磁共振血管壁成像評(píng)估顱內(nèi)動(dòng)脈瘤穩(wěn)定性的新進(jìn)展

魯宇澄 鮑奕仿 李郁欣

囊狀未破裂顱內(nèi)動(dòng)脈瘤（unruptured intracranial aneurysms，UIA）是指腦血管主要分支動(dòng)脈的病理性、局限性擴(kuò)張[1]。成年人群中，UIA的患病率約為3.2%，總體年破裂率約為1.9%，雖然絕大多數(shù)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤不會(huì)破裂，然而一旦破裂，將引起蛛網(wǎng)膜下腔出血（subarachnoid hemorrhage，SAH），病人的致殘率和致死率都非常高[2]。美國(guó)心臟協(xié)會(huì)/美國(guó)卒中學(xué)會(huì)2015年發(fā)布的UIA管理指南指出，對(duì)于偶然發(fā)現(xiàn)的UIA，如果選擇預(yù)防性介入治療或外科治療也有卒中、死亡的風(fēng)險(xiǎn)，因此在臨床診療決策中應(yīng)權(quán)衡其自然破裂風(fēng)險(xiǎn)與治療并發(fā)癥風(fēng)險(xiǎn)[3]。2021年，中國(guó)醫(yī)師協(xié)會(huì)神經(jīng)介入專(zhuān)業(yè)委員會(huì)和中國(guó)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤計(jì)劃研究組發(fā)布的中國(guó)UIA診療指南指出，對(duì)于低風(fēng)險(xiǎn)UIA，隨訪觀察安全可靠，而一旦發(fā)現(xiàn)破裂風(fēng)險(xiǎn)應(yīng)盡早治療[2]。因此，精準(zhǔn)評(píng)估偶發(fā)UIA的穩(wěn)定性對(duì)臨床管理有重要的指導(dǎo)意義。

顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的發(fā)生、發(fā)展及破裂與血管壁炎癥及血管壁結(jié)構(gòu)破壞密切相關(guān)[1]。數(shù)字減影血管造影（DSA）、CT血管成像（CTA）和MR血管成像（MRA）等影像學(xué)檢查僅能顯示血管腔的形態(tài)變化，而高分辨血管壁成像（high-resolution vessel wall imaging，HR-VWI）能夠直觀反映動(dòng)脈瘤壁的特征，如動(dòng)脈瘤壁強(qiáng)化（aneurysm wall enhancement，AWE）、動(dòng)脈瘤壁厚度（aneurysm wall thickness，AWT），對(duì)于評(píng)估UIA的穩(wěn)定性具有重要價(jià)值。本文介紹HR-VWI成像技術(shù)原理，并對(duì)該技術(shù)及其結(jié)合人工智能（artificial intelligence，AI）技術(shù)在UIA中的應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 HR-VWI技術(shù)原理

1.1 血液和腦脊液信號(hào)抑制技術(shù)HR-VWI技術(shù)能夠通過(guò)抑制流動(dòng)的血液和腦脊液而突顯血管壁，常稱(chēng)為“黑血”（black blood，BB）序列。血液和腦脊液抑制技術(shù)除傳統(tǒng)的空間預(yù)飽和技術(shù)、雙反轉(zhuǎn)恢復(fù)技術(shù)、變延遲進(jìn)動(dòng)定制激發(fā)技術(shù)等，目前新興的同步非對(duì)比劑血管成像和斑塊內(nèi)出血（simultaneous noncontrast angiography and intraplaque hemorrhage，SNAP）成像序列能夠?qū)崿F(xiàn)多重對(duì)比成像，即一次掃描就能獲取質(zhì)子密度加權(quán)參照、BB校正和MRA共3組影像，能很好地顯示血管壁特征，目前主要用于識(shí)別血管腔狹窄和斑塊內(nèi)出血[4]。但SNAP成像序列在顯示動(dòng)脈瘤壁特征方面是否具有優(yōu)勢(shì)，目前尚未見(jiàn)相關(guān)研究。近期，HR-VWI還引入了壓縮感知（compressed-sensing，CS）技術(shù)，CS能選擇性地采集少量K空間數(shù)據(jù)，并采用非線性重構(gòu)算法從采樣不足的數(shù)據(jù)中重構(gòu)出時(shí)空分辨率都較高的影像，在保證足夠的影像質(zhì)量基礎(chǔ)上明顯縮短采集時(shí)間[5]。

1.2 高分辨成像 顱內(nèi)血管纖細(xì)、血管壁較薄，如大腦中動(dòng)脈直徑范圍為3~5 mm，血管壁厚度僅為0.4~0.7 mm，而動(dòng)脈瘤壁的厚度可以更薄。因此，高對(duì)比度（區(qū)分2種結(jié)構(gòu)信號(hào)強(qiáng)度差異的能力）和高空間分辨率（區(qū)分2種不同結(jié)構(gòu)的能力）是精準(zhǔn)顯示薄血管壁及壁內(nèi)病變的關(guān)鍵。

2D和3D序列在HR-VWI影像采集時(shí)能實(shí)現(xiàn)技術(shù)互補(bǔ)[6]。二維（2D）序列是在垂直于血管徑平面上采集興趣區(qū)血管的影像，一般采用2.0 mm×0.4 mm×0.4 mm體素，能夠合理平衡空間分辨力和信噪比，2~4 cm層厚的組織掃描時(shí)間為5~7 min。而三維（3D）序列具有更佳的各向同性體素采集能力（體素可達(dá)0.5 mm×0.5 mm×0.5 mm），掃描速度快且大腦覆蓋范圍更廣（可在7~10 min內(nèi)覆蓋Willis環(huán)和二、三級(jí)分支），還可避免血管走行迂曲產(chǎn)生的部分容積效應(yīng)。目前，為平衡成本、采集時(shí)間和影像質(zhì)量，臨床首選分辨率為0.4 mm×0.4 mm×0.4 mm的3D序列。隨著磁場(chǎng)強(qiáng)度的增加，HR-VWI的空間分辨率和成像質(zhì)量還可進(jìn)一步提升，為顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的診斷和評(píng)估提供更精準(zhǔn)的信息。一項(xiàng)基于7.0 T HR-VWI的研究[7]發(fā)現(xiàn)，在7.0 T MR影像上可以明確區(qū)分UIA瘤壁不同厚度的區(qū)域，其中1例病人的動(dòng)脈瘤經(jīng)手術(shù)切除后，組織學(xué)標(biāo)本測(cè)得動(dòng)脈瘤壁厚度為0.22~0.84 mm，在體7.0 T MRI上測(cè)得的瘤壁厚度為0.33~0.87 mm，兩者測(cè)得的結(jié)果基本一致。

2 動(dòng)脈瘤壁特征評(píng)估

2.1 AWE正常的血管壁內(nèi)皮細(xì)胞層完整，釓劑不能滲透；但當(dāng)動(dòng)脈瘤壁出現(xiàn)炎性細(xì)胞浸潤(rùn)或病理性滋養(yǎng)血管增生時(shí)，釓劑滲入，影像學(xué)表現(xiàn)為AWE[2]。因此，AWE在評(píng)估動(dòng)脈瘤穩(wěn)定性上具有重要意義。

2.1.1 分級(jí)評(píng)估 早期對(duì)AWE研究?jī)H關(guān)注動(dòng)脈瘤是否有強(qiáng)化，之后的研究多是對(duì)AWE的分級(jí)評(píng)估并在強(qiáng)化程度（強(qiáng)/弱）、強(qiáng)化范圍（局灶/環(huán)周）、強(qiáng)化厚度（厚壁/薄壁）上做了精確的區(qū)分。例如，Edjlali等[8]在分析AWE與UIA穩(wěn)定性相關(guān)性的研究中，基于醫(yī)生視覺(jué)評(píng)估將AWE分為4級(jí)：0級(jí)，無(wú)明顯強(qiáng)化；1級(jí)，點(diǎn)狀強(qiáng)化；2級(jí)，薄壁的環(huán)周強(qiáng)化；3級(jí)，厚壁（>1 mm）的環(huán)周強(qiáng)化，結(jié)果發(fā)現(xiàn)3級(jí)強(qiáng)化在鑒別穩(wěn)定和不穩(wěn)定動(dòng)脈瘤的特異性最高。

2.1.2 定量評(píng)估 對(duì)AWE進(jìn)行定量評(píng)估更為客觀，有助于臨床更加精準(zhǔn)判斷UIA的破裂風(fēng)險(xiǎn)。既往研究[9-11]為了量化T1WI上動(dòng)脈瘤壁增強(qiáng)前后的信號(hào)強(qiáng)度（signal intensity，SI）變化，分別引入壁強(qiáng)化指數(shù)（wall enhancement index，WEI）、動(dòng)脈瘤-垂體柄強(qiáng)化對(duì)比率（contrast ratio against stalk，CRstalk）和壁強(qiáng)化率（enhancement rate，ER）這三項(xiàng)指標(biāo)。Roa等[12]以直徑≥7 mm作為判定動(dòng)脈瘤不穩(wěn)定的標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行受試者操作特征（ROC）曲線分析，比較了WEI、CRstalk和ER在評(píng)估UIA穩(wěn)定性時(shí)的敏感度和特異度，結(jié)果發(fā)現(xiàn)CRstalk診斷效能較好（CRstalk≥0.60時(shí)敏感度為81.5%，ROC曲線下面積為0.776），且在不同場(chǎng)強(qiáng)及設(shè)備條件下，CRstalk的診斷效能穩(wěn)定，是量化AWE最可靠客觀的方法。

此外，通過(guò)3D模型分析和AI技術(shù)也可以更好地展示整個(gè)動(dòng)脈瘤壁的AWE分布情況，有利于提高實(shí)驗(yàn)的準(zhǔn)確性、客觀性和可重復(fù)性。Veeturi等[13]將瘤壁SI映射到通過(guò)分割MRA影像獲得的動(dòng)脈瘤模型表面，結(jié)合HR-VWI和MRA開(kāi)發(fā)并驗(yàn)證了一個(gè)可以量化和客觀識(shí)別AWE的工具，并提出增強(qiáng)面積比（enhancement area ratio，EAR）這一指標(biāo)，即增強(qiáng)區(qū)域面積與動(dòng)脈瘤表面積的比值，以EAR為23%作為劃分高、低破裂風(fēng)險(xiǎn)動(dòng)脈瘤的閾值。Raghuram等[14]采用一種半自動(dòng)化的方法來(lái)生成整個(gè)動(dòng)脈瘤的3D-AWE圖，將AWE直方圖與3D重建影像相結(jié)合，可以對(duì)AWE進(jìn)行定性和定量評(píng)估，以研究動(dòng)脈瘤增大和破裂的生物學(xué)過(guò)程，相比在2D水平上對(duì)AWE測(cè)量的方法更加全面客觀，尤其是對(duì)于不規(guī)則形態(tài)的UIA。

2.2 AWT UIA發(fā)展的過(guò)程中瘤壁重塑導(dǎo)致AWT發(fā)生變化，AWT與UIA破裂風(fēng)險(xiǎn)相關(guān)。早期就有研究[15]通過(guò)術(shù)中觀察和組織學(xué)分析發(fā)現(xiàn)超薄瘤壁和厚薄不均勻瘤壁的UIA破裂風(fēng)險(xiǎn)增加，HR-VWI技術(shù)和AI技術(shù)的發(fā)展為準(zhǔn)確測(cè)量AWT提供了可能。Feng等[16]比較7.0 T和3.0 T HR-VWI對(duì)24例UIA病人瘤壁成像的質(zhì)量和測(cè)得的AWT發(fā)現(xiàn)，3.0 T上測(cè)得的AWT較7.0 T上的厚15%[分別為（0.52±0.07）mm、（0.45±0.05）mm,P<0.001]，3.0 T MRI易高估AWT，而7.0 T MRI能準(zhǔn)確顯示顱內(nèi)動(dòng)脈瘤壁，清晰度更高。近期，Liu等[7]結(jié)合組織學(xué)結(jié)果證實(shí)7.0 T MRI可以提升影像質(zhì)量，實(shí)現(xiàn)在體準(zhǔn)確量化AWT，研究發(fā)現(xiàn)瘤壁越厚時(shí)強(qiáng)化程度越高。AWT測(cè)量與AI技術(shù)結(jié)合有利于獲得更準(zhǔn)確的結(jié)果，van Hespen等[17]將7.0 T MRI（體素為0.8 mm×0.8 mm×0.8 mm）掃描34個(gè)離體Willis環(huán)標(biāo)本獲得的影像作為訓(xùn)練集，同時(shí)基于此數(shù)據(jù)集訓(xùn)練卷積神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)模型，并以超高分辨力（體素為0.11 mm×0.11 mm×0.11mm）獲取的影像作為金標(biāo)準(zhǔn)評(píng)判訓(xùn)練結(jié)果，發(fā)現(xiàn)該模型可以準(zhǔn)確測(cè)得小于體素大小的AWT。

3 UIA瘤壁特征與組織病理學(xué)改變的相關(guān)性

顱內(nèi)血管在各種有害因素（如吸煙、高血壓等）及異常血流動(dòng)力的作用下可觸發(fā)炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致內(nèi)彈力膜斷裂、炎性細(xì)胞浸潤(rùn)、內(nèi)皮細(xì)胞功能障礙及平滑肌細(xì)胞凋亡或表型轉(zhuǎn)化，進(jìn)而發(fā)生血管壁結(jié)構(gòu)異常，動(dòng)脈瘤的形成、增大，甚至破裂，這一系列過(guò)程都與血管壁炎癥密切相關(guān)[1]。

目前已有多個(gè)基于HR-VWI獲得的瘤壁特征和相應(yīng)部位組織病理學(xué)的對(duì)照研究。Quan等[18]發(fā)現(xiàn)2種瘤壁增強(qiáng)模式（均勻性和局灶性）均與瘤壁炎癥的組織學(xué)標(biāo)記相關(guān)，但局灶性強(qiáng)化可能與動(dòng)脈粥樣硬化斑塊的形成相關(guān)，這表明不同的瘤壁強(qiáng)化特征可能代表瘤壁炎癥狀態(tài)的變化，為評(píng)估瘤壁結(jié)構(gòu)和穩(wěn)定性提供新的思路。近期，Zhong等[19]結(jié)合免疫組織化學(xué)染色對(duì)27例UIA的微觀特征進(jìn)行了評(píng)估，多因素logistic回歸分析顯示動(dòng)脈粥樣硬化是唯一與AWE獨(dú)立相關(guān)的因素，但動(dòng)脈粥樣硬化病變與AWE的模式無(wú)關(guān)，組織學(xué)檢查顯示炎癥細(xì)胞浸潤(rùn)、腔內(nèi)血栓和血管形成與AWE顯著相關(guān)。Ishii等[20]進(jìn)一步探究了AWE與動(dòng)脈粥樣硬化主要成分脂蛋白a之間的相關(guān)性，發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈瘤囊內(nèi)較高的脂蛋白a濃度與UIA壁增強(qiáng)顯著相關(guān)。

以上這些研究發(fā)現(xiàn)均支持了這樣一種假設(shè)，即HR-VWI上的AWE或許可以直接反映動(dòng)脈瘤壁炎癥和退行性改變，從而成為動(dòng)脈瘤壁炎癥和UIA不穩(wěn)定性的無(wú)創(chuàng)性的生物標(biāo)志。由于外科手術(shù)中也不能完全顯示動(dòng)脈瘤，采樣時(shí)只能獲取一部分瘤體，加之各個(gè)研究所取瘤壁節(jié)段（穹窿、頸部等）不同且病例樣本較小等原因，AWE模式與組織學(xué)改變并不能一一對(duì)應(yīng)。因此，今后需要進(jìn)一步研究來(lái)證實(shí)AWE與動(dòng)脈瘤壁組織病理改變之間的關(guān)聯(lián)。

4 UIA瘤壁特征與血流動(dòng)力學(xué)的相關(guān)性

異常血流動(dòng)力學(xué)在動(dòng)脈瘤的發(fā)生、發(fā)展中起重要作用。長(zhǎng)期過(guò)高的血流量會(huì)導(dǎo)致內(nèi)彈力膜斷裂、平滑肌細(xì)胞增殖或減少等變化，從而導(dǎo)致血管壁變性和重塑[1]。有研究[2]提示壁切變應(yīng)力（wall shear stress，WSS）和剪切震蕩指數(shù)是決定動(dòng)脈瘤破裂的重要血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)。

Hadad等[21]采用計(jì)算流體力學(xué)方法對(duì)23例UIA病人進(jìn)行7.0 T MRI和3D血管成像研究發(fā)現(xiàn)，在同一動(dòng)脈瘤中出現(xiàn)AWE區(qū)域的WSS往往低于非強(qiáng)化區(qū)域的；進(jìn)一步根據(jù)在AWE動(dòng)脈瘤上的不同位置（瘤頸、瘤體及瘤頂）分組比較WSS發(fā)現(xiàn)，瘤頸出現(xiàn)AWE區(qū)域較非強(qiáng)化區(qū)域傾向暴露于較高的WSS和WSS梯度，而瘤體、瘤頂出現(xiàn)AWE區(qū)域則傾向暴露于均勻較低的WSS，這一發(fā)現(xiàn)表明不同位置的AWE的血流動(dòng)力學(xué)機(jī)制不同。Zhang等[22]首次結(jié)合4D-flow MRI和HR-VWI技術(shù)對(duì)UIA中AWE進(jìn)行定性分級(jí)發(fā)現(xiàn)，WSS與AWE呈負(fù)相關(guān)，即隨著WSS的降低，AWE程度增加，動(dòng)脈瘤破裂的可能性增加。Veeturi等[13，23]結(jié)合之前的AWE量化工具研究發(fā)現(xiàn)瘤壁信號(hào)強(qiáng)度（CRstalk）與WSS存在弱的負(fù)相關(guān)性，與剪切震蕩指數(shù)之間無(wú)相關(guān)性，WSS和瘤壁SI的空間相關(guān)性較差，并推測(cè)低WSS可能更易出現(xiàn)AWE。

5 UIA瘤壁特征與各項(xiàng)破裂危險(xiǎn)因素的相關(guān)性

UIA破裂危險(xiǎn)因素包括流行病學(xué)相關(guān)的危險(xiǎn)因素（包括高血壓、吸煙、既往SAH史、家族史等）、形態(tài)學(xué)危險(xiǎn)因素(直徑、部位、縱橫比、尺寸比等)以及出現(xiàn)相關(guān)癥狀（例如劇烈頭痛及動(dòng)眼神經(jīng)麻痹）等。UIA瘤壁特征與上述危險(xiǎn)因素存在一定的相關(guān)性。

5.1 PHASES（Population,Hypertension,Age,Size of aneurysm,Earlier SAH,Site of aneurysm）評(píng) 分PHASES評(píng)分是一種臨床用于預(yù)測(cè)偶發(fā)顱內(nèi)動(dòng)脈瘤5年破裂風(fēng)險(xiǎn)簡(jiǎn)便易行的輔助方法，其基于6個(gè)相關(guān)危險(xiǎn)因素進(jìn)行評(píng)分，即人種、高血壓、年齡、動(dòng)脈瘤大小、既往其他動(dòng)脈瘤出血史、動(dòng)脈瘤部位。PHASES評(píng)分越高，動(dòng)脈瘤破裂的風(fēng)險(xiǎn)越大[26]。

Lv等[25]對(duì)110例病人的140個(gè)UIA進(jìn)行研究后發(fā)現(xiàn)，AWE與傳統(tǒng)的破裂相關(guān)特征（動(dòng)脈瘤直徑≥7 mm，以及動(dòng)脈瘤位于大腦前動(dòng)脈、后交通動(dòng)脈和后循環(huán)）高度相關(guān)；該研究對(duì)UIA進(jìn)行PHASES評(píng)分發(fā)現(xiàn)，破裂風(fēng)險(xiǎn)高的UIA中出現(xiàn)AWE的頻率更高。Hartman等[26]的研究中也有相似發(fā)現(xiàn)，在比較65個(gè)UIA（45例病人）HR-VWI的瘤壁強(qiáng)化和PHASES評(píng)分后發(fā)現(xiàn)，評(píng)分＞3的UIA更易表現(xiàn)為瘤壁強(qiáng)化和瘤壁變薄。這兩項(xiàng)研究基于PHASES評(píng)分來(lái)評(píng)估動(dòng)脈瘤破裂的風(fēng)險(xiǎn)，其局限性在于PHASES評(píng)分不包含對(duì)動(dòng)脈瘤形狀的評(píng)估，忽略了UIA形態(tài)學(xué)因素與破裂風(fēng)險(xiǎn)之間的相關(guān)性。

5.2 UIA的形態(tài)學(xué)因素 動(dòng)脈瘤形態(tài)學(xué)變化是評(píng)估動(dòng)脈瘤穩(wěn)定性的重要因素。最新一版《中國(guó)顱內(nèi)未破裂動(dòng)脈瘤診療指南》中著重強(qiáng)調(diào)了縱橫比、尺寸比、長(zhǎng)寬比及不規(guī)則形態(tài)等評(píng)價(jià)指標(biāo)[2]。Wang等[27]發(fā)現(xiàn)AWE與動(dòng)脈瘤的不規(guī)則形狀和較高的縱橫比相關(guān)，認(rèn)為鑒別有無(wú)AWE的縱橫比閾值為1.05（敏感度和特異度分別為0.60和0.913）。Matsushige等[28]研究發(fā)現(xiàn)，60例UIA中，與出現(xiàn)形態(tài)變化的UIA相比，穩(wěn)定的UIA中AWE較少見(jiàn)；伴有子囊形成的UIA出現(xiàn)AWE的頻率明顯高于全囊擴(kuò)張的UIA，其中AWE多出現(xiàn)在UIA主體而不是在增長(zhǎng)的子囊上。因此，認(rèn)為AWE有助于識(shí)別伴有不穩(wěn)定形態(tài)改變的UIA。

6 小結(jié)

HR-VWI技術(shù)突破了傳統(tǒng)影像的“血管腔成像”，實(shí)現(xiàn)了血管壁的可視化，可反映動(dòng)脈瘤的形態(tài)學(xué)、組織病理學(xué)和血流動(dòng)力學(xué)等特征，為評(píng)估UIA的穩(wěn)定性提供更直觀、更豐富、更準(zhǔn)確的信息。未來(lái)針對(duì)HR-VWI技術(shù)，應(yīng)聚焦于如何提高分辨率以及減少成像時(shí)間，促使該技術(shù)成為診斷和評(píng)估顱內(nèi)動(dòng)脈瘤的常規(guī)影像學(xué)檢查。此外，結(jié)合AI技術(shù)可以實(shí)現(xiàn)自動(dòng)識(shí)別UIA的基本特征，精準(zhǔn)測(cè)量AWE、AWT，這將更有助于評(píng)估UIA的穩(wěn)定性。