大腦中動脈狹窄斑塊與灌注特征相關性分析

魏夢婷，呂晉浩，王柳仙，張森皓，韓東山，王馨蕊，段曹輝，婁昕，

顱內動脈粥樣硬化性狹窄（intracranial atherosclerotic stenosis，ICAS）引起卒中的可能機制很多，包括穿支動脈閉塞、原位血栓形成、動脈到動脈栓塞及低灌注。這些機制往往不是獨立存在，而是相互影響、相互作用，共同決定最終缺血事件的發生[1-2]。在ICAS患者中，斑塊特性、血流灌注以及側支循環與缺血性卒中的發生發展關系密切。灌注缺損及斑塊負荷越嚴重，卒中風險明顯上升[3-4]，但兩者關系仍有待探索。本文旨在使用高分辨率磁共振管壁成像（high-resolution vessel wall imaging，HR VWI）及ASL技術研究癥狀性大腦中動脈重度狹窄患者斑塊特征和血流灌注的關系，探索卒中發生發展的潛在機制，以期為臨床防治提供靶點，改善患者二級預防效果。

1 對象與方法

1.1 研究對象 回顧性納入2013年8月-2016年1月連續就診于解放軍總醫院第一醫學中心的癥狀性單側大腦中動脈重度狹窄患者。癥狀性定義為90 d內由于該粥樣硬化性病變出現缺血性卒中或TIA。本研究經解放軍總醫院第一醫學中心醫學倫理委員會批準，患者或其家屬知情同意。

納入標準：①年齡＞18歲；②癥狀性單側大腦中動脈重度狹窄（狹窄率＞70%），狹窄率經MRA或DSA證實；③存在至少兩個動脈粥樣硬化危險因素，包括高血壓、糖尿病、高脂血癥、冠心病、肥胖和吸煙史；④研究數據齊全。

排除標準：①除一側大腦中動脈狹窄外，其他（顱內外）動脈中度以上（狹窄率＞50%）狹窄或閉塞；②非動脈粥樣硬化性狹窄，如煙霧病、血管炎、動脈夾層等；③大腦中動脈閉塞。

1.2 資料收集 通過病例系統收集患者的基線資料，包括性別、年齡及危險因素（高血壓、糖尿病、高脂血癥、冠心病、吸煙、肥胖）。吸煙定義為每天至少1支，持續1年以上。肥胖定義為BMI≥30 kg/m2。

1.3 儀器與成像協議 均使用3.0T磁共振掃描儀（Discovery MR 750；GE Healthcare）進行圖像采集，采用32通道頭線圈。多模態MRI包括：常規頭部成像方案、3D-TOF MRA、HR VWI及含兩個標記后延遲時間（post-labeling delay，PLD）的三維準連續動脈自旋標記（three dimensional pseudocontinuous arterial spin labeling，3D pCASL）。使用三維螺旋快速自旋回波（fast spin scho，FSE）獲得3D pCASL，參數如下：重復時間（repetition time，TR）4590 ms（PLD 1.5 s）/5285 ms（PLD 2.5 s），回波時間（time of echo，TE）10.5 ms，帶寬62.5 kHz，層厚4.0 mm，層數36，標記時間=1.5 s/2.5 s，視野（field of view，FOV）24 cm，空間分辨率3.64 mm，激發次數2。HR VWI包括質子密度加權成像（proton density weighted image，PDWI）、四反轉T1WI和增強后T1WI。采集時采用矢狀面，定位于垂直于大腦中動脈病變，覆蓋最大管腔狹窄部位。T1WI采用4次反轉恢復快速自旋回波，TR 800 ms，反轉時間650 ms，TE 8.6 ms，FOV 16×16 cm，厚度2 mm，矩陣256×320，激發次數4，回聲串長度12。增強后T1WI在注射釓對比劑（0.1 mmol/kg釓噴葡胺）5 min后進行。總掃描時間約為20 min。

1.4 圖像后處理與評價 利用Function Tool（AW 4.5 Workstation；GE Healthcare）對3D pCASL的腦血流量（cerebral blood flow，CBF）進行后處理，生成CBF圖。于Matlab平臺（R2013b；MathWorks，Natick，MA）使用SPM8軟件（Statistical Parametric Mapping，University College of London，www.fil.ion.ucl.ac.uk/spm/software/Spm8）將T1加權快速擾相梯度回波序列進行空間標準化。CBF圖與之進行配準，將每一側大腦中動脈供血區作為感興趣區域，提取各感興趣區域的平均CBF值[5]。

除了測量得出的雙側1.5 s及2.5 s的CBF值外，相關灌注參數的計算方法如下[6]：

對于HR VWI，通過偏心性管壁增厚識別最大管腔狹窄處的斑塊，斑塊強化程度為0～2級。同時，在最大管腔狹窄處和參照部位手工描記血管面積（vascular area，VA）和管腔面積（lumen area，LA），計算斑塊面積、斑塊負荷和重構指數。管壁面積（wall area，WA）=（VA-LA）。斑塊面積=（最大管腔狹窄處WA-參考部位WA）。重構指數為最大管腔狹窄處與參考部位VA的比值。斑塊負荷=（斑塊面積/最大管腔狹窄處VA）×100%。斑塊強化：0級的強化程度與未受影響的顱內動脈壁相似；2級提示斑塊強化程度接近或大于增強后垂體信號強度；1級為0～2級之間的強化。

所有影像評估均由兩位經驗豐富的神經放射科醫師獨自進行，分歧通過協商一致的方式得到解決。

1.5 統計學方法 采用SPSS 22.0軟件進行數據分析。計數資料用頻數（%）表示，正態分布計量資料采用描述，非正態分布計量資料用M（P25～P75）表示。①對斑塊特征（斑塊強化、斑塊面積、斑塊負荷及重塑指數）與灌注特征（1.5 s患側血流量、2.5 s患側血流量、早達血流比例、遲至逆行血流比例）進行相關性分析，符合正態分布的變量采用Pearson相關性分析，有序分類變量采用kendall’s tau-b相關，其他采用Spearman相關。②按斑塊負荷高低分為兩組（≥50%、＜50%），比較兩組的年齡、性別、危險因素及灌注特征，計數資料比較采用χ2檢驗或Fisher確切概率法；計量資料符合正態分布采用獨立樣本t檢驗，不符合正態分布使用非參數檢驗。將單因素分析中存在統計學差異的因素作為自變量，以斑塊高負荷作為因變量，進行二元logistic回歸分析，并計算早達血流比例獨立預測斑塊負荷的ROC曲線下面積。統計分析均采用雙側檢驗，顯著性水平為0.05。

2 結果

2.1 基線資料 最終納入58例患者，年齡范圍20～69歲，平均年齡47.17±11.67歲，其中男性39例（67.2%），臨床及影像特征見表1，典型患者影像資料見圖1。

2.2 斑塊及灌注特征相關性分析 相關性分析結果顯示，斑塊負荷同斑塊面積、重塑指數呈正相關（分別為r=0.524，P＜0.001；r=0.319，P=0.015），同早達血流比例呈負相關（r=-0.362，P=0.005），而與遲至逆行血流比例相關性無統計學意義（r=0.008，P=0.951）。斑塊面積與早達血流比例有負相關的趨勢，但相關性無統計學意義（r=-0.229，P=0.084），重塑指數與早達血流比例相關性無統計學意義（r=-0.054，P=0.728）。斑塊強化與斑塊負荷、早達血流比例及遲至逆行血流比例等相關性均無統計學意義（分別為r=-0.050，P=0.636；r=0.154，P=0.147；r=-0.006，P=0.951）（圖2）。

表1 納入患者臨床及影像學特征

2.3 不同斑塊負荷組間比較 同斑塊負荷較低組相比，高負荷組患者年齡較大（P=0.019）、早達血流比例更低（P=0.009）。兩組間性別、臨床危險因素及其他灌注指標的差異均無統計學意義（表2）。

2.4 多因素回歸分析 多因素logistic回歸分析顯示，年齡（OR1.056，95%CI1.000～1.115，P=0.050）及早達血流比例（每增加1個四份位數：OR0.561，95%CI0.328～0.957，P=0.034）與斑塊高負荷獨立相關；年齡每增加一個單位，高負荷的風險就增加5.6%，而早達血流比例更高的患者一般斑塊負荷較低。早達血流比例預測斑塊負荷的ROC曲線下面積為0.686（95%CI0.550～0.823，P=0.008）（圖3）。

3 討論

圖1 大腦中動脈重度狹窄典型病例影像圖

表2 不同斑塊負荷組臨床及影像學特征

本研究通過對單側大腦中動脈重度狹窄的患者進行影像學分析，發現斑塊負荷受年齡的影響，并與斑塊面積、重塑指數以及早達血流比例有顯著的相關性，但與遲至逆行血流比例無關。目前卒中的相關研究中，其潛在機制及三要素（斑塊、灌注以及側支循環）之間的關系仍是難點，對此，本研究結果將有助于理解。

圖2 斑塊及灌注特征相關性熱圖

圖3 早達血流比例預測斑塊負荷的ROC曲線

從方法學來說，本研究應用了HR VWI及ASL技術，能夠在體無創地對斑塊和血流進行評估，減輕了檢查對患者的影響。HR VWI可以滿足斑塊可視化的需要并描述斑塊的特征[7]。癥狀性ICAS可見廣泛的血管壁改變，包括管壁增厚、信號改變等[8-9]。斑塊強化特點高度提示其活動性[10-11]。ASL能夠對腦血流絕對定量且具有很高的可重復性[12]，已成為評價腦灌注的一種重要方法[13]。既往有研究對關鍵參數PLD進行設定，經過計算得到早達血流比例和遲至逆行血流比例，分別與常規血管造影的前向血流和側支循環顯著相關，提示其可準確評估前向血流及側支循環[6]。近年來，越來越多的研究運用多個PLD了解側支循環狀態[14-15]，且ASL測量的腦血流與卒中預后相關[16]，在血流動力學評估中具有獨特的指導意義[17]。

已有一些研究探索斑塊和灌注之間的關系，認為明顯強化的斑塊更可能合并灌注缺損[18]，斑塊偏心率、斑塊長度、軟腦膜側支循環等都與低灌注的發生有關[19]。然而，很少有關注斑塊負荷和顱內低灌注之間的關系。本研究發現斑塊負荷可影響癥狀性大腦中動脈重度狹窄患者的前向血流，在卒中的發生發展中起到重要作用。此外，有學者認為較高的斑塊負荷可以預測長期隨訪中的不良結果[20]，Stroke雜志近期也有研究提示大腦中動脈斑塊負荷增高與缺血性卒中復發獨立相關[21]，但其中機制尚不清晰。前向血流被認為與大腦中動脈重度狹窄患者的預后相關[22-23]。因此，結合本研究結果，斑塊負荷高的患者前向血流減少，提示斑塊負荷通過影響前向血流最終引起缺血事件的發生。

冠狀動脈斑塊面積是靜息狀態下心肌低灌注嚴重程度的重要決定因素[24]，本研究中亦發現斑塊面積同早達血流比例具有負相關的趨勢，但無統計學差異（P=0.084），考慮到發生部位不同，兩者之間是否有確切的關系尚需進一步驗證。研究結果示年齡是斑塊負荷的獨立危險因素，而性別及糖尿病等在高負荷組及低負荷組間無明顯差異，這與既往研究認為男性和糖尿病是斑塊負荷嚴重程度獨立的危險因素不一致[25]，推測原因為既往研究使用血管內超聲的病例進行分析，與本研究的方法學不同，但還需要后續研究進一步證實。

本研究存在一定的局限性：①研究樣本量很少，這可能降低了檢出更有意義結果的能力。②研究僅采集了PLD 1.5 s及2.5 s的ASL數據，其他時間點并沒有納入分析；且ASL受到PLD時間的限制，目前不超過3 s[26]，這可能降低了灌注定量的準確度。③由于動脈狹窄患者腦血流動力學的復雜性，本研究中引用的計算方法可能僅為前向和側支血流提供一個經驗性的估計。④研究僅納入了大腦中動脈狹窄患者，未納入其他部位動脈粥樣硬化患者進行亞組分析，故難以確定其他部位狹窄是否也能觀察到類似結果。⑤研究納入了TIA和腦梗死患者，但這兩類患者的低灌注狀態可能不同，TIA與腦梗死患者斑塊特征的差異有待進一步研究。為了更好地評估和指導臨床實踐，未來有必要進行前瞻性、大樣本的研究，納入不同狹窄程度及部位的患者，可能有助于拓寬對卒中機制的理解。

【點睛】癥狀性顱內動脈粥樣硬化性狹窄患者動脈粥樣硬化斑塊負荷與下游前向血流灌注有關，斑塊負荷越高，前向血流比例越小，但與側支血流無明顯相關。斑塊和灌注特征相互影響、相互作用，共同決定了最終缺血事件的發生。