颈动脉斑块内出血的高分辨率MR成像临床应用与技术进展

项目基金：

卫生公益性行业科研专项项目(编号：201402019)；北京市卫生系统高层次卫生技术人才培养计划项目(编号：2013-2-005)；国家自然科学基金项目(编号：81071196)；首都卫生发展科研专项项目(编号：2011-4003-01)

作者单位：

1. 首都医科大学附属北京安贞医院，北京 100029

2. 省部共建心血管重塑相关疾病教育部重点实验室，北京 100029

通讯作者：

于薇，E-mail：yuwei02@gmail.com

收稿日期：2015-05-05

接受日期：2015-07-19

文献标识码：A

DOI: 10.3969/j.issn.1674-8034.2015.09.015杨利新, 董莉, 于薇. 颈动脉斑块内出血的高分辨率MR成像临床应用与技术进展. 磁共振成像, 2015, 6(9): 711-715.

[摘要] 脑卒中是目前人类伤残死亡的首要原因，而颈动脉易损斑块(vulnerable plaque)与脑卒中的发生密切相关，其中斑块内出血是易损斑块的一个重要特征。早期识别颈动脉粥样斑块成分对预防和控制缺血性脑卒中至关重要。高分辨率MRI具有高组织分辨率、无创、可重复性的优点，是识别颈动脉血管形态和量化颈动脉斑块成分的有效方法。近年来，快速、准确地诊断斑块内出血的MRI技术不断地发展。作者就高分辨率MRI对颈动脉斑块内出血的临床应用及技术进展方面作一篇全面的综述。

The clinical application and technology progress of highresolution MRI in carotid intraplaque hemorrhage

YANG Li-xin 1, DONG Li 1, YU Wei 1, 21Department of Radiology, Anzhen Hospital, Capital Medical University, Beijing 100029, China

2The Key Laboratory of Remodeling-Related Cardiovascular Diseases, Ministry of Education, Beijing 100029, China

*Correspondence to: Yu W, E-mail: yuwei02@gmail.com Received 5 May 2015, Accepted 19 July 2015 ACKNOWLEDGMENTS This work was part of the Program on Health Nonprofit Industry Research Subject (No. 201402019); Beijing Health System High-level Health Technical Personnel Training Program (No. 2013-2-005); Special Funds of the National Natural Science Foundation of China (No. 81071196);Capital Health Development Research Project (No. 2011-4003-01).

Abstract Stroke is a leading cause of human death and disability, and carotid vulnerable plaque is closely related to the occurrence of stroke, intraplaque hemorrhage is an important feature of vulnerable plaque. Early identification of carotid plaque composition is crucial for the prevention and control of ischemic stroke. Highresolution MRI with advantages of high tissue resolution, non-invasiveness and repeatability, is an effective method to identify carotid vascular morphology and quantify carotid plaque composition. In recent years, MRI technology to diagnosing intraplaque hemorrhage rapidly and accurately is develop continuingly. In this paper, we made an overall review on MRI clinical applications and technical progress incarotid intraplaque hemorrhage.

Key words Carotid Stenosis; Atherosclerosis; Magnetic resonance imaging

近年来，脑卒中因其高发病率，高致残率和高死亡已成为严重危害人类健康的疾病之一，而颈动脉易损斑块(vulnerable plaque)与脑卒中的发生存在密切相关性 [1]。易损斑块，病理特点有较大的脂质核心、薄的纤维帽、炎性细胞浸润、新生血管形成、斑块内出血及表面溃疡等，其斑块表面脱落的栓子和斑块破裂形成血栓是缺血性脑卒中最常见的原因 [2]。因此，早期识别颈动脉粥样硬化斑块成分及判定斑块的稳定性对预防和控制缺血性脑卒至关重要。高分辨率MRI具有高的组织分辨率、无创、可重复性等优点，是识别颈动脉血管形态和量化颈动脉斑块成分的有效方法 [3]，一系列影像学与病理学对照研究证实，在识别和定量分析粥样硬化斑块生物学特征方面，MR成像技术与组织病理学具有高度的一致性 [4]。性斑块内出血(intraplaque hemorrhage，IPH)是易损斑块的一个重要特征 [5]，大量的影像和病理的对照研究表明，高分辨MRI采用不同序列过对比信号的特点，对诊断斑块内出血有很高的敏感性和特异性 [6]。特别是近年来针对斑块内出血的特异性MRI脉冲序列研究，使得斑块内出血的识别更为准确而快捷。笔者就斑块内出血的形成机制，病理生理、临床意义以及高分辨率MRI技术对出血的识别的最新技术进展及其临床应用作全面的综述。

1 易损斑块的特征及斑块内出血的机制

动脉粥样硬化是由于脂类和纤维素样物质累积而造成的动脉管壁增厚，其形成比较复杂，涉及到剪应力、血管内壁功能障碍、炎症、新生血管以及血栓的形成等。易损斑块是指有导致缺血事件发生倾向的一组斑块，其诊断的主要的标准包括：活动性炎症、薄的纤维帽和大的脂质核心、内皮剥脱伴表面血小板聚、斑块有裂隙或损伤以及严重的狭窄；次要标准包括：表面钙化斑、黄色有光泽的斑块、斑块内出血和正性重塑 [7-8]。斑块内出血是易损斑块的一个重要特征，但其具体病理生理机制还不十分肯定。有研究发现，斑块内出血是无症状斑块发展到高危斑块进程中的重要因素 [9]。斑块内的红细胞可能来源于斑块内不成熟新生血管的渗漏，易损斑块的病理检查表明，斑块内出血和斑块破裂与微血管密度的增加有关 [10-15]。由于斑块的增长引起组织缺氧刺激新生血管的形成，而新生血管的渗漏又形成了斑块内出血。斑块进展的主要机制是斑块内胆固醇成分的聚集，对于无斑块内出血的病变，胆固醇主要来源于循环中的血脂蛋白，而对于斑块内出血的病变，红细胞的细胞膜富含磷脂和游离胆固醇，其在斑块内的聚集引起坏死核心的膨胀和炎症细胞的浸润，增大斑块负荷，加重管腔狭窄，造成斑块的不稳定 [16-17]。因此，斑块内出血与斑块的生长相互刺激，最终引起斑块的扩大及破裂。了解斑块内出血的机制和进程，可能有助于终止斑块从稳定到不稳定病变的过渡，从而改善病人的预后。

2 斑块内出血与临床症状的关系和意义

斑块内出血按发生部位可以分为2种类型，Ⅰ型贴近管腔；Ⅱ型位于斑块内，其中Ⅰ型更容易引起临床事件发生 [18]。按发生时间又可以分为：新鲜出血(1周内)、近期出血(1～6周)及陈旧出血(6周以上) [19]。斑块内出血可以发生在有症状和无症状的颈动脉粥样硬化患者中， Saam等 [20]对23例单侧有症状患者的双侧颈动脉进行MRI扫描及分析，根据神经系统检查，将所有颈动脉分为有症状斑块组和无症状斑块组，病人亦分为有症状斑块患者和无症状斑块患者，发现其中91%的有症状斑块患者和83%的无症状斑块患者的斑块内至少有一处出血；近期出血更常发生于有症状斑块患者中，96%的有症状斑块患者和78%的无症状斑块患者的斑块内至少有一处近期出血；新鲜出血发生在有症状斑块患者的概率是发生在无症状斑块患者的1.7倍(分别为87%和52%)。Altaf等 [21]发现，斑块内出血与颈动脉轻中度(30%～69%)狭窄患者的临床症状密切相关。Demarco等 [22]报道斑块内出血与颈动脉轻中度(30%～70%)狭窄的病人的临床症状明显相关，而其与颈动脉重度(70%～99%)狭窄患者的临床症状无明显相关性。Sun等 [23]经过一项长达54个月的临床随访发现，斑块内出血可以立即或长期促进动脉粥样硬化的进程，它对斑块的促进作用没有因随访时间的延长而减弱，可以推测出斑块内出血的存在从根本上改变了动脉粥样硬化的生物学过程。另外，其随访结果还显示部分斑块内出血的病人在他汀类药物治疗期间仍有新发的斑块内出血及斑块内出血的扩大，因而，单独使用他汀类药物治疗可能无法控制斑块内出血的发生和发展。

3 常规高分辨率MRI技术对斑块内出血的诊断

现临床上常采用高分辨多参数成像技术的扫描方案包括：3D-TOF MRA (three-dimensional time-of-flight magnetic resonance angiography)、增强前后T1-weighted imaging (T1WI和CE-T1WI)、T2WI、PDWI (proton density-weighted imaging)等。Chu等 [6]首先报道了斑块内出血在高分辨MRI的信号表现。由于正铁血红蛋白可以缩短T1弛豫时间，从而影响其在T1WI上的信号，因此斑块内出血在MRI上的信号特点主要取决于血肿内正铁血红蛋白的期龄 [24]。新鲜出血在T1WI及TOF上呈高信号，T2WI呈等或低信号；近期出血在T1WI、T2WI序列多呈明显的高信号，在TOF上呈混杂或高信号；陈旧出血在T1WI、T2WI及TOF均呈低信号。高分辨率多对比MRI能够准确的诊断斑块内出血并判断斑块内出血的时间 [6，16，25]。

4 高分辨率MRI对斑块内出血的最新技术进展

常规序列对斑块内出血的诊断已经得到了临床的肯定，但在技术上仍有其局限性。常规序列的多组图像采用二维扫描方式，层面间图像分辨率较低；此外，全部检查需要多次分别扫描，对图像进行比较(T1WI、T2WI、PDWI、TOF)，检查时间长达30～40 min，病人检查后期配合欠佳，造成运动伪影，影响图像质量和不同对比图像间的层面匹配，进而影响最终的诊断；斑块内出血的诊断及出血时间的判断需要结合多对比图像的信号特点综合分析，诊断标准相对复杂也耗费时间，需要影像科专业人员培训后才能胜任。因而，针对斑块内出血的诊断，新的MRI脉冲序列层出不穷，大大的改善了上述技术的局限性。

4.1 MPRAGE

磁化准备快速梯度回波序列(magnetization prepared rapid acquisition gradient Echo，MPRAGE)对斑块内出血的诊断已经得到了临床的广泛认可 [26]。MPRAGE为3D序列，是运用预备反转脉冲和小角度激发梯度回波快速三维傅里叶数据采集的序列，它通过利用非选择性反转序列及选择性水激励或脂肪抑制技术来抑制背景组织信号，并利用反转恢复预备技术抑制许多相对长T1的斑块成分(如富脂的坏死核心和纤维组织)，能准确地检测斑块内出血中的正铁血红蛋白，呈明显高信号，MPRAGE对颈动脉斑块内出血诊断的敏感性及特异性分别为80%和97% [27]。MPRAGE序列大大简化了斑块内出血的诊断，并且具有很高的特异性及敏感性，具有很好的应用前景。

4.2 SPI和SNAP

层块选择的相位敏感反转恢复序列(slabselective phase-sensitive inversion-recovery，SPI)，亦是用来观察斑块内出血的序列，包括相位敏感成像序列和特殊设计的反转恢复梯度回波序列，与MPRAGE序列相比，经组织病理学验证，SPI序列通过提高动脉管壁与管腔的对比，增加抑制血流的效果，提高了斑块内出血的检出率 [28-29]。近年来，基于SPI序列优化的同时提供没有对照的血管造影和斑块内出血成像快速梯度回波序列(simultaneous non-contrast angiography and intraplaquehemorrhage，SNAP)，经过一些参数的改良缩短了成像时间，避免了对比剂对斑块内出血的影响，仅通过一次扫描就可以评价管腔狭窄情况和斑块内出血信息。通过相位敏感重建，使管腔内呈低信号，而斑块内出血呈高信号。SNAP可以在评价管壁出血的同时获得管腔3DTOF的融合图像。Wang等 [30]研究结果表明SNAP与3D-TOF在评价管腔狭窄上有很好的相关性，其空间分辨率与CE-MRA相似。在诊断斑块内出血方面，与SPI相比，SNAP在斑块内出血和管壁的对比上提高了35%。因此SNAP序列能检测到更细小的斑块内出血。

4.3 3D IRSPGR和3D-SHINE

3D反转恢复准备的快速扰相梯度回波序列(3D inversion recoveryprepared fast spoiled gradient recalled sequence，3D IRFSPG)，每个回波里包括一个180°反转恢复的准备射频脉冲，根据血液的T1值选择合适的反转时间(TI)，血液的信号最小化，以达到管腔内信号与管壁信号的最大对比。脂肪饱和施加在每个采集步骤中，使脂肪信号充分抑制。与Moody等 [31]提出的MR DTI序列相比，3D IRSPGR在3.0 T扫描仪上进行扫描，空间分辨率更高，平面分辨率可达0.7 mm。3D IRSPGR为3D序列，扫描时间短，扫描范围大，在5 min内即可完成双侧颈动脉分叉处足够扫描范围的扫描。另外，与常规的2D T1WI及3D-TOF MRA相比，3D IRSPGR通过提高对比度及对比度噪声比来凸显斑块内出血 [32]。

用反转恢复和多重回波评价出血的3D扰相梯度召回回波脉冲序列(3D spoiled gradient recalled echo pulse sequence for hemorrhage assessment using inversion recovery and multiple echoes，3D SHINE)是在3D IRFSPG序列的基础上发展而来，与3D IRFSPGR序列相比，多了几个长回波，3D SHINE包括一个短回波及多个长回波，第一个是短回波与3D IRFSPGR相似，可以较好地观察斑块内出血，多个长回波可以评估斑块内出血的T2值，进而区别斑块内出血的类型(Ⅰ型：T2值<14 ms，Ⅱ型：T2值>14 ms)。因而，3D SHINE与3D IRFSPG相比，同样具有扫描时间短、扫描范围大、高分辨率、黑血效果等优点，并具有相似的信噪比和对比噪声比以及在评价斑块内出血相似的敏感性和特异性，并且能够为斑块内出血的分型提供依据 [33]。

4.4 MATCH

MR单次扫描多组织对比序列(Multi-contrast atherosclerosis characterization，MATCH)亦为3D序列，采用小角度梯度回波和特殊的磁化传递准备脉冲，多重回波图像的收集通过4个不同的TR时间的长短完成。MATCH序列可在单次扫描过程中获得三组不同对比的图像，其中第一个TR时间采用非选择性反转恢复脉冲和血流敏感去相位技术获得的Hyper-T1WI为重度加权T1WI，斑块的出血成分在图像上表现为高亮信号，与被抑制的其他组织成分间具有很好的对比从而极易识别。第二个 TR时间血液T1驰豫时间的恢复和新鲜血的流入可获得管腔呈略高信号的对比图像，称作灰血序列图像，与常规序列的TOF相比，可以很好地显示低信号的钙化成分。第四个TR 时间通过长的血流敏感去相位技术得到管壁T2WI。T2WI，用来提供管腔和管壁的形态学信息，识别斑块内脂质成分。Hyper-T1WI高信号的出血组织结合T2WI可准确区别新鲜出血和近期出血。Hyper-T1WI的对比与既往文献发表的MPRAGE序列的对比相一致，特征性显示斑块内出血。值得一提的是，MATCH序列仅用5 min的单次扫描，就可完成斑块内出血、钙化、脂质等成分的诊断，图像匹配好，诊断简单，有很好的应用前景 [34]。

4.5 DCE-MRI

MR动态增强扫描(dynamic contrast enhanced MRI，DCE-MRI)，采用T1WI抑脂序列，团注对比剂后，进行连续多时相扫描。MR对比增强扫描对区分斑块为易损斑块还是稳定斑块，对于临床处理方法的选择有非常重要的价值 [35]。尸检研究结果表明，斑块内出血与滋养血管相关，它最开始从外膜出现。外膜的滋养血管可以通过动态增强扫描的灌注参数来进行评价。临床上常用的两个生理学参数，血管容量转移常数(transfer constant，Ktrans)为内皮表面积和渗透率的计算结果，而分数血浆容量(fractional plasma volume，VP)是反映区域的血液供应量。有研究结果显示，相较无出血的斑块，斑块内出血处的K trans值更高，提示更高的内皮表面积或/和更高的渗透率。因而DCE-MRI可以显示血管外膜灌注的程度，进而评价斑块内出血 [36]。DCE-MRI可从组织微血流的变化，揭示与斑块出血相关的组织病理基础。

5 结语

随着新扫描序列的不断提出和扫描方案的不断改进，高分辨率MRI对斑块内出血诊断的敏感性和特异性得到明显的提高。新技术的临床验证与广泛的应用有助于早期发现与斑块内出血相关的易损斑块，进行积极地临床干预，可以降低颈动脉轻中度狭窄患者的临床事件，大大改善此类病人的预后。另一方面，对于既往由于技术原因而被忽略的小的斑块内出血，准确的诊断和评价有助于颈动脉粥样硬化斑块形成的病理生理机制研究。