磁共振評(píng)估冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的研究進(jìn)展

劉文，于薇

磁共振評(píng)估冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的研究進(jìn)展

劉文，于薇*

作者單位：
首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安貞醫(yī)院，北京 100029

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(coronary atherosclerosis heart disease，CHD)是人類主要死亡原因之一，其中急性冠脈綜合征(acute coronary syndromes，ACS)是導(dǎo)致患者預(yù)后不良和發(fā)生猝死的主要原因。尸檢病理結(jié)果發(fā)現(xiàn)，ACS發(fā)病的主要原因?yàn)閯?dòng)脈粥樣硬化易損斑塊破裂或內(nèi)皮表面糜爛導(dǎo)致冠脈內(nèi)血栓形成。磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)作為一種無(wú)創(chuàng)、可重復(fù)性強(qiáng)、組織分辨率高的檢查方法，多對(duì)比成像序列經(jīng)過(guò)20余年的研發(fā)在頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊中的應(yīng)用已得到廣泛證實(shí)，并在臨床上及病理對(duì)照上得到進(jìn)一步的驗(yàn)證。但冠狀動(dòng)脈管壁成像由于成像技術(shù)復(fù)雜，目前尚處于研究階段。本文就磁共振成像評(píng)估冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

冠狀動(dòng)脈疾?。话邏K，動(dòng)脈粥樣硬化；易損斑塊；磁共振成像

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(coronary atherosclerosis heart disease，CHD)是人類主要死亡原因之一，近年來(lái)，其發(fā)病率呈逐年上升趨勢(shì)。急性冠脈綜合征(acute coronary syndromes，ACS)的主要發(fā)病原因?yàn)楣跔顒?dòng)脈粥樣硬化斑塊破裂導(dǎo)致的動(dòng)脈內(nèi)血栓形成。此外，許多心源性猝死也與冠脈斑塊破裂及其合并癥有關(guān)。易于破裂并導(dǎo)致血栓形成的斑塊稱為易損斑塊(vulnerable plaque)，或高危斑塊(high-risk plaque)。這些易損斑塊的主要形態(tài)學(xué)特征為：薄纖維帽、斑塊內(nèi)出血、大的脂質(zhì)壞死核心、炎癥反應(yīng)及內(nèi)膜新生血管化[1-6]。因此，早期診斷冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的穩(wěn)定性已成為國(guó)內(nèi)外研究熱點(diǎn)之一。應(yīng)用無(wú)創(chuàng)影像學(xué)檢查技術(shù)對(duì)易損斑塊進(jìn)行早期識(shí)別、預(yù)測(cè)有利于對(duì)冠心病進(jìn)行危險(xiǎn)性診斷及預(yù)后評(píng)估。

目前，臨床診斷易損冠脈斑塊的影像學(xué)檢查技術(shù)主要有選擇性冠狀動(dòng)脈造影(coronary angiography，CAG)、冠狀動(dòng)脈CT血管成像(coronary computed tomographic angiography,CCTA)、血管內(nèi)超聲(intravascular ultrasound，IVUS)、高分辨率核磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)、光學(xué)相干斷層成像術(shù)(optical coherence tomography，OCT)。IVUS及OCT作為冠脈腔內(nèi)成像技術(shù)，可對(duì)不穩(wěn)定斑塊在成分及形態(tài)兩方面進(jìn)行評(píng)價(jià)，診斷準(zhǔn)確性高，可作為冠狀動(dòng)脈管壁成像的參照標(biāo)準(zhǔn)，但對(duì)于較小管腔或狹窄血管段的觀察IVUS和OCT均受到限制，且由于其有創(chuàng)性、價(jià)格昂貴，不能常規(guī)應(yīng)用于斑塊的危險(xiǎn)分層。MRI是一種可重復(fù)性強(qiáng)、無(wú)創(chuàng)、無(wú)放射性的檢查方法，高場(chǎng)強(qiáng)(3.0 T) MRI的空間分辨力高，高分辨、多對(duì)比成像序列在大、中動(dòng)脈(如頸動(dòng)脈)粥樣硬化斑塊的評(píng)估中已得到廣泛證實(shí)，并在臨床上得到進(jìn)一步的驗(yàn)證。但MRI對(duì)小動(dòng)脈(如冠狀動(dòng)脈)粥樣硬化斑塊的評(píng)估尚處于研究階段。因此，本文就冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊MRI成像研究進(jìn)展進(jìn)行簡(jiǎn)要綜述。

1 冠狀動(dòng)脈管壁的MR成像技術(shù)挑戰(zhàn)與進(jìn)展

1.1 成像技術(shù)難點(diǎn)

冠狀動(dòng)脈斑塊的MRI成像由于受呼吸、心臟跳動(dòng)等因素的影響，加之冠狀動(dòng)脈本身管腔的直徑細(xì)小，一直以來(lái)對(duì)其成像都具有極高挑戰(zhàn)性。對(duì)于呼吸和心跳運(yùn)動(dòng)偽影常采用屏氣、呼吸運(yùn)動(dòng)導(dǎo)航和心電門控技術(shù)來(lái)消除。通過(guò)雙反轉(zhuǎn)回波(Dual-IR/Double-IR)黑血技術(shù)來(lái)實(shí)現(xiàn)管腔血流抑制，而脂肪抑制技術(shù)則通過(guò)反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖實(shí)現(xiàn)對(duì)周圍組織的抑制，提高組織分辨率。此外，空間分辨率不足是導(dǎo)致MRI低估病變狹窄段管腔面積的主要原因，也是導(dǎo)致其不能對(duì)斑塊成分進(jìn)行精確分析的主要原因。但若增加空間分辨率會(huì)降低信噪比，同時(shí)延長(zhǎng)掃描時(shí)間，從而降低圖像質(zhì)量。因此，不能無(wú)限制增加空間分辨率。

1.2 常規(guī)成像序列

常規(guī)冠狀動(dòng)脈管壁成像一般采用雙反轉(zhuǎn)回波黑血技術(shù)(Dual-IR/Double-IR)與三維梯度回波序列或二維快速自旋回波序列相結(jié)合[7-10]，來(lái)抑制血流信號(hào)，從而提供管腔和管壁的對(duì)比。其原理是：在圖像采集前先施加一個(gè)非選擇性180°反轉(zhuǎn)脈沖，使全身組織磁化發(fā)生反轉(zhuǎn)，包括血液；緊接著再施加一個(gè)選擇性180°反轉(zhuǎn)脈沖，使成像層面的血液磁化再次反轉(zhuǎn)，而層面外的血液例外，于是成像層面內(nèi)的血液信號(hào)被抑制，避免了血液流動(dòng)偽影；在雙反轉(zhuǎn)脈沖之后施加脂肪飽和預(yù)脈沖以抑制心外膜脂肪信號(hào)。這樣，冠狀動(dòng)脈管壁與管腔內(nèi)血液以及血管周圍組織之間形成了良好的對(duì)比。但常規(guī)冠脈黑血成像技術(shù)需要呼吸導(dǎo)航，掃描時(shí)間長(zhǎng)短要依據(jù)導(dǎo)航的效率來(lái)決定，通常要15 min以上。另外，除黑血管壁成像外，還需要單獨(dú)掃描亮血磁共振血管造影(magnetic resonance angiography，MRA)，又額外需要增加5～10 min的掃描時(shí)間。此外，掃描范圍不能覆蓋全心，僅為血管的近中段。采集的數(shù)據(jù)非各向同性，分辨率僅為1.34 mm×1.35 mm×1.60 mm。

1.3 全心冠狀動(dòng)脈斑塊定性技術(shù)(coronary atherosclerosis T1-weighed characterization with integrated anatomical reference，CATCH)

CATCH是一項(xiàng)新近研發(fā)的掃描技術(shù)[11]，主要由前瞻性心電門控、應(yīng)用反轉(zhuǎn)恢復(fù)準(zhǔn)備的三維黃金角放射采集的梯度回波序列、高效呼吸門控技術(shù)聯(lián)合回顧性運(yùn)動(dòng)校正組成。該技術(shù)采用隔次心跳發(fā)射反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖，從而使黑血T1WI圖像及亮血解剖參考圖像交錯(cuò)采集。采用頻率選擇絕熱反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖抑制心臟外的組織，以減少?gòu)较虿蓸硬蛔銓?dǎo)致的條形偽影。應(yīng)用頻率選擇絕熱反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖聯(lián)合水激發(fā)脈沖抑制心外膜脂肪。用于重建的所有圖像數(shù)據(jù)(相當(dāng)于100%有效呼吸導(dǎo)航)均不采用呼吸導(dǎo)航，掃描期間，膈肌導(dǎo)航儀開(kāi)啟“僅監(jiān)測(cè)”模式監(jiān)測(cè)受試者的呼吸狀況，反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖后立即應(yīng)用反跳脈沖恢復(fù)導(dǎo)航信號(hào)。該技術(shù)能將圖像分辨率提高到各向同性1.1 mm×1.1 mm×1.1 mm。更大的優(yōu)勢(shì)在于此項(xiàng)技術(shù)能在10 min的掃描時(shí)間內(nèi)同時(shí)獲得全心冠脈亮血MRA和黑血管壁圖像，其亮血序列能夠評(píng)估冠脈解剖異常及管腔狹窄嚴(yán)重程度，黑血序列作為重度T1加權(quán)圖像，冠脈易損斑塊在圖像上表現(xiàn)為高亮信號(hào)，與被抑制的其他組織成分間對(duì)比良好，極易識(shí)別。

2 冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的MRI成像研究歷程與進(jìn)展

2.1 動(dòng)物實(shí)驗(yàn)研究

2000年，Worthley等[12]應(yīng)用高脂飼料喂養(yǎng)聯(lián)合球囊拉傷法成功建立了小型豬的動(dòng)脈粥樣硬化模型。他們?cè)谕暾呢i離體心臟上對(duì)所有冠狀動(dòng)脈進(jìn)行掃描，保留了冠狀動(dòng)脈曲線。該項(xiàng)研究成功顯示了斑塊內(nèi)的脂質(zhì)心、纖維細(xì)胞成分、鈣化及出血。由于Worthley等采用曲面成像法采集冠脈管壁圖像，為后來(lái)活體研究冠脈斑塊提供了可能。同時(shí)，也為在體監(jiān)測(cè)斑塊的發(fā)生、發(fā)展提供了平臺(tái)。因技術(shù)難度大、實(shí)驗(yàn)成本高，此后，再無(wú)相關(guān)理想動(dòng)脈粥樣硬化模型的文章發(fā)表。

2.2 人在體研究

2.2.1 冠狀動(dòng)脈管壁MRI成像的技術(shù)可行性研究

2000年，F(xiàn)ayad等[13]對(duì)8名健康志愿者和5例冠心病患者進(jìn)行黑血MRI冠脈管壁成像，并成功獲得了2D黑血管壁圖像，同時(shí)，該研究發(fā)現(xiàn)冠心病患者的冠脈管壁厚度較正常人增厚，這在患者的冠狀動(dòng)脈造影上也得到了進(jìn)一步證實(shí)。該項(xiàng)研究證實(shí)高分辨率黑血MRI冠狀動(dòng)脈管壁成像技術(shù)能夠識(shí)別早期冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊，從而使冠狀動(dòng)脈管壁MRI成像技術(shù)成為可能。2002年，Kim等[14]采用雙反轉(zhuǎn)回波(Dual-IR/Double-IR)及亮血序列對(duì)6名健康志愿者和6例冠心病患者進(jìn)行3D容積采集，并成功獲得右冠狀動(dòng)脈近中段3D管壁圖像。但因技術(shù)復(fù)雜、影響因素較多，未見(jiàn)左冠狀動(dòng)脈管壁成像的相關(guān)報(bào)道。因此，這僅僅是初步的技術(shù)可行性研究。

2.2.2 MRI技術(shù)評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的可重復(fù)性研究和冠脈斑塊不同表現(xiàn)及強(qiáng)化方式的研究

2005年，Desai等[15]對(duì)18名健康志愿者進(jìn)行3D右冠狀動(dòng)脈MRI管壁成像及半定量分析，并于1個(gè)月后對(duì)其中的8名受試者進(jìn)行再次成像。研究結(jié)果證實(shí)3D右冠狀動(dòng)脈成像和半定量分析可重復(fù)性良好。2006年，Maintz等[16]嘗試對(duì)9例多層螺旋CT (multi-slice computed tomography，MSCT)證實(shí)有冠狀動(dòng)脈粥樣斑塊的患者進(jìn)行3D T1加權(quán)成像(T1-weighted imaging，T1WI)冠狀動(dòng)脈管壁增強(qiáng)成像，研究結(jié)果表明斑塊對(duì)對(duì)比劑的攝取因其性質(zhì)的不同而不同，但這能否成為斑塊定性、分類的依據(jù)還有待于進(jìn)一步研究。2007年，Yeon等[17]對(duì)6名健康志愿者及14例冠心病患者進(jìn)行冠狀動(dòng)脈管壁MRI延遲強(qiáng)化成像，研究結(jié)果表明，具有粥樣硬化斑塊的冠脈節(jié)段延遲強(qiáng)化程度明顯高于正常節(jié)段。這提示，MRI延遲強(qiáng)化有助于識(shí)別冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊。

2.2.3 MRI管壁成像與有創(chuàng)腔內(nèi)影像技術(shù)(IVUS、OCT)的對(duì)照研究和臨床癥狀之間的相關(guān)性研究

以有創(chuàng)腔內(nèi)影像技術(shù)(IVUS、OCT)為對(duì)照，進(jìn)一步證實(shí)MRI黑血冠脈管壁成像技術(shù)在冠脈斑塊成分定量、定性分析中的作用。(1)相關(guān)概念的提出及易損斑塊的識(shí)別。Kawasaki等[18]通過(guò)非對(duì)比增強(qiáng)TlWI技術(shù)進(jìn)行斑塊成像，并與MSCT及血管內(nèi)超聲對(duì)比。將斑塊信號(hào)強(qiáng)度與心肌信號(hào)強(qiáng)度比值(plaque-to-myocardium signal intensity ratio，PMR)大于1.0的冠脈斑塊定義為高信號(hào)斑塊(highintensity plaque，HIP)。研究結(jié)果表明，與非高信號(hào)斑塊相比，T1WI上HIP與超聲衰減、正性重構(gòu)、顯著低CT值及慢流現(xiàn)象有良好相關(guān)性。第一次證明了非對(duì)比增強(qiáng)冠狀動(dòng)脈T1WI有助于評(píng)價(jià)冠脈斑塊成分。Li等[19]對(duì)41例具有非鈣化斑塊患者進(jìn)行MR冠脈增強(qiáng)檢查，結(jié)果表明易損斑塊具有早期強(qiáng)化的特征。(2)冠脈HIP與易損斑塊形態(tài)之間的相關(guān)性及對(duì)血栓的提示。Oei等[20]初步證實(shí)，應(yīng)用冠狀動(dòng)脈黑血TlWI成像技術(shù)結(jié)合冠脈MRA有助于冠心病患者冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊內(nèi)出血的診斷。Jansen等[21]對(duì)18例首次心絞痛發(fā)作后24～72 h內(nèi)急性冠脈綜合征發(fā)作的患者進(jìn)行冠狀動(dòng)脈非對(duì)比增強(qiáng)3D T1加權(quán)成像，同時(shí)，對(duì)患者進(jìn)行CAG檢查。結(jié)果顯示，其中10例CAG證實(shí)有冠脈內(nèi)血栓形成，與冠脈內(nèi)無(wú)血栓者相比，冠脈內(nèi)血栓形成節(jié)段MR圖像信號(hào)較高。這表明，非對(duì)比增強(qiáng)T1WI上冠脈斑塊高信號(hào)與冠脈內(nèi)血栓形成有關(guān)。Matsumoto等[22]對(duì)100例冠狀動(dòng)脈粥樣硬化患者進(jìn)行冠狀動(dòng)脈斑塊成像，并與OCT檢測(cè)到的斑塊形態(tài)及患者心絞痛臨床嚴(yán)重程度(Braunwald分級(jí))對(duì)比。研究結(jié)果首次證實(shí)，T1WI上壁內(nèi)或腔內(nèi)高信號(hào)(high-intensity signal，HIS)與心絞痛臨床嚴(yán)重程度及OCT檢測(cè)到的斑塊形態(tài)有關(guān)(圖1)。此外，他們對(duì)研究人群進(jìn)行多變量分析顯示，血栓形成、內(nèi)膜新血管生成是腔內(nèi)HIS的獨(dú)立危險(xiǎn)因素，而巨噬細(xì)胞的存在及缺乏鈣化與壁內(nèi)HIS相關(guān)。在破裂和出血的斑塊中，內(nèi)膜新生血管的存在更易導(dǎo)致血栓形成。Xie[11]研究證實(shí)，全心冠脈斑塊定性技術(shù)(CATCH序列)上的冠脈HIS與OCT所檢測(cè)到的易損斑塊形態(tài)相關(guān)性良好。既往及新近研究結(jié)果顯示，早期冠脈內(nèi)血栓含有高鐵血紅蛋白，能產(chǎn)生短T1信號(hào)，這與T1WI上腔內(nèi)HIS的形成有關(guān)。而T1WI上冠脈壁內(nèi)HIS可能提示與炎癥相關(guān)的斑塊內(nèi)出血[11，20-23]。諸研究表明，T1WI成像技術(shù)有望成為識(shí)別與血栓形成、斑塊內(nèi)出血相關(guān)易損斑塊的新的成像技術(shù)。(3)冠脈HIS與臨床癥狀、遠(yuǎn)期預(yù)后等臨床事件的相關(guān)性。Noguchi等[24]對(duì)583例冠心病患者隨訪研究發(fā)現(xiàn)，非對(duì)比增強(qiáng)T1WI上冠脈HIS更有可能代表發(fā)展為遠(yuǎn)期心血管事件的易損斑塊，與遠(yuǎn)期冠脈事件有關(guān)，可能代表評(píng)估易損斑塊的新的無(wú)創(chuàng)、量化預(yù)測(cè)因子。

圖1 A：全心冠脈MRA顯示左側(cè)前降支近端嚴(yán)重狹窄(箭)；B～D：T1WI所示冠脈高信號(hào)(箭)(B：斜位，C：軸位，D：短軸位)；E：冠脈高信號(hào)與相應(yīng)嚴(yán)重狹窄節(jié)段的融合成像(圓圈)；F：CAG顯示左側(cè)前降支近端嚴(yán)重狹窄(圓圈)；G、H：OCT顯示與冠脈高信號(hào)相應(yīng)區(qū)域的冠脈內(nèi)血栓形成(星號(hào))及內(nèi)膜新生血管形成(箭頭)(引自：參考文獻(xiàn)[22])Fig. 1 A: Whole-heart coronary magnetic resonance angiography revealed severe stenosis in the proximal left anterior descending coronary artery(arrow); B—D: Coronary T1WI revealed HIS (arrow) (B: Oblique; C: Axial; D: Short-axis image); E: Fused image demonstrated HIS (circle) in the area corresponding to the significant stenosis; F: CAG showed significant coronary stenosis (circle); G, H: OCT examination showed intracoronary thrombus(asterisk) and intimal vasculature (arrow head) in the corresponding area of HIS (Cite from: reference[22]).

3 未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)

隨著技術(shù)的進(jìn)步及臨床需求的增加，血管成像技術(shù)已不再滿足于僅觀察管腔的狹窄或擴(kuò)張程度，直接觀察血管壁病變的管壁成像技術(shù)已成為發(fā)展趨勢(shì)。同時(shí)，近年來(lái)，該技術(shù)的研究方向更傾向于早期識(shí)別與遠(yuǎn)期心血管事件相關(guān)的易損斑塊特征。MR血管成像技術(shù)在大、中動(dòng)脈成像(如頸動(dòng)脈成像)中取得了滿意的結(jié)果[25-26]。研究證明，冠狀動(dòng)脈黑血管壁成像技術(shù)與OCT檢測(cè)到的斑塊形態(tài)具有良好的相關(guān)性，可以發(fā)現(xiàn)冠狀動(dòng)脈的粥樣硬化斑塊，并且能夠識(shí)別與血栓形成、斑塊內(nèi)出血相關(guān)的易損斑塊。雖然目前的技術(shù)尚不能對(duì)冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊進(jìn)行精確評(píng)估，但隨著MR多參數(shù)冠狀動(dòng)脈管壁成像技術(shù)的進(jìn)步，能提供關(guān)于MR冠脈血管和管壁的更可靠、直觀的信息。真正實(shí)現(xiàn)包括冠脈解剖、心臟功能、心肌灌注及心肌活性在內(nèi)的“一站式”心臟檢查。

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Research progress in the evaluation of coronary atherosclerosis plaque by magnetic resonance imaging

LIU Wen, YU Wei*
Beijing Anzhen Hospital Affilliated to Capital Medical Universily, Beijing 100029,China
*Correspondence to: Yu W, E-mail: nxyw1969@163.com

Coronary atherosclerosis heart disease (CHD) is one of the leading causes of death, and the patients with acute coronary syndrome (ACS) is the main cause of poor prognosis and sudden death. Autopsy pathology shows that vulnerable plaque rupture or erosion of the endothelial surface with thrombus formation is recognized as the most important mechanism of acute coronary syndromes. Magnetic resonance imaging (MRI) is noninvasive, with high reproducibility and perfect soft tissue characterization. After 20 years of hard work, carotid arteries allow identification of plaque morphology using multi-contrast weighted MRI, which has got additional validation studies using histopathologic materials and clinical practice. Although,at present, coronary artery wall imaging is still in the stage of research due to the complexity of imaging technology. In this article, the research progress of magnetic resonance imaging to evaluate coronary artery atherosclerotic plaque is reviewed.

Coronary disease; Plaque, atherosclerotic; Vulnerable plaque; Magnetic resonance imaging

14 Dec 2016, Accepted 20 Jan 2017

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目(編號(hào)：81071196，81541126)；衛(wèi)生公益性行業(yè)科研專項(xiàng)項(xiàng)目(編號(hào)：201402019)；北京市衛(wèi)生系統(tǒng)高層次衛(wèi)生技術(shù)人才培養(yǎng)計(jì)劃項(xiàng)目(編號(hào)：2013-2-005)

于薇，E-mail：nxyw1969@163.com

2016-12-14

接受日期：2017-01-20

R445.2；R743.1

A

10.12015/issn.1674-8034.2017.04.014

劉文, 于薇. 磁共振評(píng)估冠狀動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的研究進(jìn)展. 磁共振成像,2017, 8(4): 312-316.

ACKNOWLEDGMENTS This work was part of National Natural Science Foundation of China (No.81071196, 81541126); Health Public Welfare Industry Special Scientific Research Projects (No.201402019); Beijing Health System High Level Health Technical Personnel Training Plan (No.2013-2-005).