颈动脉斑块的力学发展机制及MR成像技术的研究进展

梅 兰 综述，刁显明，邱丽华* 审校

(1.西南医科大学附属医院放射科，四川 泸州 646000；2.宜宾市第二人民医院CT/MR室，四川 宜宾 644000)

颈动脉斑块的力学发展机制及MR成像技术的研究进展

梅 兰1，2综述，刁显明2，邱丽华2*审校

(1.西南医科大学附属医院放射科，四川 泸州 646000；2.宜宾市第二人民医院CT/MR室，四川 宜宾 644000)

颈动脉斑块与脑卒中或短暂性脑缺血疾病密切相关。MRI于诊断和评估颈动脉斑块预后方面有重要作用，目前颈动脉斑块的MRI研究主要集中于评估斑块稳定性和明确病理机制等方面。本文对颈动脉斑块力学发展机制和MR成像技术的研究进展进行综述。

颈动脉；斑块，粥样硬化；磁共振成像；力学机制

颈动脉狭窄是缺血性脑卒中的严重危险因素，可致10%～20%的患者脑卒中或短暂性脑缺血发作[1]。随着MR血管成像技术的发展，高分辨率MR血管成像既可显示管腔狭窄程度，又可识别颈动脉斑块内组成成分，如斑块内出血(intraplaque hemorrhage， IPH)、坏死脂质核心(lipid-rich necrotic core, LRNC)、变薄或破裂的纤维帽(thinned/ruptured fibrous cap, TRFC)和钙化等，可准确判断斑块的稳定性，对患者行更精准的危险度分级[2]。本文对颈动脉斑块的力学发展机制及MR成像方法进行综述。

1 颈动脉粥样硬化斑块力学发展机制

颈动脉粥样硬化斑块的并发症主要包括急性动脉血栓形成、动脉栓塞及脑卒中，而颈动脉斑块周围血流动力学因素可能与其发病过程相关。Lovett等[3]认为血管壁面剪切应力(wall shear stress， WSS)有抗动脉粥样硬化作用，但当流体流经管腔的狭窄部位时，狭窄前端过高的剪切应力使血小板源性生长因子分泌减少，抑制了血管平滑肌细胞的蛋白合成，细胞凋亡增加，导致斑块的易损性增加。Marshall等[4]通过颈动脉模型重建及血流动力学数值模拟研究，认为WSS作用于斑块可被转化为生化信号。不同的剪切应力场可诱导趋化因子的表达不同，导致所形成的斑块组成成分不同，颈动脉的低剪切应力(low shear stress, LSS)相对于振动剪切应力更易诱导不稳定斑块形成，其特征为LSS诱导生长调节基因α、趋化因子Fractalkine和趋化因子IP-10的表达增加，其中趋化因子Fractalkine在LSS诱导形成不稳定斑块的过程中至关重要，所以抑制趋化因子Fractalkine与受体的相互作用，可能是一种减少不稳定斑块形成的有效方法[5]。当WSS超出斑块纤维帽强度限值时，斑块即发生破裂，来比较，患者的血压越高则斑块破裂的风险越大[6]。Lu等[7]通过模拟动脉粥样硬化斑块力学条件的有限元分析模型发现，导致斑块内新生血管出血的力学环境与斑块的形状、曲率、斑块与颈动脉管腔的距离和斑块组成成分的特性有关。相同条件下，合并有出血和溃疡成分的斑块越靠近颈动脉管腔，其周长与曲率越大、承受的压力和拉伸越大，斑块内的新生血管更易出血并加速斑块的破裂。目前对于斑块生物力学和易损斑块破裂间关系的研究少见，将其应用于治疗决策和手术规划中还需大量研究证实。

2 颈动脉斑块MR成像技术

随着高场强MR颈部专用多通道相控阵表面线圈、特殊成像序列以及靶向对比剂的应用，采用MR成像技术对患者进行多次随访扫描，可为建立个体化颈动脉斑块血流动力学数值模拟提供真实可靠的解剖结构和血流速度数据，为研究血流动力学因素对血流与动脉壁之间物质转运的影响，及其与斑块形成发展之间的关系提供了客观、有效的方法。

2.1 MR成像序列 最常用的脉冲序列为快速自旋回波(fast spin echo, FSE)序列，三维FSE T1WI较二维FSE T1WI具有更高的敏感度及特异度[8]。亮血技术常用时间飞跃法(time of flight， TOF)，可显示斑块内低信号的纤维帽、钙化及中等信号的LRNC，优势为采集时间短。相比TOF，黑血技术的优势为可显示斑块的形态及其组成成分，但采集时间相对较长。以章动作为选择激励的延迟交替(delay alternating with nutation for tailored excitation， DANTE)黑血技术，缩短了检查时间、拥有更高的信噪比，并可全方位覆盖管壁病灶，且三维动态DANTE黑血技术可实现外周血管壁快速全方位等分辨率成像[9]；三维运动敏感驱动平衡准备快速梯度回波(3D-MERGE)序列血流抑制的效果好，可清晰显示颈动脉管壁内外边界及斑块内钙化，对颈动脉粥样硬化斑块负荷的测量更准确[10]，可于2 min内覆盖全部颈动脉，保证了患者的依从性和图像质量[11]。三维弥散预备快速自旋回波DWI上LRNC呈高信号、低ADC，纤维帽、血栓和钙化则呈低信号，且LRNC的ADC值明显小于纤维帽和正常管壁的ADC值，有助于区分斑块内的LRNC与纤维帽[12]。Ota等[13]研究证实T1加权三维磁化强度预备梯度回波序列检测颈动脉IPH的敏感度和特异度可达到80%和97%。Wang等[14]认为厚层块选择性相位敏感反转恢复序列识别高铁血红蛋白的特异度及准确率较T1加权三维磁化强度预备梯度回波序列更高。各向同性容积三维快速自旋回波成像具有空间分辨率高和良好的血流抑制功能，能可靠地测量颅内血管壁的厚度并描绘斑块形态，于3.0T MR上扫描时间约7 min，可评估颈动脉及其远端颅内血管斑块的负荷，预测脑卒中的风险[15]。

2.2 MR常规增强扫描 目前临床常用的对比剂为Gd-DTPA，MR增强成像(contrast enhanced magnetic resonance imaging， CE-MRI)可用于量化评估斑块内新生血管的形成及炎症反应(正性相关)。LRNC和IPH于CE-MRI上无强化，而斑块内的纤维帽因富含新生血管而出现强化。CE-MRI还可直观地显示纤维帽的厚度及其连续性。Cai等[16]采用CE-MRI定量测量斑块内整体纤维帽沿管腔的周长和LRNC的大小，并与组织病理学检查结果行对照研究，发现二者具有高度一致性。准确评估纤维帽的厚度对判断斑块稳定性具有重要的临床意义。三维对比增强磁共振血管成像(three-dimensional dynamic contrast-enhanced magnetic resonance angiography, 3D-DCE-MRA)可显示颈动脉管腔狭窄程度、管壁厚度及其与管腔的关系，还可显示重度狭窄或闭塞管腔的侧支循环建立情况并测量狭窄范围，在一定程度上弥补了DSA的不足。与3D-DCE-MRA相比，3D-TOF-MRA和相位对比法MRA的优势为不需注射对比剂，无创伤；不足为易受血流动力学影响，于评价狭窄程度方面存在一定程度的夸大效应[17]。

2.3 MR特异性靶向分子对比剂 超小超顺磁性氧化铁(ultra small superparamagnetic iron oxide, USPIO)纳米颗粒CE-MRI是一种可量化斑块内炎症的影像学成像方法，可特异性识别颈动脉斑块内炎症反应，USPIO纳米颗粒通过受损的内皮细胞进入斑块后被巨噬细胞特异性吞噬，当其聚集于巨噬细胞内的时间大于24～36 h时，其本身的顺磁效应会导致相应区域T2WI信号降低，因此可从信号减低程度判断斑块易损性的程度[18]。Chen等[19]研究认为采用对比剂为高密度脂蛋白螯合钆(gadolinium-based contrast agent using high density lipoproteins, GBCA-HDL)的CE-MRI可监测斑块内巨噬细胞与胶原蛋白的含量，有利于临床分析斑块内成分的转归，并为寻求相应干预措施提供参考依据。Shen等[20]发现改变GBCA-HDL颗粒成分的组成和形状可进一步提高CE-MRI检测颈动脉斑块的有效性，将含载脂蛋白A-I的改良GBCA-HDL颗粒应用于CE-MRI，可提高富含巨噬细胞型颈动脉易损斑块的早期诊断率，评估疗效更加准确。同时还发现圆盘形GBCA-HDL粒子主要由肾脏排泄清除；而球形GBCA-HDL粒子主要由肝脏排泄并可削弱葡萄糖对肾功能的影响，从而降低患者患葡萄糖相关肾源性系统性纤维化的风险，并可应用于肝脏MRI造影。对比剂P947可用于检测和表征富含基质金属蛋白酶的动脉粥样硬化斑块，亦可作为检测活体内不稳定斑块中血管紧张素转化酶、金属蛋白酶环和氨肽酶N的有效对比剂[21]。

3 MRI定量分析颈动脉斑块成分

采用MRI定量分析斑块成分以预测患者预后为目前研究热点。Takaya等[22]研究发现IPH面积每增加10 mm2，斑块风险比(hazard ratio, HR)增加2.6(P=0.006)；LRNC最大百分比每增加10%，HR增加1.6(P=0.004)；管壁纤维帽的最大厚度每减少1 mm，HR增加1.6(P=0.008)。Gupta等[23]采用Meta分析评价MR颈动脉斑块成像与脑卒中风险发现颈动脉斑块内IPH、LRNC和TRFC与同侧缺血性事件密切相关(斑块HR的范围增大)，LRNC的HR≈3、IPH的HR≈4.59和TRFC的HR≈6，虽然3组HR结果比较差异无统计学意义，但该顺序却与动脉粥样硬化斑块病理学发展顺序一致，即在颈动脉粥样硬化斑块的发生发展过程中LRNC常发生于IPH之前，然后进一步发展为TRFC，最后形成栓子栓塞同侧远端动脉导致缺血或卒中。Ota等[24]研究发现在颈动脉粥样硬化斑块的发展过程中，IPH、LRNC%与TRFC独立相关，并证实MRI评估斑块内变薄纤维帽厚度的阈值与患者发生脑血管事件显著相关。Van Den Bouwhuijsen等[25]发现颈动脉粥样硬化斑块中钙化、IPH和脂质核心之间的关系复杂，具有较高钙化负荷的斑块内含有更多的出血性成分，但此类斑块内脂质核心较少，于高度狭窄患者中更为明显，提示钙化可能为不稳定因素。

综上所述，随着MR成像技术的发展，为进一步明确颈动脉斑块生物力学机制及临床评价颈动脉不稳定斑块破裂风险提供了客观的生物力学及影像学指标。MRI对颈动脉斑块形态、组成成分和局部血流动力学的综合评估，不仅有助于认识发病机制，还为评价斑块的稳定性与缺血性卒中的关系提供了依据。

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使用阿拉伯数字和汉字数字的一般原则

根据GB/T 15835《出版物上数字用法的规定》

(1)在统计图表、数学运算、公式推导中所有数字包括正负整数、小数、分数、百分数和比例等，都必须使用阿拉伯数字。

(2)在汉字中已经定型的词、词组、成语、缩略语等都必须使用汉语数字，例如：一次方程、三维超声、二尖瓣、法洛四联症、星期一、五六天、八九个月、四十七八岁等。

(3)除了上述情况以外，凡是使用阿拉伯数字而且又很得体的地方，都应该使用阿拉伯数字。遇到特殊情况时，可以灵活掌握，但应该注意使全篇同一。

(4)如果数字的量级小于1时，小数点前面的零(0)不能省去，如0.32不能写成.32。

ProgressesofmechanicsdevelopmentmechanismandMRtechniquesincarotidplaque

MEILan1,2，DIAOXianming2，QIULihua2*
(1.DepartmentofRadiology,theAffiliatedHospitalofSouthwestMedicalUniversity,Luzhou646000,China;2.CT/MRIDivision,theSecondPeople'sHospitalofYibin,Yibin644000,China)

Carotid plaques are closely related to strokes or transient ischemic attacks. MRI plays an important role in the diagnosis and evaluation of prognosis. At present, the study of carotid plaque MRI is mainly focused on the evaluation of plaque stability and pathological mechanism. The research progresses of development mechanism and MR techniques in the diagnosis of carotid plaque were reviewed in this article.

Carotid arteries; Plaque, atherosclerotic; Magnetic resonance imaging; Mechanics mechanism

10.13929/j.1003-3289.201703140

R543.5; R445.2

A

1003-3289(2017)10-1558-04

四川省卫生和计划生育委员会普及应用项目(16PJ584)。

梅兰(1991—)，女，重庆人，在读硕士。研究方向：神经系统影像学。E-mail: 1241042245@qq.com

邱丽华，宜宾市第二人民医院CT/MRI室，644000。E-mail: 283708370@qq.com

2017-03-26

2017-06-15