顱內動脈粥樣硬化影像評估新進展

周慧，王效春

作者單位：1.山西醫科大學醫學影像學院，太原 030001；2.山西醫科大學第一醫院影像科，太原 030001

顱內動脈粥樣硬化是缺血性腦卒中的最常見病因[1]，約占我國缺血性腦卒中的46.6%[2]。缺血性腦卒中具有高復發風險，高死亡率[3]，因此準確評估顱內動脈粥樣硬化已成為臨床工作中急需解決的問題。

傳統評估顱內動脈粥樣硬化的方法是基于血管成像來評估管腔狹窄，包括經顱多普勒超聲(transcranial duplex sonography，TCD)、CT 血管成像(CT angiography，CTA)、MR 血管成像(MR angiography，MRA)、數字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)等技術，其中DSA被視為診斷顱內動脈狹窄的金標準[4]，但它作為一項有放射性及侵入性的檢查，可能會引起相關并發癥，因此臨床常首選MRA和CTA，但由于患者依從性等問題，在長期隨訪中也存在一定局限性。TCD 由于其方便快捷已成為臨床長期隨訪中的有效手段[5]。但這些方法僅能評估管腔狹窄情況，而不能評估顱內動脈斑塊特征及血管壁情況。高分辨磁共振血管壁成像(high resolution MR vessel wall imaging，HR-VWI)、血管內成像技術，包括光學相干斷層掃描技術(optical coherence tomography，OCT)、血管內超聲(intravascular ultrasound，IVUS)等影像學技術從血管壁及血管腔入手評估斑塊的形態、分布及組成。影像組學、計算流體動力學(computational fluid dynamics，CFD)等方法在顱內動脈粥樣硬化中也發揮重要作用。本文將從幾種不同的影像學評估方法出發，分別介紹它們在顱內動脈粥樣硬化中的應用。

1 顱內動脈粥樣硬化與缺血性腦卒中的關系

顱內動脈粥樣硬化導致缺血性腦卒中的主要機制有：分支動脈閉塞、血栓閉塞和灌注不足，引起動脈順應性和彈性喪失，動脈管腔變窄，最終發展為缺血、栓塞或斑塊破裂[6]。血栓形成、血管狹窄或栓塞是缺血性卒中發生的最常見原因，易損斑塊的脫落則是常見誘因。

2 傳統影像學評估方法在顱內動脈粥樣硬化中的應用

2.1 TCD

TCD 及經顱彩色多普勒超聲(transcranial color-coded Duplex sonography，TCCS)檢測顱內動脈粥樣硬化的診斷價值較高，可評估血管狹窄程度，并可無創分析腦血管血流特征。它在經濟效益、非創傷性和非電離輻射方面有著顯著優勢，加之其簡便靈敏的特點，可用于大規模篩查、術后隨訪和監測患者對卒中治療后的反應[7]。在一項與DSA 相比較的研究中證實，TCD在評估顱內動脈狹窄方面與DSA有較高一致性[8]，并且敏感度與特異度，均達到80%以上。TCCS 還可以測量腦血管的血流特征，頸內動脈閉塞(internal carotid artery occlusion，ICAO)會激活側支循環[9]，側支循環激活的類型(包括初級側支通路和次級側支通路)與判斷腦血管儲備能力是否受損密切相關[10]，而TCCS可以直接、實時地評估大腦側支循環狀態，并可識別側支循環類型，評估受損時哪個通路參與并激活，進而評估缺血性腦卒中的發生風險。

但是該方法的主要缺點是顱骨骨質較厚，不易穿透，易受操作者技術的影響，并且無法充分評估斑塊的組成成分[11]，未來應進一步優化檢查技術以更好地適用于臨床。

2.2 CTA

頭顱CTA 是診斷顱內動脈粥樣硬化常用的方法，它掃描快、診斷率高及實用性強，能清晰顯示顱內管腔的細微改變，從而評估管腔斑塊及狹窄等情況[12]。CTA 廣泛應用于慢性動脈狹窄患者的評估中，最近的研究[13]證實，CTA 在急性缺血性腦卒中患者中大血管閉塞的檢測具有很高的敏感度(96.2%)、特異度(88.6%)和陽性預測值(91.1%)，與DSA有較好的一致性，提示CTA 可作為大血管閉塞的篩查工具。CTA 還可用于獲得斑塊信息，尤其是在鈣化斑塊的識別上有獨特優勢，而其他非鈣化斑塊的CTA表現具有很大的重疊，可靠性會減低[14]。

然而，CTA具有輻射性，并且需要注入碘對比劑，部分患者會出現過敏現象。能譜CTA成像與常規CTA相比，可以減少輻射劑量與對比劑的使用，并且減少骨質偽影，提高圖像質量[15]，可以更好地適應臨床。

2.3 MRA

MRA 無創、簡便且更為安全，在無電離輻射或注射對比劑的情況下即可評估顱內動脈形態和走行，發現急性缺血性腦卒中的責任血管，但其對于遠端血管分支的顯示較差，具有一定局限性[12]；對于判斷斑塊所在位置，MRA也具有明顯優勢，表現為高信號血流中低信號充盈缺損影，但敏感度較低并且難以判斷斑塊性質[16]。

MRA在診斷顱內動脈狹窄中的敏感性和準確性均較高，但易受血管彎曲和動脈血流緩慢的影響，出現假陽性狹窄或假性閉塞，在分析顱內動脈狹窄方面不及HR-VWI[17]。相比TCCS，MRA 檢出的陽性病變數量較多，可能對病變存在過度評估[18]。此外其掃描時間長，易受金屬及運動偽影影響，檢查結果可能出現誤差[19]，還有待優化掃描序列來應對這些局限性。

2.4 DSA

DSA 是評估顱內動脈狹窄的金標準。與CTA、MRA 相比，DSA具有較高的空間分辨率[20]。DSA主要用于觀察動脈狹窄情況進而測量動脈狹窄程度，而且還提供具有高時間分辨率的血流動力學信息。另外，DSA還可以為缺血性腦卒中患者的治療提供及時有效的參考依據，在DSA 明確診斷下，可直接進行血管內介入治療，并可評估治療效果[21]。

但是該技術操作復雜、具有侵入性，會增加腦血管病的發生風險以及產生潛在的相關并發癥[22]。2D-DSA在觀察結構復雜的血管以及血管重疊方面存在局限性，有時需要多次采集。未來可以將3D-DSA、4D-DSA 技術應用于臨床，3D-DSA 的優勢在于可以從不同角度觀察動脈，能夠更準確地判斷動脈狹窄程度及范圍。4D-DSA 是一種時間分辨技術，它是將2D-DSA 與3D-DSA 相結合的重建技術，允許在任何時間從任何所需的視角觀察動脈情況，減少操作時間以及輻射暴露[23]。

3 新型影像學評估方法在顱內動脈粥樣硬化中的應用

3.1 HR-VWI

HR-VWI在診斷顱內動脈粥樣硬化斑塊方面具有非常大的益處,傳統的影像學技術揭示了管腔的異常，而HR-VWI 除了評估管腔病變外，還提供斑塊分布、形態、易損性、重塑模式以及斑塊強化方式的信息[24]，補充了常規影像學技術的缺陷。斑塊增強、正性重構、T1高信號以及表面不規則是缺血性腦卒中重要影像學標志物[25]。斑塊特征對預測復發性腦卒中也起著重要作用。Kim 等[26]報道存在斑塊增強的患者1 年卒中復發率為30.3%，而無斑塊增強的患者為6.8%，提示斑塊增強可能在預測缺血性腦卒中方面具有巨大作用，Sun等[27]的研究發現總斑塊數量、正性重構及斑塊負荷與復發性缺血性腦卒中獨立相關。此外，它還可與血栓、動脈瘤、動脈夾層、血管炎等疾病的鑒別診斷提供依據[28]。

最近，Hou 等[29]在HR-VWI 引導下對非急性顱內動脈閉塞患者進行血管內再通治療，76%患者取得成功，并且該研究發現HR-VWI 中閉塞血管中存在殘余管腔及較短的閉塞長度是預測血管內再通技術成功的關鍵，這也提示HR-VWI 在血管內治療中有重要意義。

然而該技術主要應用局限是掃描時間長，患者耐受性差，并且價格較昂貴，因此不是缺血性腦卒中的常規檢查手段。未來還需要更多的研發者優化掃描技術，縮短掃描時間；另外，HR-VWI需要主觀判斷斑塊成分，可能造成對病變的錯誤評估，因此，今后的研究中應致力于開發更精準的計算機識別技術及后處理工具。

3.2 影像組學

計算機技術的進步使自動化、可重復的分析方法得以發展，基于HR-VWI 的定量影像組學是近年來的研究熱點，它可以從影像學表現中提取斑塊信息，以推斷單個患者的信息。以往影像組學大多應用于腫瘤疾病，而現如今越來越多地應用于顱內外動脈斑塊，Shi等[30]基于基底動脈探究癥狀性與無癥狀斑塊影像組學特征的診斷效能，發現結合T1及增強T1的影像組學特征的AUC值達到0.936，準確度為83.2%，常規影像學特征的AUC 值為0.833，優于常規影像學特征，而兩者聯合AUC 值達到0.974，提示聯合評估具有更好的預測能力；另一項研究分析了責任斑塊與非責任斑塊的影像組學特征，發現了類似的結果[31]。

雖然HR-VWI 斑塊特征聯合影像組學特征提高了診斷效能，但在預測未來卒中風險方面缺少研究，這還需要更多的前瞻性研究來挖掘斑塊影像組學的作用，其次，未來可以納入基因、預后信息等以提高可靠性及準確性。

3.3 血管內成像技術

3.3.1 OCT

OCT 是近年來迅速發展的一種高分辨率基于光的血管內成像技術，已應用于冠狀動脈粥樣硬化性疾病，在表征纖維、鈣化和富含脂質的斑塊方面表現出色[32]，隨著技術的進步，OCT 逐漸應用于顱內動脈。它具有高分辨(10～20 μm)的特點，可以更詳細地識別動脈斑塊形態，特別是易損斑塊，例如識別斑塊破裂、薄或破裂纖維帽、富含脂質的斑塊、巨噬細胞積聚和新血管生成，并且可以直接可靠地測量纖維帽厚度[33]。OCT 還可以測量管腔面積，識別管腔狹窄程度，但是由于前循環動脈曲折，導管進入動脈困難，在顱內動脈中有一定局限性[34]。

除此之外，OCT還可以評估支架-血管相互作用，包括支架不對齊、斑塊脫垂和鄰近殘留血栓[35]，評估這些相互作用可以幫助指導進一步治療，防止不必要的血管內干預[36]。

3.3.2 IVUS

IVUS 是一種利用導管的侵入性技術，可以直接觀察動脈粥樣硬化病變[37]。IVUS 可以檢測斑塊的位置及其組成、管腔大小和血管重塑的絕對大小。在檢測斑塊方面，其對纖維化斑塊的檢出不及OCT，但在檢測膽固醇沉積方面優于OCT[38]。IVUS對斑塊組成的評估可能有助于區分顱內動脈斑塊的穩定性，從而確定高或低的破裂風險，進而預防缺血性腦卒中發生。

IVUS 與OCT 作用相似，也有助于支架選擇、支架放置[39]。一項Meta 分析顯示，與血管造影引導的支架植入術相比，IVUS引導的支架植入術改善了臨床結果和主要不良心血管事件，并且支架血栓形成顯著減少[40]。

血管內成像在未來將發揮越來越重要的作用，但血管內成像技術在顱內動脈的應用還處于初步階段，僅在少量病例報道中驗證了其安全性，并且對操作者的臨床經驗要求較高，還需要在更多的臨床試驗中進一步驗證使血管內成像技術安全、有效地應用于顱內血管中。

3.4 CFD

CFD 是一種已被研究用于識別血流動力學顯著病變的工具。CFD包括建立一個血管系統的模型，然后通過求解流體動力學方程來模擬血液流動[41]。顱內動脈粥樣硬化的CFD 的血流動力學參數包括壓力、流速以及壁剪切力(wall shear stress，WSS)等。這些參數在斑塊形成和破裂、預測卒中復發風險以及監測顱內動脈硬化性狹窄(intracranial atherosclerotic stenosis，ICAS)演進方面發揮重要作用。研究認為高WSS 可能會增加斑塊破裂的風險，通過誘導內皮功能障礙、削弱斑塊表面、增加壞死核心等長期作用，加重斑塊易損性，最終導致斑塊破裂，而低WSS 與斑塊形成有關[42]。Leng 等[43]基于CTA 分析前循環ICAS 時發現，具有較大壓力梯度及過高WSS 的患者發生復發性腦卒中的風險增高，可能與狹窄部位血流減少，而側支循環不足以代償局部血流量，從而導致低灌注及腦缺血有關。Lan 等[44]在CTA 的基礎上構建流體動力學模型，模擬ICAS 病變附近的血流，量化WSS，發現局灶性血流動力學可能在ICAS 的管腔狹窄演化中發揮重要作用，狹窄部位的高WSS 可能與管腔狹窄隨時間的推移逐漸減少有關。

CFD 在顱內動脈粥樣硬化中的作用還需要更大規模的研究。未來的研究可基于HR-VWI 提供有價值的附加信息。同時，需要努力建立更準確、更有針對性的腦血流模型，以促進更準確的危險分層，更有效地對ICAS患者進行二級預防。

4 多種影像學評估方法在顱內動脈粥樣硬化中的聯合應用

TCD主要用于篩查是否存在顱內的動脈粥樣硬化，對存在這類疾病的患者進一步應用CTA 或MRA 可以直觀地觀察動脈狹窄情況。而HR-VWI 可以進一步檢測血管壁的情況、斑塊的形態、分布，基于HR-VWI 的斑塊的影像組學能夠更準確地診斷及預測預后。DSA 作為金標準在診斷及治療顱內動脈狹窄中發揮重要作用。但是單一的方法具有局限性，多種影像學方法的聯合是必然趨勢。例如，隱源性腦卒中是尚未明確病因的腦卒中，其病因診斷具有一定挑戰性，常規影像技術僅能評估管腔狹窄情況，往往不能診斷其病因，Fakih 等[45]對常規影像檢查中無明確病變的患者進一步使用7 T HR-VWI，識別出了潛在的顱內動脈粥樣硬化疾病，明確其病因。血管內成像技術、CFD 等方法在顱內動脈中的應用還較少，但CFD 基于CTA、MRA 及IVUS 方法已在臨床應用，有待于應用更有意義的影像技術來獲得更精確的腦血流模型。聯合應用這些影像學評估方法可以全面而準確地評估患者動脈情況，提高臨床診斷率，從而為患者提供合適的治療方案。

綜上所述，每種影像評估方法都有其自身的優勢和局限性，其聯合應用有助于提高臨床診斷率，預測缺血性腦卒中事件的發生并為臨床治療提供更為全面的影像學依據和參考。早期診斷顱內的動脈粥樣硬化并及時評估疾病進程會顯著降低缺血性腦卒中的發生率，而對于無癥狀的顱內動脈粥樣硬化人群來說，盡早發現并確定其危險因素可以以較低的成本和更高的療效實施治療性干預措施。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。