高分辨率磁共振血管壁成像在颅内动脉粥样硬化性疾病中的应用

张 梁，周志斌

武汉科技大学附属天佑医院神经内科，湖北 武汉 430064

尽管现代医学技术在诊断和治疗方面取得不错的进步，但以动脉粥样硬化为基础的脑血管疾病仍然是全球患者死亡或致残的主要原因。早期发现动脉粥样硬化，尤其是识别易损斑块，对预防急性缺血性脑血管事件起着至关重要的作用。近年来，随着临床诊断需求的不断提高以及影像技术的飞速发展，分子影像学应运而生。分子影像学是一门新兴的交叉学科，其通过构建具有高度灵敏度及特异度的靶向分子探针，在非侵入性的高分辨率影像扫描下研究活体细胞和分子的生理及病理物学过程，以实现对疾病的早期诊断、靶向性治疗及动态监测。3.0 T高分辨率磁共振血管壁成像（HR-VWI）因其场强较1.5 T磁共振更大，具有更高的信噪比，呈现出的图像更加清晰，分辨率更高，可以显示普通磁共振无法显示的微小病变。另外，其采用的快速自旋回波T2序列抑制流动质子的横向磁化信号使呈现的图像不显示血流信号而可以清晰显示血管内膜、纤维帽、脂质核心及其邻近组织信号，以达到不同信号区分血流与血管壁的目的，有助于颅内动脉粥样硬化（ICAS）、血管痉挛、夹层、解剖异常和血管炎的鉴别诊断，是迈向分子影像的技术成果之一，具有广泛的应用前景。2017年美国神经病学学会推荐将HR-VWI用于临床实践以区分颅内动脉狭窄的原因以及识别症状性非狭窄性颅内动脉疾病[1]。

1 动脉粥样硬化的病理机制研究

动脉粥样硬化形成的病理机制十分复杂，目前尚未完全阐明。据现有的研究表明，在动脉粥样硬化的早期，低密度脂蛋白胆固醇及其氧化产物、同型半胱氨酸、高血压、血管分叉部位的血流动力学紊乱等众多因素[2]可以损害内皮细胞（EC）引起内皮功能障碍及血管通透性增加。受损的EC表达多种生长因子及黏附分子促进白细胞动脉浸润，血小板激活以及平滑肌细胞的增殖[3]。平滑肌细胞受到招募后向内膜下迁移并增殖分泌细胞外基质形成纤维帽。单核/巨噬细胞在黏附分子的引导下进入内膜下吞噬沉积的脂质形成泡沫细胞，其吞噬脂质后暴露的抗原引起树突状细胞（DC）抗原呈递并激活细胞因子信号传导过程促进局部炎症反应形成坏死核心。随着脂质累积及炎症进展，斑块内坏死核心不断增大，纤维帽被巨噬细胞分泌的基质金属蛋白酶不断降解，斑块不稳定性逐渐增加并最终破溃发生急性缺血事件。如果斑块内脂质得以清除，炎症得以控制，则纤维帽厚度增厚，坏死核心缩小形成稳定斑块[4-5]。因此，早期发现动脉粥样硬化，尤其是识别易损斑块并加以干预，对延缓动脉粥样硬化进展，预防急性心脑血管事件具有重要意义。

2 高分辨率磁共振血管壁成像在颅内动脉粥样硬化性疾病（ICAD）中的临床应用

2.1 对ICAD的评估

动脉粥样硬化是最常见的颅内动脉病变，一项纳入2864例急性脑缺血中国患者的前瞻性多中心研究显示ICAS在急性脑缺血患者中的患病率为46.6%[6]。对于ICAS患者，HR-VWI可以在体内显示颅内血管壁病变情况。依据成像，增强的不均匀偏心性管壁增厚代表动脉粥样硬化斑块，斑块中的纤维帽通常靠近管腔，在磁共振T2加权像（T2WI）上表现为高信号，增强扫描可见强化。脂质核心在T2WI上为低信号，增强扫描无强化。部分有滋养动脉的斑块可表现出分层强化现象。目前已有研究证实临床使用高分辨率磁共振血管壁成像识别ICAS斑块具有相当高的敏感性及准确率[7-8]。HR-VWI在对动脉粥样硬化的评估上具有以下几点优势：（1）评价血管重塑：血管动脉粥样硬化病变部位发生的重塑可分为管壁向外扩张、管腔正常或减小的正性重塑，以及管壁不向外扩张、管腔减小的负性重塑，其中以正性重塑较为多见。HR-VWI可直接显示血管壁结构，评价血管重构类型，并且在大脑中动脉粥样硬化患者中，正性重构患者比负性重构患者具有更高的斑块破裂及卒中风险[9]。（2）判断狭窄程度：HR-VWI图像质量优于传统MRI，能清晰显示血管壁结构，利于精确评价斑块狭窄程度。有研究回顾性分析了高分辨率HR-VWI、CT血管造影（CTA）、数字减影血管造影（DSA）等3种成像模式在测量大脑中动脉（MCA）狭窄程度的准确性，发现高分辨率HR-VWI测量结果的相关性优于DSA及CTA[10]。（3）判断斑块成分：斑块稳定性与众多因素有关，包括纤维帽厚度、脂质核心大小、有无斑块内炎症、出血等。HR-VWI可清晰显示纤维帽厚度、脂质核心大小[11]。在HR-VWI增强扫描下，斑块内炎症、出血均可显示强化信号，这些强化信号通常表示斑块不稳定性增加，并且是与症状相关的最强独立标志物[12-13]，缺乏斑块内强化信号或者随访过程中斑块内强化信号逐渐减弱通常表示其并非致病原因[14]。有研究[15]报道了1例反复大脑中动脉梗塞患者的临床案例：前3次病程中，患者MRA示左侧大脑中动脉M1～M2段连接处完全闭塞，左颈内动脉斑块形成，行静脉内重组组织纤溶酶原激活剂溶栓治疗后，行CTA复查示左侧MCA完全再通，患者临床症状完全康复。最后一次病程中，患者溶栓治疗康复后行HR-VWI检查发现患者左颈内动脉斑块成分复杂且脆弱并伴有斑块内出血。行颈动脉内膜切除术后将斑块进行病检，结果与HR-VWI检查结果一致，随访1年内患者未再发生类似症状。（4）判断狭窄病因：传统影像学只能显示狭窄及狭窄程度，无法明确狭窄病因，因此无法为临床诊疗决策提供有效帮助。但HR-VWI可以清晰显示血管壁结构，血管痉挛表现为均匀一致的管壁增厚管腔缩小，增强扫描管壁无强化信号；血管炎性病变表现为管壁增厚管腔缩小，增强扫描管壁可见同心性强化信号；烟雾病病变血管仅表现为管腔缩小，无管壁增厚，增强扫描管壁有或无强化信号；而动脉粥样硬化斑块所致狭窄则表现为管壁增厚伴有偏心性强化信号[16]。（5）观察狭窄的形态学特征：有研究对46例有症状的基底动脉狭窄患者使用3D高分辨率磁共振成像扫描[17]，依据图像结果使用重塑指数≥1.05定义为阳性重塑（PR），重塑指数≤0.95作为负重塑，研究发现PR组的血管面积、壁面积、斑块大小和斑块负荷百分比显着高于非PR组（P＜0.001）。另外，所有患者大多数斑块（90.9%）位于背壁，左壁和右壁并且大多数斑块（68.2%）是偏心分布的。依据这些形态学特征可以评估斑块负荷及斑块分布，为介入治疗提供有价值的影像信息。

2.2 在颅内动脉夹层及动脉瘤中的应用价值

动脉粥样硬化及高血压是动脉夹层及动脉瘤形成的重要危险因素。HR-VWI能清晰显示血管壁结构，在动脉夹层和动脉瘤的诊断及鉴别诊断中具有重要价值。动脉夹层在HR-VWI图像上可见到明显血管壁分层以及强化信号的壁内血肿[18]。Zhang等[19]的研究依据HR-VWI结合DSA将39例椎基底动脉夹层动脉瘤（VBA-DA）患者分为经典型、狭窄型、螺旋型、出血型4类，随访3～25月后发现：经典VBA-DA患者具有更高的改善率和更低的恶化率，螺旋和出血性VBA-DA患者的临床结果较差。在治疗效果方面，VBA-DA狭窄患者的临床疗效差于经典型，但优于螺旋型和出血型。使用HR-VWI检测壁内血肿和夹层皮瓣为VBA-DA的诊断提供了基础信息并通过分型对治疗和预后有一定指导意义。对于未破裂的颅内动脉瘤，HR-VWI检查可以显示出动脉瘤的形态特征以及瘤壁的强化信号，这通常可以反映出动脉壁炎症情况并有助于不稳定动脉瘤的识别，是颅内动脉瘤破裂风险评估的新型成像标志物[20]。有研究回顾性分析了37例动脉瘤患者的HR-VWI影像资料及临床资料[21]，结果显示动脉瘤壁增强在有头痛、动眼神经麻痹等前驱症状的患者中比在无症状患者中的发生率更高，在多变量logistic回归分析中，动脉瘤壁增强是与症状相关的唯一独立因素。Hu等[22]的前瞻性研究为此提供了进一步的病理学证据：破裂及不稳定动脉瘤壁增强信号与淋巴细胞及巨噬细胞的侵入有关。此外，研究使用HR-VWI对1例多发动脉瘤行MCA动脉瘤夹闭术的患者随访1年[23]，发现患者部分动脉瘤已自发消退，HR-VWI图像上未见壁增强信号及血栓形成证据。虽然无法确定患者动脉瘤自发消退原因是血压严格控制的结果还是血流动力改变后的结果亦或存在其他原因，但可以表明HR-VWI在动脉瘤的随访观察中具有重要价值。

2.3 在症状性非狭窄性ICAD（nICAD）中的应用

尽管高度狭窄的ICAD是大多数卒中的病因，但nICAD同样可以导致卒中并且容易被“金标准”的DSA遗漏。有研究报道了1例复发性血栓栓塞性中风和TIA但常规颅内血管影像学检查（包括CTA、MRA、DSA）阴性的nICAD病例[24]。患者行HR-VWI检查后识别出多个具有高风险特征的非狭窄斑块，考虑其为患者血栓栓塞事件的病因，随后将治疗方案从抗凝治疗过渡到抗血小板治疗及他汀治疗，长期随访显示患者斑块处于稳定状态并且未再发生栓塞事件。上述案例表明HR-VWI在nICAD的诊断中具有重要价值，早期使用HR-VWI对有症状的ICAD患者进行影像学检查有助于病因诊断，并对治疗有重要指导意义，因为HR-VWI上斑块内强化信号可能代表有斑块内出血风险，启动抗凝治疗应更加谨慎以避免出血增加引起斑块破裂。

2.4 HR-VWI在脑小动脉病变及腔隙性脑梗死中的应用

脑小动脉病变主要包括脑小动脉闭塞及动脉粥样硬化性狭窄，是导致腔隙性脑梗死的重要病因。一项来自中国国家卒中登记局的横断面研究显示：性别（尤其是男性）、高血脂水平、高BMI、较高的血小板计数及糖尿病与脑小动脉病变患者缺血性卒中相关[25]。针对腔隙性脑梗死，常规影像学检查很难捕捉到小动脉管腔狭窄或闭塞等异常病变，但HR-VWI可以有效显示小动脉病变情况。有研究对腔隙性脑梗死患者进行HR-VWI检查发现约60%的患者存在分支动脉粥样硬化斑块，在增强扫描下伴有急性症状的腔隙性脑梗死患者罪犯斑块均有所增强，而使用普通1.5 T磁共振检查无法显示细小分致动脉的病变可能导致假阴性情况增加对临床诊断治疗产生干扰[26]。Xia等[27]将157例桥脑腔隙性梗死的患者分为脑桥-脑桥梗死（PPIs）组及小脑-桥脑梗死（SDPIs）组，对所有患者进行HR-VWI检查发现PPI组中与梗塞相关的基底动脉斑块的患病率显着高于SDPI组，而与梗塞无关的斑块的患病率两组相似，这说明HRVWI检查有助于明确桥脑腔隙性梗死的发病机制。鉴于桥脑梗死可能具有更高的危险性以及对神经功能的不利影响，对于伴有斑块内强化信号的急性症状性腔隙性桥脑梗死患者，积极干预危险因素可能是获益的[28-29]。

3 高分辨率磁共振血管壁成像在ICAS科学研究中的应用

HR-VWI除了具有极高的临床实用价值外，还是研究动脉粥样硬化性疾病及肿瘤性疾病的重要手段。在一些靶向分子材料的帮助下，如超微超顺磁性氧化铁颗粒[30]、混合金属氧化物-肽两亲胶束[31]、树枝状分子聚合物[2]、基于纳米粒子的氟化磁共振造影剂[32]等，高分辨率磁共振扫描可以实现对某些特定细胞尤其是巨噬细胞以及炎症分子（如CC趋化因子、血管细胞黏附分子、基质金属蛋白酶[33]等）的追踪显影，有助于超早期发现动脉粥样硬化并为观察某些细胞的功能变化及分子生物学过程提供进一步的帮助。

4 总结

尽管HR-VWI检查具有众多优点，在ICAD中的诊断、鉴别诊断及随访中具有重要价值，但大多数证据来源于小范围的回顾性研究分析，缺乏大规模前瞻性临床实验数据支持。且目前将其常规应用于临床检查仍言之尚早，血管壁内的任何损伤或炎症都可导致增强信号的出现，这对于诊断来说是非特异性的，可能出现假阳性情况对诊断产生干扰。此外，血管壁整体形态特征仍然是诊断的有用且可靠的线索，临床医生使用HR-VWI时，不应将其视为诊断的唯一关键，应根据患者病史、实验室检查、其他成像技术甚至基因检查进行综合评估。对于研究人员而言，斑块内强化信号为我们提供了一个重要的研究方向：未来的研究应集中在阐明ICAS斑块增强的潜在机制上，这将使靶向治疗具有成功实现的可能。