3．0THR-MRI管壁成像對頸動脈粥樣硬化斑塊特征分析的應用進展

高鑄霆 張鳳翔

【關鍵詞】頸動脈粥樣硬化;斑塊特征;HR-MRI管壁成像;卒中

動脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是指由脂質、單核/巨噬細胞、血管平滑肌細胞和鈣化（calcification，CA）組成的斑塊作為一種慢性炎癥反應在動脈壁上堆積的過程。AS斑塊的發展會導致管腔狹窄和管壁彈性喪失，嚴重影響腦供血，減少腦血流量和側支循環。此外AS斑塊破裂繼發血栓形成經常導致心臟病和缺血性卒中（ischemic stroke，IS）。腦卒中是全球第二大常見死亡原因和第三大致殘原因，全世界大約87%的卒中都是IS，AS斑塊被確認為IS的主要來源之一。目前，大約20%的IS病例是由AS引起的，頸動脈分叉獨特的形態是AS斑塊形成的重要危險因素。在過往，AS斑塊形成導致的頸動脈狹窄程度被認為是與IS發生風險相關的主導因素。近期，一些研究表明斑塊的內部成分及斑塊是否穩定與IS的發生有著密切的聯系。故全面判斷頸動脈斑塊的性質對臨床工作指導有重大意義，現將3.0T高分辨磁共振管壁成像（higIl—resolution vessel wall imaging，HR-VWl）對AS斑塊特征分析的應用進展作一綜述。

1 HR-VWI成像在AS斑塊中的應用

1.1

HR-VWI成像概述

HR-VW[具有較高的軟組織分辨率，通過使用專用的表面射頻線圈，提供了頸動脈壁的高分辨圖像，是一種評估AS斑塊有效的工具。目前，HR-VWI中的“亮血”和“黑血”兩種技術主要用于AS斑塊評估。“亮血”技術包括三維時間飛越血管成像技術（3 D-TOFMRA）和動態對比增強技術（dynamic contrast enhancedmagnetic resonance imaging，DCE-MRI），使血液流動的信號增強，管腔比血管壁更亮。“黑血”技術包括T1加權像（T1 weighted image，T1 WI）、T2加權像（T2-weighted image，T2 WI）和質子密度加權像（protondensity weighted image，PDWI），目的是消除血液流動的信號，以增加管腔和管壁之間的對比度。二者的結合能夠清晰且全面地評價頸動脈斑塊的分布，而且能夠根據多序列信號的不同，分析斑塊內成分組成，判斷其穩定性。此外，一些特殊序列如磁化準備快速梯度回波成像序列、三維多回波重組梯度回波序列、三維反轉恢復準備的快速擾相梯度回波序列的應用，對AS斑塊特征分析起到積極作用。

1.2HR-VWI成像在AS斑塊中的作用

1.2.1常規多對比HR-VWI成像技術

HR-VW[能夠對AS斑塊進行非侵入性表征，包括斑塊易損性的特征。它能夠評估斑塊大小、形態和成分，與組織病理學有很好的相關性。通常，使用T1 wI、T2 wI、PDWI、TOF和對比增強T1加權成像方法的多對比組合，基于斑塊區域和不同斑塊成分在多重對比加權上的外觀來識別斑塊區域和不同的斑塊成分。典型的AS斑塊成分包括纖維帽（Fiber cap，FC）、CA、壞死脂核（Lipid-rich necrotic core，LRNC）、斑塊內出血（intra-plaque hemorrhage，IPH）和疏松基質（100sematrix，LM），且斑塊成分在HR-VWI上的影像學表現與其病理結果具有良好的一致性。Cai等根據美國心臟協會（American HeartAssociationAHA）病理學分型，結合頸動脈易損斑塊MRI影像學特征制定了分型標準。I～Ⅱ型：近似正常管壁厚度，無CA;Ⅲ型：彌漫的血管內膜增厚或微小的偏心斑塊形成，無CA;Ⅳ～V型：斑塊內含有脂質或壞死中心，被纖維帽包圍可能存在CA;Ⅵ型：復雜斑塊存在表面缺損，出血或血栓;Ⅶ型：鈣化的斑塊;Ⅷ型：纖維化的斑塊，無脂質核可能存在小的CA，Ⅳ～Ⅵ型被認定為不穩定斑塊，即易損斑塊。除FC破裂、薄FC覆蓋LRNC、IPH以外，突出到管腔內的CA結節、斑塊內新生血管形成、炎性細胞浸潤也是斑塊易損性的主要觸發因素。例如LRNC面積越大斑塊越脆弱，面積/>40%被認定為易損斑塊。Sun等研究中，通過頸動脈MRI測量，降脂藥抑制前蛋白轉化酶枯草溶菌素/Kexin 9型是否會在6個月內誘導脂質核心或斑塊炎癥消退，研究結果顯示，與脂質含量不同，鈣化更能反映斑塊負荷，而不是斑塊易損性，并強調斑塊CA模式的重要性。大量鈣化被認為是穩定斑塊的特征，而微鈣化與斑塊炎癥有關。Gao等在使用血管壁磁共振成像比較有癥狀的中國糖尿病和非糖尿病患者頸動脈粥樣硬化斑塊的特征研究中進一步將鈣化斑塊分為3種亞型：（1）表面CA，定義為位于纖維帽內或非常接近纖維帽的CA，沒有被纖維組織完全覆蓋;（2）深度CA，定義為斑塊內的CA，在每層MR圖像上纖維組織將其與管腔完全分開;（3）混合CA，定義為表面CA和深層CA的斑塊。

1.2.2 DCE-MRI成像技術

AS斑塊內微血管增多已被認為是斑塊易損性的標志，這些微血管從動脈外膜生長到斑塊，通常內皮的完整性會受損，潛在地為炎癥細胞和紅細胞進入AS斑塊提供入口。這些微血管進入斑塊的原因是由斑塊內炎性細胞的活動增加以及隨后的缺氧所造成。DCE-MRI已經作為一種非侵入成像技術出現，用于評估斑塊微血管系統。使用DCE-MRI，分析注射造影劑后的信號增強時間曲線，利用藥代動力學模型對斑塊微血管進行定量。容積轉移常數與根據組織學確定的斑塊內微血管的數量相關。Van Hoof等研究中對110例接受3T頸動脈DCE-MRI檢查的頸動脈斑塊≥2mm的有癥狀患者進行DCE-MRI參數一致性分析，研究結果表明血管外膜Ktrans（反映微血管流量、密度和通透性的定量DCE-MRI參數）的中位數比整個血管壁Ktrans高5%，提示血管外膜和血管壁Ktrans與微血管密度在組織學上具有相似的相關性，這倆個區域都反映了斑塊微血管密度。除此之外，Yuan等研究中招募了21例近期出現癥狀或頸動脈狹窄≥40%的患者，從動脈期MRA圖像確定斑塊表面形態和管腔狹窄。通過先前驗證的藥代動力學建模方法評估頸動脈新生血管形成。研究結果表明，斑塊新生血管與炎癥相關之外，斑塊新生血管與斑塊表面形態也顯著相關，DCE-MRl分析顯示潰瘍型斑塊的血管外膜Ktrans明顯高于光滑型斑塊，血管外膜Ktrans和部分血漿體積與管腔狹窄相關。

2磁敏感定量成像技術（quantitative susceptibilitymapping，QSM）在AS斑塊中的應用

2.1QSM成像概述

QSM是近些年逐漸發展起來的一種磁共振定量成像技術，它利用梯度回波相位數據提供組織磁化率的定量測量，常用于評估大腦中的出血、鐵（Fe）和CA。常規磁共振成像是利用的幅值圖信息，而QSM是利用相位圖信息。QSM成像主要是基于不同組織具有不同的磁化特性以及磁化率。任何生物組織在磁場的作用下都會被磁化，顯示一定的特性。常見的磁感應物質分為順磁性、逆磁性和鐵磁性物質。順磁性物質磁化后會產生與主磁場相同方向的磁場;逆磁性物質會產生與主磁場方向相反的磁場;鐵磁物質可被磁場明顯吸引。無論哪種特性，在磁共振成像中都會破壞主磁場的均勻性，隨之帶來的就是磁共振成像的磁化率偽影。但是這種特性也并不是一無是處，恰恰就是利用不同組織磁化特性以及磁化率的差別，可以進行QSM成像。磁敏感物質在外加磁場作用下的磁化程度可以用磁化率表示。QSM值取決于順磁性物質（如血紅蛋白中的鐵）和抗磁性物質（如鈣）的濃度，順磁性物質的磁化率為正值，抗磁性物質的磁化率為負值，故QSM可以敏感地發現輕微出血，并區分斑塊的不同成分。目前，有兩種重建算法可以自動生成QSM圖形，分別為磁化張量成像算法（susceptibiltensor imaging，STI、）、形態學偶極子反演算法（morphology enableddiDole Inversion，MEDI）。STI使用基于拉普拉斯的算法來展開相位數據，接著使用復雜諧波偽影去除法算法來去除背景場，最后使用最小二乘法來進行局部場反演。MEDI由兩個主要步驟組成。首先，通過對多回波梯度回波（gradient echo，GRE）數據進行非線性擬合而后進行空間相位展開，獲得總場圖（包含局部場和背景場）;然后使用帶預處理的正則化非線性總場反演來計算磁化率圖。

2.2 QSM成像在AS斑塊中的作用

頸動脈斑塊的QSM可提供一種新的定量MRI對比，能夠可靠地區分IPH、LRNC和CA，并有助于識別易損斑塊。Azuma等研究中，對9個頸動脈內膜切除術標本采用3D多回波梯度回波序列和顯微線圈3TMR成像掃描儀上成像，結果表明在QSM圖像上定性分析顯示IPH和Fe3’沉積在高信號區域，而不是低信號區域，低信號區域CA和纖維基質沉積的發生率高于高信號區域;定量分析顯示有IPH或Fe3沉積的區域磁敏感值明顯高于無IPH或Fe3沉積和有鈣化的區域。Yohei Ikebe等研究表明與IPH相對應的區域在QSM上顯示出與預期一致的高度相關磁化率。正常的血管壁和鈣化是抗磁性的，而IPH是順磁性的，相反的相位極性可更好地區分IPH和抗磁性成分，這使得應用QSM檢測和量化無癥狀AS斑塊中的微小出血灶成為可能。常規的血管壁成像難以區分IPH和LRNC，但在QSM上有明顯的區別，因為IPH的磁化率明顯高于LRNC。Nguyen等研究中招募了5例健康志愿者和11例至少有一處明顯頸動脈狹窄的患者，研究結果表明，MEDI工具箱（MEDIToolbox，MEDInpt）可以區分晚期AS斑塊的CA和IPH，與STI Suite相比，MEDInpt算法對鈣化斑塊和IPH的平均敏感度更高，更有利于提高斑塊成分檢測準確性。鈣化斑塊和IPH的相對誤差分別從STI Sure的-63.2%和-56.5%降低到MEDInpt的-13.0%和-24.2%。MEDInpt提供了更好的QSM質量，并有可能提高鈣化以及與出血相一致的磁化率正值較高的小病灶的檢出率。炎癥是AS斑塊易損性標志之一，可以使用超順磁性氧化鐵納米顆（superparamagnetic iron oxide nanoparticles，USPIO）造影劑進行成像，USPIO顆粒可以通過滲漏的內皮細胞進入斑塊，并被單核/巨噬細胞吞噬。Ruetten等研究中，招募10名健康志愿者[3例女性、7例男性;年齡（30.7±10.7）歲]在1.5T下成像，以開發采集和后處理協議;5例中度至重度管腔狹窄患者[1例女性、4例男性;年齡（71±7.5）歲]在使用USPIO造影劑前后進行了成像，結果表明，QSM能夠在一次采集中識別多種斑塊特征，例如CA斑塊和炎癥區域的USPIO攝取，簡化了USPIO攝取的檢測，為顯示USPIO攝取的斑塊提供正值對比，為CA提供負值對比。

3總結與展望

目前，各種非侵入方法均已被用于斑塊研究，除MRI外，尚包括超聲、CTA、經顱多普勒、正電子發射斷層掃描/CT，每種方法都有獨特的優點和缺點。超聲是評估斑塊狹窄程度和斑塊形態的有力技術，它的優點包括容易獲得、低成本和最小的輻射暴露，缺點是檢查高度依賴操作者，耗時長，結果可能不一致。斑塊評估采用兩種超聲模式：亮度（B）模式和聲學造影。在B型超聲下，測定頸動脈內膜一中層厚度，然后根據回聲程度進行分級。超聲造影評估頸動脈管腔、斑塊潰瘍和新生血管。CTA可以檢測到鈣化的纖維帽，但是很難區分LRNC和IPH。它的優點是耗時少，使用范圍廣，缺點是增加了輻射暴露。經顱多普勒可以檢測到微栓子或來自表面覆蓋血栓不穩定斑塊的瞬時高信號。它具有較高的特異性，但敏感性較低。F-氟代脫氧葡萄糖正電子發射斷層掃描/CT評估AS的代謝，檢測微鈣化和炎癥，已發現這些與經顱多普勒微栓子信號相關。目前影像組學正逐漸興起，影像組學是從醫學圖像上提取和分析大量定量特征的計算過程，它的實現依賴于醫學圖像包含有肉眼檢查下可能不明顯的額外信息。Zhang等研究表明基于MRI的影像組學模型可以準確區分有癥狀和無癥狀的頸動脈斑塊，并在高危斑塊的識別上優于傳統模型。影像組學分析最大的好處是從已經獲得的成像數據中提供定量變量，以提高診斷性能，而不是傳統的評估。未來，需要我們繼續前瞻性研究來進一步檢驗影像組學模型預測卒中風險的能力。