顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化影像評(píng)估新進(jìn)展

周慧，王效春

作者單位：1.山西醫(yī)科大學(xué)醫(yī)學(xué)影像學(xué)院，太原 030001；2.山西醫(yī)科大學(xué)第一醫(yī)院影像科，太原 030001

顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化是缺血性腦卒中的最常見病因[1]，約占我國缺血性腦卒中的46.6%[2]。缺血性腦卒中具有高復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)，高死亡率[3]，因此準(zhǔn)確評(píng)估顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化已成為臨床工作中急需解決的問題。

傳統(tǒng)評(píng)估顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化的方法是基于血管成像來評(píng)估管腔狹窄，包括經(jīng)顱多普勒超聲(transcranial duplex sonography，TCD)、CT 血管成像(CT angiography，CTA)、MR 血管成像(MR angiography，MRA)、數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)等技術(shù)，其中DSA被視為診斷顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄的金標(biāo)準(zhǔn)[4]，但它作為一項(xiàng)有放射性及侵入性的檢查，可能會(huì)引起相關(guān)并發(fā)癥，因此臨床常首選MRA和CTA，但由于患者依從性等問題，在長期隨訪中也存在一定局限性。TCD 由于其方便快捷已成為臨床長期隨訪中的有效手段[5]。但這些方法僅能評(píng)估管腔狹窄情況，而不能評(píng)估顱內(nèi)動(dòng)脈斑塊特征及血管壁情況。高分辨磁共振血管壁成像(high resolution MR vessel wall imaging，HR-VWI)、血管內(nèi)成像技術(shù)，包括光學(xué)相干斷層掃描技術(shù)(optical coherence tomography，OCT)、血管內(nèi)超聲(intravascular ultrasound，IVUS)等影像學(xué)技術(shù)從血管壁及血管腔入手評(píng)估斑塊的形態(tài)、分布及組成。影像組學(xué)、計(jì)算流體動(dòng)力學(xué)(computational fluid dynamics，CFD)等方法在顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化中也發(fā)揮重要作用。本文將從幾種不同的影像學(xué)評(píng)估方法出發(fā)，分別介紹它們?cè)陲B內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化中的應(yīng)用。

1 顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化與缺血性腦卒中的關(guān)系

顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化導(dǎo)致缺血性腦卒中的主要機(jī)制有：分支動(dòng)脈閉塞、血栓閉塞和灌注不足，引起動(dòng)脈順應(yīng)性和彈性喪失，動(dòng)脈管腔變窄，最終發(fā)展為缺血、栓塞或斑塊破裂[6]。血栓形成、血管狹窄或栓塞是缺血性卒中發(fā)生的最常見原因，易損斑塊的脫落則是常見誘因。

2 傳統(tǒng)影像學(xué)評(píng)估方法在顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化中的應(yīng)用

2.1 TCD

TCD 及經(jīng)顱彩色多普勒超聲(transcranial color-coded Duplex sonography，TCCS)檢測(cè)顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化的診斷價(jià)值較高，可評(píng)估血管狹窄程度，并可無創(chuàng)分析腦血管血流特征。它在經(jīng)濟(jì)效益、非創(chuàng)傷性和非電離輻射方面有著顯著優(yōu)勢(shì)，加之其簡(jiǎn)便靈敏的特點(diǎn)，可用于大規(guī)模篩查、術(shù)后隨訪和監(jiān)測(cè)患者對(duì)卒中治療后的反應(yīng)[7]。在一項(xiàng)與DSA 相比較的研究中證實(shí)，TCD在評(píng)估顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄方面與DSA有較高一致性[8]，并且敏感度與特異度，均達(dá)到80%以上。TCCS 還可以測(cè)量腦血管的血流特征，頸內(nèi)動(dòng)脈閉塞(internal carotid artery occlusion，ICAO)會(huì)激活側(cè)支循環(huán)[9]，側(cè)支循環(huán)激活的類型(包括初級(jí)側(cè)支通路和次級(jí)側(cè)支通路)與判斷腦血管儲(chǔ)備能力是否受損密切相關(guān)[10]，而TCCS可以直接、實(shí)時(shí)地評(píng)估大腦側(cè)支循環(huán)狀態(tài)，并可識(shí)別側(cè)支循環(huán)類型，評(píng)估受損時(shí)哪個(gè)通路參與并激活，進(jìn)而評(píng)估缺血性腦卒中的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)。

但是該方法的主要缺點(diǎn)是顱骨骨質(zhì)較厚，不易穿透，易受操作者技術(shù)的影響，并且無法充分評(píng)估斑塊的組成成分[11]，未來應(yīng)進(jìn)一步優(yōu)化檢查技術(shù)以更好地適用于臨床。

2.2 CTA

頭顱CTA 是診斷顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化常用的方法，它掃描快、診斷率高及實(shí)用性強(qiáng)，能清晰顯示顱內(nèi)管腔的細(xì)微改變，從而評(píng)估管腔斑塊及狹窄等情況[12]。CTA 廣泛應(yīng)用于慢性動(dòng)脈狹窄患者的評(píng)估中，最近的研究[13]證實(shí)，CTA 在急性缺血性腦卒中患者中大血管閉塞的檢測(cè)具有很高的敏感度(96.2%)、特異度(88.6%)和陽性預(yù)測(cè)值(91.1%)，與DSA有較好的一致性，提示CTA 可作為大血管閉塞的篩查工具。CTA 還可用于獲得斑塊信息，尤其是在鈣化斑塊的識(shí)別上有獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，而其他非鈣化斑塊的CTA表現(xiàn)具有很大的重疊，可靠性會(huì)減低[14]。

然而，CTA具有輻射性，并且需要注入碘對(duì)比劑，部分患者會(huì)出現(xiàn)過敏現(xiàn)象。能譜CTA成像與常規(guī)CTA相比，可以減少輻射劑量與對(duì)比劑的使用，并且減少骨質(zhì)偽影，提高圖像質(zhì)量[15]，可以更好地適應(yīng)臨床。

2.3 MRA

MRA 無創(chuàng)、簡(jiǎn)便且更為安全，在無電離輻射或注射對(duì)比劑的情況下即可評(píng)估顱內(nèi)動(dòng)脈形態(tài)和走行，發(fā)現(xiàn)急性缺血性腦卒中的責(zé)任血管，但其對(duì)于遠(yuǎn)端血管分支的顯示較差，具有一定局限性[12]；對(duì)于判斷斑塊所在位置，MRA也具有明顯優(yōu)勢(shì)，表現(xiàn)為高信號(hào)血流中低信號(hào)充盈缺損影，但敏感度較低并且難以判斷斑塊性質(zhì)[16]。

MRA在診斷顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄中的敏感性和準(zhǔn)確性均較高，但易受血管彎曲和動(dòng)脈血流緩慢的影響，出現(xiàn)假陽性狹窄或假性閉塞，在分析顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄方面不及HR-VWI[17]。相比TCCS，MRA 檢出的陽性病變數(shù)量較多，可能對(duì)病變存在過度評(píng)估[18]。此外其掃描時(shí)間長，易受金屬及運(yùn)動(dòng)偽影影響，檢查結(jié)果可能出現(xiàn)誤差[19]，還有待優(yōu)化掃描序列來應(yīng)對(duì)這些局限性。

2.4 DSA

DSA 是評(píng)估顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄的金標(biāo)準(zhǔn)。與CTA、MRA 相比，DSA具有較高的空間分辨率[20]。DSA主要用于觀察動(dòng)脈狹窄情況進(jìn)而測(cè)量動(dòng)脈狹窄程度，而且還提供具有高時(shí)間分辨率的血流動(dòng)力學(xué)信息。另外，DSA還可以為缺血性腦卒中患者的治療提供及時(shí)有效的參考依據(jù)，在DSA 明確診斷下，可直接進(jìn)行血管內(nèi)介入治療，并可評(píng)估治療效果[21]。

但是該技術(shù)操作復(fù)雜、具有侵入性，會(huì)增加腦血管病的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)以及產(chǎn)生潛在的相關(guān)并發(fā)癥[22]。2D-DSA在觀察結(jié)構(gòu)復(fù)雜的血管以及血管重疊方面存在局限性，有時(shí)需要多次采集。未來可以將3D-DSA、4D-DSA 技術(shù)應(yīng)用于臨床，3D-DSA 的優(yōu)勢(shì)在于可以從不同角度觀察動(dòng)脈，能夠更準(zhǔn)確地判斷動(dòng)脈狹窄程度及范圍。4D-DSA 是一種時(shí)間分辨技術(shù)，它是將2D-DSA 與3D-DSA 相結(jié)合的重建技術(shù)，允許在任何時(shí)間從任何所需的視角觀察動(dòng)脈情況，減少操作時(shí)間以及輻射暴露[23]。

3 新型影像學(xué)評(píng)估方法在顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化中的應(yīng)用

3.1 HR-VWI

HR-VWI在診斷顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊方面具有非常大的益處,傳統(tǒng)的影像學(xué)技術(shù)揭示了管腔的異常，而HR-VWI 除了評(píng)估管腔病變外，還提供斑塊分布、形態(tài)、易損性、重塑模式以及斑塊強(qiáng)化方式的信息[24]，補(bǔ)充了常規(guī)影像學(xué)技術(shù)的缺陷。斑塊增強(qiáng)、正性重構(gòu)、T1高信號(hào)以及表面不規(guī)則是缺血性腦卒中重要影像學(xué)標(biāo)志物[25]。斑塊特征對(duì)預(yù)測(cè)復(fù)發(fā)性腦卒中也起著重要作用。Kim 等[26]報(bào)道存在斑塊增強(qiáng)的患者1 年卒中復(fù)發(fā)率為30.3%，而無斑塊增強(qiáng)的患者為6.8%，提示斑塊增強(qiáng)可能在預(yù)測(cè)缺血性腦卒中方面具有巨大作用，Sun等[27]的研究發(fā)現(xiàn)總斑塊數(shù)量、正性重構(gòu)及斑塊負(fù)荷與復(fù)發(fā)性缺血性腦卒中獨(dú)立相關(guān)。此外，它還可與血栓、動(dòng)脈瘤、動(dòng)脈夾層、血管炎等疾病的鑒別診斷提供依據(jù)[28]。

最近，Hou 等[29]在HR-VWI 引導(dǎo)下對(duì)非急性顱內(nèi)動(dòng)脈閉塞患者進(jìn)行血管內(nèi)再通治療，76%患者取得成功，并且該研究發(fā)現(xiàn)HR-VWI 中閉塞血管中存在殘余管腔及較短的閉塞長度是預(yù)測(cè)血管內(nèi)再通技術(shù)成功的關(guān)鍵，這也提示HR-VWI 在血管內(nèi)治療中有重要意義。

然而該技術(shù)主要應(yīng)用局限是掃描時(shí)間長，患者耐受性差，并且價(jià)格較昂貴，因此不是缺血性腦卒中的常規(guī)檢查手段。未來還需要更多的研發(fā)者優(yōu)化掃描技術(shù)，縮短掃描時(shí)間；另外，HR-VWI需要主觀判斷斑塊成分，可能造成對(duì)病變的錯(cuò)誤評(píng)估，因此，今后的研究中應(yīng)致力于開發(fā)更精準(zhǔn)的計(jì)算機(jī)識(shí)別技術(shù)及后處理工具。

3.2 影像組學(xué)

計(jì)算機(jī)技術(shù)的進(jìn)步使自動(dòng)化、可重復(fù)的分析方法得以發(fā)展，基于HR-VWI 的定量影像組學(xué)是近年來的研究熱點(diǎn)，它可以從影像學(xué)表現(xiàn)中提取斑塊信息，以推斷單個(gè)患者的信息。以往影像組學(xué)大多應(yīng)用于腫瘤疾病，而現(xiàn)如今越來越多地應(yīng)用于顱內(nèi)外動(dòng)脈斑塊，Shi等[30]基于基底動(dòng)脈探究癥狀性與無癥狀斑塊影像組學(xué)特征的診斷效能，發(fā)現(xiàn)結(jié)合T1及增強(qiáng)T1的影像組學(xué)特征的AUC值達(dá)到0.936，準(zhǔn)確度為83.2%，常規(guī)影像學(xué)特征的AUC 值為0.833，優(yōu)于常規(guī)影像學(xué)特征，而兩者聯(lián)合AUC 值達(dá)到0.974，提示聯(lián)合評(píng)估具有更好的預(yù)測(cè)能力；另一項(xiàng)研究分析了責(zé)任斑塊與非責(zé)任斑塊的影像組學(xué)特征，發(fā)現(xiàn)了類似的結(jié)果[31]。

雖然HR-VWI 斑塊特征聯(lián)合影像組學(xué)特征提高了診斷效能，但在預(yù)測(cè)未來卒中風(fēng)險(xiǎn)方面缺少研究，這還需要更多的前瞻性研究來挖掘斑塊影像組學(xué)的作用，其次，未來可以納入基因、預(yù)后信息等以提高可靠性及準(zhǔn)確性。

3.3 血管內(nèi)成像技術(shù)

3.3.1 OCT

OCT 是近年來迅速發(fā)展的一種高分辨率基于光的血管內(nèi)成像技術(shù)，已應(yīng)用于冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性疾病，在表征纖維、鈣化和富含脂質(zhì)的斑塊方面表現(xiàn)出色[32]，隨著技術(shù)的進(jìn)步，OCT 逐漸應(yīng)用于顱內(nèi)動(dòng)脈。它具有高分辨(10～20 μm)的特點(diǎn)，可以更詳細(xì)地識(shí)別動(dòng)脈斑塊形態(tài)，特別是易損斑塊，例如識(shí)別斑塊破裂、薄或破裂纖維帽、富含脂質(zhì)的斑塊、巨噬細(xì)胞積聚和新血管生成，并且可以直接可靠地測(cè)量纖維帽厚度[33]。OCT 還可以測(cè)量管腔面積，識(shí)別管腔狹窄程度，但是由于前循環(huán)動(dòng)脈曲折，導(dǎo)管進(jìn)入動(dòng)脈困難，在顱內(nèi)動(dòng)脈中有一定局限性[34]。

除此之外，OCT還可以評(píng)估支架-血管相互作用，包括支架不對(duì)齊、斑塊脫垂和鄰近殘留血栓[35]，評(píng)估這些相互作用可以幫助指導(dǎo)進(jìn)一步治療，防止不必要的血管內(nèi)干預(yù)[36]。

3.3.2 IVUS

IVUS 是一種利用導(dǎo)管的侵入性技術(shù)，可以直接觀察動(dòng)脈粥樣硬化病變[37]。IVUS 可以檢測(cè)斑塊的位置及其組成、管腔大小和血管重塑的絕對(duì)大小。在檢測(cè)斑塊方面，其對(duì)纖維化斑塊的檢出不及OCT，但在檢測(cè)膽固醇沉積方面優(yōu)于OCT[38]。IVUS對(duì)斑塊組成的評(píng)估可能有助于區(qū)分顱內(nèi)動(dòng)脈斑塊的穩(wěn)定性，從而確定高或低的破裂風(fēng)險(xiǎn)，進(jìn)而預(yù)防缺血性腦卒中發(fā)生。

IVUS 與OCT 作用相似，也有助于支架選擇、支架放置[39]。一項(xiàng)Meta 分析顯示，與血管造影引導(dǎo)的支架植入術(shù)相比，IVUS引導(dǎo)的支架植入術(shù)改善了臨床結(jié)果和主要不良心血管事件，并且支架血栓形成顯著減少[40]。

血管內(nèi)成像在未來將發(fā)揮越來越重要的作用，但血管內(nèi)成像技術(shù)在顱內(nèi)動(dòng)脈的應(yīng)用還處于初步階段，僅在少量病例報(bào)道中驗(yàn)證了其安全性，并且對(duì)操作者的臨床經(jīng)驗(yàn)要求較高，還需要在更多的臨床試驗(yàn)中進(jìn)一步驗(yàn)證使血管內(nèi)成像技術(shù)安全、有效地應(yīng)用于顱內(nèi)血管中。

3.4 CFD

CFD 是一種已被研究用于識(shí)別血流動(dòng)力學(xué)顯著病變的工具。CFD包括建立一個(gè)血管系統(tǒng)的模型，然后通過求解流體動(dòng)力學(xué)方程來模擬血液流動(dòng)[41]。顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化的CFD 的血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)包括壓力、流速以及壁剪切力(wall shear stress，WSS)等。這些參數(shù)在斑塊形成和破裂、預(yù)測(cè)卒中復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)以及監(jiān)測(cè)顱內(nèi)動(dòng)脈硬化性狹窄(intracranial atherosclerotic stenosis，ICAS)演進(jìn)方面發(fā)揮重要作用。研究認(rèn)為高WSS 可能會(huì)增加斑塊破裂的風(fēng)險(xiǎn)，通過誘導(dǎo)內(nèi)皮功能障礙、削弱斑塊表面、增加壞死核心等長期作用，加重斑塊易損性，最終導(dǎo)致斑塊破裂，而低WSS 與斑塊形成有關(guān)[42]。Leng 等[43]基于CTA 分析前循環(huán)ICAS 時(shí)發(fā)現(xiàn)，具有較大壓力梯度及過高WSS 的患者發(fā)生復(fù)發(fā)性腦卒中的風(fēng)險(xiǎn)增高，可能與狹窄部位血流減少，而側(cè)支循環(huán)不足以代償局部血流量，從而導(dǎo)致低灌注及腦缺血有關(guān)。Lan 等[44]在CTA 的基礎(chǔ)上構(gòu)建流體動(dòng)力學(xué)模型，模擬ICAS 病變附近的血流，量化WSS，發(fā)現(xiàn)局灶性血流動(dòng)力學(xué)可能在ICAS 的管腔狹窄演化中發(fā)揮重要作用，狹窄部位的高WSS 可能與管腔狹窄隨時(shí)間的推移逐漸減少有關(guān)。

CFD 在顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化中的作用還需要更大規(guī)模的研究。未來的研究可基于HR-VWI 提供有價(jià)值的附加信息。同時(shí)，需要努力建立更準(zhǔn)確、更有針對(duì)性的腦血流模型，以促進(jìn)更準(zhǔn)確的危險(xiǎn)分層，更有效地對(duì)ICAS患者進(jìn)行二級(jí)預(yù)防。

4 多種影像學(xué)評(píng)估方法在顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化中的聯(lián)合應(yīng)用

TCD主要用于篩查是否存在顱內(nèi)的動(dòng)脈粥樣硬化，對(duì)存在這類疾病的患者進(jìn)一步應(yīng)用CTA 或MRA 可以直觀地觀察動(dòng)脈狹窄情況。而HR-VWI 可以進(jìn)一步檢測(cè)血管壁的情況、斑塊的形態(tài)、分布，基于HR-VWI 的斑塊的影像組學(xué)能夠更準(zhǔn)確地診斷及預(yù)測(cè)預(yù)后。DSA 作為金標(biāo)準(zhǔn)在診斷及治療顱內(nèi)動(dòng)脈狹窄中發(fā)揮重要作用。但是單一的方法具有局限性，多種影像學(xué)方法的聯(lián)合是必然趨勢(shì)。例如，隱源性腦卒中是尚未明確病因的腦卒中，其病因診斷具有一定挑戰(zhàn)性，常規(guī)影像技術(shù)僅能評(píng)估管腔狹窄情況，往往不能診斷其病因，F(xiàn)akih 等[45]對(duì)常規(guī)影像檢查中無明確病變的患者進(jìn)一步使用7 T HR-VWI，識(shí)別出了潛在的顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化疾病，明確其病因。血管內(nèi)成像技術(shù)、CFD 等方法在顱內(nèi)動(dòng)脈中的應(yīng)用還較少，但CFD 基于CTA、MRA 及IVUS 方法已在臨床應(yīng)用，有待于應(yīng)用更有意義的影像技術(shù)來獲得更精確的腦血流模型。聯(lián)合應(yīng)用這些影像學(xué)評(píng)估方法可以全面而準(zhǔn)確地評(píng)估患者動(dòng)脈情況，提高臨床診斷率，從而為患者提供合適的治療方案。

綜上所述，每種影像評(píng)估方法都有其自身的優(yōu)勢(shì)和局限性，其聯(lián)合應(yīng)用有助于提高臨床診斷率，預(yù)測(cè)缺血性腦卒中事件的發(fā)生并為臨床治療提供更為全面的影像學(xué)依據(jù)和參考。早期診斷顱內(nèi)的動(dòng)脈粥樣硬化并及時(shí)評(píng)估疾病進(jìn)程會(huì)顯著降低缺血性腦卒中的發(fā)生率，而對(duì)于無癥狀的顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化人群來說，盡早發(fā)現(xiàn)并確定其危險(xiǎn)因素可以以較低的成本和更高的療效實(shí)施治療性干預(yù)措施。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。