頸動脈斑塊內(nèi)出血與斑塊位置的高分辨率磁共振成像研究

張 波 楊晉名 楊 嬗 唐 燁 潘 磊 馮 喆 曹 鑫 耿道穎 張 軍

頸動脈粥樣硬化斑塊脫落可形成栓子，阻塞顱內(nèi)動脈造成遠端腦組織缺血導(dǎo)致腦梗死發(fā)生。高分辨率磁共振成像(high-resolution magnetic resonance imaging, HR-MRI)可清晰地顯示斑塊的外部形態(tài)特征、內(nèi)部結(jié)構(gòu)成分和位置分布信息。斑塊內(nèi)出血(intraplaque hemorrhage, IPH)被美國心臟學(xué)會(American Heart Association, AHA)列為易損斑塊的特征性表現(xiàn)之一。有研究[1]結(jié)果表明，IPH可作為判定斑塊易損性的新型標志物。IPH的發(fā)生與斑塊鈣化[2]、纖維帽破裂[3]、富含脂質(zhì)的核心體積[4]、局部的血流動力學(xué)[5]和血流剪應(yīng)力[6]等因素有關(guān)。壁切應(yīng)力(wall shear stress,WSS)是指單位面積上由血管內(nèi)壁表面流動的液體產(chǎn)生的接近管壁的切向摩擦力，管壁不同位置的斑塊所承受的WSS有所不同。同步非增強血管造影和IPH(simultaneous non-contrast angiography and intraplaque hemorrhage, SNAP)成像序列利用物質(zhì)相位信息進行成像，提高了出血信號與管腔內(nèi)血流信號和周圍管壁之間的對比度，可同時獲得IPH位置分布信息[7]，為實現(xiàn)IPH的精準識別與評估提供了技術(shù)支持。本研究通過三維(3D)HR-MRI分析頸動脈IPH與斑塊位置的關(guān)系，旨在探討斑塊所處位置可能引起IPH的潛在機制。

1 對象與方法

1.1 研究對象 選擇2019年4月—2020年1月在復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科就診的缺血性腦卒中患者92例，均符合AHA/美國卒中學(xué)會(ASA)急性缺血性卒中早期管理指南2019版[8]診斷標準，近兩周出現(xiàn)缺血性腦卒中癥狀或短暫性腦缺血發(fā)作，通過頸動脈超聲檢查發(fā)現(xiàn)雙側(cè)頸動脈存在至少1枚動脈粥樣硬化斑塊。患者合并1項或多項動脈粥樣硬化危險因素，包括高血壓、高脂血癥(總膽固醇>5.7 mmol/L或三酰甘油>1.71 mmol/L)、糖尿病、冠心病、吸煙等?；颊呔谐Ｒ?guī)頭顱CT和MRI檢查[包括T1加權(quán)成像(T1WI)、T2加權(quán)成像(T2WI)、T2液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(T2-FLAIR)、彌散加權(quán)成像(DWI)]。所有患者的臨床資料均來自其病歷，影像學(xué)資料從放射科影像歸檔和通信系統(tǒng)(PACS)中提取。排除標準：①經(jīng)頭顱CT檢查發(fā)現(xiàn)有顱內(nèi)出血、顱內(nèi)腫瘤或其他非缺血性腦血管?。虎诮?jīng)頭顱MRI檢查發(fā)現(xiàn)煙霧病、顱內(nèi)動脈多發(fā)斑塊、動靜脈畸形、動脈夾層、動脈瘤等血管性疾??；③單側(cè)或雙側(cè)頸動脈閉塞；④有頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)(carotid endarterectomy, CEA)或血管支架植入術(shù)等手術(shù)史；⑤因患者不自主運動產(chǎn)生的偽影或其他原因?qū)е翸RI圖像未能達到質(zhì)量要求；⑥因幽閉恐懼癥等個人原因未能完成所有序列檢查。本研究獲得醫(yī)院倫理委員會審核和批準(批準號為KY2013-332)，所有患者或其家屬均已簽署知情同意書。

1.2 掃描設(shè)備和參數(shù) 使用3.0T Philips Ingenia MRI掃描儀(美國飛利浦公司)搭配8通道頸部專用線圈(中國北京清影華康公司)和32通道頭頸聯(lián)合線圈(美國飛利浦公司)對所有患者行頭頸動脈一體化3D HR-MRI和時間飛躍法(time of flight，TOF)-MRA，均采用頭先進仰臥位。MRI掃描參數(shù)如下。①MRA：橫軸位掃描重復(fù)時間(TR)/回波時間(TE)為23/3.5 ms，成像野(FOV)為160 mm×160 mm×40 mm，空間分辨率為0.6 mm×0.6 mm×2 mm，翻轉(zhuǎn)角為20°，掃描時間為5 min 20 s；②3D T1WI：冠狀位掃描TR/TE為600/5 ms，F(xiàn)OV為230 mm×160 mm×60 mm，空間分辨率為0.8 mm×0.8 mm×0.8 mm，翻轉(zhuǎn)角為90°，層厚為1 mm，掃描時間為3 min 14 s；③3D T2WI：冠狀位掃描TR/TE為2 500/235 ms，F(xiàn)OV為230 mm×160 mm×60 mm，空間分辨率為0.8 mm×0.8 mm×0.8 mm，翻轉(zhuǎn)角為90°，層厚為1 mm，掃描時間為3 min 55 s；④3D SNAP：冠狀位掃描TR/TE為11/5 ms，F(xiàn)OV為230 mm×160 mm×60 mm，空間分辨率為0.8 mm×0.8 mm×0.8 mm，翻轉(zhuǎn)角為11°，層厚為1 mm，掃描時間為4 min 28 s；⑤增強T1WI：經(jīng)肘前正中靜脈注入釓噴酸葡胺注射液10 mL，再行3D T1WI掃描，掃描參數(shù)同3D T1WI。

1.3 方法 應(yīng)用ITK-SNAP軟件3.6.0(www.itksnap.org/)對原始圖像進行橫斷面和矢狀面多平面重建(multi-planner reformation, MPR)。

1.3.1 勾畫感興趣區(qū)(region of interest,ROI) 逐一在3D HR-T1WI和3D HR-T2WI的橫軸位、冠狀位、矢狀位的每幅圖像上，沿著可見邊界畫出斑塊的最大范圍，外圍以動脈管壁為界，內(nèi)側(cè)以斑塊與黑色血流的交界線為界，使ROI覆蓋整個斑塊。斑塊在TOF-MRA原始圖像上表現(xiàn)為動脈管壁的增厚，在MRA血管重建圖像上表現(xiàn)為管腔的局限性變細，T1WI和T2WI因成分不同而信號不同，見圖1A～1D。在3D SNAP圖像上識別出IPH的特異性明顯高信號，見圖1E；沿著高信號邊界勾畫ROI覆蓋全部IPH，如未見明顯高信號則表示該斑塊無IPH。由兩位有5年以上工作經(jīng)驗的放射科醫(yī)師對同一病灶分別勾畫ROI，并應(yīng)用軟件測量斑塊體積和IPH體積，計算IPH體積/斑塊體積的比值，取平均值，相關(guān)結(jié)果由1位主任醫(yī)師評估審核。

A TOF-MRA原始圖像，左側(cè)頸內(nèi)動脈起始部外側(cè)壁增厚，管腔中度狹窄 B MRA血管重建圖像示左側(cè)頸內(nèi)動脈起始部局限性變細 C 斑塊T1WI呈稍高信號 D 斑塊T2WI呈稍低信號 E 3D SNAP圖像，IPH呈明顯高信號圖1 57歲男性患者，發(fā)作性右側(cè)肢體麻木10 d，左側(cè)額頂葉腦梗死

1.3.2 頸動脈斑塊分布象限劃分 在頸動脈T1WI橫軸位圖像上，取頸內(nèi)動脈與頸外動脈起始部血管橫斷面的中心點連線，以頸內(nèi)動脈的中心為中點，做圓的三等分，每個象限120°。設(shè)定外側(cè)的120°扇形區(qū)域為第Ⅰ象限(即頸內(nèi)動脈起始部的外側(cè)壁)，與頸外動脈相對的為第Ⅱ象限(即頸內(nèi)動脈起始部的后側(cè)壁)，內(nèi)側(cè)為第Ⅲ象限(即頸內(nèi)動脈起始部的內(nèi)側(cè)壁)，見圖2A、2B；沿頸總動脈走行方向行MPR，以清晰顯示頸總動脈的管腔和管壁，將頸總動脈末端至分叉部的區(qū)域定為第Ⅳ象限，見圖2C、2D。其他管壁區(qū)域為其他象限。斑塊的分布象限定為其最大部分所在象限。由2名放射科醫(yī)師分別判定斑塊分布位置，若產(chǎn)生分歧則由上級主任醫(yī)師會診后確定。

A 右側(cè)頸內(nèi)動脈橫軸位T1WI圖像 B 左側(cè)頸內(nèi)動脈橫軸位T1WI圖像 C 雙側(cè)頸總動脈分叉部的橫斷面T1WI圖像，該區(qū)域的斑塊屬于第Ⅳ象限 D 左側(cè)頸總動脈MPR圖像，頸總動脈末端至分叉部之間的區(qū)域為第Ⅳ象限圖2 頸動脈斑塊分布象限劃分的示意圖

1.3.3 頸動脈斑塊強化 對比斑塊3D T1WI圖像與3D T1WI增強圖像，見圖3。根據(jù)兩者信號差異，以增強后垂體信號為參照標準將斑塊強化分為3級：0級為無強化，即斑塊增強前后無明顯信號差異；1級為輕度強化，強化程度弱于正常垂體；2級為明顯強化，強化程度強于正常垂體[8]。將有強化的斑塊(1級、2級)記作陽性，無強化的斑塊(0級)記作陰性。

1.4 觀察指標 根據(jù)斑塊在SNAP的MRI信號特點判斷有無IPH，記錄斑塊位置所處象限。觀察斑塊增強前后的信號差異，判斷增強的程度。

A 57歲男性患者的左側(cè)頸內(nèi)動脈起始部斑塊3D T1WI圖像 B 57歲男性患者的3D T1WI增強圖像，強化程度為1級(輕度強化) C 58歲女性患者的左側(cè)頸內(nèi)動脈起始部斑塊3D T1WI圖像 D 58歲女性患者的3D T1WI增強圖像，強化程度為2級(明顯強化)圖3 頸動脈斑塊強化示例圖

2 結(jié) 果

2.1 一般資料 92例患者中，排除一側(cè)或雙側(cè)頸內(nèi)動脈閉塞8例、顱內(nèi)動脈重度粥樣硬化7例、合并其他顱腦疾病或腦血管病變4例、圖像質(zhì)量未達到評價標準4例、因自身原因未能完成所有序列檢查3例，最后納入研究的患者共66例。其中男56例、女10例；年齡范圍55～73歲，年齡為(64.06±9.10)歲。其中高血壓患者占90.91%(60/66)，糖尿病患者占36.36%(24/66)，高血脂患者占33.33%(22/66)，冠心病患者占46.97%(31/66)，有長期吸煙史者占68.18%(45/66)。

2.2 有無IPH斑塊的強化情況 52例患者雙側(cè)頸動脈各有1枚斑塊，14例患者僅單側(cè)有1枚斑塊，共計118枚斑塊。有IPH斑塊28枚，IPH體積/斑塊體積的比值為0.23±0.16，所有斑塊均有強化。無IPH的斑塊90枚，其中56枚有強化。有IPH斑塊的強化率為100%(28/28)，顯著高于無IPH斑塊的62.22%(56/90，P<0.05)。

2.3 有無IPH斑塊的患者一般情況和斑塊位置 無IPH斑塊的男性患者74例、女性患者16例，年齡為(63.53±9.50)歲；有IPH斑塊的男性患者24例、女性患者4例，年齡為(67.07±7.61)歲。有無IPH斑塊的患者性別構(gòu)成、年齡的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P值均>0.05)。無IPH斑塊的位置：第Ⅰ象限6個(6.67%)，第Ⅱ象限28個(31.11%)，第Ⅲ象限16個(17.78%)，第Ⅳ象限40個(44.44%)。有IPH斑塊的位置：第Ⅰ象限6個(21.43%)，第Ⅱ象限8個(28.57%)，第Ⅲ象限0個，第Ⅳ象限14個(50.00%)。有IPH斑塊在第Ⅰ象限內(nèi)所占比例顯著高于無IPH斑塊(P<0.05)，而在第Ⅲ象限內(nèi)所占比例顯著低于無IPH斑塊(P<0.05)。

3 討 論

本研究結(jié)果顯示，分布在第Ⅰ象限的有IPH斑塊所占比例(21.43%)顯著高于無IPH斑塊(6.67%)，分布在第Ⅲ象限的有IPH斑塊所占比例(0)顯著低于無IPH斑塊(17.78%)；結(jié)果表明，頸動脈斑塊的位置可能會影響IPH的發(fā)生。

IPH被認為是易損斑塊的特征性表現(xiàn)之一，出血的頸動脈斑塊是引發(fā)腦梗死的“罪犯斑塊”[9]。因斑塊組成成分不同，在MRI圖像上可顯示不同信號，IPH在急性期呈T1WI高信號，T2WI高或低信號，隨著時間的延長，信號會發(fā)生改變。SNAP判斷出血成分的靈敏度和特異度較高，SNAP圖像上IPH呈明顯高信號，與周圍組織對比明顯。以往的研究[10]認為，高WSS可能是促進IPH、形成易損斑塊的影響因素，其可引起內(nèi)皮細胞發(fā)生特異性改變，加劇炎癥反應(yīng)，刺激動脈粥樣硬化的進展。有學(xué)者提出，較高的WSS與IPH發(fā)生有一定關(guān)聯(lián)[6]，有IPH的斑塊所承受的WSS高于無IPH的斑塊[11]。另有研究[12]結(jié)果表明，局部高WSS會同時影響血管內(nèi)皮的完整性和斑塊的易損性；其機制可能是較高的WSS促進血管內(nèi)皮生長因子表達，誘導(dǎo)斑塊內(nèi)微血管生成，由于缺乏結(jié)締組織和基膜的支撐，血管脆性大，控制血流的能力有限，較大的壓力會引起脈管系統(tǒng)滲透增加[13]，這或許是引發(fā)血管破裂，導(dǎo)致IPH發(fā)生的原因之一。梁婷等[14]在其研究中將頸動脈不同部位的血管管壁劃分為頸總動脈遠端前、后壁和頸內(nèi)動脈起始部前、后壁。本課題組考慮到頸動脈分叉部的形態(tài)變異和頸內(nèi)動脈旋轉(zhuǎn)角度存在個體差異，參照國內(nèi)其他學(xué)者對基底動脈的斑塊位置象限劃分[15]，針對頸動脈特有的管腔結(jié)構(gòu)形態(tài)，更科學(xué)、合理地改良了象限劃分方式，有利于構(gòu)建更加符合人體血管解剖結(jié)構(gòu)的物理模型。相較于第Ⅲ象限對應(yīng)的頸內(nèi)動脈起始部內(nèi)側(cè)壁，第Ⅰ象限對應(yīng)的頸內(nèi)動脈起始部外側(cè)壁所承受的WSS較大，故斑塊穩(wěn)定性更差,更有可能發(fā)生IPH，且易破裂形成血栓，與本研究結(jié)果相符。這不僅可指導(dǎo)血管外科醫(yī)師更精準地實施頸動脈斑塊剝脫術(shù)，還可提示神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師及早關(guān)注高危部位斑塊的破裂風險，將缺血性腦卒中的防治端口前移。

本研究結(jié)果顯示，有IPH斑塊的強化率(100%)顯著高于無IPH斑塊(62.22%)，表明IPH與斑塊強化間存在一定聯(lián)系，而斑塊強化已被證實是急性缺血性腦卒中發(fā)生的獨立危險因素[16]。斑塊強化的機制復(fù)雜，可受多種因素影響。研究[17]發(fā)現(xiàn)，斑塊的對比度增強與血管新生化和炎癥反應(yīng)有關(guān)。動脈粥樣硬化斑塊內(nèi)的微血管內(nèi)皮功能障礙[18]，導(dǎo)致釓劑堆積在血管周圍的空隙，在MRI的T1WI圖像上形成明亮的高信號。由于WSS的大小與血管狹窄程度[19]、血流形式、斑塊形狀[20]等因素有關(guān)，未來應(yīng)結(jié)合流體力學(xué)和血流動力學(xué)建立物理模型，對該內(nèi)容進行更深入的研究。

綜上所述，該研究通過3D HR-MRI分析發(fā)現(xiàn)，頸動脈斑塊的位置可能會影響IPH的發(fā)生，這或許由頸動脈血管壁不同部位所受WSS的大小不一所致，該結(jié)論可為制訂有針對性、個體化的臨床診療方案提供影像學(xué)客觀依據(jù)；此外，有IPH斑塊的強化率高，為進一步研究易損斑塊形成的病理機制，以及缺血性腦卒中的發(fā)病機制提供了新思路。