限，并根据纤维帽的厚薄及完整性将其分为3级，即完整且厚的纤维帽、完整但薄的纤维帽、破裂的纤维帽。有关冠状动脉和颈内动脉斑块的研究［15-17］已经表明薄的纤维帽并大的脂核容易破裂进入血液循环形成栓子阻塞远端的动脉。还有研究［18］表明纤维帽的破裂部位多位于纤维帽的肩背部，认为纤维帽的肩背部胶原含量少，抗破裂能力差，而且是巨噬细胞经常入侵的部位。

HR-MRI上可以识别纤维帽，T1WI多为等信号，T2WI及PDWI因局部是否有炎症和或新生毛细动脉的量而表现为等或高信号影。Xu等［4］的研究发现，有症状大脑中动脉斑块在T2WI图像中多数表现为高信号带，增强扫描可以出现不同程度的强化。HR-MRI可以根据获得的图像信息来判断纤维帽的厚度及完整性。与颈内动脉粥样斑块内膜切除术后进行病理学对比分析［19］显示，易损斑块中70%的纤维帽不完整，而当中薄纤维帽占50%，仅7%为厚纤维帽，这表明纤维帽的厚薄及完整性可能成为脑梗死发生风险的预测因子。

3.3.3 分辨脂核的能力：脂核即脂质核心，其成分主要包括泡沫细胞、退化的血液成分、坏死组织碎片及胆固醇结晶等。Yuan等［20］运用HR-MRI对颈动脉斑块的研究表明，脂质核心核在T2WI序列上多表现为稍高信号，压脂T2WI相应部位信号减低，增强扫描可以更清晰地区分脂核，因此HR-MRI多序列扫描可以确认脂核，并可用以测量脂核的大小。大的脂核被认为是不稳定斑块的一个主要特征，研究显示破裂斑块中脂核比例多处于32%～40%水平，认为斑块中脂核比例＞40%时斑块易于破裂［21］。

3.3.4 显示斑块内出血的能力：在颅外动脉粥样硬化中，斑块内出血主要来源于不成熟的新生毛细动脉附近红细胞漏，而颅内动脉动脉外膜比颅外动脉薄，动脉滋养管相对也不发达，Xu等［4］采用HR-MRI技术研究表明，颅内动脉斑块出血的发生率比颅外低，并且多好发于有症状患者，Ota等［22］研究表明，斑块内出血与斑块内巨噬细胞浸润、脂核增大、纤维帽变薄有十分密切的关系，是易损斑块的一个重要特征。斑块内出血的信号特征归于巨噬细胞内高铁血红蛋白和含铁血黄素的磁化性质，一般表现为薄片状或纹状T1WI高信号、T2WI上为稍高信号影。Altaf等［23］应用HR-MRI压脂T1WI，将斑块内出血定义为信号强度是同层面肌肉信号强度的150%。

3.3.5 显示钙化的能力：钙化是动脉粥样硬化的一个临床标准，动脉粥样硬化钙化主要发生于动脉内膜，它的形成过程与软骨内骨化过程相似［24］，钙化的主要成分为羟磷灰石，HR-MRI评价钙化不如CT直接，钙化在HR-MRI T1WI及T2WI上常表现为双低信号，但位于斑块边缘或呈结节状突入管腔内的钙化DIR或SE序列的“黑血技术”不易显示，而结节状突入腔内的钙化又是易损斑块的一个特征。有研究［25］显示采用亮血序列可以提高钙化的检出率。

3.4 评估斑块负荷的能力 斑块负荷是管腔最狭窄处斑块面积与管腔面积的百分比，其值的大小是影响斑块稳定性的一个重要因素，它可以直接反映动脉粥样硬化的消长。随着超高场强MR的临床应用，近年采用HR-MRI评价斑块负荷的研究越来越多。Luo等［26］对颈动脉的在体和离体研究认为，斑块的负荷在黑血序列上进行相关数据的测量数值较为准确。

通过对斑块成分的分析，美国心脏协会（American Heart Association，AHA）结合病理对其进行分型［27］：I- II型为动脉管壁轻度增厚，无钙化；III型为管壁普遍增厚或偏心小斑块，斑块内脂核较小，管腔轻度狭窄； IV-Va型为斑块内脂核较大，纤维帽完整，可有钙化；VI型为纤维帽不完整，斑块内出血、钙化；V II型为钙化斑块，斑块无破裂，无出血；VIII型为纤维斑块，纤维成分＞75%，斑块无破裂，无出血，可有钙化。

4 当前HR-MRI在颅内动脉研究中的不足之处

由于颅内动脉解剖上走形迂曲，国内外颅内动脉的研究主要局限在大脑中动脉的M1段、大脑前动脉的A2-3段及基底动脉，并且不能保证获得的HR-MRI图像每一层都是垂直于载体动脉，另外与颅外动脉粥样硬化研究不同的是颅内动脉HR-MRI无法获得活体病理学对照。

5 结语

动脉粥样硬化是系统性疾病，发生在不同动脉床，可以导致相应部位的组织缺血，当前应用HR-MRI研究冠状动脉和颈动脉粥样硬化疾病，认为这些动脉动脉粥样硬化斑块已经达到可视化程度，可实现活体了解动脉粥样硬化病理生理学特性［28-29］，可以用于风险分级评估，并选择相应的治疗方法。HR-MRI是目前发现的唯一适合在活体内进行颅内动脉管壁成像的影像学方法，这项技术应用于评估颅内动脉疾病，特别是动脉粥样硬化疾病具有非常大的潜力，可以进一步明确发病原因，确定狭窄程度，识别无管腔狭窄斑块，检出易损斑块或潜在的高风险斑块，有望成为脑缺血事件重要的预测因子。

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（本文编辑：丁敏娇）

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，主治医师，硕士。

许祖梅，主任医师，副教授，Email：xzmei@hotmail. com。