7.0T MRI在脑血管病中的应用进展

索阅，张喆，谢雪微，孔庆乐，王拥军，荆京

脑血管病是常见疾病，常被称为人类健康的“头号杀手”，是一种具有高患病率、高发病率、高死亡率和高致残率的“四高”疾病，给个人、家庭、社会带来沉重的负担。流行病学显示，脑血管病已成为全球人口第二位的死亡原因，我国成年人死亡的首位病因[1-2]。MRI在脑血管病的发病机制、诊断、风险评估与治疗决策中起着关键作用，已经普遍应用于临床。常见的MRI为1.5T MRI和3.0T MRI，虽然7.0T MRI具有更高的性能优势，但由于全球装机量少，目前主要用于科学研究。2022年6月，我国国家药品监督管理局批准首台7.0T MRI应用于临床，标志着我国超高场磁共振临床应用时代的序幕正式开启。本文通过检索回顾既往研究的文献结合首都医科大学附属北京天坛医院神经影像研究中心对7.0T MRI的应用体会，简要展示7.0T MRI在脑血管病研究中的应用价值。

1 7.0T MRI序列的优势与潜在挑战

相对于传统的1.5T及3.0T MRI，TOFMRA被认为是7.0T MRI最具优势的序列之一。既往研究显示，颅内的穿支动脉直径大多在亚毫米级（表1），受限于MRI的场强及性能，常规MRI检查无法观察颅内穿支动脉的形态。7.0T MRI可以完成超高分辨率扫描，使脑微小动脉（如豆纹动脉等穿支动脉）能够实现在体成像。目前已发表的研究中，7.0T MRI已经在人类活体中实现亚毫米级TOF-MRA扫描。近期一项应用7.0T MRI对软脑膜动脉进行成像的研究中，7.0T TOF-MRA可达到0.16 mm的各向同性分辨率，头-脚方向的覆盖范围为50 mm。7.0T TOF-MRA在0.14 mm各向同性分辨率下，头-脚方向的覆盖范围为19.6 mm，与0.16 mm的各向同性分辨率相比可显示出若干更细微的血管。成像技术的优化还存在一定的挑战性，包括体素内血管位置对流入相关增强效应的影响、血液流动导致的两个相位编码方向上的血管位移等[3]。与既往解剖学研究的比较提示，7.0T MRI可以实现大部分穿支动脉的成像[4]。7.0T TOF-MRA对健康人颅内动脉的部分穿支动脉显示如图1。

7.0TMRI的SWI最小密度投影（minimum intensity projection，mIP）可将颅内的小静脉显示出来（图2）。

对比3.0T MRI管壁成像，7.0T MRI管壁成像在更高的磁场强度下，其增加的信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）和对比噪声比（contrast-to-noise ratio，CNR）可在合理的扫描时间内以更高的空间分辨率清晰地显示动脉血管壁（图3）。

2 7.0T MRI在脑血管病中的应用现状

2.1 7.0T MRI与颅内动脉粥样硬化 颅内动脉粥样硬化是缺血性脑血管病的重要病因，尤其在亚洲人群中发生率更高[5-6]。在中国开展的大

规模多中心前瞻性队列研究中，超过40%的发病7 d内的缺血性脑血管病患者存在症状性颅内动脉粥样硬化[7]。

表1 部分脑穿支动脉的数量、直径和起源

与1.5T TOF-MRA和3.0T TOF-MRA相比，7.0T TOF-MRA可显示更小的颅内动脉，如豆纹动脉[8]。随着技术的进展，应用优化的分段k空间填充方案，实现了分段7.0T TOFMRA成像，其可以在超高场下实现高分辨的血管造影，并且可以避免静脉的影响[9]。7.0T TOF-MRA将在评估颅内动脉粥样硬化的侧支代偿、动脉粥样硬化斑块与穿支血管关系方面带来更多发现。

与3.0T MRI管壁序列相比，7.0T MRI管壁序列的高SNR使其具有总体上更好的血管壁可见度[10]。在动脉疾病磁共振表现（second manifestations of arterial diseasemagnetic resonance，SMART-MR）研究中，96%的受试者有≥1个7.0T MRI管壁序列的病灶[11]。研究发现，除吸烟外，传统的血管危险因素（增龄、高血压、糖尿病、多因素血管病危险评分）与缺血性卒中或TIA患者7.0T MRI管壁成像上的更多病灶及病灶在对比剂成像时的增强相关[12]。7.0T MRI管壁序列对于颅内动脉粥样硬化负荷、非狭窄性斑块的评估将可能更新临床对颅内动脉粥样硬化的认识。

7.0TMRI管壁序列在颅内动脉粥样硬化和其他病变的鉴别中也有重要作用。北京天坛医院神经影像研究中心团队在对1例大脑前动脉区域发生多发急性梗死的患者进行7.0T MRI和3.0T MRI扫描时发现，7.0T MRI管壁序列上清晰呈现出责任血管远端A2段长节段剥离的典型特征——壁间血肿及残余管腔，而3.0T MRI很难区分残余管腔（图4）。此外，北京天坛医院神经影像研究中心也报道过应用7.0T MRI检查出大脑中动脉M2段夹层病变的病例[13]。

图1 健康人颅内动脉7.0T TOF-MRA图像（分辨率：0.2 mm×0.2 mm×0.2 mm）

图2 7.0T MRI SWI最小密度投影图像（分辨率：150 µm×150 µm×1200 µm）

图3 7.0T MRI和3.0T MRI血管壁成像

图4 7.0T MRI和3.0T MRI管壁成像

2.2 7.0T MRI与颅内动脉瘤 未破裂的颅内动脉瘤在人群中的发现率约为3.2%[14]。动脉瘤破裂可以引起蛛网膜下腔出血、脑出血，危及生命。MRI在动脉瘤的诊断、随访中有着重要作用。近期研究发现7.0T MRI管壁成像可以对动脉瘤管壁厚度及增强程度进行定量分析，更厚的动脉瘤壁与更明显的增强相关，且得到组织学实验的验证[15]，这对于进一步研究未破裂的颅内动脉瘤的自然史有着重要意义。

一项应用7.0T MRI黑血管壁增强序列对比梭状动脉瘤和囊状动脉瘤的研究发现：梭状动脉瘤具有更高的动脉瘤壁强化信号；囊状动脉瘤的动脉瘤壁强化信号与大小具有较强的相关性[16]。这对于进一步分析动脉瘤的血管壁病理学具有重要意义。

北京天坛医院神经病学中心和神经影像研究中心报道了应用7.0T TOF-MRA发现左侧基底节区脑出血患者的左侧豆纹动脉微动脉瘤，同时右侧豆纹动脉存在梭形扩张的病例[17]。

2.3 7.0T MRI与烟雾病 烟雾病（Moyamoya disease）是一种颈内动脉颅内段及其近端分支进行性狭窄-闭塞导致患者具有卒中易感性的脑血管病。大脑的前循环主要血管血流量减少，导致颅底、皮质表面、软脑膜和颈外动脉供应硬脑膜及颅底的分支出现代偿性侧支小血管。在极少数情况下，这个代偿过程也涉及后循环，包括基底动脉和大脑后动脉[18]。

一项比较7.0T MRI与3.0T MRI对烟雾病的诊断敏感性、特异性的研究发现，7.0T MRI检测基底节区流空影的能力更强，7.0T TOF-MRA能够更好地显示颞浅动脉分支，而清晰地显示颞浅动脉分支对于神经外科手术治疗烟雾病的方案制订具有较强的指导意义。基于T2WI的诊断标准（T2WI上基底节区流空影），7.0T MRI比3.0T MRI具有更高的敏感性；基于TOF的诊断标准（基底节区高信号影），7.0T MRI比3.0T MRI具有更高的敏感性和特异性[19]。这项研究指出，7.0T MRI以其无创性的优势，可能对儿童烟雾病患者、进展缓慢的烟雾病患者特别有益。随着技术的发展与成熟，希望7.0T MRI能在烟雾病患者的首次诊断与后续影像随访中发挥更大的作用。图5展示了1例北京天坛医院神经影像研究中心应用7.0T MRI扫描的烟雾病病例图像。

2.4 7.0T MRI与颅内静脉系统血栓形成 颅内静脉系统血栓形成（cerebral venous thrombosis，CVT）的发病率据估计为（1.3～2.0）/10万人年，占所有卒中的0.5%～1%。CVT主要累及青中年，常见发病年龄为20～50岁[20-21]。

一项发表在Radiology杂志上的研究展示了对新发持续性头痛青年女性进行的7.0T MRI对比增强扫描图像，其清晰地显示了静脉窦、引流静脉、浅表皮质引流通路和直径＜0.5 mm的血管[22]。7.0T MRI对比增强扫描能够获得颅内静脉系统的精细细节，在检测颅内静脉系统异常方面可能会发挥重要作用。图6展示了北京天坛医院神经影像研究中心应用7.0T MRI扫描的静脉畸形图像。

图5 7.0T TOF-MRA显示的烟雾病

图6 7.0T MRI SWI最小密度投影显示的静脉畸形（箭头所示）

基于3.0T MRI的研究发现对比健康受试者，CVT患者深髓静脉容积随着时间的变化更为显著，这可能提示了静脉引流的改善、充血的改善以及微循环的正常化[23]。既往研究显示，7.0T MRI可以清晰地显示深髓静脉，有助于深髓静脉的定量分析[24]。未来应用7.0T MRI进一步对CVT患者进行影像随访，可能有助于对特定治疗手段的疗效进行评估、对预后进行预测。

2.5 7.0T MRI与动静脉畸形 动静脉畸形是一种由发育不良的血管缠结而成的由动脉供血、由静脉引流且没有毛细血管参与的血管畸形，形成将血液从动脉分流到静脉的高流量、低阻力系统[25]。一项大规模人群成像研究发现，每2000次扫描中有1例动静脉畸形，估计发病率为50/10万[26]。

目前DSA仍是诊断动静脉畸形的“金标准”，而TOF-MRA以其无创性特点成为动静脉畸形筛查与随访的重要替代方式。既往一项对比7.0T MRI和1.5T TOF-MRA评估动静脉畸形的研究发现，7.0T MRI的磁化准备快速梯度回波（magnetization-prepared rapid acquisition gradient-echo，MPRAGE）序列在显示动静脉畸形病灶、供血动脉、引流静脉以及病灶与邻近血管之间的关系方面优于1.5T TOF-MRA[27]。

未来可应用7.0T MRI研究动静脉畸形与邻近脑组织、邻近血管的关系，进行疗效随访，应用7.0T MRI管壁成像进行动静脉畸形影像学检查。图7展示了北京天坛医院神经影像研究中心应用7.0T MRI扫描的动静脉畸形图像。

2.6 7.0T MRI与脑小血管病 脑小血管病描述了一组影响穿支小动脉、毛细血管，可能也影响小静脉的病理过程，最终导致大脑皮质下灰质和白质的损伤，常见的影像学表现包括可能血管来源的白质高信号、腔隙、微出血、脑表面铁沉积、血管周围间隙和微梗死。脑小血管病潜在的发病机制尚不清楚[28]。

既往研究显示，7.0T MRI T1序列可以在不牺牲空间分辨率优势的情况下，做到扫描时间与3.0T MRI T1序列相当，因此可更敏感地发现血管周围间隙等脑小血管病的影像学表现[29]。图8展示了北京天坛医院神经影像研究中心应用7.0T MRI扫描显示的血管周围间隙扩大。

最近一项研究应用7.0T MRI分析血管周围间隙、深部白质高信号和白质高信号周围的正常表现脑白质区之间的空间关系。相比无白质高信号的受试者，具有6～15处直径≤2 mm白质高信号病灶的受试者具有更多的半卵圆中心层面的血管周围间隙。与对照区域相比，深部白质高信号周围的正常表现脑白质区具有更多且更大的血管周围间隙[30]。应用7.0T MRI研究脑小血管病影像学表现的空间位置关系将有助于进一步理解脑小血管病的发病机制。

图7 7.0T MRI TOF-MRA及MRV显示的动静脉畸形（箭头所示）

图8 7.0T T1磁化准备快速梯度回波显示血管周围间隙扩大

在一项应用7.0T MRI定量磁化率成像（quantitative susceptibility mapping，QSM）对微出血进行分析的研究中发现，脑淀粉样血管变性患者的微出血病灶在空间关系上更多地与静脉相连[31]。提示静脉可能参与了脑小血管病的发生发展。

7.0TMRI的二维相差（2D phase contrast，2D PC）技术可用于测量脑穿支动脉的时间分辨血流速度，进一步计算搏动指数。既往研究发现，与健康受试者相比，腔隙性梗死患者和深部脑出血患者基底节区所在平面的穿支动脉搏动指数更高[32]。7.0T MRI在评价脑小血管功能方面也存在着潜力。

总之，7.0T MRI是脑血管病的发病机制探索、病因诊断及临床预后评估等方面的重要工具。尽管7.0T MRI仍然有尚未攻克的技术难题，且远不及3.0T MRI普及，但其巨大的优势已经逐步显现。目前，7.0T MRI被美国食品和药品管理局及中国国家药品监督管理局批准进入临床应用，国内多家医院及科研院所均安装了7.0T MRI，相信未来7.0T MRI会更广泛地应用于临床实践。