高分辨磁共振成像在颅内动脉粥样硬化斑块评估中的研究进展

侯宗易，杨晓帆，曹文慧，杨印东

(1.牡丹江医学院；2.牡丹江医学院附属红旗医院神经内科，黑龙江 牡丹江 157011)

动脉粥样硬化(ICAD)是导致中国人群缺血性卒中的主要原因之一，约70%的脑卒中由斑块破裂所致。因此，早期识别易损斑块对脑卒中的控制和预防非常重要[1]。目前，临床上评估血管的检查方法包括计算机断层扫描血管成像(computed tomography angiography, CTA)，数字剪影血管造影(digital subtraction angiography, DSA)，磁共振血管成像( magnetic resonance angiography, MRA)等，然而，这些血管成像方式仅显示管腔狭窄，不能提供有关血管壁的潜在病理信息。HR-MRI可以提供动脉粥样硬化和血管壁的特征信息。多项研究已经证明了使用HR-MRI显示颅内动脉的动脉壁和管腔的可行性。某些血管壁或斑块特征，如阳性重构、斑块内出血和斑块负荷，可以被用来识别需要早期预防或更深入治疗的高危患者。目前在临床实践和科学研究中使用的HR-MRI大多是在3.0T的磁场下进行的，超高场强(7.0T)技术的出现使HR-MRI的应用更加深入。

1 HR-MRI技术

HR-MRI是通过抑制血管内血液流动信号获取血管壁等静态组织图像的一种成像方法，利用的是磁共振成像技术中的黑血技术，所谓黑血是指磁共振血管成像中，在血流进入成像容积之前施加一个饱合射频脉冲，使血流预饱和。当其流入成像容积时再施加射频脉冲，由于已被预饱合血流的纵向磁化矢量很小，几乎不产生信号，所以血流呈黑色(低信号)，而周围组织为高信号，从而产生对比，衬托出血管的影像，又称预饱合技术[2]。传统的HR-MRI使用的是二维(two dimensional, 2D)序列。常规多对比度成像序列包括：时间飞跃法磁共振血管成像(time of flight magnetic resonance angiography, TOF-MRA)、T1加权成像(T1-weighted imaging, T1WI)、T2加权成像(T2-weighted imaging, T2WI)、质子密度加权成像(proton density imaging, PDWI)。2D序列可以为病变血管壁提供更好的空间分辨率和信噪比。然而，在没有管腔狭窄的情况下，它不能实现对多条血管病变的检测。三维(three dimensional, 3D)成像技术可以检测更多的病变血管，可以进行多平面和曲面重建，并在不同的剖面图上评估斑块负荷和颅内主要动脉的分布。同时三维成像技术扫描速度更快，空间分辨率更高，还可以减少部分容积效应，从而使图像更加清晰准确。与3D技术相比，2D序列提供了相对更好的“面内”空间分辨率，侧重于更多关于血管壁病变的细节。因此，颅内动脉的最佳成像方案应该同时包括2D和3D序列。

2 3.0T和7.0T HR-MRI评估动脉粥样硬化斑块

动脉粥样硬化斑块是由细胞外脂质颗粒、泡沫细胞和碎片组成，它们累积在动脉内膜内，形成脂质和坏死核心，核心被一层富含胶原的基质和内皮细胞覆盖的平滑肌细胞包裹，称为“纤维帽”。斑块随着病变的慢性进展逐渐扩大，分为稳定性或不稳定性斑块，不稳定斑块也叫易损斑块。2000年美国心脏病协会(American Heart Association, AHA)将动脉粥样硬化斑块分为8型：Ⅰ型，早期病变，存在泡沫细胞；Ⅱ型，脂纹，含脂滴的泡沫细胞层；Ⅲ型，粥瘤前病变，含细胞外脂滴；Ⅳ型，粥瘤，独立的大块细胞外脂核；Ⅴ型，纤维粥瘤；Ⅵ型，斑块表面溃疡，斑块内出血、血栓形成；Ⅶ型，钙化斑块；Ⅷ型，纤维斑块[3]。Cai等人根据AHA分型，结合HR-MRI影像特点又分为为以下几型：Ⅰ～Ⅱ型，壁厚接近正常，无钙化；Ⅲ型，内膜弥漫性增厚或无钙化的偏心斑块；Ⅳ～Ⅴ型，富含脂质或坏死核心斑块，周围有纤维组织，可能有钙化；Ⅵ型，斑块表面糜烂、出血或钙化；Ⅶ型，钙化斑块；Ⅷ型，无脂核纤维斑块，可能有小钙化[4]。Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅶ型是稳定斑块，其余为易损斑块。研究表明易损斑块的危害性更大，其病理学特点包括：斑块内出血、纤维帽破裂、富含脂质的坏死核心、新生血管和炎症[5]。通过HR-MRI可以识别斑块成分从而能确定易损斑块，并预测斑块破裂和发生脑卒中的风险。颅外颈内动脉的内膜切除术标本分析与HR-MRI的信号特征基本一致。然而，探讨颅内动脉粥样硬化斑块病理表现与HR-MRI信号特征相关性的研究仅限于死后动脉标本的研究。陈祥彦等人在一例中国成人的尸检中证实了1.5T核磁T1序列上的高信号为斑块内出血[6]。他们还讨论了T1加权脂肪抑制图像与斑块脂质核心的相关性[6]。另一项病例报告显示，有症状的左侧颈动脉狭窄患者在3.0T的T1和T2加权HR-MRI上的动脉粥样硬化斑块特征与死后病理结果(脂质和疏松的基质、纤维组织和钙化)之间存在相关性[7]。斑块内出血分为急性出血和慢性出血，急性出血在T1W1和3D TOF序列上均呈现为高信号，慢性出血在T1W1、T2W2、PDWI和3D TOF图像上均显示为低/等信号。斑块内富含脂质坏死核心T1WI和3D TOF图像上均为等信号，但在PDWI和T2WI上为等信号或略高信号。斑块钙化在所有序列上均呈低信号，纤维帽破裂在T1WI、T2W和PDWI上均呈低信号，3D TOF表现为间断的高信号。

颅内动脉比颈动脉(或其他主要外周动脉)更小，为了显示斑块，需要高空间分辨率，因此也需要高信噪比。由于信噪比随场强近似线性增加，7T磁共振成像可以提供小动脉粥样硬化斑块成像所需的空间分辨率。此外，在活体显示血管壁病变方面，几种7T专用的颅内血管壁序列已经显示出良好的结果。对颈动脉粥样硬化斑块进行了体内3.0T和体外7.0T磁共振成像与组织学的相关性研究，发现体外7.0T磁共振成像的高分辨率能够更详细地显示颈动脉粥样硬化斑块的成分[8]。几项尸检分析探讨了7.0T磁共振成像识别颅内动脉斑块成分的可行性，并与组织病理学分析进行了比较[9]，研究表明，7.0T HR-MRI对鉴别纤维状和弱化的钙成分的阳性预测值分别为88%和93%[10]。在之前的一项研究中，Harteveld等人以定量的方式探讨了7.0T HR-MRI的T1、T2、T2弛豫时间和质子密度识别不同颅内动脉粥样硬化斑块成分的能力，结果显示在7.0T HR-MRI中最有希望区分这些斑块成分的序列是T1加权成像[11]。尽管上述研究证明了3.0T和7.0T高分辨磁共振成像识别颅内动脉斑块成分的可行性，但高分辨磁共振成像在评估活体颅内动脉斑块易损性方面仍面临一些挑战。

3 斑块特征与缺血性脑卒中之间的关系

组织病理学证实，易损斑块的特征是薄且不稳定的纤维帽覆盖大的脂质核心，易于破裂，突然破裂可导致血栓形成，进而导致心血管事件发生。一项具有里程碑意义的研究评估了颈动脉斑块纤维帽特征及其与患者神经症状之间的关系[12]。该实验总共纳入了53例颈动脉粥样硬化患者(28例有症状，25例无症状)在颈动脉内膜切除术(carotid endarterectomy, CEA)前进行HR-MRI检查，根据纤维帽情况分组，纤维帽破裂的患者近期短暂性脑缺血发作或卒中发生率是厚纤维帽患者的23倍。这项研究为MRI检测到的纤维帽状态与近期缺血性脑卒中之间的关联提供了强有力的证据。至今，已经有多项研究调查了斑块的位置、形态、重构模式和信号强度与急性脑血管事件之间的关系[13]。在大多数研究中，HR-MRI是在3.0T场强下进行的。所有这些研究的目的都是为了寻找识别高危患者影像学标记物，从而进行危险分层实现个体化治疗。

颅内动脉粥样硬化性卒中(intracranial atherosclerotic stroke, ICAS)是一种常见的卒中亚型。ICAS可由多种卒中机制引起，包括穿支闭塞病变和非穿支闭塞病变，前者是由大动脉粥样硬化斑块阻塞穿支动脉开口所致，后者涉及动脉到动脉的栓塞引起的梗死。多项研究表明[14]，在40%～63.2%的深部穿支梗死患者中，HR-MRI在大脑中动脉可以检测到斑块。有研究通过3D高分辨磁共振成像技术证实了大脑中动脉斑块位置与皮质下梗死相关[15]。Xu等人首次探讨了大脑中动脉斑块的位置及其临床意义。研究结果表明，位于腹壁(44.8%)和下壁(31.7%)的斑块患病率较高。而在他们的研究中，有症状的大脑中动脉狭窄斑块更多的位于上壁。这是因为穿支动脉一般开口于大脑中动脉上壁。一项在HR-MRI对基底动脉斑块定位的研究显示，桥脑外侧梗死的患者动脉粥样硬化斑块更多位于基底动脉外侧壁，脑桥外侧支正是起源于此[16]。无症状的基底动脉斑块多位于前壁(32.4%)和后壁(35.0%)。动脉粥样硬化斑块一般位于分支动脉开口处，在行血管成形术和支架植入术时会导致破裂的斑块进入分支动脉，增加分支动脉闭塞风险。动脉到动脉的栓塞是缺血性脑卒中最常见的机制，重度狭窄的斑块表面溃疡、血流的剪切力或斑块破裂导致血小板纤维蛋白原沉积，这可能会使下游远端血管栓塞，经颅多普勒检测到的微栓子信号可能与DWI序列上的多发梗死相关支持这一假说。研究发现易损斑块的特征如阳性重塑、斑块内出血、斑块增强与近期缺血性脑卒中的发生相关[17]。HR-MRI的重T1加权技术通常用于诊断斑块内出血，因为它对检测高信号强度具有更高的灵敏度。有研究通过HR-MRI探讨动脉到动脉栓塞患者动脉粥样硬化斑块的特征，结果发现动脉到动脉栓塞患者的斑块高信号占比更高，斑块表面不规则，这些都是易损斑块的特点[18]。另一项研究评估了29例不同时期缺血性卒中患者颅内动脉粥样硬化斑块强化程度[19]。结果显示，在所有急性期患者中，动脉粥样硬化斑块均明显强化，而在亚急性期或慢性期患者中，供血血管内斑块的强化程度较轻或不强化。目前大多数研究结果都证明斑块的特征与卒中的发生相关。但是也有不支持这一结论的观点，一项基于43例症状性大脑中动脉重度狭窄的研究发现，近期有和没有缺血性脑卒中的患者在斑块增强方面没有显著差异[20]。因此，动脉粥样硬化斑块与脑卒中的关系仍然需要我们继续深入研究。

4 结语

动脉粥样硬化所致的心脑血管疾病死亡率、致残率较高，危害较大。HR-MRI提高了我们对动脉粥样硬化的病理认识，在卒中的病因、机制等方面也有极大的帮助。斑块的特征与卒中之间的关系也成为了国内外学者的研究热点。目前MRI已由1.5T、3.0T发展到了7.0T，使我们在对动脉粥样硬化斑块的研究上有了更大的信心。