高分辨率MRI分析基底动脉几何形态与其动脉粥样硬化斑块的相关性

2022-08-25 14:15刘昱琳刘红军李品雄吴咪咪陈明蕾叶蕴锐刘再毅梁长虹
中国医学影像技术 2022年8期
关键词:亚组曲率象限

刘昱琳,刘红军,李品雄,朱 超,吴咪咪,陈明蕾,叶蕴锐,刘再毅,梁长虹*

[1.华南理工大学医学院,广东 广州 515006;2.广东省人民医院(广东省医学科学院)放射科,3.广东省医学影像智能分析与应用重点实验室,广东 广州 510080]

血流动力学改变是动脉粥样硬化的重要危险因素,与血管几何形态密切相关[1]。研究[2]表明,基底动脉(basilar artery, BA)几何形态,如BA-中位角、BA-椎动脉(vertebral artery, VA)角等,与斑块形成有关,而BA高危斑块是后循环缺血性脑卒中的主要原因[3];早期识别BA动脉粥样硬化斑块有利于及时干预及改善预后。高分辨率MRI(high resolution-MRI, HR-MRI)可清楚显示血管壁,反映斑块特征,已广泛用于评估斑块稳定性及预测脑卒中风险[4-5]等。本研究以HR-MRI观察BA几何形态与动脉粥样硬化斑块的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性收集2019年8月—2021年11月120例广东省人民医院疑诊后循环缺血性脑卒中患者,男82例,女38例,年龄31~79岁,平均(59.3±11.0)岁。纳入标准:①年龄>18岁;②有头晕、单侧肢体乏力、共济失调等疑似后循环缺血性脑卒中临床表现;③HR-MRI资料完整。排除标准:①心房颤动病史;②血管炎、烟雾病等非动脉粥样硬化病史;③MRI质量不佳。记录高血压、糖尿病、高脂血症及吸烟史等基线资料。

1.2 仪器与方法 采用GE Discovery 750 3.0T MR仪行头颈部扫描。先以三维时间飞跃法(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,矩阵512×512,层厚1.4 mm,扫描层数120;之后以三维快速自旋回波CUBE序列(three-dimensional fast spin echo cube-CUBE, 3D-FSE-CUBE)采集平扫T1WI,TR 562 ms,TE 16 ms,FOV 20 cm×23 cm,矩阵512×512,层厚0.6 mm,扫描层数114。经肘静脉以流率2.0 ml/s注射对比剂(Gd-DTPA)5 min后行增强扫描,剂量为0.2 mmol/kg体质量,扫描参数同平扫T1WI。

1.3 图像分析

1.3.1 BA斑块表现 由分别具有5年及10年以上血管影像诊断经验的住院医师及副主任医师各1名独立阅片,意见发生分歧时经讨论达成一致。根据HR-MRI显示BA斑块与否将患者分为斑块组(n=60)及对照组(n=60),并评估BA斑块表现:①斑块分布,于垂直血管长轴的横截面上将BA管壁分为腹侧、背侧、左侧及右侧4个象限(图1A),观察斑块在各象限中的分布,遇单层面中斑块分布于2个或更多象限时,记录斑块厚度最大象限;②斑块信号,测量平扫T1WI所示斑块及邻近肌肉组织的信号强度,将斑块信号强度>邻近肌肉组织信号强度150%判定为斑块内出血(intraplaque hemorrhage, IPH)(图1B);③斑块强化,以增强T1WI所见斑块强化程度高于正常血管壁(图1C)为斑块发生强化;④斑块定量指标,于显示斑块厚度最大层面图像上,以邻近且无斑块形成的血管层面作为参考,手动勾画血管壁及血管腔轮廓(图1D),测量病灶及参考处血管腔面积、血管周面积及血管腔直径,计算重构指数(病灶血管周面积/参考血管周面积)、斑块面积(病灶血管周面积-病灶血管腔面积)、斑块负荷(斑块面积/病灶血管周面积×100%)[6]及管腔狭窄率[(1-病灶血管腔直径/参考血管腔直径)×100%][6];对定量指标均重复测量2次,取2名医师测量均值为最后结果。管腔狭窄率≥70%为重度狭窄。根据斑块HR-MRI表现,将斑块组患者中出现IPH、斑块强化及管腔重度狭窄3项中的任意一项者归入高危亚组(n=33),其余为非高危亚组(n=27)。

1.3.2 评估BA几何形态 由上述2名医师于3D-TOF MRA图中测量BA几何参数、评估其弯曲方向,取其均值进行分析。于前后位3D-TOF MRA图中测量以下参数:①BA真实长度,即BA起始部至其末端的实际长度(图2A);②BA理论长度,即BA标准线长度,为BA起始部至其末端的线性距离[7](图2A);③BA曲率=(BA真实长度/BA理论长度-1)×100%[8];④BA-中位角,即以BA曲线中点为起点,分别连接BA起始处与其末端的两连接线形成的锐角[2](图2B);于侧位3D-TOF MRA图中测量BA-VA角,即以BA起始部为起点,沿BA及优势VA所做连接线形成的锐角[2](图2C);优势VA指两侧VA直径相差>0.3 mm时的较大者,或双侧VA直径相近时与BA连接角度较小者[9]。以BA标准线为参考,根据斑块组BA弯曲方向将其分为向左弯曲亚组(n=15)、向右弯曲亚组(n=31)及直立亚组(n=14)。

1.4 统计学分析 采用SPSS 26.0统计分析软件。以χ2检验比较计数资料。以±s表示符合正态分布的计量资料,以中位数(上下四分位数)表示不符合者,组间行独立样本t检验或Mann-WhitneyU检验。将单因素分析差异有统计学意义的参数纳入多因素logistic回归分析,筛选BA斑块及BA高危斑块的独立相关因素,以受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线分析BA几何形态参数对BA斑块及BA高危斑块的预测效能。计算HR-MRI所示斑块在各象限中的分布层数与斑块总层数的比值,计算各象限斑块分布平均百分率[10],以Friedman检验进行组内比较,以Wilcoxon秩和检验或Kruskal-WallisH检验行组间比较。随机选取20例,由上述2名医师中的1名间隔1个月以相同方法进行再次测评;以组内相关系数(intra-class correlation coefficient, ICC)评估观察者内及观察者间测评结果的一致性:ICC≤0.40为一致性较差,为0.400.75为一致性较好。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

观察者间(ICC=0.79~0.93)及之内(ICC=0.87~0.96)测量BA斑块定量参数及BA几何参数的一致性均较好(P均<0.01)。

2.1 斑块组与对照组间一般资料及BA几何形态比较 组间年龄、高血压、BA曲率及BA-中位角差异均有统计学意义(P均<0.05),其余参数差异均无统计学意义(P均>0.05),见表1。年龄[OR=1.09,95%CI(1.03,1.15)]、高血压[OR=6.03,95%CI(1.77,20.53)]及BA曲率[OR=1.20,95%CI(1.07,1.35)]均为BA斑块独立相关因素(P均<0.01)。以BA曲率评估BA斑块形成的曲线下面积(area under the curve, AUC)为0.70[95%CI(0.61,0.80),P<0.01,图3A]。

表1 斑块组与对照组患者一般资料及BA几何形态参数比较

2.2 斑块组组内亚组间一般资料及BA几何形态比较 2亚组间年龄、BA真实长度、BA曲率、病灶血管腔面积、斑块负荷差异均有统计学意义(P均<0.05),其余参数差异均无统计学意义(P均>0.05),见表2。斑块负荷[OR=1.18,95%CI(1.05,1.34)]、BA曲率[OR=1.10,95%CI(1.02,1.19)]为BA高危斑块独立相关因素(P均<0.01),见图4。以BA曲率评估BA高危斑块的AUC为0.79[95%CI(0.68,0.91),P<0.01,图3B]。

表2 高危与非高危BA斑块患者一般资料及BA几何形态和斑块特征比较

2.3 BA斑块分布 相比其余亚组,BA向左弯曲亚组更易出现右侧壁斑块,BA向右弯曲亚组斑块更常见于左侧壁(P均<0.01),2亚组内各象限BA斑块分布平均百分率差异均有统计学意义(P均<0.01),两两比较差异均有统计学意义(P均<0.05)。见表3。

将左、右侧壁合并为侧壁进行分析,高危斑块更倾向分布于侧壁(P<0.01)。非高危亚组相比,高危亚组斑块亦更常见于侧壁(P=0.03),见表4。

表4 高危与非高危斑块在各象限分布的平均百分率比较(%)

3 讨论

BA动脉粥样硬化是缺血性脑卒中的重要原因之一,存在高危斑块与脑卒中发生及复发相关[11-12];而BA几何形态对于动脉粥样硬化发生、发展具有重要影响。本研究以HR-MRI观察BA几何形态,分析其与动脉粥样硬化斑块的相关性。

既往研究[13]显示,血管壁剪切应力(wall shear stress, WSS)较低区域动脉内皮细胞更易表达炎症细胞因子,促进细胞凋亡或增殖,进而形成动脉粥样硬化斑块;WSS变化与血管几何形态密切相关,血管弯曲程度越大,越易形成低WSS区。本研究发现BA曲率、年龄及高血压史均为BA斑块的独立相关因素,与DENG等[14]的结果相似,提示BA曲率有望作为识别BA斑块的有效指标;BA-VA角与BA斑块无明显相关性,与既往研究[2]结果不一致,可能原因在于本研究未考虑管腔重度狭窄对BA几何形态的影响。本研究结果显示BA斑块负荷及BA曲率均与BA高危斑块独立相关,BA曲率评估BA高危斑块的AUC为0.79,提示BA斑块不稳定性与BA弯曲程度有关,即BA曲率越高,血管内局部区域WSS变化越大,促进斑块内新生血管形成及炎性细胞浸润,影响斑块稳定性。

相比外侧壁,血管内侧壁弯曲更易形成低WSS区域[15]。本组发现向右弯曲亚组斑块更多分布于BA左侧壁,BA向左弯曲组斑块倾向分布于其右侧壁,提示在低WSS影响下,斑块更易分布于弯曲血管的内侧壁,与KIM等[16]的结果类似;而高危斑块更常见于管腔侧壁,提示BA几何形态可影响其内斑块分布,增加高危斑块的不稳定性。

综上,HR-MRI可观察BA几何形态;BA曲率与BA斑块及高危斑块独立相关。本研究的主要局限性:①样本量小;②未结合T2WI分析BA斑块成分并纳入BA高危斑块评估标准,结果可能存在一定偏倚;③未验证BA血流动力学改变;④未对与BA曲率相关高危斑块的发展及相关脑血管事件进行随访观察。

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