高分辨磁共振成像技术在颅内动脉狭窄性疾病中的应用

陈夫涛，高佩虹，贾春雪，李晓东

(1.山东第一医科大学 山东省医学科学院研究生处，山东 泰安 271000； 2.济宁市第一人民医院放射科，山东 济宁 272000； 3.临沂市人民医院放射科，山东 临沂 276000)

随着人们生活水平的提高和生活方式的改变，脑卒中成为我国居民死亡的首位原因，其中缺血性脑卒中占80%以上，严重威胁着人类健康[1]。颅内动脉狭窄性疾病(intracranial arterial stenosis disease,ICAD)是引起亚洲人群缺血性脑卒中最常见的原因[2]，ICAD主要包括动脉粥样硬化性疾病、烟雾病、中枢神经系统血管炎、颅内动脉夹层(intracranial arterial dissection，IAD)、可逆性脑血管收缩综合征(reversible cerebral vasoconstriction syndrome,RCVS)等[3]。不同原因引起的颅内动脉狭窄的预防和治疗措施不同，因此，早期确定颅内动脉狭窄的病因，准确判断病变狭窄处管壁、管腔的特征，对选择正确的预防措施和合理的治疗方案具有重要意义。传统影像学检查方式(CT血管造影、磁共振血管造影、数字减影血管造影等)对颅内血管疾病的定位、检出有一定的作用，但无法直接显示管腔和管壁的特征。高分辨磁共振成像(high-resolution magnetic resonance imaging,HR-MRI)能无创反映管腔狭窄情况、管壁结构，并识别斑块成分，且通过血管壁成像研究可提高对血管性病变的认识[4]。现对HR-MRI技术及其在ICAD中的应用进行综述。

1 HR-MRI技术

1.1成像原理 HR-MRI是利用磁共振原理抑制血管内流动血液信号获取血管壁等静态组织图像的一种成像方法，常用的成像技术包括“亮血技术”和“黑血技术”。“亮血技术”即三维时间飞跃法磁共振血管成像(3D time of flight magnetic resonance angiography,3D-TOF MRA),3D-TOF MRA的图像采集是用重复时间较短的快速扰相位梯度回波T1加权成像(T1-weighted imaging，T1WI)序列，反复激发扫描层面内的静止组织而使其处于饱和状态，而使静止的背景组织受到抑制，未受射频脉冲激励的流动血液处于非饱和状态，非饱和的流动血液流入饱和的静止组织背景时呈相对高信号[5]。3D-TOF MRA具有空间分辨率高、扫描时间短、对中快速血流敏感等优点，已应用于冠状动脉、颈动脉血管成像以区分斑块的不同成分。因颅内动脉位置较深、管径较小，“亮血技术”常过高评价颅内血管的狭窄程度，因而一般仅用于颅内病变狭窄处的定位[6]。

“黑血技术”是采用双反转恢复序列、饱和脉冲等方法进行图像采集，使静止的血管壁和斑块呈高信号，而流入到层面无横向矢量的质子呈低信号，从而更好地显示管壁和斑块的微观结构。该成像方法对血流的抑制效果更好，近年来被国内外学者应用于颅内动脉狭窄性病变的研究。

1.2扫描技术 HR-MRI技术包括二维成像技术和三维成像技术，其中二维成像技术主要包括空间预饱和技术和双重翻转恢复技术，三维成像技术主要包括多角度自旋回波序列、T2选择性血流抑制技术、运动敏感驱动平衡技术、延迟进动定制激发、同步非对比剂血管成像、斑块内出血成像及三维磁化准备快速梯度回波序列。二维成像技术的优点在于图像分辨率高，但空间分辨率低、扫描范围小。相对于二维成像技术，三维成像技术具有多平面全脑血管成像，扫描时间相对较短等优势[7]。目前，三维成像序列在HR-MRI的研究中应用较广泛。

1.3扫描方式及扫描序列 因颅内血管细小，走行迂曲，HR-MRI要求分辨率<1 mm，在高场强下行垂直于血管主干轴位的二维扫描或三维重建血管轴位图像，可直观显示管壁重构、斑块位置及分布，有利于分析管腔、管壁的特征及斑块成分。颅内血管壁成像序列通常包括3D-TOF MRA、T1WI、T2WI、质子加权成像、T1WI增强序列及磁敏感加权成像。不同序列具有不同的优势：3D-TOF MRA成像速度快，一般用于颅内血管狭窄处定位；T1WI和T2WI序列通常能较好地显示血管壁的基本特征，如斑块形态和信号强度；质子加权成像能更清晰地显示斑块和管壁的边界，一般用于定量测量；T1WI增强序列是注射钆对比剂后扫描获得，可较好地显示斑块增强，管壁增强可作为斑块活动性的标志[8]；磁敏感加权成像序列一般用于检测斑块内出血(intraplaque hemorrhage,IPH)。

2 HR-MRI在ICAD中的应用

2.1动脉粥样硬化性疾病 颅内动脉粥样硬化性疾病是引起全球缺血性脑卒中发生的主要原因，分别占亚洲和欧美缺血性脑血管事件的30%～50%和10%[9]。近年来虽然在颅内动脉粥样硬化引起的脑血管事件的诊断和治疗方面取得了重大进展，但对于早期、准确诊断颅内动脉粥样硬化还存在一些难度。脂质、纤维组织、IPH和钙化是动脉粥样硬化斑块的主要成分。在颅外动脉中，HR-MRI根据斑块成分和比例可以将易损斑块和稳定斑块区分开来[10]，但由于颅内动脉位置深、管径细小以及磁共振分辨率的限制，HR-MRI准确描述颅内动脉斑块的成分仍有一定的难度[11]。当前，大多根据颅外动脉病变HR-MRI的特点预测颅内动脉病变HR-MRI的特点。颅内动脉管壁、管腔的HR-MRI表现有助于描述颅内动脉粥样硬化性疾病的特征，并且HR-MRI与数字减影血管造影在评估颅内动脉狭窄程度和最小管腔直径方面具有较好的一致性[12]。

2.1.1动脉重构模式 又称Glagov现象，于1987年首次描述，该现象是动脉对血管内斑块生长做出的代偿性反应，分为正性重构(positive remodeling,PR)和负性重构(negative remodeling,NR)[13]。PR是血管代偿性向外扩张而有利于避免管腔狭窄，但这使得斑块更易脱落；NR是血管代偿性向内收缩，从而进一步增加了管腔的狭窄程度。冠状动脉和颅外动脉普遍存在动脉重构现象，Klein等[14]的研究证实，颅内动脉与冠状动脉存在相似的重构现象。

颅内动脉不同的重构方式引起的缺血性脑血管事件的发生风险也不同。Chung等[15]研究发现，PR多发生在有症状的粥样硬化斑块中，而无症状的粥样硬化斑块多引起NR。不同的重构模式，斑块的易损性也不同。Shi等[16]研究认为，PR可能易导致大脑中动脉斑块的脱落，斑块内存在更多的微栓子信号，这可能是斑块的不稳定因素之一。对于有症状的大脑中动脉狭窄患者，颅内经皮腔内血管成形术和支架植入术是重要的治疗方式，在选择球囊和支架大小时应考虑动脉重构模式[17]。了解重塑模式有助于对患者进行危险分层并指导脑卒中的预防和治疗，在临床实践中，PR的病变需要更积极的药物治疗[18]。

2.1.2斑块的形态、位置及分布 大部分动脉粥样硬化病变显示管壁偏心性增厚并斑块形成，少部分病变表现为类似于血管炎的管壁环形增厚。偏心性管壁增厚是指小于360°的血管壁受累或管壁最厚部分是最薄部分的2倍[19]。应用HR-MRI可计算偏心指数，一般选择管腔最狭窄层面，偏心指数=(管壁最大厚度-管壁最小厚度)/管壁最大厚度，偏心指数≥0.5的斑块定义为偏心斑块。

HR-MRI可用于确定颅内动脉粥样硬化斑块的形态、位置及斑块与分支或穿支动脉的关系。有研究显示，冠状动脉斑块多位于穿支开口的对面，颅内动脉斑块分布与其类似[3]。Xu等[20]对92例大脑中动脉狭窄患者的研究表明，腹侧、下壁斑块较上壁、背侧多,这可能是由于大脑中动脉穿支多源于血管的上壁和背侧壁。对于症状性大脑中动脉狭窄，斑块多位于上壁。Lu等[21]研究发现，对于低级别大脑中动脉狭窄患者，责任斑块(卒中同侧的斑块)多位于上壁。Huang等[22]对38例存在症状的急性脑卒中患者的研究发现，斑块更常见于腹侧和左侧壁。斑块分布和位置可能与血管的分支或穿支闭塞有关。未来需要进行前瞻性研究进一步评估斑块位置对缺血性脑卒中事件的影响。

2.1.3斑块的成分及信号特点 动脉粥样硬化斑块由细胞、结缔组织细胞外基质以及细胞内、外脂质沉积物组成，这三种成分的比例在不同动脉粥样硬化斑块中有所不同，其通过影响斑块的稳定性而导致一系列病变[23]。由于在活体中很难获得颅内动脉的病理标本，因此颅内动脉斑块HR-MRI的特征与病理的相关性无法被准确评估。研究颈动脉、冠状动脉等颅外大动脉时，从动脉内膜切除术后收集的动脉标本为直接验证HR-MRI识别斑块成分的能力提供了一种有效的方法，标本中的纤维帽、富含脂质的坏死核心和IPH的病理结果已经证明了HR-MRI识别斑块的准确性较高[24]。目前,大部分关于颅内动脉粥样硬化性斑块特点的HR-MRI研究是基于颈内动脉斑块的信号特点推断的。

准确识别斑块内成分有利于临床脑卒中风险的分级和个体化防治方案的选择。尸检结果表明，颅内动脉中的易损斑块多表现为较大的脂质核心、薄或不连续的纤维帽、IPH及新生血管形成等[25]。脂质核心是单核细胞黏附到血管内皮上，在中青年时期迁移到内皮下，随着年龄的增长转化为纤维斑块而形成，主要由泡沫细胞、转化后的平滑肌细胞、结缔组织下细胞碎片、细胞外游离基质以及胆固醇晶体组成[26]。在HR-MRI上观察到的颅内动脉粥样硬化斑块的特征与病理学对照的研究中发现，脂质核心在T1WI上为等信号，在T2WI上为等或低信号[27]。在动脉粥样硬化晚期常可检测到IPH,IPH与斑块生长过程中斑块内新生血管或滋养血管等微血管的破裂相关[28]。对颅外动脉的研究发现，IPH与临床症状发作密切相关，IPH是预测缺血性卒中发生的一项可靠指标[27]。对颈动脉粥样硬化斑块的研究发现，19%～97%引起症状的病变可发生IPH，7%～91%的无症状病变会发生IPH[29]。Cui等[30]采用HR-MRI对颈内动脉斑块进行研究，新鲜IPH的体积与小纤维帽是否破裂有关，伴有小纤维帽破裂的新鲜IPH的体积较不伴小纤维帽破裂大。颅内动脉粥样硬化斑块IPH的发生率较低，Derksen等[31]研究发现，205例颅内动脉粥样硬化斑块中仅有1例发生IPH。在颈动脉HR-MRI中，定义T1WI上高信号等于或高于相邻肌肉组织信号的150%为IPH。Xu等[32]利用HR-MRI对109例近期发生症状的大脑中动脉狭窄患者进行研究发现，有症状者IPH的发生率明显高于无症状者[19.6%(9/46)比3.2%(2/63)]。易损斑块严重影响急性缺血性脑卒中患者的预后，Shu等[33]对338例急性缺血性卒中患者颅内动脉斑块的研究发现，易损斑块是影响患者临床预后的独立因素。除斑块脂质核心和IPH外，炎症细胞浸润、薄的纤维帽也是引起斑块易损的主要原因，尽管目前证据显示颅内动脉粥样硬化斑块具有相对良性的组织病理学特征(罕见的新生血管、炎症、溃疡和破裂等)，但仍需进一步行前瞻性研究以阐明颅内动脉粥样硬化病变的病理学特征。

因颅内动脉管径细小且具有与颅外动脉不同的血管壁结构，经验性的根据颈内动脉HR-MRI信号特点直接推断颅内动脉斑块的信号特点具有一定风险。尽管近年来临床研究报道了一些HR-MRI定义的斑块成分，但由于缺乏有效的组织病理学证据，颅内动脉粥样硬化斑块信号特点的解释、验证仍然是研究的难题。

2.1.4斑块的强化 动脉粥样硬化斑块多表现为偏心性和强化的特征，对比增强被认为与新生血管形成和内皮渗透性增加或动脉粥样硬化斑块中滋养血管破裂有关[11,32]。斑块增强与近期缺血性脑卒中密切相关，但斑块增强与缺血性卒中的关系受多种因素影响。Wang等[34]采用3.0 T HR-MRI对57例基底动脉中重度狭窄患者进行研究，结果发现，有症状的患者基底动脉斑块较无症状者更常见；多变量回归分析发现，斑块增强和吸烟是基底动脉中重度狭窄患者后循环缺血性事件的独立危险因素。Huang等[35]采用HR-MRI对141例颅内动脉粥样硬化患者的研究发现，斑块增强与近期缺血事件密切相关，表明斑块增强可作为斑块不稳定的指标。

2.2非动脉粥样硬化性疾病 HR-MRI作为传统头颈部血管成像的补充和优化，具有较高的空间分辨率以显示微小的颅内动脉病变，并且HR-MRI在定性、定量测量颅内动脉病变中的可行性已在多项临床研究中证实。HR-MRI描述颅内血管病变的能力可用于区分动脉粥样硬化以外的各种血管病变，如动脉夹层、烟雾病、血管炎以及RCVS等[36]。

2.2.1烟雾病 烟雾病是Takeuchi在1957年提出的，是一种慢性进行性闭塞性脑血管病，发病机制不明，临床上较为少见，特征性病变为双侧颈内动脉末端和(或)大脑前动脉及中动脉起始端管腔严重狭窄甚至闭塞，并继发颅底部和(或)软脑膜异常血管网形成[37]。由于烟雾病与动脉粥样硬化的临床表现相近，且有时两种疾病可伴发，给临床区分烟雾病和动脉粥样硬化性疾病带来困难，尤其是在发病率较高的亚洲人群中。HR-MRI的出现为临床鉴别这两种疾病提供了帮助。Yuan等[38]研究发现，与动脉粥样硬化性疾病的管壁特征相比，烟雾病具有管壁偏心性增厚不明显、管壁外径较小及强化程度较轻等HR-MRI特征。Muraoka等[39]采用HR-MRI对24例烟雾病的患者进行研究发现，病变血管壁呈明显强化，并与颅内动脉狭窄进展相关。Ryoo等[40]使用HR-MRI对烟雾病和ICAD患者进行研究发现，烟雾病患者无论有无症状，受累血管均表现为同心性强化，而ICAD患者表现为局部偏心性强化。烟雾病一般采用外科血管重建术治疗，而颅内动脉粥样硬化多采用积极的内科治疗。因此，准确诊断烟雾病临床意义重大。

2.2.2中枢神经系统血管炎 中枢神经系统血管炎是一组可累及颅内任何血管，并导致管腔狭窄、闭塞的血管壁炎性病变，病理上以炎症和坏死为主要特点，发病机制尚不清楚[41],按病因学可分为原发性中枢神经系统血管炎和继发性中枢神经系统血管炎，病理学上分为肉芽肿性、淋巴细胞性和坏死性血管炎[42]。因患者的临床表现缺乏特异性，病情的轻重和进展情况各异，临床及传统影像学检查无特异性。HR-MRI对于诊断累及颅内大、中血管的中枢神经系统血管炎具有重要价值。Siemonsen等[43]对巨细胞性动脉炎的研究发现，受累动脉管壁多表现为弥漫性增厚，增强扫描呈明显环形强化。Schuster等[44]采用HR-MRI对14例经活检证实的原发性中枢神经系统血管炎患者进行研究发现，在病变进展过程中仅有3例出现受累管壁的明显强化，这可能与炎症累及较多颅内小血管有关，血管壁成像能力有限，无法显示受累血管的强化特征。HR-MRI对继发性血管炎亦有重要的诊断价值，Li等[45]通过HR-MRI技术诊断1例因血管内血栓切除术而引起基底动脉继发性神经系统血管炎的患者，其基底动脉管壁表现为环形增强。

2.2.3IAD IAD是指各种原因导致大脑动脉内膜撕裂，致使血液经破口进入血管壁而形成的壁内血肿，进而引起血管腔狭窄、闭塞或瘤样扩张的一种疾病[46]。IAD发病率虽较颅外动脉夹层低，但因其病情重、预后差，准确诊断对治疗意义重大。IAD多发生在椎动脉和基底动脉，是导致中青年缺血性脑卒中发生、发展及自发性蛛网膜下腔出血的常见原因之一，尤其是在亚洲人群中。IAD可能与动脉瘤的形成有关，临床早期治疗可避免潜在的严重并发症，因此早期确诊至关重要。IAD的特征性影像学表现包括壁内血肿、内膜片和双腔，虽然数字减影血管造影仍是诊断IAD的金标准，但只有少数病例(约30%)可见内膜片或双腔等可靠征象[47]。HR-MRI有助于IAD的诊断。Takano等[48]采用HR-MRI技术对16例IAD患者进行研究发现，14例患者的颅内动脉中存在壁内血肿。Arai等[49]研究发现，80%的椎-基底动脉夹层在增强T1WI序列上表现为夹层部位血管壁、夹层部分远端或近端血管壁偏心性增强。Song等[50]报道了1例通过HR-MRI诊断的大脑中动脉M2段动脉夹层，具有典型的内膜瓣和壁内血肿表现，表明HR-MRI是一种诊断大脑中动脉夹层有效的非侵入检查技术。Yun等[51]通过HR-MRI技术对IAD患者进行研究发现，与不伴急性卒中的动脉夹层患者相比，伴有急性缺血性卒中的动脉夹层患者表现出更常见的壁内血肿和更明显的管壁强化。

2.2.4RCVS 又称Call-Fleming综合征，最早于1988年由Call等[52]提出，主要临床特点是剧烈、突发雷击样疼痛，伴或不伴有局灶性神经功能缺损或癫痫发作的一组临床综合征。RCVS和中枢神经系统血管炎具有重叠的临床和影像学表现，鉴于这两种疾病的临床进程和治疗方式不同，两者的鉴别诊断至关重要。de Boysson等[53]研究发现，HR-MRI的T2WI高信号区分RCVS和血管炎的灵敏度和特异度分别为79%和100%，RCVS一般表现为环形壁增厚，管壁轻微强化，随访检查增厚管壁可恢复正常。

3 问题与展望

目前关于HR-MRI的利用和推广还存在一些问题：①因扫描技术的限制，HR-MRI检查需要消耗大量的时间，且成像质量易受患者运动伪影的影响，可通过改进磁共振技术和运动校正算法解决这一问题；②因颅内血管剥离技术的限制，直接获取颅内动脉的病理标本几乎无法实现，所有ICAD的管壁、管腔信号特点均是根据颈外动脉HR-MRI的结果推测，因此需要大量合理的动物实验来验证HR-MRI技术的可靠性。

HR-MRI作为传统影像检查技术的补充，可同时显示颅内动脉管壁和管腔特征，可用于评估各种ICAD的形态学特征，对确定狭窄的病因、明确卒中机制和指导临床治疗具有重要意义。未来，需要进一步的前瞻性研究评估HR-MRI对各种ICAD的诊断价值。