高分辨磁共振成像技術在顱內動脈狹窄性疾病中的應用

陳夫濤，高佩虹，賈春雪，李曉東

(1.山東第一醫科大學 山東省醫學科學院研究生處，山東 泰安 271000； 2.濟寧市第一人民醫院放射科，山東 濟寧 272000； 3.臨沂市人民醫院放射科，山東 臨沂 276000)

隨著人們生活水平的提高和生活方式的改變，腦卒中成為我國居民死亡的首位原因，其中缺血性腦卒中占80%以上，嚴重威脅著人類健康[1]。顱內動脈狹窄性疾病(intracranial arterial stenosis disease,ICAD)是引起亞洲人群缺血性腦卒中最常見的原因[2]，ICAD主要包括動脈粥樣硬化性疾病、煙霧病、中樞神經系統血管炎、顱內動脈夾層(intracranial arterial dissection，IAD)、可逆性腦血管收縮綜合征(reversible cerebral vasoconstriction syndrome,RCVS)等[3]。不同原因引起的顱內動脈狹窄的預防和治療措施不同，因此，早期確定顱內動脈狹窄的病因，準確判斷病變狹窄處管壁、管腔的特征，對選擇正確的預防措施和合理的治療方案具有重要意義。傳統影像學檢查方式(CT血管造影、磁共振血管造影、數字減影血管造影等)對顱內血管疾病的定位、檢出有一定的作用，但無法直接顯示管腔和管壁的特征。高分辨磁共振成像(high-resolution magnetic resonance imaging,HR-MRI)能無創反映管腔狹窄情況、管壁結構，并識別斑塊成分，且通過血管壁成像研究可提高對血管性病變的認識[4]。現對HR-MRI技術及其在ICAD中的應用進行綜述。

1 HR-MRI技術

1.1成像原理 HR-MRI是利用磁共振原理抑制血管內流動血液信號獲取血管壁等靜態組織圖像的一種成像方法，常用的成像技術包括“亮血技術”和“黑血技術”。“亮血技術”即三維時間飛躍法磁共振血管成像(3D time of flight magnetic resonance angiography,3D-TOF MRA),3D-TOF MRA的圖像采集是用重復時間較短的快速擾相位梯度回波T1加權成像(T1-weighted imaging，T1WI)序列，反復激發掃描層面內的靜止組織而使其處于飽和狀態，而使靜止的背景組織受到抑制，未受射頻脈沖激勵的流動血液處于非飽和狀態，非飽和的流動血液流入飽和的靜止組織背景時呈相對高信號[5]。3D-TOF MRA具有空間分辨率高、掃描時間短、對中快速血流敏感等優點，已應用于冠狀動脈、頸動脈血管成像以區分斑塊的不同成分。因顱內動脈位置較深、管徑較小，“亮血技術”常過高評價顱內血管的狹窄程度，因而一般僅用于顱內病變狹窄處的定位[6]。

“黑血技術”是采用雙反轉恢復序列、飽和脈沖等方法進行圖像采集，使靜止的血管壁和斑塊呈高信號，而流入到層面無橫向矢量的質子呈低信號，從而更好地顯示管壁和斑塊的微觀結構。該成像方法對血流的抑制效果更好，近年來被國內外學者應用于顱內動脈狹窄性病變的研究。

1.2掃描技術 HR-MRI技術包括二維成像技術和三維成像技術，其中二維成像技術主要包括空間預飽和技術和雙重翻轉恢復技術，三維成像技術主要包括多角度自旋回波序列、T2選擇性血流抑制技術、運動敏感驅動平衡技術、延遲進動定制激發、同步非對比劑血管成像、斑塊內出血成像及三維磁化準備快速梯度回波序列。二維成像技術的優點在于圖像分辨率高，但空間分辨率低、掃描范圍小。相對于二維成像技術，三維成像技術具有多平面全腦血管成像，掃描時間相對較短等優勢[7]。目前，三維成像序列在HR-MRI的研究中應用較廣泛。

1.3掃描方式及掃描序列 因顱內血管細小，走行迂曲，HR-MRI要求分辨率<1 mm，在高場強下行垂直于血管主干軸位的二維掃描或三維重建血管軸位圖像，可直觀顯示管壁重構、斑塊位置及分布，有利于分析管腔、管壁的特征及斑塊成分。顱內血管壁成像序列通常包括3D-TOF MRA、T1WI、T2WI、質子加權成像、T1WI增強序列及磁敏感加權成像。不同序列具有不同的優勢：3D-TOF MRA成像速度快，一般用于顱內血管狹窄處定位；T1WI和T2WI序列通常能較好地顯示血管壁的基本特征，如斑塊形態和信號強度；質子加權成像能更清晰地顯示斑塊和管壁的邊界，一般用于定量測量；T1WI增強序列是注射釓對比劑后掃描獲得，可較好地顯示斑塊增強，管壁增強可作為斑塊活動性的標志[8]；磁敏感加權成像序列一般用于檢測斑塊內出血(intraplaque hemorrhage,IPH)。

2 HR-MRI在ICAD中的應用

2.1動脈粥樣硬化性疾病 顱內動脈粥樣硬化性疾病是引起全球缺血性腦卒中發生的主要原因，分別占亞洲和歐美缺血性腦血管事件的30%～50%和10%[9]。近年來雖然在顱內動脈粥樣硬化引起的腦血管事件的診斷和治療方面取得了重大進展，但對于早期、準確診斷顱內動脈粥樣硬化還存在一些難度。脂質、纖維組織、IPH和鈣化是動脈粥樣硬化斑塊的主要成分。在顱外動脈中，HR-MRI根據斑塊成分和比例可以將易損斑塊和穩定斑塊區分開來[10]，但由于顱內動脈位置深、管徑細小以及磁共振分辨率的限制，HR-MRI準確描述顱內動脈斑塊的成分仍有一定的難度[11]。當前，大多根據顱外動脈病變HR-MRI的特點預測顱內動脈病變HR-MRI的特點。顱內動脈管壁、管腔的HR-MRI表現有助于描述顱內動脈粥樣硬化性疾病的特征，并且HR-MRI與數字減影血管造影在評估顱內動脈狹窄程度和最小管腔直徑方面具有較好的一致性[12]。

2.1.1動脈重構模式 又稱Glagov現象，于1987年首次描述，該現象是動脈對血管內斑塊生長做出的代償性反應，分為正性重構(positive remodeling,PR)和負性重構(negative remodeling,NR)[13]。PR是血管代償性向外擴張而有利于避免管腔狹窄，但這使得斑塊更易脫落；NR是血管代償性向內收縮，從而進一步增加了管腔的狹窄程度。冠狀動脈和顱外動脈普遍存在動脈重構現象，Klein等[14]的研究證實，顱內動脈與冠狀動脈存在相似的重構現象。

顱內動脈不同的重構方式引起的缺血性腦血管事件的發生風險也不同。Chung等[15]研究發現，PR多發生在有癥狀的粥樣硬化斑塊中，而無癥狀的粥樣硬化斑塊多引起NR。不同的重構模式，斑塊的易損性也不同。Shi等[16]研究認為，PR可能易導致大腦中動脈斑塊的脫落，斑塊內存在更多的微栓子信號，這可能是斑塊的不穩定因素之一。對于有癥狀的大腦中動脈狹窄患者，顱內經皮腔內血管成形術和支架植入術是重要的治療方式，在選擇球囊和支架大小時應考慮動脈重構模式[17]。了解重塑模式有助于對患者進行危險分層并指導腦卒中的預防和治療，在臨床實踐中，PR的病變需要更積極的藥物治療[18]。

2.1.2斑塊的形態、位置及分布 大部分動脈粥樣硬化病變顯示管壁偏心性增厚并斑塊形成，少部分病變表現為類似于血管炎的管壁環形增厚。偏心性管壁增厚是指小于360°的血管壁受累或管壁最厚部分是最薄部分的2倍[19]。應用HR-MRI可計算偏心指數，一般選擇管腔最狹窄層面，偏心指數=(管壁最大厚度-管壁最小厚度)/管壁最大厚度，偏心指數≥0.5的斑塊定義為偏心斑塊。

HR-MRI可用于確定顱內動脈粥樣硬化斑塊的形態、位置及斑塊與分支或穿支動脈的關系。有研究顯示，冠狀動脈斑塊多位于穿支開口的對面，顱內動脈斑塊分布與其類似[3]。Xu等[20]對92例大腦中動脈狹窄患者的研究表明，腹側、下壁斑塊較上壁、背側多,這可能是由于大腦中動脈穿支多源于血管的上壁和背側壁。對于癥狀性大腦中動脈狹窄，斑塊多位于上壁。Lu等[21]研究發現，對于低級別大腦中動脈狹窄患者，責任斑塊(卒中同側的斑塊)多位于上壁。Huang等[22]對38例存在癥狀的急性腦卒中患者的研究發現，斑塊更常見于腹側和左側壁。斑塊分布和位置可能與血管的分支或穿支閉塞有關。未來需要進行前瞻性研究進一步評估斑塊位置對缺血性腦卒中事件的影響。

2.1.3斑塊的成分及信號特點 動脈粥樣硬化斑塊由細胞、結締組織細胞外基質以及細胞內、外脂質沉積物組成，這三種成分的比例在不同動脈粥樣硬化斑塊中有所不同，其通過影響斑塊的穩定性而導致一系列病變[23]。由于在活體中很難獲得顱內動脈的病理標本，因此顱內動脈斑塊HR-MRI的特征與病理的相關性無法被準確評估。研究頸動脈、冠狀動脈等顱外大動脈時，從動脈內膜切除術后收集的動脈標本為直接驗證HR-MRI識別斑塊成分的能力提供了一種有效的方法，標本中的纖維帽、富含脂質的壞死核心和IPH的病理結果已經證明了HR-MRI識別斑塊的準確性較高[24]。目前,大部分關于顱內動脈粥樣硬化性斑塊特點的HR-MRI研究是基于頸內動脈斑塊的信號特點推斷的。

準確識別斑塊內成分有利于臨床腦卒中風險的分級和個體化防治方案的選擇。尸檢結果表明，顱內動脈中的易損斑塊多表現為較大的脂質核心、薄或不連續的纖維帽、IPH及新生血管形成等[25]。脂質核心是單核細胞黏附到血管內皮上，在中青年時期遷移到內皮下，隨著年齡的增長轉化為纖維斑塊而形成，主要由泡沫細胞、轉化后的平滑肌細胞、結締組織下細胞碎片、細胞外游離基質以及膽固醇晶體組成[26]。在HR-MRI上觀察到的顱內動脈粥樣硬化斑塊的特征與病理學對照的研究中發現，脂質核心在T1WI上為等信號，在T2WI上為等或低信號[27]。在動脈粥樣硬化晚期常可檢測到IPH,IPH與斑塊生長過程中斑塊內新生血管或滋養血管等微血管的破裂相關[28]。對顱外動脈的研究發現，IPH與臨床癥狀發作密切相關，IPH是預測缺血性卒中發生的一項可靠指標[27]。對頸動脈粥樣硬化斑塊的研究發現，19%～97%引起癥狀的病變可發生IPH，7%～91%的無癥狀病變會發生IPH[29]。Cui等[30]采用HR-MRI對頸內動脈斑塊進行研究，新鮮IPH的體積與小纖維帽是否破裂有關，伴有小纖維帽破裂的新鮮IPH的體積較不伴小纖維帽破裂大。顱內動脈粥樣硬化斑塊IPH的發生率較低，Derksen等[31]研究發現，205例顱內動脈粥樣硬化斑塊中僅有1例發生IPH。在頸動脈HR-MRI中，定義T1WI上高信號等于或高于相鄰肌肉組織信號的150%為IPH。Xu等[32]利用HR-MRI對109例近期發生癥狀的大腦中動脈狹窄患者進行研究發現，有癥狀者IPH的發生率明顯高于無癥狀者[19.6%(9/46)比3.2%(2/63)]。易損斑塊嚴重影響急性缺血性腦卒中患者的預后，Shu等[33]對338例急性缺血性卒中患者顱內動脈斑塊的研究發現，易損斑塊是影響患者臨床預后的獨立因素。除斑塊脂質核心和IPH外，炎癥細胞浸潤、薄的纖維帽也是引起斑塊易損的主要原因，盡管目前證據顯示顱內動脈粥樣硬化斑塊具有相對良性的組織病理學特征(罕見的新生血管、炎癥、潰瘍和破裂等)，但仍需進一步行前瞻性研究以闡明顱內動脈粥樣硬化病變的病理學特征。

因顱內動脈管徑細小且具有與顱外動脈不同的血管壁結構，經驗性的根據頸內動脈HR-MRI信號特點直接推斷顱內動脈斑塊的信號特點具有一定風險。盡管近年來臨床研究報道了一些HR-MRI定義的斑塊成分，但由于缺乏有效的組織病理學證據，顱內動脈粥樣硬化斑塊信號特點的解釋、驗證仍然是研究的難題。

2.1.4斑塊的強化 動脈粥樣硬化斑塊多表現為偏心性和強化的特征，對比增強被認為與新生血管形成和內皮滲透性增加或動脈粥樣硬化斑塊中滋養血管破裂有關[11,32]。斑塊增強與近期缺血性腦卒中密切相關，但斑塊增強與缺血性卒中的關系受多種因素影響。Wang等[34]采用3.0 T HR-MRI對57例基底動脈中重度狹窄患者進行研究，結果發現，有癥狀的患者基底動脈斑塊較無癥狀者更常見；多變量回歸分析發現，斑塊增強和吸煙是基底動脈中重度狹窄患者后循環缺血性事件的獨立危險因素。Huang等[35]采用HR-MRI對141例顱內動脈粥樣硬化患者的研究發現，斑塊增強與近期缺血事件密切相關，表明斑塊增強可作為斑塊不穩定的指標。

2.2非動脈粥樣硬化性疾病 HR-MRI作為傳統頭頸部血管成像的補充和優化，具有較高的空間分辨率以顯示微小的顱內動脈病變，并且HR-MRI在定性、定量測量顱內動脈病變中的可行性已在多項臨床研究中證實。HR-MRI描述顱內血管病變的能力可用于區分動脈粥樣硬化以外的各種血管病變，如動脈夾層、煙霧病、血管炎以及RCVS等[36]。

2.2.1煙霧病 煙霧病是Takeuchi在1957年提出的，是一種慢性進行性閉塞性腦血管病，發病機制不明，臨床上較為少見，特征性病變為雙側頸內動脈末端和(或)大腦前動脈及中動脈起始端管腔嚴重狹窄甚至閉塞，并繼發顱底部和(或)軟腦膜異常血管網形成[37]。由于煙霧病與動脈粥樣硬化的臨床表現相近，且有時兩種疾病可伴發，給臨床區分煙霧病和動脈粥樣硬化性疾病帶來困難，尤其是在發病率較高的亞洲人群中。HR-MRI的出現為臨床鑒別這兩種疾病提供了幫助。Yuan等[38]研究發現，與動脈粥樣硬化性疾病的管壁特征相比，煙霧病具有管壁偏心性增厚不明顯、管壁外徑較小及強化程度較輕等HR-MRI特征。Muraoka等[39]采用HR-MRI對24例煙霧病的患者進行研究發現，病變血管壁呈明顯強化，并與顱內動脈狹窄進展相關。Ryoo等[40]使用HR-MRI對煙霧病和ICAD患者進行研究發現，煙霧病患者無論有無癥狀，受累血管均表現為同心性強化，而ICAD患者表現為局部偏心性強化。煙霧病一般采用外科血管重建術治療，而顱內動脈粥樣硬化多采用積極的內科治療。因此，準確診斷煙霧病臨床意義重大。

2.2.2中樞神經系統血管炎 中樞神經系統血管炎是一組可累及顱內任何血管，并導致管腔狹窄、閉塞的血管壁炎性病變，病理上以炎癥和壞死為主要特點，發病機制尚不清楚[41],按病因學可分為原發性中樞神經系統血管炎和繼發性中樞神經系統血管炎，病理學上分為肉芽腫性、淋巴細胞性和壞死性血管炎[42]。因患者的臨床表現缺乏特異性，病情的輕重和進展情況各異，臨床及傳統影像學檢查無特異性。HR-MRI對于診斷累及顱內大、中血管的中樞神經系統血管炎具有重要價值。Siemonsen等[43]對巨細胞性動脈炎的研究發現，受累動脈管壁多表現為彌漫性增厚，增強掃描呈明顯環形強化。Schuster等[44]采用HR-MRI對14例經活檢證實的原發性中樞神經系統血管炎患者進行研究發現，在病變進展過程中僅有3例出現受累管壁的明顯強化，這可能與炎癥累及較多顱內小血管有關，血管壁成像能力有限，無法顯示受累血管的強化特征。HR-MRI對繼發性血管炎亦有重要的診斷價值，Li等[45]通過HR-MRI技術診斷1例因血管內血栓切除術而引起基底動脈繼發性神經系統血管炎的患者，其基底動脈管壁表現為環形增強。

2.2.3IAD IAD是指各種原因導致大腦動脈內膜撕裂，致使血液經破口進入血管壁而形成的壁內血腫，進而引起血管腔狹窄、閉塞或瘤樣擴張的一種疾病[46]。IAD發病率雖較顱外動脈夾層低，但因其病情重、預后差，準確診斷對治療意義重大。IAD多發生在椎動脈和基底動脈，是導致中青年缺血性腦卒中發生、發展及自發性蛛網膜下腔出血的常見原因之一，尤其是在亞洲人群中。IAD可能與動脈瘤的形成有關，臨床早期治療可避免潛在的嚴重并發癥，因此早期確診至關重要。IAD的特征性影像學表現包括壁內血腫、內膜片和雙腔，雖然數字減影血管造影仍是診斷IAD的金標準，但只有少數病例(約30%)可見內膜片或雙腔等可靠征象[47]。HR-MRI有助于IAD的診斷。Takano等[48]采用HR-MRI技術對16例IAD患者進行研究發現，14例患者的顱內動脈中存在壁內血腫。Arai等[49]研究發現，80%的椎-基底動脈夾層在增強T1WI序列上表現為夾層部位血管壁、夾層部分遠端或近端血管壁偏心性增強。Song等[50]報道了1例通過HR-MRI診斷的大腦中動脈M2段動脈夾層，具有典型的內膜瓣和壁內血腫表現，表明HR-MRI是一種診斷大腦中動脈夾層有效的非侵入檢查技術。Yun等[51]通過HR-MRI技術對IAD患者進行研究發現，與不伴急性卒中的動脈夾層患者相比，伴有急性缺血性卒中的動脈夾層患者表現出更常見的壁內血腫和更明顯的管壁強化。

2.2.4RCVS 又稱Call-Fleming綜合征，最早于1988年由Call等[52]提出，主要臨床特點是劇烈、突發雷擊樣疼痛，伴或不伴有局灶性神經功能缺損或癲癇發作的一組臨床綜合征。RCVS和中樞神經系統血管炎具有重疊的臨床和影像學表現，鑒于這兩種疾病的臨床進程和治療方式不同，兩者的鑒別診斷至關重要。de Boysson等[53]研究發現，HR-MRI的T2WI高信號區分RCVS和血管炎的靈敏度和特異度分別為79%和100%，RCVS一般表現為環形壁增厚，管壁輕微強化，隨訪檢查增厚管壁可恢復正常。

3 問題與展望

目前關于HR-MRI的利用和推廣還存在一些問題：①因掃描技術的限制，HR-MRI檢查需要消耗大量的時間，且成像質量易受患者運動偽影的影響，可通過改進磁共振技術和運動校正算法解決這一問題；②因顱內血管剝離技術的限制，直接獲取顱內動脈的病理標本幾乎無法實現，所有ICAD的管壁、管腔信號特點均是根據頸外動脈HR-MRI的結果推測，因此需要大量合理的動物實驗來驗證HR-MRI技術的可靠性。

HR-MRI作為傳統影像檢查技術的補充，可同時顯示顱內動脈管壁和管腔特征，可用于評估各種ICAD的形態學特征，對確定狹窄的病因、明確卒中機制和指導臨床治療具有重要意義。未來，需要進一步的前瞻性研究評估HR-MRI對各種ICAD的診斷價值。