三維高分辨率磁共振血管壁成像用于研究顱內(nèi)動脈 粥樣硬化斑塊強化與缺血性卒中的關(guān)系

白雪芹 李秋平 呂 鵬 劉 豪 張宇浩 范 薇 林 江1,△

(1上海市影像醫(yī)學研究所 上海 200032; 2復旦大學附屬中山醫(yī)院放射科,3神經(jīng)外科,4神經(jīng)內(nèi)科 上海 200032)

顱內(nèi)動脈粥樣硬化是引起缺血性卒中的重要原因,不穩(wěn)定的斑塊使卒中風險增加,因此識別易損斑塊,評估卒中風險對于動脈粥樣硬化患者預防卒中發(fā)生具有重要意義。高分辨率磁共振(high resolution magnetic resonance imaging,HR-MRI)血管壁成像作為一種新興技術(shù),可以評估斑塊的易損性,HR-MRI在頸動脈的研究已相當成熟,研究表明[1-2]斑塊炎癥反應是造成斑塊不穩(wěn)定的重要原因,HR-MRI顯示的動脈斑塊強化可以反映斑塊內(nèi)炎癥反應,這不僅與缺血性卒中相關(guān),而且有助于預測遠期缺血性卒中的發(fā)生。目前,HR-MRI已經(jīng)逐步應用于顱內(nèi)動脈粥樣硬化的研究[3],但針對斑塊強化與缺血性卒中關(guān)系的大樣本研究較少,且多數(shù)研究應用二維(2-dimensional,2D )HR-MRI,其層面間分辨率有限,信噪比不高,且成像范圍小。三維(3-dimensional,3D)HR-MRI是一種新興技術(shù),應用于顱內(nèi)動脈斑塊強化評價的可重復性尚不明確。我們的研究旨在評價3D HR-MRI觀察顱內(nèi)動脈粥樣硬化斑塊強化的可重復性,并探討顱內(nèi)動脈粥樣硬化斑塊的強化特點與缺血性卒中的關(guān)系。

資 料 和 方 法

一般資料回顧性收集2017年2—7月間因顱內(nèi)動脈粥樣硬化和缺血性腦卒中就診于復旦大學附屬中山醫(yī)院的患者52例,所有患者均行HR-MRI檢查。納入標準:(1)臨床資料及頭顱MRI證實有缺血性腦卒中;(2)頭顱計算機斷層血管造影(computed tomography angiography,CTA)、磁共振血管造影(magnetic resonance angiography,MRA)或數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography,DSA)發(fā)現(xiàn)大腦中動脈M1段或基底動脈局限性狹窄,狹窄率≥30%,其中CTA、MRA、DSA發(fā)現(xiàn)大腦中動脈狹窄M1段狹窄各25、6、1例,CTA、MRA、DSA發(fā)現(xiàn)基底動脈狹窄各13、6、1例,25例患者同時出現(xiàn)大腦中動脈和基底動脈狹窄或雙側(cè)大腦中動脈狹窄;(3)有2個或2個以上動脈粥樣硬化危險因素。排除標準:(1)病變同側(cè)顱外或顱內(nèi)段頸動脈/椎動脈狹窄程度超過50%;(2)心源性栓塞所致卒中;(3)有明確的非動脈粥樣硬化所致缺血性卒中的病因,如動脈夾層、煙霧病、動脈炎等。

檢查方法采用GE 3.0 T磁共振掃描儀(Discovery MR750,美國GE公司)及標準8通道頭顱線圈。所有患者依次行常規(guī)頭顱MRI掃描、三維時間飛躍法磁共振血管造影(3-dimensional time of flight magnetic resonance angiography,3D-TOF MRA)及HR-MRI掃描。參照2016年顱內(nèi)動脈管壁HR-MRI的專家共識[4],HR-MRI檢查采用2D及3D的多對比成像,檢查序列依次為2D FSE T2WI、3D CUBE T1WI及增強CUBE T1WI。3D-TOF MRA掃描參數(shù)為TR:23 ms,TE:3.4 ms,FOV:22 cm×20.7 cm,矩陣:320×224,掃描時間:5 min 8 s;2D FSE T2WI掃描參數(shù)為TR:2150 ms,TE:50 ms,層厚:2 mm,層間距:0.5 mm,FOV:10 cm×10 cm,矩陣:384×384,掃描時間:4 min 23 s;3D CUBE T1WI參數(shù)為TR:600 ms,TE:13 ms,FOV:20 cm×20 cm,矩陣:288×288,分辨率為0.69 mm×0.69 mm×1 mm,重建后的分辨率為0.39 mm×0.39 mm×0.5 mm,矢狀位掃描,掃描時間:4 min 16 s。CUBE T1WI 增強采用釓噴酸葡胺對比劑(Magnevist,德國Bayer Pharma公司),注射劑量0.2 mmol/kg,注入對比劑后2 min進行掃描,3D CUBE T1WI與增強T1WI掃描方位完全一致,總共掃描時間約30 min。

圖像分析將HR-MRI圖像導入到GE后處理工作站(ADW4.6,美國GE公司),所有HR-MRI圖像在分析前均進行圖像質(zhì)量評價,然后由2名有經(jīng)驗的放射科醫(yī)師在不了解患者臨床資料前提下進行分析,分析內(nèi)容包括斑塊的識別、斑塊強化分級及計算血管狹窄率。斑塊定義為T1WI增強前后均可觀察到的偏心性管壁增厚,管壁最厚處厚度是最薄處的2倍以上[5]。本研究僅分析雙側(cè)大腦中動脈M1段及基底動脈所觀察到的斑塊,斑塊分為責任和非責任斑塊兩組。責任斑塊定義為梗死灶供血動脈上唯一的斑塊或供血動脈最狹窄處的斑塊,非責任斑塊指的是非供血動脈上的斑塊及梗死灶供血動脈上非最狹窄處的斑塊[6]。在T1WI增強序列圖像上手動勾畫斑塊所在處的血管內(nèi)外壁邊界及病灶近端正常參照段血管的內(nèi)外界,若斑塊近端血管不可選用,則選取斑塊遠端的正常血管作為替代,測量斑塊處及參照處的管腔面積并計算血管狹窄率,血管狹窄率= [1-(斑塊處管腔面積/參照處管腔面積)]×100%[7]。根據(jù)3D T1WI增強前后的信號差異,斑塊強化以增強后垂體信號為參照標準分為3級[8]:0級指無強化,即斑塊信號增強前后無明顯差異;1級即輕度強化,指斑塊有強化,但強化程度弱于正常垂體;2級指斑塊明顯強化,其強化程度強于或類似于垂體。兩位觀察者意見不統(tǒng)一時,經(jīng)討論協(xié)商達成一致意見。為了解觀察者內(nèi)一致性,其中1位醫(yī)師1個月后再次對斑塊強化等級進行判定。

結(jié) 果

本研究共納入52例患者,其中男性30例,女性22例,年齡47～78歲,平均63.9歲。52例患者中糖尿病患者38例,高血壓患者33例,高血脂患者32例;抽煙者24例;責任血管為大腦中動脈32例,基底動脈20例;按起病到臨床診斷間的時間長短對卒中進行分期,其中37例腦卒中為急性期,10例為亞急性期,5例為慢性期;接受MRI檢查與起病的時間間隔平均為21天。所有患者的HR-MRI圖像質(zhì)量好,均可用于診斷與后處理分析。應用HR-MRI分析斑塊強化,觀察者內(nèi)及觀察者間對斑塊強化等級判定的一致性好(Kappa分別為0.89、0.83);52例患者共發(fā)現(xiàn)斑塊118個(其中40例患者發(fā)現(xiàn)多個斑塊),責任斑塊52個,非責任斑塊66個。52個責任斑塊中,40個明顯強化(圖1～3),9個輕度強化,3個無強化;66個非責任斑塊中,4個明顯強化,24個輕度強化,38個無強化(圖3);兩組斑塊強化等級差異有統(tǒng)計學意義(P<0.01)。與非責任斑塊相比,責任斑塊強化等級(Z=-7.787,P<0.01)和斑塊處血管狹窄率更高[(64.75%±14.32%)vs.(47.54%±14.40%),Z=-5.327,P<0.01,表1]。將斑塊強化等級與血管狹窄率納入二分類Logistic回歸,結(jié)果表明斑塊明顯強化是責任斑塊的獨立影響因素(OR:74.3,95% CI:15.0～367.1,P<0.01)。

A 65-year-old woman with severestenosis in the right middle cerebral artery on 3D-TOF MRA (A,arrow) and infarction in the right peri-ventricular area (B) on DWI.Pre- (C) and post-contrast (D) 3D CUBE T1 weighted images show eccentric culprit plaque (arrow in inset) with strong enhancement in right M1 segment.

圖1急性缺血性腦卒中的65歲女性病例
Fig1A65-year-oldwomanwithacuteischemicstroke

A 59-year-old woman with moderate basilar artery stenosis on 3D-TOF MRA (A,arrow) and infarction in the brainstem on DWI (B).Axial 3D CUBE T1-weighted pre-(C) and post-contrast (D) images identify culprit plaque (arrow in inset)in basilar artery with strong enhancement.

圖2急性缺血性腦卒中的59歲女性病例
Fig2A59-year-oldwomanwithacuteischemicstroke

A 54-year-old man withlacunar infarct in the left periventricular area was shown on DWI (A),stenosis involving left middle cerebral artery and basilar artery and occlusion of the right middle cerebral artery shown on 3D-TOF MRA (B,arrows).Pre- (C) and post- contrast (D) 3D CUBE T1-weighted images show eccentric culprit plaque with strong enhancement on left M1 segment (arrows in insets).However,in the same patient,axial 3D CUBE T1-weighted pre- (E) and post-contrast (F) images showed non-culprit plaque in basilar artery without enhancement (arrows in inset).

圖3 急性缺血性腦卒中的54歲男性病例Fig 3 A 54-year-old man with acute ischemic stroke

討 論

本研究應用3D HR-MRI顯示顱內(nèi)動脈斑塊并分析斑塊的強化程度,觀察者內(nèi)及觀察者間對斑塊強化等級判斷的一致性好,表明使用該技術(shù)判斷斑塊強化是可靠的。目前,3D CUBE HR-MRI掃描應用于顱內(nèi)動脈的研究報道較少,Li等[9]報道3D CUBE T1WI成像可清晰顯示顱內(nèi)動脈管壁,對顱內(nèi)動脈斑塊判斷的可重復性好。本研究進一步驗證3D CUBE HR-MRI技術(shù)判斷顱內(nèi)動脈粥樣硬化斑塊強化的可重復性好,相對于2D掃描,3D MRI為各向同性或接近于各向同性的掃描,信噪比高,掃描范圍大,一次掃描可完整顯示顱內(nèi)動脈主要分支上的斑塊,且可沿任意方向重建出感興趣的血管,避免因血管走形彎曲產(chǎn)生部分容積效應的影響,其顯示細小顱內(nèi)動脈管壁的價值更高。

本研究結(jié)果顯示責任斑塊強化等級明顯高于非責任斑塊,且大多數(shù)責任斑塊明顯強化,提示斑塊強化是缺血性卒中發(fā)生的高危因素之一。既往頸動脈斑塊研究表明斑塊強化提示斑塊不穩(wěn)定,與缺血性卒中相關(guān)[1]。頸動脈的組織病理學研究證實斑塊炎癥反應及新生血管形成是頸動脈斑塊強化的病理基礎(chǔ)[10-11],斑塊炎癥反應主要表現(xiàn)為內(nèi)皮細胞通透性增加、巨噬細胞浸潤。浸潤的巨噬細胞吞噬脂質(zhì)發(fā)生凋亡,使粥樣硬化斑塊壞死核心不斷擴大。新生血管形成又為炎癥細胞進入提供途徑,并導致斑塊內(nèi)出血,增加斑塊的易損性。目前,顱內(nèi)動脈斑塊強化的確切機制尚不明確,多數(shù)研究推測,顱內(nèi)動脈斑塊與頸動脈斑塊具有相似的病理學改變[12],尸檢結(jié)果發(fā)現(xiàn)顱內(nèi)動脈責任斑塊炎癥反應明顯[13],表明顱內(nèi)動脈斑塊的強化提示斑塊的易損性增加。Vakil等[14]應用1.5T磁共振報道顱內(nèi)動脈粥樣硬化斑塊強化與患者腦缺血事件相關(guān),癥狀性顱內(nèi)動脈粥樣硬化斑塊強化發(fā)生率明顯高于無癥狀者。Lou等[15]應用2D HR-MRI研究發(fā)現(xiàn)缺血性卒中患者斑塊強化程度明顯高于無卒中者。Qiao等[6]應用3D HR-MRI 質(zhì)子加權(quán)序列研究22例患者共99個斑塊,發(fā)現(xiàn)責任斑塊的強化程度明顯高于非責任斑塊。本研究的結(jié)果與上述學者的研究結(jié)論相似,我們在更大樣本的基礎(chǔ)之上采用3.0T高場強MRI和最新的3D CUBE大范圍掃描技術(shù)進一步驗證了責任斑塊強化是缺血性卒中的危險因素。最新研究應用3D HR-MRI分析斑塊強化與缺血性卒中復發(fā)的關(guān)系發(fā)現(xiàn),斑塊強化與卒中的復發(fā)明顯相關(guān),且斑塊強化是卒中復發(fā)的獨立危險因素[16],進一步說明斑塊強化對缺血性卒中風險評估具有重要價值。

本研究顯示責任斑塊處的血管狹窄率較非責任斑塊處更高,且斑塊明顯強化是責任斑塊的獨立影響因素。Ryu等[17]的研究收集了癥狀性顱內(nèi)動脈粥樣硬化且顱內(nèi)動脈中重度狹窄患者,發(fā)現(xiàn)責任斑塊強化程度及責任血管的狹窄程度均高于無癥狀患者,回歸分析顯示只有責任血管狹窄程度為缺血性卒中的獨立影響因素。本研究的結(jié)論與上述報道有一定程度的差異,本研究擴大了樣本量,且納入分析了狹窄率≥30%的更多輕中度狹窄的顱內(nèi)動脈粥樣硬化患者,進一步闡明了斑塊強化程度、血管狹窄程度與責任斑塊的關(guān)系。目前,臨床上主要依據(jù)血管狹窄率來判斷顱內(nèi)動脈粥樣硬化引起缺血性卒中的危險程度,然而缺血性卒中同樣可發(fā)生在管腔狹窄不明顯的血管供血區(qū)域,故單純依靠血管管腔狹窄程度評價病變嚴重程度和卒中發(fā)生危險性存在嚴重的局限性。本研究中有5個責任斑塊表現(xiàn)為明顯強化但斑塊處血管狹窄并不嚴重,提示斑塊強化可作為血管狹窄程度的有效補充,對于輕、中度狹窄的血管,如果出現(xiàn)斑塊強化則更有警示作用。

本研究尚存在一定的局限性:第一,為回顧性研究,顱內(nèi)動脈斑塊強化和強化程度預測卒中發(fā)生的風險大小和指導臨床干預的價值尚有待進一步前瞻性研究;第二,主要分析斑塊強化與缺血性卒中的關(guān)系,斑塊其他特性(如斑塊表面纖維帽的完整性、斑塊內(nèi)脂質(zhì)核大小、斑塊內(nèi)有無出血等易損斑塊的特點[18])對于卒中的作用還需進一步多因素分析;第三,中斑塊強化與斑塊炎癥反應關(guān)系的假設是借鑒了冠狀動脈及頸動脈粥樣硬化斑塊的病理基礎(chǔ),尚缺乏對顱內(nèi)動脈斑塊的病理證實,因為后者斑塊的獲取在實際操作中非常困難。

綜上所述,3D CUBE HR-MRI這一新技術(shù)判斷顱內(nèi)動脈斑塊強化的可重復性好,斑塊強化可作為判斷斑塊易損性并引起缺血性卒中的危險因素,提示臨床上使用HR-MRI觀察斑塊強化具有重要意義。

參 考 文 獻

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