頸動脈斑塊內出血的高分辨率MR成像臨床應用與技術進展

項目基金：

衛(wèi)生公益性行業(yè)科研專項項目(編號：201402019)；北京市衛(wèi)生系統(tǒng)高層次衛(wèi)生技術人才培養(yǎng)計劃項目(編號：2013-2-005)；國家自然科學基金項目(編號：81071196)；首都衛(wèi)生發(fā)展科研專項項目(編號：2011-4003-01)

作者單位：

1. 首都醫(yī)科大學附屬北京安貞醫(yī)院，北京 100029

2. 省部共建心血管重塑相關疾病教育部重點實驗室，北京 100029

通訊作者：

于薇，E-mail：yuwei02@gmail.com

收稿日期：2015-05-05

接受日期：2015-07-19

文獻標識碼：A

DOI: 10.3969/j.issn.1674-8034.2015.09.015楊利新, 董莉, 于薇. 頸動脈斑塊內出血的高分辨率MR成像臨床應用與技術進展. 磁共振成像, 2015, 6(9): 711-715.

[摘要] 腦卒中是目前人類傷殘死亡的首要原因，而頸動脈易損斑塊(vulnerable plaque)與腦卒中的發(fā)生密切相關，其中斑塊內出血是易損斑塊的一個重要特征。早期識別頸動脈粥樣斑塊成分對預防和控制缺血性腦卒中至關重要。高分辨率MRI具有高組織分辨率、無創(chuàng)、可重復性的優(yōu)點，是識別頸動脈血管形態(tài)和量化頸動脈斑塊成分的有效方法。近年來，快速、準確地診斷斑塊內出血的MRI技術不斷地發(fā)展。作者就高分辨率MRI對頸動脈斑塊內出血的臨床應用及技術進展方面作一篇全面的綜述。

The clinical application and technology progress of highresolution MRI in carotid intraplaque hemorrhage

YANG Li-xin 1, DONG Li 1, YU Wei 1, 21Department of Radiology, Anzhen Hospital, Capital Medical University, Beijing 100029, China

2The Key Laboratory of Remodeling-Related Cardiovascular Diseases, Ministry of Education, Beijing 100029, China

*Correspondence to: Yu W, E-mail: yuwei02@gmail.com Received 5 May 2015, Accepted 19 July 2015 ACKNOWLEDGMENTS This work was part of the Program on Health Nonprofit Industry Research Subject (No. 201402019); Beijing Health System High-level Health Technical Personnel Training Program (No. 2013-2-005); Special Funds of the National Natural Science Foundation of China (No. 81071196);Capital Health Development Research Project (No. 2011-4003-01).

Abstract Stroke is a leading cause of human death and disability, and carotid vulnerable plaque is closely related to the occurrence of stroke, intraplaque hemorrhage is an important feature of vulnerable plaque. Early identification of carotid plaque composition is crucial for the prevention and control of ischemic stroke. Highresolution MRI with advantages of high tissue resolution, non-invasiveness and repeatability, is an effective method to identify carotid vascular morphology and quantify carotid plaque composition. In recent years, MRI technology to diagnosing intraplaque hemorrhage rapidly and accurately is develop continuingly. In this paper, we made an overall review on MRI clinical applications and technical progress incarotid intraplaque hemorrhage.

Key words Carotid Stenosis; Atherosclerosis; Magnetic resonance imaging

近年來，腦卒中因其高發(fā)病率，高致殘率和高死亡已成為嚴重危害人類健康的疾病之一，而頸動脈易損斑塊(vulnerable plaque)與腦卒中的發(fā)生存在密切相關性 [1]。易損斑塊，病理特點有較大的脂質核心、薄的纖維帽、炎性細胞浸潤、新生血管形成、斑塊內出血及表面潰瘍等，其斑塊表面脫落的栓子和斑塊破裂形成血栓是缺血性腦卒中最常見的原因 [2]。因此，早期識別頸動脈粥樣硬化斑塊成分及判定斑塊的穩(wěn)定性對預防和控制缺血性腦卒至關重要。高分辨率MRI具有高的組織分辨率、無創(chuàng)、可重復性等優(yōu)點，是識別頸動脈血管形態(tài)和量化頸動脈斑塊成分的有效方法 [3]，一系列影像學與病理學對照研究證實，在識別和定量分析粥樣硬化斑塊生物學特征方面，MR成像技術與組織病理學具有高度的一致性 [4]。性斑塊內出血(intraplaque hemorrhage，IPH)是易損斑塊的一個重要特征 [5]，大量的影像和病理的對照研究表明，高分辨MRI采用不同序列過對比信號的特點，對診斷斑塊內出血有很高的敏感性和特異性 [6]。特別是近年來針對斑塊內出血的特異性MRI脈沖序列研究，使得斑塊內出血的識別更為準確而快捷。筆者就斑塊內出血的形成機制，病理生理、臨床意義以及高分辨率MRI技術對出血的識別的最新技術進展及其臨床應用作全面的綜述。

1 易損斑塊的特征及斑塊內出血的機制

動脈粥樣硬化是由于脂類和纖維素樣物質累積而造成的動脈管壁增厚，其形成比較復雜，涉及到剪應力、血管內壁功能障礙、炎癥、新生血管以及血栓的形成等。易損斑塊是指有導致缺血事件發(fā)生傾向的一組斑塊，其診斷的主要的標準包括：活動性炎癥、薄的纖維帽和大的脂質核心、內皮剝脫伴表面血小板聚、斑塊有裂隙或損傷以及嚴重的狹窄；次要標準包括：表面鈣化斑、黃色有光澤的斑塊、斑塊內出血和正性重塑 [7-8]。斑塊內出血是易損斑塊的一個重要特征，但其具體病理生理機制還不十分肯定。有研究發(fā)現，斑塊內出血是無癥狀斑塊發(fā)展到高危斑塊進程中的重要因素 [9]。斑塊內的紅細胞可能來源于斑塊內不成熟新生血管的滲漏，易損斑塊的病理檢查表明，斑塊內出血和斑塊破裂與微血管密度的增加有關 [10-15]。由于斑塊的增長引起組織缺氧刺激新生血管的形成，而新生血管的滲漏又形成了斑塊內出血。斑塊進展的主要機制是斑塊內膽固醇成分的聚集，對于無斑塊內出血的病變，膽固醇主要來源于循環(huán)中的血脂蛋白，而對于斑塊內出血的病變，紅細胞的細胞膜富含磷脂和游離膽固醇，其在斑塊內的聚集引起壞死核心的膨脹和炎癥細胞的浸潤，增大斑塊負荷，加重管腔狹窄，造成斑塊的不穩(wěn)定 [16-17]。因此，斑塊內出血與斑塊的生長相互刺激，最終引起斑塊的擴大及破裂。了解斑塊內出血的機制和進程，可能有助于終止斑塊從穩(wěn)定到不穩(wěn)定病變的過渡，從而改善病人的預后。

2 斑塊內出血與臨床癥狀的關系和意義

斑塊內出血按發(fā)生部位可以分為2種類型，Ⅰ型貼近管腔；Ⅱ型位于斑塊內，其中Ⅰ型更容易引起臨床事件發(fā)生 [18]。按發(fā)生時間又可以分為：新鮮出血(1周內)、近期出血(1～6周)及陳舊出血(6周以上) [19]。斑塊內出血可以發(fā)生在有癥狀和無癥狀的頸動脈粥樣硬化患者中， Saam等 [20]對23例單側有癥狀患者的雙側頸動脈進行MRI掃描及分析，根據神經系統(tǒng)檢查，將所有頸動脈分為有癥狀斑塊組和無癥狀斑塊組，病人亦分為有癥狀斑塊患者和無癥狀斑塊患者，發(fā)現其中91%的有癥狀斑塊患者和83%的無癥狀斑塊患者的斑塊內至少有一處出血；近期出血更常發(fā)生于有癥狀斑塊患者中，96%的有癥狀斑塊患者和78%的無癥狀斑塊患者的斑塊內至少有一處近期出血；新鮮出血發(fā)生在有癥狀斑塊患者的概率是發(fā)生在無癥狀斑塊患者的1.7倍(分別為87%和52%)。Altaf等 [21]發(fā)現，斑塊內出血與頸動脈輕中度(30%～69%)狹窄患者的臨床癥狀密切相關。Demarco等 [22]報道斑塊內出血與頸動脈輕中度(30%～70%)狹窄的病人的臨床癥狀明顯相關，而其與頸動脈重度(70%～99%)狹窄患者的臨床癥狀無明顯相關性。Sun等 [23]經過一項長達54個月的臨床隨訪發(fā)現，斑塊內出血可以立即或長期促進動脈粥樣硬化的進程，它對斑塊的促進作用沒有因隨訪時間的延長而減弱，可以推測出斑塊內出血的存在從根本上改變了動脈粥樣硬化的生物學過程。另外，其隨訪結果還顯示部分斑塊內出血的病人在他汀類藥物治療期間仍有新發(fā)的斑塊內出血及斑塊內出血的擴大，因而，單獨使用他汀類藥物治療可能無法控制斑塊內出血的發(fā)生和發(fā)展。

3 常規(guī)高分辨率MRI技術對斑塊內出血的診斷

現臨床上常采用高分辨多參數成像技術的掃描方案包括：3D-TOF MRA (three-dimensional time-of-flight magnetic resonance angiography)、增強前后T1-weighted imaging (T1WI和CE-T1WI)、T2WI、PDWI (proton density-weighted imaging)等。Chu等 [6]首先報道了斑塊內出血在高分辨MRI的信號表現。由于正鐵血紅蛋白可以縮短T1弛豫時間，從而影響其在T1WI上的信號，因此斑塊內出血在MRI上的信號特點主要取決于血腫內正鐵血紅蛋白的期齡 [24]。新鮮出血在T1WI及TOF上呈高信號，T2WI呈等或低信號；近期出血在T1WI、T2WI序列多呈明顯的高信號，在TOF上呈混雜或高信號；陳舊出血在T1WI、T2WI及TOF均呈低信號。高分辨率多對比MRI能夠準確的診斷斑塊內出血并判斷斑塊內出血的時間 [6，16，25]。

4 高分辨率MRI對斑塊內出血的最新技術進展

常規(guī)序列對斑塊內出血的診斷已經得到了臨床的肯定，但在技術上仍有其局限性。常規(guī)序列的多組圖像采用二維掃描方式，層面間圖像分辨率較低；此外，全部檢查需要多次分別掃描，對圖像進行比較(T1WI、T2WI、PDWI、TOF)，檢查時間長達30～40 min，病人檢查后期配合欠佳，造成運動偽影，影響圖像質量和不同對比圖像間的層面匹配，進而影響最終的診斷；斑塊內出血的診斷及出血時間的判斷需要結合多對比圖像的信號特點綜合分析，診斷標準相對復雜也耗費時間，需要影像科專業(yè)人員培訓后才能勝任。因而，針對斑塊內出血的診斷，新的MRI脈沖序列層出不窮，大大的改善了上述技術的局限性。

4.1 MPRAGE

磁化準備快速梯度回波序列(magnetization prepared rapid acquisition gradient Echo，MPRAGE)對斑塊內出血的診斷已經得到了臨床的廣泛認可 [26]。MPRAGE為3D序列，是運用預備反轉脈沖和小角度激發(fā)梯度回波快速三維傅里葉數據采集的序列，它通過利用非選擇性反轉序列及選擇性水激勵或脂肪抑制技術來抑制背景組織信號，并利用反轉恢復預備技術抑制許多相對長T1的斑塊成分(如富脂的壞死核心和纖維組織)，能準確地檢測斑塊內出血中的正鐵血紅蛋白，呈明顯高信號，MPRAGE對頸動脈斑塊內出血診斷的敏感性及特異性分別為80%和97% [27]。MPRAGE序列大大簡化了斑塊內出血的診斷，并且具有很高的特異性及敏感性，具有很好的應用前景。

4.2 SPI和SNAP

層塊選擇的相位敏感反轉恢復序列(slabselective phase-sensitive inversion-recovery，SPI)，亦是用來觀察斑塊內出血的序列，包括相位敏感成像序列和特殊設計的反轉恢復梯度回波序列，與MPRAGE序列相比，經組織病理學驗證，SPI序列通過提高動脈管壁與管腔的對比，增加抑制血流的效果，提高了斑塊內出血的檢出率 [28-29]。近年來，基于SPI序列優(yōu)化的同時提供沒有對照的血管造影和斑塊內出血成像快速梯度回波序列(simultaneous non-contrast angiography and intraplaquehemorrhage，SNAP)，經過一些參數的改良縮短了成像時間，避免了對比劑對斑塊內出血的影響，僅通過一次掃描就可以評價管腔狹窄情況和斑塊內出血信息。通過相位敏感重建，使管腔內呈低信號，而斑塊內出血呈高信號。SNAP可以在評價管壁出血的同時獲得管腔3DTOF的融合圖像。Wang等 [30]研究結果表明SNAP與3D-TOF在評價管腔狹窄上有很好的相關性，其空間分辨率與CE-MRA相似。在診斷斑塊內出血方面，與SPI相比，SNAP在斑塊內出血和管壁的對比上提高了35%。因此SNAP序列能檢測到更細小的斑塊內出血。

4.3 3D IRSPGR和3D-SHINE

3D反轉恢復準備的快速擾相梯度回波序列(3D inversion recoveryprepared fast spoiled gradient recalled sequence，3D IRFSPG)，每個回波里包括一個180°反轉恢復的準備射頻脈沖，根據血液的T1值選擇合適的反轉時間(TI)，血液的信號最小化，以達到管腔內信號與管壁信號的最大對比。脂肪飽和施加在每個采集步驟中，使脂肪信號充分抑制。與Moody等 [31]提出的MR DTI序列相比，3D IRSPGR在3.0 T掃描儀上進行掃描，空間分辨率更高，平面分辨率可達0.7 mm。3D IRSPGR為3D序列，掃描時間短，掃描范圍大，在5 min內即可完成雙側頸動脈分叉處足夠掃描范圍的掃描。另外，與常規(guī)的2D T1WI及3D-TOF MRA相比，3D IRSPGR通過提高對比度及對比度噪聲比來凸顯斑塊內出血 [32]。

用反轉恢復和多重回波評價出血的3D擾相梯度召回回波脈沖序列(3D spoiled gradient recalled echo pulse sequence for hemorrhage assessment using inversion recovery and multiple echoes，3D SHINE)是在3D IRFSPG序列的基礎上發(fā)展而來，與3D IRFSPGR序列相比，多了幾個長回波，3D SHINE包括一個短回波及多個長回波，第一個是短回波與3D IRFSPGR相似，可以較好地觀察斑塊內出血，多個長回波可以評估斑塊內出血的T2值，進而區(qū)別斑塊內出血的類型(Ⅰ型：T2值<14 ms，Ⅱ型：T2值>14 ms)。因而，3D SHINE與3D IRFSPG相比，同樣具有掃描時間短、掃描范圍大、高分辨率、黑血效果等優(yōu)點，并具有相似的信噪比和對比噪聲比以及在評價斑塊內出血相似的敏感性和特異性，并且能夠為斑塊內出血的分型提供依據 [33]。

4.4 MATCH

MR單次掃描多組織對比序列(Multi-contrast atherosclerosis characterization，MATCH)亦為3D序列，采用小角度梯度回波和特殊的磁化傳遞準備脈沖，多重回波圖像的收集通過4個不同的TR時間的長短完成。MATCH序列可在單次掃描過程中獲得三組不同對比的圖像，其中第一個TR時間采用非選擇性反轉恢復脈沖和血流敏感去相位技術獲得的Hyper-T1WI為重度加權T1WI，斑塊的出血成分在圖像上表現為高亮信號，與被抑制的其他組織成分間具有很好的對比從而極易識別。第二個 TR時間血液T1馳豫時間的恢復和新鮮血的流入可獲得管腔呈略高信號的對比圖像，稱作灰血序列圖像，與常規(guī)序列的TOF相比，可以很好地顯示低信號的鈣化成分。第四個TR 時間通過長的血流敏感去相位技術得到管壁T2WI。T2WI，用來提供管腔和管壁的形態(tài)學信息，識別斑塊內脂質成分。Hyper-T1WI高信號的出血組織結合T2WI可準確區(qū)別新鮮出血和近期出血。Hyper-T1WI的對比與既往文獻發(fā)表的MPRAGE序列的對比相一致，特征性顯示斑塊內出血。值得一提的是，MATCH序列僅用5 min的單次掃描，就可完成斑塊內出血、鈣化、脂質等成分的診斷，圖像匹配好，診斷簡單，有很好的應用前景 [34]。

4.5 DCE-MRI

MR動態(tài)增強掃描(dynamic contrast enhanced MRI，DCE-MRI)，采用T1WI抑脂序列，團注對比劑后，進行連續(xù)多時相掃描。MR對比增強掃描對區(qū)分斑塊為易損斑塊還是穩(wěn)定斑塊，對于臨床處理方法的選擇有非常重要的價值 [35]。尸檢研究結果表明，斑塊內出血與滋養(yǎng)血管相關，它最開始從外膜出現。外膜的滋養(yǎng)血管可以通過動態(tài)增強掃描的灌注參數來進行評價。臨床上常用的兩個生理學參數，血管容量轉移常數(transfer constant，Ktrans)為內皮表面積和滲透率的計算結果，而分數血漿容量(fractional plasma volume，VP)是反映區(qū)域的血液供應量。有研究結果顯示，相較無出血的斑塊，斑塊內出血處的K trans值更高，提示更高的內皮表面積或/和更高的滲透率。因而DCE-MRI可以顯示血管外膜灌注的程度，進而評價斑塊內出血 [36]。DCE-MRI可從組織微血流的變化，揭示與斑塊出血相關的組織病理基礎。

5 結語

隨著新掃描序列的不斷提出和掃描方案的不斷改進，高分辨率MRI對斑塊內出血診斷的敏感性和特異性得到明顯的提高。新技術的臨床驗證與廣泛的應用有助于早期發(fā)現與斑塊內出血相關的易損斑塊，進行積極地臨床干預，可以降低頸動脈輕中度狹窄患者的臨床事件，大大改善此類病人的預后。另一方面，對于既往由于技術原因而被忽略的小的斑塊內出血，準確的診斷和評價有助于頸動脈粥樣硬化斑塊形成的病理生理機制研究。