3．0THR-MRI管壁成像对颈动脉粥样硬化斑块特征分析的应用进展

高铸霆 张凤翔

【关键词】颈动脉粥样硬化;斑块特征;HR-MRI管壁成像;卒中

动脉粥样硬化（atherosclerosis，AS）是指由脂质、单核/巨噬细胞、血管平滑肌细胞和钙化（calcification，CA）组成的斑块作为一种慢性炎症反应在动脉壁上堆积的过程。AS斑块的发展会导致管腔狭窄和管壁弹性丧失，严重影响脑供血，减少脑血流量和侧支循环。此外AS斑块破裂继发血栓形成经常导致心脏病和缺血性卒中（ischemic stroke，IS）。脑卒中是全球第二大常见死亡原因和第三大致残原因，全世界大约87%的卒中都是IS，AS斑块被确认为IS的主要来源之一。目前，大约20%的IS病例是由AS引起的，颈动脉分叉独特的形态是AS斑块形成的重要危险因素。在过往，AS斑块形成导致的颈动脉狭窄程度被认为是与IS发生风险相关的主导因素。近期，一些研究表明斑块的内部成分及斑块是否稳定与IS的发生有着密切的联系。故全面判断颈动脉斑块的性质对临床工作指导有重大意义，现将3.0T高分辨磁共振管壁成像（higIl—resolution vessel wall imaging，HR-VWl）对AS斑块特征分析的应用进展作一综述。

1 HR-VWI成像在AS斑块中的应用

1.1

HR-VWI成像概述

HR-VW[具有较高的软组织分辨率，通过使用专用的表面射频线圈，提供了颈动脉壁的高分辨图像，是一种评估AS斑块有效的工具。目前，HR-VWI中的“亮血”和“黑血”两种技术主要用于AS斑块评估。“亮血”技术包括三维时间飞越血管成像技术（3 D-TOFMRA）和动态对比增强技术（dynamic contrast enhancedmagnetic resonance imaging，DCE-MRI），使血液流动的信号增强，管腔比血管壁更亮。“黑血”技术包括T1加权像（T1 weighted image，T1 WI）、T2加权像（T2-weighted image，T2 WI）和质子密度加权像（protondensity weighted image，PDWI），目的是消除血液流动的信号，以增加管腔和管壁之间的对比度。二者的结合能够清晰且全面地评价颈动脉斑块的分布，而且能够根据多序列信号的不同，分析斑块内成分组成，判断其稳定性。此外，一些特殊序列如磁化准备快速梯度回波成像序列、三维多回波重组梯度回波序列、三维反转恢复准备的快速扰相梯度回波序列的应用，对AS斑块特征分析起到积极作用。

1.2HR-VWI成像在AS斑块中的作用

1.2.1常规多对比HR-VWI成像技术

HR-VW[能够对AS斑块进行非侵入性表征，包括斑块易损性的特征。它能够评估斑块大小、形态和成分，与组织病理学有很好的相关性。通常，使用T1 wI、T2 wI、PDWI、TOF和對比增强T1加权成像方法的多对比组合，基于斑块区域和不同斑块成分在多重对比加权上的外观来识别斑块区域和不同的斑块成分。典型的AS斑块成分包括纤维帽（Fiber cap，FC）、CA、坏死脂核（Lipid-rich necrotic core，LRNC）、斑块内出血（intra-plaque hemorrhage，IPH）和疏松基质（100sematrix，LM），且斑块成分在HR-VWI上的影像学表现与其病理结果具有良好的一致性。Cai等根据美国心脏协会（American HeartAssociationAHA）病理学分型，结合颈动脉易损斑块MRI影像学特征制定了分型标准。I～Ⅱ型：近似正常管壁厚度，无CA;Ⅲ型：弥漫的血管内膜增厚或微小的偏心斑块形成，无CA;Ⅳ～V型：斑块内含有脂质或坏死中心，被纤维帽包围可能存在CA;Ⅵ型：复杂斑块存在表面缺损，出血或血栓;Ⅶ型：钙化的斑块;Ⅷ型：纤维化的斑块，无脂质核可能存在小的CA，Ⅳ～Ⅵ型被认定为不稳定斑块，即易损斑块。除FC破裂、薄FC覆盖LRNC、IPH以外，突出到管腔内的CA结节、斑块内新生血管形成、炎性细胞浸润也是斑块易损性的主要触发因素。例如LRNC面积越大斑块越脆弱，面积/>40%被认定为易损斑块。Sun等研究中，通过颈动脉MRI测量，降脂药抑制前蛋白转化酶枯草溶菌素/Kexin 9型是否会在6个月内诱导脂质核心或斑块炎症消退，研究结果显示，与脂质含量不同，钙化更能反映斑块负荷，而不是斑块易损性，并强调斑块CA模式的重要性。大量钙化被认为是稳定斑块的特征，而微钙化与斑块炎症有关。Gao等在使用血管壁磁共振成像比较有症状的中国糖尿病和非糖尿病患者颈动脉粥样硬化斑块的特征研究中进一步将钙化斑块分为3种亚型：（1）表面CA，定义为位于纤维帽内或非常接近纤维帽的CA，没有被纤维组织完全覆盖;（2）深度CA，定义为斑块内的CA，在每层MR图像上纤维组织将其与管腔完全分开;（3）混合CA，定义为表面CA和深层CA的斑块。

1.2.2 DCE-MRI成像技术

AS斑块内微血管增多已被认为是斑块易损性的标志，这些微血管从动脉外膜生长到斑块，通常内皮的完整性会受损，潜在地为炎症细胞和红细胞进入AS斑块提供入口。这些微血管进入斑块的原因是由斑块内炎性细胞的活动增加以及随后的缺氧所造成。DCE-MRI已经作为一种非侵入成像技术出现，用于评估斑块微血管系统。使用DCE-MRI，分析注射造影剂后的信号增强时间曲线，利用药代动力学模型对斑块微血管进行定量。容积转移常数与根据组织学确定的斑块内微血管的数量相关。Van Hoof等研究中对110例接受3T颈动脉DCE-MRI检查的颈动脉斑块≥2mm的有症状患者进行DCE-MRI参数一致性分析，研究结果表明血管外膜Ktrans（反映微血管流量、密度和通透性的定量DCE-MRI参数）的中位数比整个血管壁Ktrans高5%，提示血管外膜和血管壁Ktrans与微血管密度在组织学上具有相似的相关性，这俩个区域都反映了斑块微血管密度。除此之外，Yuan等研究中招募了21例近期出现症状或颈动脉狭窄≥40%的患者，从动脉期MRA图像确定斑块表面形态和管腔狭窄。通过先前验证的药代动力学建模方法评估颈动脉新生血管形成。研究结果表明，斑块新生血管与炎症相关之外，斑块新生血管与斑块表面形态也显著相关，DCE-MRl分析显示溃疡型斑块的血管外膜Ktrans明显高于光滑型斑块，血管外膜Ktrans和部分血浆体积与管腔狭窄相关。

2磁敏感定量成像技术（quantitative susceptibilitymapping，QSM）在AS斑块中的应用

2.1QSM成像概述

QSM是近些年逐渐发展起来的一种磁共振定量成像技术，它利用梯度回波相位数据提供组织磁化率的定量测量，常用于评估大脑中的出血、铁（Fe）和CA。常规磁共振成像是利用的幅值图信息，而QSM是利用相位图信息。QSM成像主要是基于不同组织具有不同的磁化特性以及磁化率。任何生物组织在磁场的作用下都会被磁化，显示一定的特性。常见的磁感应物质分为顺磁性、逆磁性和铁磁性物质。顺磁性物质磁化后会产生与主磁场相同方向的磁场;逆磁性物质会产生与主磁场方向相反的磁场;铁磁物质可被磁场明显吸引。无论哪种特性，在磁共振成像中都会破坏主磁场的均匀性，随之带来的就是磁共振成像的磁化率伪影。但是这种特性也并不是一无是处，恰恰就是利用不同组织磁化特性以及磁化率的差别，可以进行QSM成像。磁敏感物质在外加磁场作用下的磁化程度可以用磁化率表示。QSM值取决于顺磁性物质（如血红蛋白中的铁）和抗磁性物质（如钙）的浓度，顺磁性物质的磁化率为正值，抗磁性物质的磁化率为负值，故QSM可以敏感地发现轻微出血，并区分斑块的不同成分。目前，有两种重建算法可以自动生成QSM图形，分别为磁化张量成像算法（susceptibiltensor imaging，STI、）、形态学偶极子反演算法（morphology enableddiDole Inversion，MEDI）。STI使用基于拉普拉斯的算法来展开相位数据，接着使用复杂谐波伪影去除法算法来去除背景场，最后使用最小二乘法来进行局部场反演。MEDI由两个主要步骤组成。首先，通过对多回波梯度回波（gradient echo，GRE）数据进行非线性拟合而后进行空间相位展开，获得总场图（包含局部场和背景场）;然后使用带预处理的正则化非线性总场反演来计算磁化率图。

2.2 QSM成像在AS斑块中的作用

颈动脉斑块的QSM可提供一种新的定量MRI对比，能够可靠地区分IPH、LRNC和CA，并有助于识别易损斑块。Azuma等研究中，对9个颈动脉内膜切除术标本采用3D多回波梯度回波序列和显微线圈3TMR成像扫描仪上成像，结果表明在QSM图像上定性分析显示IPH和Fe3’沉积在高信号区域，而不是低信号区域，低信号区域CA和纤维基质沉积的发生率高于高信号区域;定量分析显示有IPH或Fe3沉积的区域磁敏感值明显高于无IPH或Fe3沉积和有钙化的区域。Yohei Ikebe等研究表明与IPH相对应的区域在QSM上顯示出与预期一致的高度相关磁化率。正常的血管壁和钙化是抗磁性的，而IPH是顺磁性的，相反的相位极性可更好地区分IPH和抗磁性成分，这使得应用QSM检测和量化无症状AS斑块中的微小出血灶成为可能。常规的血管壁成像难以区分IPH和LRNC，但在QSM上有明显的区别，因为IPH的磁化率明显高于LRNC。Nguyen等研究中招募了5例健康志愿者和11例至少有一处明显颈动脉狭窄的患者，研究结果表明，MEDI工具箱（MEDIToolbox，MEDInpt）可以区分晚期AS斑块的CA和IPH，与STI Suite相比，MEDInpt算法对钙化斑块和IPH的平均敏感度更高，更有利于提高斑块成分检测准确性。钙化斑块和IPH的相对误差分别从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质量，并有可能提高钙化以及与出血相一致的磁化率正值较高的小病灶的检出率。炎症是AS斑块易损性标志之一，可以使用超顺磁性氧化铁纳米颗（superparamagnetic iron oxide nanoparticles，USPIO）造影剂进行成像，USPIO颗粒可以通过渗漏的内皮细胞进入斑块，并被单核/巨噬细胞吞噬。Ruetten等研究中，招募10名健康志愿者[3例女性、7例男性;年龄（30.7±10.7）岁]在1.5T下成像，以开发采集和后处理协议;5例中度至重度管腔狭窄患者[1例女性、4例男性;年龄（71±7.5）岁]在使用USPIO造影剂前后进行了成像，结果表明，QSM能够在一次采集中识别多种斑块特征，例如CA斑块和炎症区域的USPIO摄取，简化了USPIO摄取的检测，为显示USPIO摄取的斑块提供正值对比，为CA提供负值对比。

3总结与展望

目前，各种非侵入方法均已被用于斑块研究，除MRI外，尚包括超声、CTA、经颅多普勒、正电子发射断层扫描/CT，每种方法都有独特的优点和缺点。超声是评估斑块狭窄程度和斑块形态的有力技术，它的优点包括容易获得、低成本和最小的辐射暴露，缺点是检查高度依赖操作者，耗时长，结果可能不一致。斑块评估采用两种超声模式：亮度（B）模式和声学造影。在B型超声下，测定颈动脉内膜一中层厚度，然后根据回声程度进行分级。超声造影评估颈动脉管腔、斑块溃疡和新生血管。CTA可以检测到钙化的纤维帽，但是很难区分LRNC和IPH。它的优点是耗时少，使用范围广，缺点是增加了辐射暴露。经颅多普勒可以检测到微栓子或来自表面覆盖血栓不稳定斑块的瞬时高信号。它具有较高的特异性，但敏感性较低。F-氟代脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描/CT评估AS的代谢，检测微钙化和炎症，已发现这些与经颅多普勒微栓子信号相关。目前影像组学正逐渐兴起，影像组学是从医学图像上提取和分析大量定量特征的计算过程，它的实现依赖于医学图像包含有肉眼检查下可能不明显的额外信息。Zhang等研究表明基于MRI的影像组学模型可以准确区分有症状和无症状的颈动脉斑块，并在高危斑块的识别上优于传统模型。影像组学分析最大的好处是从已经获得的成像数据中提供定量变量，以提高诊断性能，而不是传统的评估。未来，需要我们继续前瞻性研究来进一步检验影像组学模型预测卒中风险的能力。