7.0T MRI在腦血管病中的應(yīng)用進(jìn)展

索閱，張喆，謝雪微，孔慶樂，王擁軍，荊京

腦血管病是常見疾病，常被稱為人類健康的“頭號殺手”，是一種具有高患病率、高發(fā)病率、高死亡率和高致殘率的“四高”疾病，給個人、家庭、社會帶來沉重的負(fù)擔(dān)。流行病學(xué)顯示，腦血管病已成為全球人口第二位的死亡原因，我國成年人死亡的首位病因[1-2]。MRI在腦血管病的發(fā)病機(jī)制、診斷、風(fēng)險評估與治療決策中起著關(guān)鍵作用，已經(jīng)普遍應(yīng)用于臨床。常見的MRI為1.5T MRI和3.0T MRI，雖然7.0T MRI具有更高的性能優(yōu)勢，但由于全球裝機(jī)量少，目前主要用于科學(xué)研究。2022年6月，我國國家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)首臺7.0T MRI應(yīng)用于臨床，標(biāo)志著我國超高場磁共振臨床應(yīng)用時代的序幕正式開啟。本文通過檢索回顧既往研究的文獻(xiàn)結(jié)合首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京天壇醫(yī)院神經(jīng)影像研究中心對7.0T MRI的應(yīng)用體會，簡要展示7.0T MRI在腦血管病研究中的應(yīng)用價值。

1 7.0T MRI序列的優(yōu)勢與潛在挑戰(zhàn)

相對于傳統(tǒng)的1.5T及3.0T MRI，TOFMRA被認(rèn)為是7.0T MRI最具優(yōu)勢的序列之一。既往研究顯示，顱內(nèi)的穿支動脈直徑大多在亞毫米級（表1），受限于MRI的場強(qiáng)及性能，常規(guī)MRI檢查無法觀察顱內(nèi)穿支動脈的形態(tài)。7.0T MRI可以完成超高分辨率掃描，使腦微小動脈（如豆紋動脈等穿支動脈）能夠?qū)崿F(xiàn)在體成像。目前已發(fā)表的研究中，7.0T MRI已經(jīng)在人類活體中實現(xiàn)亞毫米級TOF-MRA掃描。近期一項應(yīng)用7.0T MRI對軟腦膜動脈進(jìn)行成像的研究中，7.0T TOF-MRA可達(dá)到0.16 mm的各向同性分辨率，頭-腳方向的覆蓋范圍為50 mm。7.0T TOF-MRA在0.14 mm各向同性分辨率下，頭-腳方向的覆蓋范圍為19.6 mm，與0.16 mm的各向同性分辨率相比可顯示出若干更細(xì)微的血管。成像技術(shù)的優(yōu)化還存在一定的挑戰(zhàn)性，包括體素內(nèi)血管位置對流入相關(guān)增強(qiáng)效應(yīng)的影響、血液流動導(dǎo)致的兩個相位編碼方向上的血管位移等[3]。與既往解剖學(xué)研究的比較提示，7.0T MRI可以實現(xiàn)大部分穿支動脈的成像[4]。7.0T TOF-MRA對健康人顱內(nèi)動脈的部分穿支動脈顯示如圖1。

7.0TMRI的SWI最小密度投影（minimum intensity projection，mIP）可將顱內(nèi)的小靜脈顯示出來（圖2）。

對比3.0T MRI管壁成像，7.0T MRI管壁成像在更高的磁場強(qiáng)度下，其增加的信噪比（signal-to-noise ratio，SNR）和對比噪聲比（contrast-to-noise ratio，CNR）可在合理的掃描時間內(nèi)以更高的空間分辨率清晰地顯示動脈血管壁（圖3）。

2 7.0T MRI在腦血管病中的應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 7.0T MRI與顱內(nèi)動脈粥樣硬化 顱內(nèi)動脈粥樣硬化是缺血性腦血管病的重要病因，尤其在亞洲人群中發(fā)生率更高[5-6]。在中國開展的大

規(guī)模多中心前瞻性隊列研究中，超過40%的發(fā)病7 d內(nèi)的缺血性腦血管病患者存在癥狀性顱內(nèi)動脈粥樣硬化[7]。

表1 部分腦穿支動脈的數(shù)量、直徑和起源

與1.5T TOF-MRA和3.0T TOF-MRA相比，7.0T TOF-MRA可顯示更小的顱內(nèi)動脈，如豆紋動脈[8]。隨著技術(shù)的進(jìn)展，應(yīng)用優(yōu)化的分段k空間填充方案，實現(xiàn)了分段7.0T TOFMRA成像，其可以在超高場下實現(xiàn)高分辨的血管造影，并且可以避免靜脈的影響[9]。7.0T TOF-MRA將在評估顱內(nèi)動脈粥樣硬化的側(cè)支代償、動脈粥樣硬化斑塊與穿支血管關(guān)系方面帶來更多發(fā)現(xiàn)。

與3.0T MRI管壁序列相比，7.0T MRI管壁序列的高SNR使其具有總體上更好的血管壁可見度[10]。在動脈疾病磁共振表現(xiàn)（second manifestations of arterial diseasemagnetic resonance，SMART-MR）研究中，96%的受試者有≥1個7.0T MRI管壁序列的病灶[11]。研究發(fā)現(xiàn)，除吸煙外，傳統(tǒng)的血管危險因素（增齡、高血壓、糖尿病、多因素血管病危險評分）與缺血性卒中或TIA患者7.0T MRI管壁成像上的更多病灶及病灶在對比劑成像時的增強(qiáng)相關(guān)[12]。7.0T MRI管壁序列對于顱內(nèi)動脈粥樣硬化負(fù)荷、非狹窄性斑塊的評估將可能更新臨床對顱內(nèi)動脈粥樣硬化的認(rèn)識。

7.0TMRI管壁序列在顱內(nèi)動脈粥樣硬化和其他病變的鑒別中也有重要作用。北京天壇醫(yī)院神經(jīng)影像研究中心團(tuán)隊在對1例大腦前動脈區(qū)域發(fā)生多發(fā)急性梗死的患者進(jìn)行7.0T MRI和3.0T MRI掃描時發(fā)現(xiàn)，7.0T MRI管壁序列上清晰呈現(xiàn)出責(zé)任血管遠(yuǎn)端A2段長節(jié)段剝離的典型特征——壁間血腫及殘余管腔，而3.0T MRI很難區(qū)分殘余管腔（圖4）。此外，北京天壇醫(yī)院神經(jīng)影像研究中心也報道過應(yīng)用7.0T MRI檢查出大腦中動脈M2段夾層病變的病例[13]。

圖1 健康人顱內(nèi)動脈7.0T TOF-MRA圖像（分辨率：0.2 mm×0.2 mm×0.2 mm）

圖2 7.0T MRI SWI最小密度投影圖像（分辨率：150 μm×150 μm×1200 μm）

圖3 7.0T MRI和3.0T MRI血管壁成像

圖4 7.0T MRI和3.0T MRI管壁成像

2.2 7.0T MRI與顱內(nèi)動脈瘤 未破裂的顱內(nèi)動脈瘤在人群中的發(fā)現(xiàn)率約為3.2%[14]。動脈瘤破裂可以引起蛛網(wǎng)膜下腔出血、腦出血，危及生命。MRI在動脈瘤的診斷、隨訪中有著重要作用。近期研究發(fā)現(xiàn)7.0T MRI管壁成像可以對動脈瘤管壁厚度及增強(qiáng)程度進(jìn)行定量分析，更厚的動脈瘤壁與更明顯的增強(qiáng)相關(guān)，且得到組織學(xué)實驗的驗證[15]，這對于進(jìn)一步研究未破裂的顱內(nèi)動脈瘤的自然史有著重要意義。

一項應(yīng)用7.0T MRI黑血管壁增強(qiáng)序列對比梭狀動脈瘤和囊狀動脈瘤的研究發(fā)現(xiàn)：梭狀動脈瘤具有更高的動脈瘤壁強(qiáng)化信號；囊狀動脈瘤的動脈瘤壁強(qiáng)化信號與大小具有較強(qiáng)的相關(guān)性[16]。這對于進(jìn)一步分析動脈瘤的血管壁病理學(xué)具有重要意義。

北京天壇醫(yī)院神經(jīng)病學(xué)中心和神經(jīng)影像研究中心報道了應(yīng)用7.0T TOF-MRA發(fā)現(xiàn)左側(cè)基底節(jié)區(qū)腦出血患者的左側(cè)豆紋動脈微動脈瘤，同時右側(cè)豆紋動脈存在梭形擴(kuò)張的病例[17]。

2.3 7.0T MRI與煙霧病 煙霧病（Moyamoya disease）是一種頸內(nèi)動脈顱內(nèi)段及其近端分支進(jìn)行性狹窄-閉塞導(dǎo)致患者具有卒中易感性的腦血管病。大腦的前循環(huán)主要血管血流量減少，導(dǎo)致顱底、皮質(zhì)表面、軟腦膜和頸外動脈供應(yīng)硬腦膜及顱底的分支出現(xiàn)代償性側(cè)支小血管。在極少數(shù)情況下，這個代償過程也涉及后循環(huán)，包括基底動脈和大腦后動脈[18]。

一項比較7.0T MRI與3.0T MRI對煙霧病的診斷敏感性、特異性的研究發(fā)現(xiàn)，7.0T MRI檢測基底節(jié)區(qū)流空影的能力更強(qiáng)，7.0T TOF-MRA能夠更好地顯示顳淺動脈分支，而清晰地顯示顳淺動脈分支對于神經(jīng)外科手術(shù)治療煙霧病的方案制訂具有較強(qiáng)的指導(dǎo)意義。基于T2WI的診斷標(biāo)準(zhǔn)（T2WI上基底節(jié)區(qū)流空影），7.0T MRI比3.0T MRI具有更高的敏感性；基于TOF的診斷標(biāo)準(zhǔn)（基底節(jié)區(qū)高信號影），7.0T MRI比3.0T MRI具有更高的敏感性和特異性[19]。這項研究指出，7.0T MRI以其無創(chuàng)性的優(yōu)勢，可能對兒童煙霧病患者、進(jìn)展緩慢的煙霧病患者特別有益。隨著技術(shù)的發(fā)展與成熟，希望7.0T MRI能在煙霧病患者的首次診斷與后續(xù)影像隨訪中發(fā)揮更大的作用。圖5展示了1例北京天壇醫(yī)院神經(jīng)影像研究中心應(yīng)用7.0T MRI掃描的煙霧病病例圖像。

2.4 7.0T MRI與顱內(nèi)靜脈系統(tǒng)血栓形成 顱內(nèi)靜脈系統(tǒng)血栓形成（cerebral venous thrombosis，CVT）的發(fā)病率據(jù)估計為（1.3～2.0）/10萬人年，占所有卒中的0.5%～1%。CVT主要累及青中年，常見發(fā)病年齡為20～50歲[20-21]。

一項發(fā)表在Radiology雜志上的研究展示了對新發(fā)持續(xù)性頭痛青年女性進(jìn)行的7.0T MRI對比增強(qiáng)掃描圖像，其清晰地顯示了靜脈竇、引流靜脈、淺表皮質(zhì)引流通路和直徑＜0.5 mm的血管[22]。7.0T MRI對比增強(qiáng)掃描能夠獲得顱內(nèi)靜脈系統(tǒng)的精細(xì)細(xì)節(jié)，在檢測顱內(nèi)靜脈系統(tǒng)異常方面可能會發(fā)揮重要作用。圖6展示了北京天壇醫(yī)院神經(jīng)影像研究中心應(yīng)用7.0T MRI掃描的靜脈畸形圖像。

圖5 7.0T TOF-MRA顯示的煙霧病

圖6 7.0T MRI SWI最小密度投影顯示的靜脈畸形（箭頭所示）

基于3.0T MRI的研究發(fā)現(xiàn)對比健康受試者，CVT患者深髓靜脈容積隨著時間的變化更為顯著，這可能提示了靜脈引流的改善、充血的改善以及微循環(huán)的正常化[23]。既往研究顯示，7.0T MRI可以清晰地顯示深髓靜脈，有助于深髓靜脈的定量分析[24]。未來應(yīng)用7.0T MRI進(jìn)一步對CVT患者進(jìn)行影像隨訪，可能有助于對特定治療手段的療效進(jìn)行評估、對預(yù)后進(jìn)行預(yù)測。

2.5 7.0T MRI與動靜脈畸形 動靜脈畸形是一種由發(fā)育不良的血管纏結(jié)而成的由動脈供血、由靜脈引流且沒有毛細(xì)血管參與的血管畸形，形成將血液從動脈分流到靜脈的高流量、低阻力系統(tǒng)[25]。一項大規(guī)模人群成像研究發(fā)現(xiàn)，每2000次掃描中有1例動靜脈畸形，估計發(fā)病率為50/10萬[26]。

目前DSA仍是診斷動靜脈畸形的“金標(biāo)準(zhǔn)”，而TOF-MRA以其無創(chuàng)性特點(diǎn)成為動靜脈畸形篩查與隨訪的重要替代方式。既往一項對比7.0T MRI和1.5T TOF-MRA評估動靜脈畸形的研究發(fā)現(xiàn)，7.0T MRI的磁化準(zhǔn)備快速梯度回波（magnetization-prepared rapid acquisition gradient-echo，MPRAGE）序列在顯示動靜脈畸形病灶、供血動脈、引流靜脈以及病灶與鄰近血管之間的關(guān)系方面優(yōu)于1.5T TOF-MRA[27]。

未來可應(yīng)用7.0T MRI研究動靜脈畸形與鄰近腦組織、鄰近血管的關(guān)系，進(jìn)行療效隨訪，應(yīng)用7.0T MRI管壁成像進(jìn)行動靜脈畸形影像學(xué)檢查。圖7展示了北京天壇醫(yī)院神經(jīng)影像研究中心應(yīng)用7.0T MRI掃描的動靜脈畸形圖像。

2.6 7.0T MRI與腦小血管病 腦小血管病描述了一組影響穿支小動脈、毛細(xì)血管，可能也影響小靜脈的病理過程，最終導(dǎo)致大腦皮質(zhì)下灰質(zhì)和白質(zhì)的損傷，常見的影像學(xué)表現(xiàn)包括可能血管來源的白質(zhì)高信號、腔隙、微出血、腦表面鐵沉積、血管周圍間隙和微梗死。腦小血管病潛在的發(fā)病機(jī)制尚不清楚[28]。

既往研究顯示，7.0T MRI T1序列可以在不犧牲空間分辨率優(yōu)勢的情況下，做到掃描時間與3.0T MRI T1序列相當(dāng)，因此可更敏感地發(fā)現(xiàn)血管周圍間隙等腦小血管病的影像學(xué)表現(xiàn)[29]。圖8展示了北京天壇醫(yī)院神經(jīng)影像研究中心應(yīng)用7.0T MRI掃描顯示的血管周圍間隙擴(kuò)大。

最近一項研究應(yīng)用7.0T MRI分析血管周圍間隙、深部白質(zhì)高信號和白質(zhì)高信號周圍的正常表現(xiàn)腦白質(zhì)區(qū)之間的空間關(guān)系。相比無白質(zhì)高信號的受試者，具有6～15處直徑≤2 mm白質(zhì)高信號病灶的受試者具有更多的半卵圓中心層面的血管周圍間隙。與對照區(qū)域相比，深部白質(zhì)高信號周圍的正常表現(xiàn)腦白質(zhì)區(qū)具有更多且更大的血管周圍間隙[30]。應(yīng)用7.0T MRI研究腦小血管病影像學(xué)表現(xiàn)的空間位置關(guān)系將有助于進(jìn)一步理解腦小血管病的發(fā)病機(jī)制。

圖7 7.0T MRI TOF-MRA及MRV顯示的動靜脈畸形（箭頭所示）

圖8 7.0T T1磁化準(zhǔn)備快速梯度回波顯示血管周圍間隙擴(kuò)大

在一項應(yīng)用7.0T MRI定量磁化率成像（quantitative susceptibility mapping，QSM）對微出血進(jìn)行分析的研究中發(fā)現(xiàn)，腦淀粉樣血管變性患者的微出血病灶在空間關(guān)系上更多地與靜脈相連[31]。提示靜脈可能參與了腦小血管病的發(fā)生發(fā)展。

7.0TMRI的二維相差（2D phase contrast，2D PC）技術(shù)可用于測量腦穿支動脈的時間分辨血流速度，進(jìn)一步計算搏動指數(shù)。既往研究發(fā)現(xiàn)，與健康受試者相比，腔隙性梗死患者和深部腦出血患者基底節(jié)區(qū)所在平面的穿支動脈搏動指數(shù)更高[32]。7.0T MRI在評價腦小血管功能方面也存在著潛力。

總之，7.0T MRI是腦血管病的發(fā)病機(jī)制探索、病因診斷及臨床預(yù)后評估等方面的重要工具。盡管7.0T MRI仍然有尚未攻克的技術(shù)難題，且遠(yuǎn)不及3.0T MRI普及，但其巨大的優(yōu)勢已經(jīng)逐步顯現(xiàn)。目前，7.0T MRI被美國食品和藥品管理局及中國國家藥品監(jiān)督管理局批準(zhǔn)進(jìn)入臨床應(yīng)用，國內(nèi)多家醫(yī)院及科研院所均安裝了7.0T MRI，相信未來7.0T MRI會更廣泛地應(yīng)用于臨床實踐。