高分辨磁共振血管壁成像技術(shù)頸動脈粥樣硬化應(yīng)用

魏夢嬌 綜述 高陽，郝祥程 審校

動脈粥樣硬化(atherosclerosis，AS)是指多種病因引起血管病變從而導(dǎo)致患者缺血性臨床癥狀的慢性炎癥性疾病，可見于頸內(nèi)動脈和椎-基底動脈系統(tǒng)任何部位，尤以頸動脈分叉處多見[1]。AS傳統(tǒng)成像主要集中在管腔狹窄描繪上，但學(xué)者們一致認(rèn)為將管腔狹窄程度作為AS疾病嚴(yán)重程度標(biāo)志并不嚴(yán)謹(jǐn)，因?yàn)锳S是始于動脈壁的疾病，并且僅產(chǎn)生輕度到中度狹窄的AS斑塊仍可能導(dǎo)致急性腦梗死[2]。因此，理想AS成像方法不僅應(yīng)該能夠量化管腔狹窄程度，而且應(yīng)該能夠識別出定義易損斑塊關(guān)鍵特征。

高分辨磁共振血管壁成像技術(shù)(high resolution magnetic resonance vessel wall imaging,HR-VWI)提供極佳軟組織對比，已經(jīng)逐步成為AS疾病重要檢查手段。有效結(jié)合黑血技術(shù)和亮血技術(shù)能直觀地反映頸動脈管壁結(jié)構(gòu)，識別頸動脈狹窄和夾層動脈瘤，以及頸動脈斑塊位置、范圍和形態(tài)學(xué)特征等；同時采用專門后處理技術(shù)進(jìn)行半自動和全自動的多平面處理，包括三維曲面血管重建、黑血和亮血圖像融合和局部直方圖最優(yōu)路徑選擇等，這些計(jì)算機(jī)輔助技術(shù)用于評估頸動脈形態(tài)包括腔面積、總血管面積和平均壁厚，以及測量管腔狹窄率、斑塊負(fù)荷、斑塊體積和偏心指數(shù)等[3]。

磁共振血管壁成像技術(shù)

1.黑血技術(shù)

近年磁共振設(shè)備場強(qiáng)和線圈通道數(shù)發(fā)展使黑血序列應(yīng)用成為可能，這些序列通過信噪比提高為AS疾病診斷提供更加清晰優(yōu)異圖像。黑血技術(shù)包括流空效應(yīng)、流動敏感磁化準(zhǔn)備(motion-sensitizing magnetization preparation,MSMP)、雙反轉(zhuǎn)黑血(double invertion recovery,DIR)技術(shù)等。目前針對走行單一、流速較快的血管使用快速自旋回波(turbo spin echo，TSE)流空效應(yīng)進(jìn)行黑血成像，并且為了消除2D序列在掃描層面和信噪比上的限制，需要設(shè)計(jì)新的3D序列，即最優(yōu)化采集可變翻轉(zhuǎn)角序列(sampling perfection with application optimized contrasts using different flip angle evolutions，SPACE)。SPACE是一種基于TSE序列采用可變翻轉(zhuǎn)角回聚脈沖鏈的三維快速自旋回波成像技術(shù)[4]，能進(jìn)一步增加流空效應(yīng)使得血液抑制更為均勻徹底；MSMP是利用T2準(zhǔn)備脈沖和彌散梯度增加流動質(zhì)子的散相，進(jìn)一步降低流動質(zhì)子信號[5]，從而獲得均勻黑血效果。DIR主要原理是使用一個非層面選擇反轉(zhuǎn)脈沖和一個層面選擇反轉(zhuǎn)脈沖實(shí)現(xiàn)血流信號抑制[6，7]。另外，在掃描過程中同時運(yùn)用脂肪抑制技術(shù)、流動抑制技術(shù)可獲得更加清晰影像，脂肪抑制技術(shù)可抑制血管周圍脂肪信號；流動抑制技術(shù)常在血流方向使用預(yù)飽和帶，消除圖像血管搏動偽影[8]。黑血成像能夠提升圖像信噪比，顯示管壁結(jié)構(gòu)，突出血管病變，特別是容易產(chǎn)生流動偽影頸動脈分叉處。

2.亮血技術(shù)

常用亮血技術(shù)主要包括時間飛躍法MRA(time-of-flight magnetic resonance angiography,TOF-MRA)和相位對比MRA(phase-contrast magnetic resonance angiography,PC-MRA)。目前，廣泛使用是三維時間飛躍血管成像技術(shù)(three-dimensional time of flight magnetic resonance angiography，3D TOF-MRA)，即多薄層重疊厚層血管造影, 是一種小角度擾相梯度回波序列。該技術(shù)主要依賴流入增強(qiáng)效應(yīng)，目的是在相對短的采集時間內(nèi)獲取頸部血管全貌。同SE相比較，梯度回波使用較短重復(fù)時間(repetition time，TR)和回波時間(echo time，TE)，短TR有利于抑制血管周圍組織信號，突出動脈信號，短TE能最大限度減少體素內(nèi)相位離散，保證血管內(nèi)信號強(qiáng)度，增大血流和斑塊之間的對比[9]。3D TOF-MRA 圖像能夠顯示血管的全貌，初步確定狹窄區(qū)域，并為黑血序列提供定位標(biāo)志。亮血技術(shù)最大優(yōu)點(diǎn)是短TR、短TE，掃描時間少。

3.動態(tài)對比增強(qiáng)成像技術(shù)

動態(tài)對比增強(qiáng)成像技術(shù)(dynamic contrast-enhanced MRI,DCE-MRI)是通過靜脈內(nèi)團(tuán)注順磁性對比劑，同時使用快速梯度回波脈沖序列和特殊K空間填充技術(shù)采集注入對比劑前后多個時期組織強(qiáng)化的一系列連續(xù)動態(tài)增強(qiáng)圖像[10]。Wu等[11]提出了一種血管壁動態(tài)增強(qiáng)磁共振成像同源黑-亮血和彈性交錯成像序列，該序列能夠間隔采集黑血圖像和亮血圖像，黑血圖像用于評估管壁形態(tài)，亮血圖像用于獲取動脈輸入功能。黑血、亮血技術(shù)結(jié)合DCE-MRI有利于盡早發(fā)現(xiàn)是否有AS斑塊，并對斑塊成分特性進(jìn)行分析：①可用于判斷壞死脂核存在以及纖維帽表面形態(tài)，評估纖維帽與脂核比例以及穩(wěn)定性[10]。②可反映新生血管形成。Taruya等[12]發(fā)現(xiàn)血管壁增強(qiáng)主要是由于動脈外膜滋養(yǎng)血管的增生所致。Yuan等[13]研究結(jié)果同樣發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)影像與新生血管生成有關(guān)。③可反映炎癥存在。Yuan等[13]證實(shí)DCE-MRI定量分析可以識別潰瘍斑塊中炎性細(xì)胞的滲入。

4.分子影像技術(shù)

分子影像目的是為頸動脈斑塊特別是高危斑塊識別和分類提供生物學(xué)見解。頸動脈斑塊在分子和細(xì)胞水平上發(fā)生多種復(fù)雜反應(yīng),在疾病進(jìn)展不同階段產(chǎn)生各種與AS相關(guān)生物標(biāo)志物[2]，而血管內(nèi)超聲、多層計(jì)算機(jī)斷層掃描等常規(guī)影像模式無法獲得分子和細(xì)胞病理生理學(xué)機(jī)制信息。Derex等[14]首次提出分子成像可識別AS斑塊一些分子和細(xì)胞演變過程。Winter[14]利用以纖維蛋白為靶點(diǎn)納米顆粒證實(shí)了斑塊易損性，這種分子成像方法可評估個體患者對抗血栓治療反應(yīng)性。Chan等[2，15]使用 VCAM-1和P-選擇素雙抗體結(jié)合超順磁性氧化鐵(superparamagnetic iron oxide,SPIO)顆粒作為探針檢測了血管壁內(nèi)皮激活程度，同時利用血管壁內(nèi)吞噬細(xì)胞攝取功能評估斑塊炎癥。MRI作為分子成像系統(tǒng)主要優(yōu)勢在于它能夠通過探索質(zhì)子密度、灌注、擴(kuò)散和生化對比來提供軟組織和功能信息，它的這一特性可以在單一成像模式下進(jìn)行分子信息與解剖信息配準(zhǔn)。

5.高分辨率三維彌散技術(shù)

彌散性磁共振成像(diffusion weighted imaging，DWI和apparent diffusion coefficient，ADC)已被證明可為頸動脈斑塊成分特征提供良好對比度[16]。擴(kuò)散加權(quán)成像從識別方向引入了一個單獨(dú)的擴(kuò)散準(zhǔn)備模塊，允許多角度高分辨率三維成像。Fan[16]研究證明采用雙極擴(kuò)散敏化梯度來補(bǔ)償一階運(yùn)動可減小渦流；采取內(nèi)腔調(diào)焦縮小視場方法可減少掃描時間。因此采用擴(kuò)散法制備的TSE首次實(shí)現(xiàn)了頸動脈管壁在體內(nèi)三維擴(kuò)散成像，具有較高空間分辨率和良好成像質(zhì)量。Kim等[17]研究指出DWI能區(qū)分斑塊內(nèi)部成分，特別是脂質(zhì)壞死核心和纖維帽，脂質(zhì)核心在DWI上呈現(xiàn)彌散受限特征即高信號，而其ADC值往往低于纖維帽。Xie等[18]研究也表明壞死脂核平均ADC值小于纖維帽和斑塊內(nèi)出血，斑塊內(nèi)不同成分ADC值差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

HR-VWI對頸動脈粥樣硬化疾病評價

1.評估頸動脈狹窄、閉塞和椎-基底動脈發(fā)育

HR-VWI可以評估頸動脈形態(tài)及閉塞性病變，粥樣硬化血管壁在黑血序列上通常表現(xiàn)為環(huán)形或半環(huán)形管壁增厚、閉塞[19]；可評估頸動脈狹窄程度及缺血性臨床事件可能進(jìn)展程度，為臨床提供治療措施如當(dāng)狹窄程度>70%時采取內(nèi)膜剝脫術(shù)治療；可評估willis環(huán)，觀察是否有側(cè)枝循環(huán)形成；可多參數(shù)多平面評估椎-基底動脈形態(tài)，明確動脈狹窄甚至閉塞原因，區(qū)分獲得性動脈粥樣硬化狹窄與先天性發(fā)育不全[20]。

2.評估頸動脈粥樣硬化斑塊易損性

易損斑塊定義及MRI分型:Spacek等[21]提出斑塊內(nèi)容物決定其易損性概念，主要包括斑塊表面破潰纖維帽，大的壞死脂核、斑塊內(nèi)出血及表面鈣斑。Cai等[22]根據(jù)美國心臟協(xié)會(American Heart Association，AHA)病理學(xué)分型，結(jié)合頸動脈易損斑塊 MRI影像學(xué)特征制定了MRI分型標(biāo)準(zhǔn)。Ⅰ-Ⅱ型：無鈣化正常管壁；Ⅲ型：彌漫性或偏心性內(nèi)膜增厚，無鈣化灶； Ⅳ-Ⅴ型：有脂質(zhì)或壞死核心斑塊，周圍有可能鈣化的纖維組織；Ⅵ型：混合型斑塊，表面有破潰、出血、血栓形成；Ⅶ型：有鈣化；Ⅷ型：纖維斑塊，不含脂質(zhì)核心，可能有小的鈣化。

纖維帽：Cury等[2]將纖維帽定義為包裹脂質(zhì)核心的纖維組織，其完整性是斑塊引起臨床癥狀關(guān)鍵原因之一。王勇等[2，23]對于纖維帽完整性成像研究指出完整纖維帽在TOF序列中表現(xiàn)為鄰近管壁的帶狀或環(huán)狀低信號，T1WI多呈等信號，PDWI呈稍高信號，T2WI信號復(fù)雜多變，可成低/高信號，注射對比劑之后明顯強(qiáng)化；薄弱、破潰纖維帽有兩個明顯的特征，一是TOF圖像上連續(xù)低信號帶的缺失，二是在T1WI、PDWI及T2WI均表現(xiàn)為管腔旁的低信號。

脂質(zhì)壞死核心：Jiang等[24]研究發(fā)現(xiàn)壞死脂核可預(yù)測粥樣斑塊破潰脫落發(fā)生。脂質(zhì)壞死核心面積越大，斑塊越脆弱。壞死脂核的信號呈多樣性，通常脂質(zhì)核心在T1WI、T2WI 都表現(xiàn)為等信號，而在對比增強(qiáng)圖像上表現(xiàn)為不強(qiáng)化或輕度強(qiáng)化，這是與纖維帽鑒別的要點(diǎn)[8]。更新研究致力于對脂核進(jìn)行定量計(jì)算，Kim等學(xué)者研究發(fā)現(xiàn)[17，25]通過DWI序列測量壞死脂核以及斑塊內(nèi)出血表觀彌散系數(shù)值，可定量區(qū)分壞死脂核和斑塊內(nèi)出血。

斑塊內(nèi)出血：斑塊內(nèi)出血促進(jìn)AS的惡化，是斑塊進(jìn)展到危險階段標(biāo)志。目前，磁化準(zhǔn)備快速梯度回波序列(magnetization prepared rapid acquisition gradient Echo，MPRAGE)、層塊選擇相位敏感反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(slab selective phase-sensitive inversion-recovery，SPI)、非對比血管成像與斑塊內(nèi)出血同時成像(simultaneous non-contrast angiography and intraplaque hemorrhage，SNAP)等新開發(fā)成像序列專門用于檢測斑塊內(nèi)出血[26]。并且Li等[26，27]研究發(fā)現(xiàn)MPRAGE及SNAP序列對診斷斑塊內(nèi)出血有很高特異性。關(guān)于信號特點(diǎn)，多名學(xué)者[2,8,27,28]通過多個序列對比分析發(fā)現(xiàn)斑塊內(nèi)出血不同時期信號特點(diǎn)隨出血時間逐漸演變，新鮮出血(1周內(nèi))在T1WI、TOF序列表現(xiàn)為高信號，T2WI表現(xiàn)為等/低信號；近期出血(1～6周)在T1WI、T2WI序列多呈明顯高信號，TOF呈混雜/高信號；陳舊出血(6周以上)在T1WI、T2WI及TOF序列都出現(xiàn)低信號。

斑塊鈣化：Lin等[29]認(rèn)為斑塊鈣化形態(tài)及位置與斑塊易損性密切相關(guān)，形態(tài)不規(guī)則鈣化發(fā)生斑塊內(nèi)出血概率明顯較大片狀鈣化高，位于斑塊邊沿鈣化發(fā)生斑塊內(nèi)出血概率明顯較中心更高。Bischetti等[30]認(rèn)為AS斑塊不穩(wěn)定與數(shù)量無關(guān)，而與鈣化的元素組成有關(guān)。Yang等[2，31]指出大部分鈣化斑塊在T1WI、T2WI及TOF序列均表現(xiàn)為與周圍組織分界清晰弧形或不規(guī)則形低信號。黑血序列由于管腔內(nèi)血流呈低信號，因此影響斑塊表面鈣化檢出率；而由于鈣化灶不強(qiáng)化，與脂核類似，導(dǎo)致對比增強(qiáng)成像技術(shù)對鈣化檢出率也大大降低[8]。

3.對于頸動脈夾層診斷與評價

頸動脈夾層的病理學(xué)特點(diǎn)是紅細(xì)胞通過破裂的動脈內(nèi)膜進(jìn)入內(nèi)彈性層，將動脈內(nèi)膜從內(nèi)側(cè)分離，然后沿著血流方向延長剝離的一種情況[2,19]。HR-VWI可清楚地顯示管腔、管壁以及附壁血腫形態(tài)：De HA等[2，32]發(fā)現(xiàn)頸動脈夾層可在T2WI序列觀察到彎曲擺動高信號內(nèi)膜片，形成分隔將血管腔與假腔分開；合并壁間血腫時在T1WI序列常呈高信號，類似于斑塊內(nèi)出血且信號強(qiáng)度可隨血腫吸收時間變化而改變，48h內(nèi)壁間血腫在T1WI及T2WI上均呈低信號。

綜上所述，HR-VWI技術(shù)與常規(guī)T1WI、T2WI、DWI等序列結(jié)合形成一站式成像系統(tǒng)明確頸動脈狹窄、閉塞病因，分析斑塊成分特征，同時可以獲得動脈管壁結(jié)構(gòu)、頸動脈走形、血流動力學(xué)等多種信息，為臨床診斷提供豐富的組織信息。而采用多參數(shù)、多角度以及多功能成像方式必然會增加檢查時間，因此需要我們進(jìn)一步探索以確定最佳掃描方法，從而減少患者檢查難度并提高檢查結(jié)果準(zhǔn)確度與可信性。