高分辨率MRI分析基底動脈幾何形態與其動脈粥樣硬化斑塊的相關性

劉昱琳，劉紅軍，李品雄，朱 超，吳咪咪，陳明蕾，葉蘊銳，劉再毅，梁長虹*

[1.華南理工大學醫學院，廣東 廣州 515006；2.廣東省人民醫院(廣東省醫學科學院)放射科，3.廣東省醫學影像智能分析與應用重點實驗室，廣東 廣州 510080]

血流動力學改變是動脈粥樣硬化的重要危險因素，與血管幾何形態密切相關[1]。研究[2]表明，基底動脈(basilar artery, BA)幾何形態，如BA-中位角、BA-椎動脈(vertebral artery, VA)角等，與斑塊形成有關，而BA高危斑塊是后循環缺血性腦卒中的主要原因[3]；早期識別BA動脈粥樣硬化斑塊有利于及時干預及改善預后。高分辨率MRI(high resolution-MRI, HR-MRI)可清楚顯示血管壁，反映斑塊特征，已廣泛用于評估斑塊穩定性及預測腦卒中風險[4-5]等。本研究以HR-MRI觀察BA幾何形態與動脈粥樣硬化斑塊的相關性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性收集2019年8月—2021年11月120例廣東省人民醫院疑診后循環缺血性腦卒中患者，男82例，女38例，年齡31～79歲，平均(59.3±11.0)歲。納入標準：①年齡>18歲；②有頭暈、單側肢體乏力、共濟失調等疑似后循環缺血性腦卒中臨床表現；③HR-MRI資料完整。排除標準：①心房顫動病史；②血管炎、煙霧病等非動脈粥樣硬化病史；③MRI質量不佳。記錄高血壓、糖尿病、高脂血癥及吸煙史等基線資料。

1.2 儀器與方法 采用GE Discovery 750 3.0T MR儀行頭頸部掃描。先以三維時間飛躍法(three-dimensional time of flight, 3D-TOF)行MR血管造影(MR angiography, MRA)，TR 19 ms，TE 3.4 ms，FOV 19 cm×22.7 cm，矩陣512×512，層厚1.4 mm，掃描層數120；之后以三維快速自旋回波CUBE序列(three-dimensional fast spin echo cube-CUBE, 3D-FSE-CUBE)采集平掃T1WI，TR 562 ms，TE 16 ms，FOV 20 cm×23 cm，矩陣512×512，層厚0.6 mm，掃描層數114。經肘靜脈以流率2.0 ml/s注射對比劑(Gd-DTPA)5 min后行增強掃描，劑量為0.2 mmol/kg體質量，掃描參數同平掃T1WI。

1.3 圖像分析

1.3.1 BA斑塊表現 由分別具有5年及10年以上血管影像診斷經驗的住院醫師及副主任醫師各1名獨立閱片，意見發生分歧時經討論達成一致。根據HR-MRI顯示BA斑塊與否將患者分為斑塊組(n=60)及對照組(n=60)，并評估BA斑塊表現：①斑塊分布，于垂直血管長軸的橫截面上將BA管壁分為腹側、背側、左側及右側4個象限(圖1A)，觀察斑塊在各象限中的分布，遇單層面中斑塊分布于2個或更多象限時，記錄斑塊厚度最大象限；②斑塊信號，測量平掃T1WI所示斑塊及鄰近肌肉組織的信號強度，將斑塊信號強度>鄰近肌肉組織信號強度150%判定為斑塊內出血(intraplaque hemorrhage, IPH)(圖1B)；③斑塊強化，以增強T1WI所見斑塊強化程度高于正常血管壁(圖1C)為斑塊發生強化；④斑塊定量指標，于顯示斑塊厚度最大層面圖像上，以鄰近且無斑塊形成的血管層面作為參考，手動勾畫血管壁及血管腔輪廓(圖1D)，測量病灶及參考處血管腔面積、血管周面積及血管腔直徑，計算重構指數(病灶血管周面積/參考血管周面積)、斑塊面積(病灶血管周面積-病灶血管腔面積)、斑塊負荷(斑塊面積/病灶血管周面積×100%)[6]及管腔狹窄率[(1-病灶血管腔直徑/參考血管腔直徑)×100%][6]；對定量指標均重復測量2次，取2名醫師測量均值為最后結果。管腔狹窄率≥70%為重度狹窄。根據斑塊HR-MRI表現，將斑塊組患者中出現IPH、斑塊強化及管腔重度狹窄3項中的任意一項者歸入高危亞組(n=33)，其余為非高危亞組(n=27)。

1.3.2 評估BA幾何形態 由上述2名醫師于3D-TOF MRA圖中測量BA幾何參數、評估其彎曲方向，取其均值進行分析。于前后位3D-TOF MRA圖中測量以下參數：①BA真實長度，即BA起始部至其末端的實際長度(圖2A)；②BA理論長度，即BA標準線長度，為BA起始部至其末端的線性距離[7](圖2A)；③BA曲率=(BA真實長度/BA理論長度-1)×100%[8]；④BA-中位角，即以BA曲線中點為起點，分別連接BA起始處與其末端的兩連接線形成的銳角[2](圖2B)；于側位3D-TOF MRA圖中測量BA-VA角，即以BA起始部為起點，沿BA及優勢VA所做連接線形成的銳角[2](圖2C)；優勢VA指兩側VA直徑相差>0.3 mm時的較大者，或雙側VA直徑相近時與BA連接角度較小者[9]。以BA標準線為參考，根據斑塊組BA彎曲方向將其分為向左彎曲亞組(n=15)、向右彎曲亞組(n=31)及直立亞組(n=14)。

1.4 統計學分析 采用SPSS 26.0統計分析軟件。以χ2檢驗比較計數資料。以±s表示符合正態分布的計量資料，以中位數(上下四分位數)表示不符合者，組間行獨立樣本t檢驗或Mann-WhitneyU檢驗。將單因素分析差異有統計學意義的參數納入多因素logistic回歸分析，篩選BA斑塊及BA高危斑塊的獨立相關因素，以受試者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲線分析BA幾何形態參數對BA斑塊及BA高危斑塊的預測效能。計算HR-MRI所示斑塊在各象限中的分布層數與斑塊總層數的比值，計算各象限斑塊分布平均百分率[10]，以Friedman檢驗進行組內比較，以Wilcoxon秩和檢驗或Kruskal-WallisH檢驗行組間比較。隨機選取20例，由上述2名醫師中的1名間隔1個月以相同方法進行再次測評；以組內相關系數(intra-class correlation coefficient, ICC)評估觀察者內及觀察者間測評結果的一致性：ICC≤0.40為一致性較差，為0.400.75為一致性較好。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

觀察者間(ICC=0.79～0.93)及之內(ICC=0.87～0.96)測量BA斑塊定量參數及BA幾何參數的一致性均較好(P均<0.01)。

2.1 斑塊組與對照組間一般資料及BA幾何形態比較 組間年齡、高血壓、BA曲率及BA-中位角差異均有統計學意義(P均<0.05)，其余參數差異均無統計學意義(P均>0.05)，見表1。年齡[OR=1.09，95%CI(1.03，1.15)]、高血壓[OR=6.03，95%CI(1.77，20.53)]及BA曲率[OR=1.20，95%CI(1.07，1.35)]均為BA斑塊獨立相關因素(P均<0.01)。以BA曲率評估BA斑塊形成的曲線下面積(area under the curve, AUC)為0.70[95%CI(0.61，0.80)，P<0.01，圖3A]。

表1 斑塊組與對照組患者一般資料及BA幾何形態參數比較

2.2 斑塊組組內亞組間一般資料及BA幾何形態比較 2亞組間年齡、BA真實長度、BA曲率、病灶血管腔面積、斑塊負荷差異均有統計學意義(P均<0.05)，其余參數差異均無統計學意義(P均>0.05)，見表2。斑塊負荷[OR=1.18，95%CI(1.05，1.34)]、BA曲率[OR=1.10，95%CI(1.02，1.19)]為BA高危斑塊獨立相關因素(P均<0.01)，見圖4。以BA曲率評估BA高危斑塊的AUC為0.79[95%CI(0.68，0.91)，P<0.01，圖3B]。

表2 高危與非高危BA斑塊患者一般資料及BA幾何形態和斑塊特征比較

2.3 BA斑塊分布 相比其余亞組，BA向左彎曲亞組更易出現右側壁斑塊，BA向右彎曲亞組斑塊更常見于左側壁(P均<0.01)，2亞組內各象限BA斑塊分布平均百分率差異均有統計學意義(P均<0.01)，兩兩比較差異均有統計學意義(P均<0.05)。見表3。

將左、右側壁合并為側壁進行分析，高危斑塊更傾向分布于側壁(P<0.01)。非高危亞組相比，高危亞組斑塊亦更常見于側壁(P=0.03)，見表4。

表4 高危與非高危斑塊在各象限分布的平均百分率比較(%)

3 討論

BA動脈粥樣硬化是缺血性腦卒中的重要原因之一，存在高危斑塊與腦卒中發生及復發相關[11-12]；而BA幾何形態對于動脈粥樣硬化發生、發展具有重要影響。本研究以HR-MRI觀察BA幾何形態，分析其與動脈粥樣硬化斑塊的相關性。

既往研究[13]顯示，血管壁剪切應力(wall shear stress, WSS)較低區域動脈內皮細胞更易表達炎癥細胞因子，促進細胞凋亡或增殖，進而形成動脈粥樣硬化斑塊；WSS變化與血管幾何形態密切相關，血管彎曲程度越大，越易形成低WSS區。本研究發現BA曲率、年齡及高血壓史均為BA斑塊的獨立相關因素，與DENG等[14]的結果相似，提示BA曲率有望作為識別BA斑塊的有效指標；BA-VA角與BA斑塊無明顯相關性，與既往研究[2]結果不一致，可能原因在于本研究未考慮管腔重度狹窄對BA幾何形態的影響。本研究結果顯示BA斑塊負荷及BA曲率均與BA高危斑塊獨立相關，BA曲率評估BA高危斑塊的AUC為0.79，提示BA斑塊不穩定性與BA彎曲程度有關，即BA曲率越高，血管內局部區域WSS變化越大，促進斑塊內新生血管形成及炎性細胞浸潤，影響斑塊穩定性。

相比外側壁，血管內側壁彎曲更易形成低WSS區域[15]。本組發現向右彎曲亞組斑塊更多分布于BA左側壁，BA向左彎曲組斑塊傾向分布于其右側壁，提示在低WSS影響下，斑塊更易分布于彎曲血管的內側壁，與KIM等[16]的結果類似；而高危斑塊更常見于管腔側壁，提示BA幾何形態可影響其內斑塊分布，增加高危斑塊的不穩定性。

綜上，HR-MRI可觀察BA幾何形態；BA曲率與BA斑塊及高危斑塊獨立相關。本研究的主要局限性：①樣本量小；②未結合T2WI分析BA斑塊成分并納入BA高危斑塊評估標準，結果可能存在一定偏倚；③未驗證BA血流動力學改變；④未對與BA曲率相關高危斑塊的發展及相關腦血管事件進行隨訪觀察。