张 伊,付其昌,管 生,任翠萍*,程敬亮
(1.郑州大学第一附属医院磁共振科,2.神经介入科,河南 郑州 450052)
未破裂颅内动脉瘤(unruptured intracranial aneurysm, UIA)在我国35~75岁人群中的发病率约7%[1],破裂后可造成蛛网膜下腔出血(subarachnoid hemorrhage, SAH),严重损害中枢神经系统功能。直径<7 mm的UIA破裂率约1%,且随直径增大,破裂风险增高[2-3];而在较大UIA中,多数上调基因参与炎症和细胞外基质组织生成[4]。血流动力学改变是炎症始动因素。颅内动脉瘤长期暴露于不利血流条件下,可致其发生形态学改变,表明血流参与动脉瘤炎症反应并影响其自然进程。四维血流(four-dimensional flow, 4D flow)MRI[5]可获得组织的真实血流信息,已逐渐用于颅内动脉瘤、动脉粥样硬化及动静脉畸形等。高分辨率MR管壁成像(high-resolution MR vessel wall imaging, HRMR-VWI)具有高空间及高组织分辨率,可清晰显示血管壁结构,并根据动脉瘤壁强化(aneurysm wall enhancement, AWE)评估动脉瘤壁功能改变。本研究基于4D flow MRI和HRMR-VWI观察UIA直径与其血流动力学、形态学及AWE的关系,旨在为临床预测UIA破裂风险提供指导。
1.1 一般资料 前瞻性收集2019年10月—2021年10月于郑州大学第一附属医院拟接受3D数字减影血管造影(digital subtraction angiography, DSA)、HRMR-VWI及4D flow MRI的140例颅内动脉瘤患者。纳入标准:①3D-DSA显示颅内囊状UIA;②临床、影像学数据及后处理资料完整。排除标准:①血栓性动脉瘤;②DSA示脑血管局限性异常突起为动脉圆锥;③位于海绵窦的动脉瘤。最终入组85例(共100枚UIA),男50例,女35例,年龄30~84岁,中位年龄60.5岁;72例为单发、13例为多发UIA;既往史包括SAH 4例,高血压54例,高脂血症31例,糖尿病14例,吸烟史22例,饮酒史12例。本研究获院伦理委员会批准。检查前患者均签署知情同意书。
1.2 仪器与方法
1.2.1 DSA 采用Philips FD20 DSA机。嘱患者仰卧,常规于右腕部及双侧腹股沟区消毒、铺巾。于局部麻醉下采用改良Seldinger技术经股动脉穿刺置管;以4 ml/s流率注射碘海醇,行全脑动脉(椎-基底动脉、双侧颈内动脉、双侧大脑中动脉及双侧大脑前动脉)正侧位造影,测量UIA形态学参数(图1),包括瘤颈宽(UIA与载瘤动脉交界处的内径)、直径(瘤颈部中心点至瘤顶的最大直线距离)、宽度(瘤体内垂直于长径的最大直线距离)、高度(瘤颈平面至瘤顶的垂直距离)及载瘤动脉平均直径(载瘤动脉流入道与流出道直径的平均值)[6];计算UIA纵横比(aspect ratio, AR)、大小比(size ratio, SR)、顶颈比(dome to neck ratio, DNR)及高宽比(height to width ratio, HWR):AR=高度/颈宽,SR=直径/载瘤动脉平均直径,DNR=直径/颈宽,HWR=高度/宽度。
图1 测量UIA形态学参数模式图 蓝线示颈宽,红线示直径,绿线示宽度,黄线示高度,紫线和灰线分别示载瘤动脉流入道和流出道直径
1.2.2 MRI 采用Siemens 3.0T MR扫描仪,头颈联合64通道线圈。嘱患者仰卧,佩戴门控指脉以实时监测心率,扫描范围自胼胝体上缘至主动脉弓上缘。先行三维时间飞跃法MR血管成像(three dimension time of flight MR angiography, 3D-TOF MRA),再行平扫HRMR-VWI,之后经静脉以1.5 ml/s流率注射Gd-DTPA 0.2 ml/kg体质量,5 min后行增强HRMR-VWI,最后采集4D flow MRI。参数:3D-TOF MRA,TR 20 ms,TE 3.63 ms,FOV 200 mm×200 mm,层内分辨率 0.8 mm×0.8 mm,FA 18°,层厚1 mm,层数280,扫描时间8 min 46 s;HRMR-VWI,采用三维可变翻转角快速自旋回波(three dimensional sampling perfection with application optimized contrast using different flip angle evolutions, 3D SPACE)序列,TR 900 ms,TE 15 ms,FOV 200 mm×200 mm,层内分辨率0.6 mm×0.6 mm,层厚0.5 mm,层数224,扫描时间7 min 36 s;4D flow MRI,TR 48.32 ms,TE 3.25 ms,FOV 220 mm×220 mm,层内分辨率1.1 mm×1.1 mm,FA 15°,层厚1 mm,层数30,扫描时间约24 min 23 s(具体视心率而定)。
1.3 图像分析 由2名具有20年以上中枢神经系统影像学诊断经验的主任医师独立评估图像,意见有分歧时,经协商达成一致。将增强HRMR-VWI中UIA颈部/体部/瘤顶/子囊(不规则形态动脉瘤)/整个瘤壁任意处强化视为AWE。对增强HRMR-VWI行多平面重建(multiplanar reconstruction, MPR),获得轴位、矢状位及冠状位图像,于其中分别测量UIA颈部、体部及瘤顶信号强度(signal intensity, SI),取平均值为UIA的SI;选取显示UIA最大SI(maximum SI, SImax)的图像,并于对应平扫图像中获得增强前SI(pre-contrast SI, SIpre),计算UIA强化率(enhancement ratio, ER):ER=(SImax-SIpre)/SIpre。
采用circle cardiovaic imaging(CVI 42,版本5.11.2)对动脉瘤进行血流动力学分析。首先将4D flow MRI拖入4D血流模块,以校正相位偏移、过滤噪声体素及校正流速信号混叠进行预处理,获得初始相位对比MR血管成像(phase-contrast MR angiography, PC MRA),并进行手动分割。在壁面切应力(wall shear stress, WSS)分析单元中,将12个分析平面平均置于UIA横截面的颈部、体部和瘤顶处,软件自动获取每个层面的平均WSS,以所有层面的平均值为UIA的整体WSS。
1.4 统计学分析 采用SPSS 21.0统计分析软件。以中位数(上下四分位数)表示不符合正态分布的计量资料,采用Mann-WhitneyU检验进行组间比较;以χ2检验或Fisher精确概率法比较计数资料。行多因素logistic回归分析,筛选UIA直径≥7 mm的独立危险因素。采用Spearman相关性分析观察WSS与UIA直径、SR及ER的相关性。以Kappa检验评价2名医师判断UIA 的AWE的一致性,以Kappa≥0.80为一致性极高;采用组内相关系数(intra-class correlation coefficient, ICC)评价2名医师测量ER及WSS的一致性,以ICC≥0.75为一致性好。P<0.05为差异有统计学意义。
于85例共检出100枚UIA,直径1.00~19.50 mm,中位直径4.20(2.77,6.22)mm;其中50枚位于颈内动脉,14枚位于大脑中动脉,6枚位于前交通动脉,5枚位于大脑前动脉,20枚位于椎-基底动脉,3枚位于后交通动脉,2枚位于大脑后动脉。HRMR-VWI于48枚UIA见AWE(图2),52枚无明显AWE(图3)。见表1。
图2 患者女,48岁,左侧颈内动脉UIA A.DSA图(箭示UIA); B.平扫HRMR-VWI; C.增强HRMR-VWI示AWE(箭)
图3 患者男,63岁,右侧大脑中动脉UIA A.DSA(箭示UIA); B.平扫HRMR-VWI; C.增强HRMR-VWI未见明显AWE
直径<7 mm与≥7 mm UIA患者既往SAH史、动脉瘤相关症状(警示性头痛、突发动脉瘤侧动眼神经麻痹、上睑下垂及瞳孔对光反射消失等),以及UIA的SR、DNR、形态、AWE、ER及WSS差异均有统计学意义(P均<0.05,表1)。多因素logistic回归分析结果显示,患者既往SAH史、UIA的SR、形态及ER为UIA直径≥7 mm的独立危险因素(表2)。WSS 与UIA直径、SR及ER均呈负相关(r=-0.70、-0.67、-0.63,P均<0.001)。
表2 多因素logistic回归分析UIA直径≥7 mm的独立危险因素
观察者间判断AWE的一致性极高(Kappa=0.87),测量ER及WSS的一致性均好(ICC=0.946、0.871,P均<0.001)。
UIA破裂可造成蛛网膜下腔出血等严重后果,继而损害中枢神经系统功能。UIA破裂率因其形态、大小及位置而异,直径较大为其破裂的重要因素[3]。研究[7-8]报道,直径<7 mm的UIA生长及破裂风险均低,不采取治疗亦可保持相对稳定状态[8]。炎症为颅内动脉瘤自然病程的关键环节,血流为其始动因素。WSS为较经典的血流参数,该值降低表明内皮细胞功能障碍及促炎因子增加。既往研究[9]显示,颅内动脉瘤直径与标准化横断面所示WSS位置及大小密切相关。本研究发现直径≥7 mm UIA的WSS显著低于<7 mm者,表明UIA在出现形态学改变的同时伴随血流动力学变化,提示对WSS降低的UIA需提高警惕。
SR较低的颅内动脉瘤多呈简单血流模式,而高SR者的血流则表现为多个漩涡和复杂模式[10]。不规则形状为影响多发性动脉瘤蛛网膜下腔出血及UIA破裂的相关因素,推测其可能通过影响WSS等血流动力学而增加破裂出血风险[11]。本研究发现UIA 的SR及形态为其直径≥7 mm的独立危险因素,且WSS与SR呈负相关,提示UIA直径越大,其血流表现越复杂。
增强HRMR-VWI显示AWE亦与UIA破裂有关。既往研究[12]报道,存在AWE的 UIA的 WSS更低、直径更大,且仅低WSS与AWE独立相关,提示UIA破裂为其血流动力学、形态学及AWE等因素综合作用的结果,并已基于7.0T MRI研究获得证实[13]。本研究发现UIA的 WSS与ER呈高度负相关,ER为UIA直径≥7 mm的独立危险因素,提示对伴有异常强化的较小UIA亦需提高警惕[14];此外,患者既往SAH史亦为UIA直径≥7 mm的独立危险因素,可能与出血致UIA壁发生炎症反应而不稳定有关,但其对正常血管或其他位置动脉瘤的影响尚待观察。
综上,既往SAH史、UIA的SR、形态及ER为其直径≥7 mm的独立危险因素。但本研究为小样本、单中心研究,还需累积病例、开展多中心研究进一步观察。