三维高分辨率磁共振血管壁成像用于研究颅内动脉 粥样硬化斑块强化与缺血性卒中的关系

白雪芹 李秋平 吕 鹏 刘 豪 张宇浩 范 薇 林 江1,△

(1上海市影像医学研究所 上海 200032; 2复旦大学附属中山医院放射科,3神经外科,4神经内科 上海 200032)

颅内动脉粥样硬化是引起缺血性卒中的重要原因,不稳定的斑块使卒中风险增加,因此识别易损斑块,评估卒中风险对于动脉粥样硬化患者预防卒中发生具有重要意义。高分辨率磁共振(high resolution magnetic resonance imaging,HR-MRI)血管壁成像作为一种新兴技术,可以评估斑块的易损性,HR-MRI在颈动脉的研究已相当成熟,研究表明[1-2]斑块炎症反应是造成斑块不稳定的重要原因,HR-MRI显示的动脉斑块强化可以反映斑块内炎症反应,这不仅与缺血性卒中相关,而且有助于预测远期缺血性卒中的发生。目前,HR-MRI已经逐步应用于颅内动脉粥样硬化的研究[3],但针对斑块强化与缺血性卒中关系的大样本研究较少,且多数研究应用二维(2-dimensional,2D )HR-MRI,其层面间分辨率有限,信噪比不高,且成像范围小。三维(3-dimensional,3D)HR-MRI是一种新兴技术,应用于颅内动脉斑块强化评价的可重复性尚不明确。我们的研究旨在评价3D HR-MRI观察颅内动脉粥样硬化斑块强化的可重复性,并探讨颅内动脉粥样硬化斑块的强化特点与缺血性卒中的关系。

资 料 和 方 法

一般资料回顾性收集2017年2—7月间因颅内动脉粥样硬化和缺血性脑卒中就诊于复旦大学附属中山医院的患者52例,所有患者均行HR-MRI检查。纳入标准:(1)临床资料及头颅MRI证实有缺血性脑卒中;(2)头颅计算机断层血管造影(computed tomography angiography,CTA)、磁共振血管造影(magnetic resonance angiography,MRA)或数字减影血管造影(digital subtraction angiography,DSA)发现大脑中动脉M1段或基底动脉局限性狭窄,狭窄率≥30%,其中CTA、MRA、DSA发现大脑中动脉狭窄M1段狭窄各25、6、1例,CTA、MRA、DSA发现基底动脉狭窄各13、6、1例,25例患者同时出现大脑中动脉和基底动脉狭窄或双侧大脑中动脉狭窄;(3)有2个或2个以上动脉粥样硬化危险因素。排除标准:(1)病变同侧颅外或颅内段颈动脉/椎动脉狭窄程度超过50%;(2)心源性栓塞所致卒中;(3)有明确的非动脉粥样硬化所致缺血性卒中的病因,如动脉夹层、烟雾病、动脉炎等。

检查方法采用GE 3.0 T磁共振扫描仪(Discovery MR750,美国GE公司)及标准8通道头颅线圈。所有患者依次行常规头颅MRI扫描、三维时间飞跃法磁共振血管造影(3-dimensional time of flight magnetic resonance angiography,3D-TOF MRA)及HR-MRI扫描。参照2016年颅内动脉管壁HR-MRI的专家共识[4],HR-MRI检查采用2D及3D的多对比成像,检查序列依次为2D FSE T2WI、3D CUBE T1WI及增强CUBE T1WI。3D-TOF MRA扫描参数为TR:23 ms,TE:3.4 ms,FOV:22 cm×20.7 cm,矩阵:320×224,扫描时间:5 min 8 s;2D FSE T2WI扫描参数为TR:2150 ms,TE:50 ms,层厚:2 mm,层间距:0.5 mm,FOV:10 cm×10 cm,矩阵:384×384,扫描时间:4 min 23 s;3D CUBE T1WI参数为TR:600 ms,TE:13 ms,FOV:20 cm×20 cm,矩阵:288×288,分辨率为0.69 mm×0.69 mm×1 mm,重建后的分辨率为0.39 mm×0.39 mm×0.5 mm,矢状位扫描,扫描时间:4 min 16 s。CUBE T1WI 增强采用钆喷酸葡胺对比剂(Magnevist,德国Bayer Pharma公司),注射剂量0.2 mmol/kg,注入对比剂后2 min进行扫描,3D CUBE T1WI与增强T1WI扫描方位完全一致,总共扫描时间约30 min。

图像分析将HR-MRI图像导入到GE后处理工作站(ADW4.6,美国GE公司),所有HR-MRI图像在分析前均进行图像质量评价,然后由2名有经验的放射科医师在不了解患者临床资料前提下进行分析,分析内容包括斑块的识别、斑块强化分级及计算血管狭窄率。斑块定义为T1WI增强前后均可观察到的偏心性管壁增厚,管壁最厚处厚度是最薄处的2倍以上[5]。本研究仅分析双侧大脑中动脉M1段及基底动脉所观察到的斑块,斑块分为责任和非责任斑块两组。责任斑块定义为梗死灶供血动脉上唯一的斑块或供血动脉最狭窄处的斑块,非责任斑块指的是非供血动脉上的斑块及梗死灶供血动脉上非最狭窄处的斑块[6]。在T1WI增强序列图像上手动勾画斑块所在处的血管内外壁边界及病灶近端正常参照段血管的内外界,若斑块近端血管不可选用,则选取斑块远端的正常血管作为替代,测量斑块处及参照处的管腔面积并计算血管狭窄率,血管狭窄率= [1-(斑块处管腔面积/参照处管腔面积)]×100%[7]。根据3D T1WI增强前后的信号差异,斑块强化以增强后垂体信号为参照标准分为3级[8]:0级指无强化,即斑块信号增强前后无明显差异;1级即轻度强化,指斑块有强化,但强化程度弱于正常垂体;2级指斑块明显强化,其强化程度强于或类似于垂体。两位观察者意见不统一时,经讨论协商达成一致意见。为了解观察者内一致性,其中1位医师1个月后再次对斑块强化等级进行判定。

结 果

本研究共纳入52例患者,其中男性30例,女性22例,年龄47～78岁,平均63.9岁。52例患者中糖尿病患者38例,高血压患者33例,高血脂患者32例;抽烟者24例;责任血管为大脑中动脉32例,基底动脉20例;按起病到临床诊断间的时间长短对卒中进行分期,其中37例脑卒中为急性期,10例为亚急性期,5例为慢性期;接受MRI检查与起病的时间间隔平均为21天。所有患者的HR-MRI图像质量好,均可用于诊断与后处理分析。应用HR-MRI分析斑块强化,观察者内及观察者间对斑块强化等级判定的一致性好(Kappa分别为0.89、0.83);52例患者共发现斑块118个(其中40例患者发现多个斑块),责任斑块52个,非责任斑块66个。52个责任斑块中,40个明显强化(图1～3),9个轻度强化,3个无强化;66个非责任斑块中,4个明显强化,24个轻度强化,38个无强化(图3);两组斑块强化等级差异有统计学意义(P<0.01)。与非责任斑块相比,责任斑块强化等级(Z=-7.787,P<0.01)和斑块处血管狭窄率更高[(64.75%±14.32%)vs.(47.54%±14.40%),Z=-5.327,P<0.01,表1]。将斑块强化等级与血管狭窄率纳入二分类Logistic回归,结果表明斑块明显强化是责任斑块的独立影响因素(OR:74.3,95% CI:15.0～367.1,P<0.01)。

A 65-year-old woman with severestenosis in the right middle cerebral artery on 3D-TOF MRA (A,arrow) and infarction in the right peri-ventricular area (B) on DWI.Pre- (C) and post-contrast (D) 3D CUBE T1 weighted images show eccentric culprit plaque (arrow in inset) with strong enhancement in right M1 segment.

图1急性缺血性脑卒中的65岁女性病例
Fig1A65-year-oldwomanwithacuteischemicstroke

A 59-year-old woman with moderate basilar artery stenosis on 3D-TOF MRA (A,arrow) and infarction in the brainstem on DWI (B).Axial 3D CUBE T1-weighted pre-(C) and post-contrast (D) images identify culprit plaque (arrow in inset)in basilar artery with strong enhancement.

图2急性缺血性脑卒中的59岁女性病例
Fig2A59-year-oldwomanwithacuteischemicstroke

A 54-year-old man withlacunar infarct in the left periventricular area was shown on DWI (A),stenosis involving left middle cerebral artery and basilar artery and occlusion of the right middle cerebral artery shown on 3D-TOF MRA (B,arrows).Pre- (C) and post- contrast (D) 3D CUBE T1-weighted images show eccentric culprit plaque with strong enhancement on left M1 segment (arrows in insets).However,in the same patient,axial 3D CUBE T1-weighted pre- (E) and post-contrast (F) images showed non-culprit plaque in basilar artery without enhancement (arrows in inset).

图3 急性缺血性脑卒中的54岁男性病例Fig 3 A 54-year-old man with acute ischemic stroke

讨 论

本研究应用3D HR-MRI显示颅内动脉斑块并分析斑块的强化程度,观察者内及观察者间对斑块强化等级判断的一致性好,表明使用该技术判断斑块强化是可靠的。目前,3D CUBE HR-MRI扫描应用于颅内动脉的研究报道较少,Li等[9]报道3D CUBE T1WI成像可清晰显示颅内动脉管壁,对颅内动脉斑块判断的可重复性好。本研究进一步验证3D CUBE HR-MRI技术判断颅内动脉粥样硬化斑块强化的可重复性好,相对于2D扫描,3D MRI为各向同性或接近于各向同性的扫描,信噪比高,扫描范围大,一次扫描可完整显示颅内动脉主要分支上的斑块,且可沿任意方向重建出感兴趣的血管,避免因血管走形弯曲产生部分容积效应的影响,其显示细小颅内动脉管壁的价值更高。

本研究结果显示责任斑块强化等级明显高于非责任斑块,且大多数责任斑块明显强化,提示斑块强化是缺血性卒中发生的高危因素之一。既往颈动脉斑块研究表明斑块强化提示斑块不稳定,与缺血性卒中相关[1]。颈动脉的组织病理学研究证实斑块炎症反应及新生血管形成是颈动脉斑块强化的病理基础[10-11],斑块炎症反应主要表现为内皮细胞通透性增加、巨噬细胞浸润。浸润的巨噬细胞吞噬脂质发生凋亡,使粥样硬化斑块坏死核心不断扩大。新生血管形成又为炎症细胞进入提供途径,并导致斑块内出血,增加斑块的易损性。目前,颅内动脉斑块强化的确切机制尚不明确,多数研究推测,颅内动脉斑块与颈动脉斑块具有相似的病理学改变[12],尸检结果发现颅内动脉责任斑块炎症反应明显[13],表明颅内动脉斑块的强化提示斑块的易损性增加。Vakil等[14]应用1.5T磁共振报道颅内动脉粥样硬化斑块强化与患者脑缺血事件相关,症状性颅内动脉粥样硬化斑块强化发生率明显高于无症状者。Lou等[15]应用2D HR-MRI研究发现缺血性卒中患者斑块强化程度明显高于无卒中者。Qiao等[6]应用3D HR-MRI 质子加权序列研究22例患者共99个斑块,发现责任斑块的强化程度明显高于非责任斑块。本研究的结果与上述学者的研究结论相似,我们在更大样本的基础之上采用3.0T高场强MRI和最新的3D CUBE大范围扫描技术进一步验证了责任斑块强化是缺血性卒中的危险因素。最新研究应用3D HR-MRI分析斑块强化与缺血性卒中复发的关系发现,斑块强化与卒中的复发明显相关,且斑块强化是卒中复发的独立危险因素[16],进一步说明斑块强化对缺血性卒中风险评估具有重要价值。

本研究显示责任斑块处的血管狭窄率较非责任斑块处更高,且斑块明显强化是责任斑块的独立影响因素。Ryu等[17]的研究收集了症状性颅内动脉粥样硬化且颅内动脉中重度狭窄患者,发现责任斑块强化程度及责任血管的狭窄程度均高于无症状患者,回归分析显示只有责任血管狭窄程度为缺血性卒中的独立影响因素。本研究的结论与上述报道有一定程度的差异,本研究扩大了样本量,且纳入分析了狭窄率≥30%的更多轻中度狭窄的颅内动脉粥样硬化患者,进一步阐明了斑块强化程度、血管狭窄程度与责任斑块的关系。目前,临床上主要依据血管狭窄率来判断颅内动脉粥样硬化引起缺血性卒中的危险程度,然而缺血性卒中同样可发生在管腔狭窄不明显的血管供血区域,故单纯依靠血管管腔狭窄程度评价病变严重程度和卒中发生危险性存在严重的局限性。本研究中有5个责任斑块表现为明显强化但斑块处血管狭窄并不严重,提示斑块强化可作为血管狭窄程度的有效补充,对于轻、中度狭窄的血管,如果出现斑块强化则更有警示作用。

本研究尚存在一定的局限性:第一,为回顾性研究,颅内动脉斑块强化和强化程度预测卒中发生的风险大小和指导临床干预的价值尚有待进一步前瞻性研究;第二,主要分析斑块强化与缺血性卒中的关系,斑块其他特性(如斑块表面纤维帽的完整性、斑块内脂质核大小、斑块内有无出血等易损斑块的特点[18])对于卒中的作用还需进一步多因素分析;第三,中斑块强化与斑块炎症反应关系的假设是借鉴了冠状动脉及颈动脉粥样硬化斑块的病理基础,尚缺乏对颅内动脉斑块的病理证实,因为后者斑块的获取在实际操作中非常困难。

综上所述,3D CUBE HR-MRI这一新技术判断颅内动脉斑块强化的可重复性好,斑块强化可作为判断斑块易损性并引起缺血性卒中的危险因素,提示临床上使用HR-MRI观察斑块强化具有重要意义。

参 考 文 献

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