不同模态影像在颈动脉狭窄诊断及手术评估的应用进展*

苑万众 综述 王 涛 审校

(北京大学第三医院神经外科，北京 100191)

缺血性脑卒中已成为国人死亡的首要原因[1]，颈动脉内膜切除术(carotid endarterectomy，CEA)治疗动脉粥样硬化引起的颈动脉狭窄有效且安全[2,3]，而颈动脉狭窄率的准确诊断是后续外科处理的关键。不同医学影像技术根据其成像原理不同，所提供的影像信息是有限的，即单模态成像。随着医学影像诊断技术的不断提高，针对狭窄率的诊断，临床上一般需要采用多模态成像[4]，即进行多种不同模态成像，亦或一种模态的多次成像，使计算机辅助诊断颈动脉狭窄方面获得更加详细的信息。影像融合(image fusion)是利用计算机技术将不同模态影像学检查所获信息进行系统处理，多元化数据协同应用，同时融合各种检查方法的优势，以达到诊断目的。可供融合的针对颈动脉狭窄的影像学技术有多普勒超声、CT血管成像(CT angiography，CTA)、磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)及数字减影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)。本文就颈动脉狭窄诊断相关的不同模态医学影像学现状与进展进行综述。

1 不同模态神经系统影像技术对CEA的指导作用

1.1 多普勒超声

多普勒超声作为一种便捷、无创、直观且高敏感性的辅助检查，已经成为评估颈动脉狭窄程度的首选筛查方法[5]。2012年Stroke杂志发表了国际公认的描述颈动脉狭窄程度的超声标准[6]：采用北美症状性颈动脉内膜切除试验(North American Symptomatic Carotid Endarterectomy Trail,NASCET)测量标准，中度狭窄定义为颈动脉狭窄率50%～69%，重度狭窄定义为颈动脉狭窄率>70%。

在CEA术前，颈动脉多普勒超声的指导意义重大[6]。欧洲血管外科学会(European Society for Vascular Surgery，ESVS)2017年指南指出[7]：狭窄率<50%的患者，均不为CEA手术最佳适应人群；6个月内发作过短暂性脑缺血发作(transient ischemic attack,TIA)或缺血性脑卒中，且同侧狭窄率50%～69%的患者，建议依据具体情况决定是否实施CEA；狭窄率>70%的无症状患者，以及6个月内有过TIA或缺血性脑卒中，且同侧颈动脉狭窄率70%～99%的患者，是CEA手术的绝对适应证。不仅如此，Attigah等[8]的研究显示，多普勒超声可检测颈动脉狭窄处的交叉血流，其对预测CEA术中颈动脉夹闭期间脑缺血的敏感性为88.9%，特异性为61.1%，在术前无交叉血流的情况下术中发生缺血的风险会高出12倍(OR=12.6，95%CI:3.7～43.3)，这对CEA术前评估术中动脉夹闭期间脑缺血风险及术中是否需要转流有提示作用。

在CEA术中，多普勒超声也有一定指导作用。经颅多普勒超声(transcranial Doppler，TCD)可在术中用于测量大脑中动脉流速(middle cerebral artery flow velocity，MCAFV)和脑微栓子信号(microembolic signal，MES)以检测CEA术中栓塞事件，在CEA术后预测围手术期卒中时具有72.7%(95%CI：61.2%～81.8%)的特异性和56.1%(95%CI：46.8%～65.0%)的敏感性，且MCAFV与MES相比表现出84.1%(95%CI：74.4%～90.6%)的强特异性，可用于预测CEA术后的脑卒中[9]。

颈动脉超声造影的出现，弥补了既往超声对评价斑块内新生血管水平、早期预测不稳定性斑块方面的不足[10]。狭窄斑块内新生血管数目越多，其破裂出血进而导致卒中的风险越高[11]，颈动脉超声造影恰可利用微泡造影剂在微动脉循环中的流动，清晰地呈现粥样硬化斑块及其内部新生血管，并将其量化分级，从而对斑块易损性、手术时机的判断及缺血性卒中等不良脑血管事件做出可靠评估[12]。

超声多普勒在CEA术前手术指征评估、术中脑缺氧事件的预测及监测、斑块性质评估方面均有指导意义。Mozzini等[13]建议，在利用多普勒超声诊断颈动脉狭窄时，应注意结合狭窄血管内收缩期最大流速(peak systolic velocity，PSV)、Gray-Weale回声分类、侧支血流量评估等方面，以及术前超声造影分析斑块性状，术中TCD监测，真正利用多模态成像指导颈动脉狭窄的诊治。

1.2 CTA

近年来，CTA在颈动脉狭窄的诊断方面得到广泛应用。CTA运用容积再现(volume rendering，VR)、多平面曲面重建(multiplanar reconstruction and curved planar reformation，MCPR)、最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)等三维重建技术对狭窄的颈动脉血管进行重建，具备以下优势：①CTA能够均衡显示从主动脉弓到颅内的各段血管，成像受颅骨的影响较小。②CTA横截面图像的高分辨率，加之重建的血管影像，可以使临床医生形象直观地评价颈动脉狭窄情况、狭窄部位与邻近血管的关系及与管腔外的软组织及骨质的关系。③CTA对颈动脉粥样硬化斑块成分显示及颈动脉狭窄程度的评估，与颈动脉多普勒超声和DSA均有较好的一致性[14]，尤其是在显示富含纤维组织斑块和富脂斑块方面有一定优势[15]。④可以通过双能计算机断层扫描(dual-energy computed tomography，DECT)技术，将颅外颈动脉狭窄的钙化影去除，以降低来自钙化斑块的晕染可能导致对狭窄等级的高估[16]。

总之，CTA在评价颈动脉狭窄方面所提供的信息准确且全面[17]，不仅可清晰地显示狭窄病变范围及其于邻近血管关系，还可了解斑块的形态，使临床医师在观察狭窄血管的全貌的同时，了解动脉粥样硬化斑块，从而客观评价血管的狭窄或闭塞情况，以及相应脑血管事件发生的危险性。且CTA检查无创，很少引起脑血管痉挛。根据2017年EVSV指南[7]，对于颈动脉狭窄，建议使用CTA评估颅内颈动脉狭窄的程度和严重程度，并且为Ⅰa类推荐，对有创造影仅为Ⅲa类推荐。

但CTA亦有不足。Anderson等[18]对40例颈动脉狭窄(80条颈动脉)的CTA检测和定量与DSA进行比较，观察到CTA无法可靠区分中度和重度狭窄，相应的敏感度水平低至0.65和0.73。对此我们认为颈内动脉邻近颅底骨质及自身走行曲折是导致上述现象的主要原因，且CTA不能动态观察颈动脉重度狭窄或闭塞之后侧支循环建立的情况以及周围动脉代偿的情况，CTA也不能提供狭窄血管的血流动力学情况。针对此问题，我们认为，在CTA检查同期追加颈动脉高分辨磁共振及多普勒超声，可弥补上述不足。

1.3 MRI

从20世纪90年代开始，无创性MRI技术为诊断颈动脉狭窄提供了重要的非侵入性检查手段，其诊断的安全性、特异性、敏感性和准确性均达到临床要求，且CEA术前用颈动脉MRI来评估斑块，可使脑缺血并发症的发生率大大降低[19]。一般临床上使用磁共振血管成像(magnetic resonance angiography，MRA)及高分辨磁共振(high-resolution magnetic resonance imaging，Hr-MRI)评估颈动脉狭窄。

在CEA术前，Hr-MRI更适于对颈动脉粥样硬化斑块本身进行分析，可以可靠地评估粥样硬化斑块内的出血情况及斑块纤维帽异常，从而评判斑块的稳定性。多个研究显示[20～23]，对于颅外颈动脉粥样硬化斑块，颈动脉Hr-MRI对于粥样硬化斑块的形态学，组分(脂质核心、钙化、出血、基质)，纤维帽(厚型、薄型、破裂型)等方面的诊断均有较高的敏感性(85%,56/66)和特异性(92%，22/24)；且借助动态增强扫描可以较为可靠地了解粥样硬化斑块中新生滋养血管的数量和狭窄血管的通透性，从而间接评价动脉粥样病变的炎性反应程度。Trelles等[24]的研究通过受试者工作特征曲线(receiver operator characteristic curve, ROC曲线)显示，软斑块成分厚度阈值为4.4 mm时，检测复杂斑块(斑块内出血、斑块内血栓或血栓纤维帽破裂)的灵敏度(65%)和特异度(94%)达到最佳，且术后并发症发生率随着软斑块厚度的增加而增加，所以临床医师可以通过了解斑块内成分、测量斑块厚度，对脑血管事件的发生进行简单评估。不仅如此，MRI在鉴别不同病因如原发性或继发性中枢神经系统血管炎、颅内血管先天性发育不良、夹层动脉瘤所导致的颈动脉狭窄方面具有重要的意义[25,26]，通常认为动脉粥样硬化性狭窄多表现为管壁偏心性增厚，增强扫描可见不均匀强化。因此，颈动脉Hr-MRI是动态观察颈动脉斑块形态学及稳定性变化的最佳检查手段。但是对于颅内动脉粥样硬化斑块组分的研究尚处于探索中，斑块的不同信号强度与临床缺血性卒中事件的发生是否有相关性尚需进一步探讨。

MRA也常用于CEA围术期评估，图像立体感强，瞬时清晰度良好，使颈动脉狭窄处的成像更为清晰，但非强化的MRA特异性较差。其他磁共振技术对于CEA手术的指导方面也有重要意义。Tsutsui等[27]观察到磁共振波谱成像(magnetic resonance spectroscopy，MRS)的脑温成像技术，增加了在有症状单侧颈动脉狭窄患者的CEA术中颈内动脉夹闭期间预测脑半球缺血的准确性，对CEA术中血流重建效果有很强的提示性。7T MR定量磁敏度图谱(7T MR quantitative susceptibility mapping)所产生的术前氧气提取分数成像能够较为准确识别CEA术后脑灌注过高者[28]，这对于CEA围术期高灌注的调控有很大的指导意义。

总之，MRI对术前颈动脉狭窄的鉴别诊断、狭窄斑块性质有指导意义，但亦不能提供狭窄处血流动力学信息。所以，对于无创性检查手段，我们不建议以单一方法作为术前影像标准(容易造成手术适应证扩大)，应综合考量不同模态成像的信息。无论何种检查方法，特别强调不应只进行颈动脉检查，其他脑供血动脉和颅内血管也必须检查并予以评价。

1.4 DSA

DSA是通过电子计算机进行辅助成像的血管造影方法，不仅能准确提供脑血管病变的确切部位，而且能清楚了解病变范围及严重程度。虽然CTA及MRA等无创检查已得到充分肯定，但很长时间以来DSA仍是诊断颈动脉狭窄的“金标准”。

在CEA术前，DSA可以清楚地显示颅内外动脉管腔狭窄、颅内外脑血流的代偿、侧支循环建立等情况。不仅如此，Lownie等[29]对102例CEA术前行DSA检查所获得的解剖学特征进行研究，并用其预测的颈动脉残端压力(用作侧支血流的替代指标)与CEA术中临时颈内动脉夹闭期间的颈动脉残端压力比较，两者具有相关性(P<0.0001，r2=0.34)，这对在CEA术前评估术中动脉夹闭期间颅内侧支循环情况具有指导作用。

在CEA术中，DSA亦可在血管缝合过程中使用，可以有效检出血运重建后出现颈动脉内膜膜瓣清除不净、残留斑块、血管内血栓形成、残余管腔狭窄及缝合原因导致的血管扭转等血管异常。Wieker等[30]在827例CEA术中完善血管造影，由于出现上述血管异常而进行手术翻修率为6.9%(57/827)，这些血管异常可导致脑栓塞，有严重致残甚至致命风险。

但DSA也存在一定的局限性：①DSA属于有创性检查，通常较少用于单独诊断，不能作为CEA术前首选检查。造影剂注射使检查后并发症较多，除了可产生低血压、皮疹、胸闷外，还可能导致神经血管副反应及肾功能损伤。对于严重并发症，Connors等[31]总结多项试验，认为DSA检查有0.3%～5.7%的致残率和<0.1%的病死率。②DSA对于斑块的显示及其性状的提示作用十分有限。③DSA操作复杂，需要高水平操作人员；患者依从性较差；与多普勒超声、CTA及MR相比，DSA检查费用昂贵。

尽管DSA仍是诊断颈动脉狭窄的“金标准”，但随着CTA、MRI等成像技术的提高，我们建议首先考虑无创检查提供初步诊断资料，必要时再行DSA检查。

2 多模态影像融合技术在颈动脉狭窄诊断中的应用

影像融合技术目前在颈动脉狭窄的诊疗过程中应用较少。目前，SPM、DtiStudio、iPlan等医学计算机软件均能通过影像边缘的特征来实现影像融合，但影像边缘的处理精度不够。周涛等[32]建议使用不可分离的小波变换进行多模态医学影像融合，使融合后的信息更有可借鉴性，但目前尚无统一的医学影像融合技术准则，相同的影像资料在融合时亦存在争议。

多模态影像融合技术在颈动脉狭窄诊断及对CEA手术指导方面的研究、应用仍然较少。方慧等[33]将Hr-MRI、MRA及磁共振弥散成像(diffusion weighted imaging,DWI)的多模态MRI成像技术，与三维血流定量测量(three dimensional quantitative flow measurement,3D QFlow measurement)相结合，可显示颈动脉狭窄所致的颈内动脉血流量减低及供血脑区的低灌注损伤，QFlow技术亦能较准确评价颈内动脉血流动力学变化；Vesey等[34]的综述认为，通过将Hr-MR成像的多功能性和对斑块的优越成像能力，以及PET-CT对血管成像的灵敏度和生物分子灵活性相融合，可为临床医师提供更加详细的颈动脉粥样硬化斑块的多参数信息。这些研究间接通过上述融合技术获得的颈动脉狭窄血流动力学指标、斑块参数及脑灌注情况等信息，为颈动脉狭窄的诊疗提供帮助。

3 小结

理想的颈动脉狭窄的术前诊断方法应具有无创、易行、高敏感性及特异性且价格合理等特点，且对CEA手术具备一定的指导作用。目前还没有一种检查能够可靠且全面地做到，但不同模态成像有不同的优点和作用。因此，我们建议，CEA术前需要根据术者技术及医院条件，对颈动脉狭窄患者常规实施颈动脉多普勒超声、CTA及MRI成像，必要时行DSA，通过不同模态成像的术前综合评估，以在颈动脉狭窄的术前诊断、狭窄部位详情(狭窄率及血流动力学指标)、斑块性质评估、CEA术中指导方面提供有价值的参考。

目前，多模态影像融合技术在CEA的应用较少，在继续探寻更全面的方法的同时，现有的技术应做到：①筛选具备CEA手术指征的病例。根据国内外指南[7,35]，在有症状患者预期围术期卒中发生率和病死率<6%、无症状患者预期围术期卒中发生率和病死率<3%、患者预期寿命>5年的前提下，多普勒超声、CTA、MRI等无创检查显示狭窄率≥70%或DSA显示狭窄率>50%的有症状性颈动脉狭窄为CEA手术绝对适应人群；无创检查显示狭窄率50%～69%的有症状性颈动脉狭窄患者，以及无创检查狭窄率≥70%且DSA显示狭窄率≥60%、无创检查狭窄度<70%但血管造影或其他检查提示狭窄病变处于不稳定状态的无症状性颈动脉狭窄为CEA手术的相对适应证。通常通过无创检查提供诊断信息，必要时再行DSA。②联合应用不同模态成像解剖结构影像资料。③根据不同模态影像资料进行全面细致的术前评估。④安排规范且个体化的CEA手术方案。