7.0T 超高场强MRI 评估豆纹动脉病变与脑卒中相关疾病关系的研究进展

梁红琴，王健，刘晨，吕发金

1.重庆医科大学第一附属医院放射科，重庆 400042；2.陆军军医大学第一附属医院（重庆西南医院）放射科，重庆 400038；*通信作者 吕发金 fajinlv@163.com

脑卒中是由于非外伤情况下脑部血管突然阻塞或破裂导致血液不能正常流入大脑而引起脑组织损伤的一组疾病，分为缺血性卒中及出血性卒中，常见部位为基底节区，其次为脑叶、小脑和脑干[1]。中青年人群脑卒中的患病率呈指数上升，致死率及致残率很高，是目前威胁人类健康的主要疾病之一。豆纹动脉是大脑中动脉（middle cerebral artery，MCA）发出的重要穿支动脉，走行于基底节区及深部核团。高血压、动脉粥样硬化等能引起豆纹动脉内皮结构成分和循环功能的改变，导致局部微循环障碍，是脑卒中的重要危险因素[2]。由于豆纹动脉管径极其纤细、血流速度极其缓慢，目前临床使用的常规影像技术如高场强MRI系统（≤3.0T）很难对其进行清晰完整的成像，而7.0T超高场强磁共振血管成像以超高信噪比成为无创性观察颅内豆纹动脉的最佳方法。

1 豆纹动脉解剖及临床意义

豆纹动脉是直接起源于MCA水平段或由MCA皮质支发出的一群小动脉，分布于基底核区和内囊，通常沿豆状核浅层或直接穿入豆状核呈浅弧形上升。几乎所有的豆纹动脉在穿入豆状核实质前均形成一弓状弯曲甚至弯曲呈环，并最终穿过内囊到达尾状核。

豆纹动脉由单支外径约0.08～1.40 mm的血管组成[3]，在走行过程中发出I～Ⅳ级分支，第Ⅳ级分支最终形成毛细血管。I～Ⅳ级分支直径分别约0.30～0.46、0.18～0.36、0.08～0.20、＜0.10 mm[4]。根据豆纹动脉的行程，按照其发出位置距离MCA起始部的远近主要分为≤2 mm的内侧群、3～10 mm的中间群及≥10 mm的远侧群，通常将内侧群和中间群统称为内侧群；穿入豆状核后，以直角或近似直角的形式发出各级分支，到达各供血区[5]。豆纹动脉供应重要的皮质下区域，包括尾状核、苍白球、壳核和部分内囊内后肢。外侧群及中间群分布于外囊、豆状核的连合后区、内囊膝、内囊前肢、尾状核头的后部和背外侧部以及豆状核丘脑部和后部；内侧群分布于壳核、内囊前肢、尾状核头的背外侧部、苍白球及内囊膝。豆纹动脉分支粗细、走行及供血区域大体一致，但也存在血管变异引起的不同程度差异。由于豆纹动脉管径测量比较复杂且难度高，此类报道目前仍较少见。

豆纹动脉易破裂导致脑实质出血及皮质下损伤。此外，由于豆纹动脉供应区域很少或没有额外的血液供应，当其闭塞时，极易导致供应的脑组织发生梗死。

2 豆纹动脉7.0T MRI 技术

目前，数字减影血管造影是豆纹动脉检出及诊断的“金标准”[6]，但由于有创性导致患者的依从性下降，临床应用受到限制。7.0T MRI凭借无创、无电离辐射、多平面成像以及微小精细结构显示等优势，目前成为豆纹动脉成像研究的热点。

2.1 时间飞跃豆纹动脉结构可视化成像 时间飞跃磁共振血管成像（time-of-flight magnetic resonance angiography，TOF-MRA）是一种应用较广的血管成像方法。超高场强下血液的T1弛豫时间延长、流入增强效应提升，使7.0T TOF-MRA对豆纹动脉血流状态和形态特征的清晰成像成为可能，而这些在传统影像学方法中较难实现。Shi等[7]研究表明三维TOF-MRA在对远端大动脉和小血管分支（主观和定量评估）的可视化能力方面，5.0T MRI较3.0T表现优异，其图像质量与7.0T相似；Osuafor等[8]与Bollmann等[9]的研究进一步表明7.0T TOF-MRA已应用于豆纹动脉的可视化评估，以上研究实现了豆纹动脉影像评估的可行性，为相关疾病研究奠定了基础。为进一步验证超高场强MRI检测豆纹动脉的敏感度，Ling等[10]利用7.0T TOF-MRA检测伴皮质下梗死和白质脑病的常染色体隐性遗传性脑动脉病（cerebral autosomal dominant angiopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy，CARASIL）患者豆纹动脉的异常病变，表明该方法是检测豆纹动脉的一种有效、无创的成像方式。但上述研究仍停留在形态学评估上，还需开发更多技术提高TOF-MRA的质量，扩展其在血流等其他方面的评估。

虽然7.0T TOF-MRA在豆纹动脉显示方面优越性明显，但对患者无意识的微小运动过于敏感，图像质量容易受到影响；而且其检查时间较长。Bai等[11]与Mattern等[12]的研究通过联合使用可变速率选择性激发、压缩感知和分割饱和脉冲技术，将7.0T TOF-MRA临床扫描时间控制在5 min以内，分辨率达到0.3 mm3。Kang等[13]和Zhang等[14]的研究表明通过采样不足参数的选择可以改善压缩感知三维TOF-MRA图像质量，对于解决缩短成像时间与提高图像质量的矛盾是很好的尝试与补充。

2.2 豆纹动脉血管壁成像技术 症状性脑卒中患者在无明显管腔狭窄的情况下，管腔内存在易损斑块的概率仍较高，仅通过评估管腔狭窄程度预测脑卒中发生，会不同程度地降低对于该病实际危险程度的判断。高分辨率血管壁成像技术可以无创、高分辨率及多方位鉴别管壁斑块成分，受到越来越多学者的关注。

高分辨率血管壁成像是一种利用三维快速自旋回波（turbo spin-echo，TSE）序列分析颅内血管壁和斑块成像的三维成像技术，可通过多平面重组和曲面重组进一步实现颅内多角度的立体血管观察。目前，7.0T MRI较广泛使用的是可翻转角度（variable flip angles，VFA）-FSE/TSE序列，各大厂商均有对应的序列方案，如CUBE（GE）、SPACE（Siemens）。Wu等[15]和Rutland等[16]的研究将7.0T MRI VFA的TSE序列用于血管和血管壁成像，与标准的三维TSE序列相比，改良后的三维TSE-VFA序列具有更长的回波链长度、更有效的流量抑制和更高的信噪比，实现10 min内接近全脑覆盖扫描。Ma等[17]的研究进一步表明7.0T TSE-VFA显示内侧群的豆纹动脉可能优于TOF-MRA，且可同时评估豆纹动脉血管壁的改变，对于豆纹动脉这类纤细血管的管壁成像，以上研究是目前为数不多的尝试。此外，Kong等[18]报道7.0T MRI利用三维内容积TSE序列代替传统的激发脉冲SPACE序列，对豆纹动脉管腔和管壁进行具有黑血0.3 mm各向同性超高分辨率成像，结果表明三维内容积TSE序列图像可以显示更清晰的豆纹动脉轮廓，可能成为检测脑微血管病变有潜力的方法。管壁成像技术的不断发展对寻找颅内微血管病变的病因学提供了依据，也为进一步明确疾病与豆纹动脉病变的关系提供了支持。

2.3 三维相位对比磁共振血管成像（phase contrast magnetic resonance angiography，PC-MRA） PC-MRA在超高场强中具有更高的对比度和空间分辨率，在有和无低流速编码梯度的图像中均可清楚地识别豆纹动脉。血流测定是判断血管承受应力状态的指标，可以有效地预测发生血管破裂的可能，是目前的研究热点，但其准确度受到信噪比不够高的影响。而7.0T PC-MRA的高分辨率和低流速编码在不同程度上克服了以上不足，保证了慢流速定量的准确性，而传统方法无法检测。Sun等[19]研究表明在7.0T MRI上使用PC-MRA对测量目标微血管内血流速度和方向具有很大潜力，de Buck等[20]也在7.0T PC-MRA中首次发现CADASIL患者的豆纹动脉血流速度显著降低。以上研究不同程度地表明豆纹动脉中的血流速度与患者临床和MRI特征相关，可用于评估疾病严重程度。7.0T PC-MRA较低场强MRI优势明显，但存在普及局限的问题。Arts等[21]研究表明，在3.0T MRI上测量大脑穿通动脉血流速度和搏动可行，但相对于7.0T MRI需要大约5倍的样本量，且测量应在相同的扫描仪场强和方案下进行，重复性仍存在问题。

总之，目前TOF-MRA较广泛地应用于豆纹动脉的评估。该技术不断地优化参数使图像的分辨率明显提高、成像时间大幅度缩短，豆纹动脉形态学评估逐渐向大体病理靠近，有望实现在体的豆纹动脉及基底核团的三维图像融合。管壁成像技术由于超高分辨率的优势，已逐渐成为寻找疾病病因学的有效方法。PC-MRA的血流测定是判断血管承受应力状态的指标，可以有效预测发生血管破裂的可能性，是目前研究的热点，正在逐渐增加应用于临床的可能性。

3 7.0T MRI 在豆纹动脉与脑卒中相关疾病的研究

3.1 豆纹动脉与脑卒中相关疾病的定量评估 目前，7.0T MRI在豆纹动脉与脑卒中相关疾病中的研究主要集中在缺血性卒中，对出血性卒中的研究较少。Vachha等[22]报道健康受试者豆纹动脉分布及其形状、分支数量和起源部位的差异，以及左右侧的实质差异；Kong等[23]使用7.0T MRI测量豆纹动脉血流波形，表明衰老导致豆纹动脉的走行僵硬；Wei等[24]发现基底核体积与豆纹动脉形态关系密切，且随着年龄增大，豆纹动脉及分支数量减少；以上研究在影像水平了解正常豆纹动脉的信息，为研究豆纹动脉病变与疾病的关系奠定了基础。Miyazawa等[25]进一步分析急性缺血性卒中患者豆纹动脉长度和梗死直径、体积的关联，表明豆纹动脉闭塞患者的豆纹动脉弯曲度、直线长度小于未闭塞患者，梗死直径大于豆纹动脉未闭塞患者；Park等[26]利用三维TOF-MRA对腔隙性梗死患者的豆纹动脉茎进行观察，并研究其与动脉粥样硬化斑块的空间关系，表明超高场MRA可能成为小血管疾病机制研究及临床上早期发现脑血管疾病的重要工具；上述研究表明7.0T MRI在脑梗死与豆纹动脉关系的研究仍停留在形态学方面。此外，Yashiro等[27]分析2型糖尿病患者腔隙性脑梗死发生后，颅内豆纹动脉结构、血流信号与非糖尿病患者的差异，发现其豆纹动脉内径、分支、长度及弯曲度明显减少，信号强度明显减低，提示7.0T高分辨率血管成像在脑小血管病发生前发现豆纹动脉损伤的可行性，进一步验证了超高场强MRI在豆纹动脉与疾病状态或外周血管关系研究应用的显著意义。沈雪峰等[28]使用3.0T MRI研究豆纹动脉数量与脑小血管病患者脑灌注改变的相关性及其与脑小血管病严重程度的相关性，表明脑小血管病患者豆纹动脉数量与脑灌注呈正相关，与脑小血管病严重程度呈负相关，豆纹动脉可作为脑小血管病的一个潜在影像学标志，具有一定临床价值。黄黎香等[29]发现豆纹动脉特征能反映基底节区的灌注状态，基底节区的脑定量灌注参数是基底节区腔隙性梗死患者预后不良的影响因素；林威龙等[30]根据症状有无对80例高血压患者进行研究，发现两组间MCA管腔重塑指数与豆纹动脉数量无显著差异；Jiang等[3]发现脑灌注受损与豆纹动脉损伤和分支动脉粥样硬化疾病发病机制有关，有助于确定分支动脉粥样硬化疾病发生时灌注异常的临床意义；以上的3.0T MRI研究在不同程度上拓宽了未来7.0T MRI的研究方向及思路。7.0T MRI在豆纹动脉与出血性脑卒中的研究较少，但已有文献开始聚焦脑出血的高危因素高血压对豆纹动脉结构的改变。Kang等[31]过7.0T MRI观察高血压患者，发现其较非高血压患者豆纹动脉数量、弯曲度及总长度明显减少、减小。

总之，豆纹动脉与脑卒中相关疾病的定量评估目前仍以形态、数量及管壁为主。高血压状态下豆纹动脉破裂造成的自发性脑出血患者群体仍占多数，随着自发性脑出血研究方向由分子机制向发生发展系统构建转变，豆纹动脉神经核团复合体的评估成为脑卒中相关疾病监测随访的主要指标，是今后研究的重点。

3.2 脑卒中病因学寻找及豆纹动脉闭塞后能否再通的评估 MCA斑块主要分布于腹侧或下壁，很少累及背侧及上壁。Kong等[23]在此基础之上，根据豆纹动脉的开口和动脉粥样硬化斑块在MCA管壁上的位置进行分类，将不同组MCA管壁上豆纹动脉开口的分布象限进行比较，结果显示在腔隙性梗死患者中，豆纹动脉开口位于MCA腹侧和下侧的减少与MCA斑块分布相对应，可能提示在颅内动脉粥样硬化中豆纹动脉开口处的易损斑块是基底节腔隙性脑梗死的原因，使豆纹动脉形态学的评估范围扩大，进一步在病因学寻找方面提供了新发现。对于豆纹动脉闭塞能否再通也有相关报道。Suzuki等[32]通过局限于豆纹状动脉范围内的急性脑梗死患者，在急性期和术后1个月使用7.0T MRI评估相关纹状体动脉再通的影像学表现，表明相关的豆纹动脉可再通。对临床治疗决策起到了很好的理论支持，实现了评估微小血管再通的可能。

总之，7.0T MRI是一种重要的临床科研工具，可实现豆纹动脉形态学、代谢及功能的综合评估。豆纹动脉数量、形态、长度、管壁情况及对于缺血性卒中的病因学寻找是目前的主要研究方向，对血管造成损害的高风险基础疾病（动脉粥样硬化、高血压、糖尿病等）的预后研究目前已初见端倪，但在评估豆纹动脉与出血性卒中疾病关联及预后方面的研究仍较少。借助超高场强的优势立体地展现豆纹动脉更精细的解剖及核团映射关系，从而用于脑卒中相关疾病的病因学精准定位、不良事件有效预测及疾病预后判断，仍是影像研究的一个主要出发点。