颅内动脉粥样硬化的高分辨力血管壁成像特征及临床应用

陈雅筝 李澄* 朱梦颖 陈晓晖 赵登玲 彭新桂

神经放射学

颅内动脉粥样硬化 (intracranial atherosclerosis,ICAS)是缺血性脑卒中的主要原因[1]。缺血性脑卒中的发生主要与ICAS斑块的稳定性有关[2]。当前，临床几乎都用管腔狭窄程度评价动脉粥样硬化的严重性，但越来越多的证据表明，管腔狭窄情况不足以说明ICAS的严重程度和相应的临床风险[3]。MR血管壁成像 (vessel wall magnetic resonance imaging,VW-MRI)不仅能显示管腔，而且可以对管壁进行成像，判断狭窄病因，并分析斑块成分，为临床病因治疗提供更直观的影像依据，被认为是目前唯一可对颅内血管壁进行成像的无创性检查技术。

1 VW-MRI“黑血”技术

因颅内动脉管径细小、位置较深且走行迂曲等特殊解剖特点，与颅外动脉成像相比，颅内动脉的管壁成像面临更大挑战。颅内VW-MRI技术的关键在于抑制流动的血液与脑脊液信号，清晰显示管壁边界，从而准确评估斑块的形态及成分，这就是所谓的“黑血”技术。除传统的二维管壁成像技术外，运动敏感驱动平衡 （motion-sensitized driven equilibrium，MSDE）技术及改进的运动敏感驱动平衡(improved motion-sensitized driven equilibrium，iMSDE)技术、3D 快速自旋回波 （3D turbo spin echo，3D TSE)技术、变延迟进动定制激发(delays alternating with nutation for tailored excitation，DANTE）技术、3D非增强血管成像与斑块内出血同时成像（3D simultaneous noncontrast angiography and intraplaque hemorrhage,3D SNAP）等越来越多的新技术被用于抑制血流信号。

1.1 传统二维VW-MRI技术 二维VW-MRI技术主要利用预饱和脉冲、双反转恢复和四反转恢复准备脉冲等方法抑制血流信号，使之呈低信号，与周围组织的高信号形成对比，从而显示管壁斑块结构。二维成像技术存在血流抑制效果较差，扫描范围较小，扫描时间较长等缺点。

1.2 MSDE及iMSDE技术 MSDE及iMSDE技术利用流动敏感的去相位梯度来抑制流动，这种技术会引起T2信号衰减和SNR降低，且易受磁场不均匀性影响[4]。

1.3 DANTE技术 DANTE技术作为一种抑制血流信号的新方法，是通过连续的小角度激发脉冲与散相梯度回波，使不同运动状态的物质产生有差别的信号，从而抑制血流信号[5]。DANTE技术对运动信号十分敏感，能较好地抑制血流信号与脑脊液信号，但对梯度要求较高，扫描时间较长。

1.4 3D TSE及其优化技术 最常用的颅内VWMRI三维技术是3D TSE技术，该技术采用非选择脉冲和可变翻转角重聚焦脉冲，使回波间距明显缩短，扫描效率提高。该技术由不同的MR平台优化，形成了GE公司的超长回波链快速自旋回波（3D fast spin echo with an extended echo train acquistion，CUBE）、Siemens公司的可变翻转角度快速自旋回波（sampling perfection with application optimized contrast using different flip angle evolution，SPACE） 和Philips公司的容积各向同性快速自旋回波（volume isotropic turbo spin echo acquisition，VISTA）序列[6]。应用该序列可获得T1WI、T2WI及质子密度加权成像（PDWI），有利于斑块成分的定性和定量分析。Cogswell等[7]和Xie等[8]在3 T MR上使用DANTE和可变翻转角 TSE的组合（DANTE-VISTA、DANTE-SPACE）同时抑制脑脊液及血液信号，提高管壁与血液、脑脊液的对比度。因DANTE对大脑中动脉（middle cerebral artery,MCA）M2段的脑脊液信号抑制不理想，Fan等[9]提出了另一种脑脊液抑制新方法，即在成像序列回波链最后施加3个反转恢复脉冲（inversion recovery,IR）来进一步均匀抑制颅内脑脊液信号并提高T1加权对比度，称为IR-SPACE。最近，Zhu等[10]首次把压缩感知技术应用于3D黑血颅内VW-MRI，以缩短扫描时间。

1.5 3D SNAP技术 3D SNAP充分利用选择性相位敏感反转恢复（slab-selective phasesensitive inversion-recovery，SPI）技术，仅一次采集就能同时得到非增强的血管成像影像和易于观察斑块内出血（intraplaque hemorrhage,IPH）的T1*WI影像。

2 VW-MRI评价颅内动脉粥样硬化斑块

2.1 血管狭窄程度 尽管管腔狭窄作为评估ICAS的重要指标，但其不足以评估ICAS的严重程度和预测未来的脑血管事件[3]。MRA评价颅内动脉狭窄程度时，低速血流可导致血管内信号缺失[6],而血管轻度狭窄时又会被低估，甚至不能发现狭窄。有研究[4]证实，VW-MRI评价血管狭窄程度与DSA高度一致。

2.2 斑块负荷 斑块负荷是评价斑块稳定性的要素之一，常用管腔面积、管壁面积及管壁厚度等指标评价斑块负荷。针对MCA狭窄病人管壁特征的一些研究发现，症状性MCA狭窄病人较无症状病人的斑块负荷更大，易继发脑卒中[11-12]。Sun等[13]发现ICAS斑块负荷与12个月后复发性卒中有关。较大的斑块负荷不仅引起管腔狭窄，导致灌注不足，且更容易发生斑块破裂，诱发脑卒中。VW-MRI对斑块负荷的定量分析，对脑卒中临床风险的预测及干预有重要意义。

2.3 动脉重构 动脉重构是ICAS中常见的重要病理机制，包含正性重构和负性重构2种模式。在动脉硬化过程中斑块面积增加，前者的管壁增厚，代偿性向外扩张，有利于维持管腔内径，但会使血管更加脆弱；而后者的血管壁向腔内增厚，这会加重管腔狭窄，但也会使动脉壁更稳定，两者都可促使脑卒中发生[12]。多项研究显示症状性MCA狭窄病人多为正性重构，而无症状病人以负性重构为主，正性重构较负性重构的斑块负荷及重构指数更大，斑块稳定性更差，易致病人发生脑卒中[11,14]。Shi等[12]研究表明，在正性重构的症状性MCA狭窄病人中发现更多的微栓子信号，可能更易发生栓子脱落，提示正性重构可能与斑块不稳定,甚至破裂有关。重构模式不同，斑块稳定性不同，因而选择的治疗方案可能也不同。VW-MRI有利于检测出传统影像技术较难发现的早期ICAS，且能指导治疗方案的选择。

2.4 斑块分布 颅内斑块常因阻塞穿支血管而引起脑缺血事件，且与颅内介入术后可能发生的“雪梨效应”相关，因而了解斑块位置十分重要。Xu等[15]观察MCA狭窄病人的斑块分布发现，斑块多分布于腹侧壁和下壁，少部分位于背侧壁及上壁。解剖学证明，MCA的穿支血管多发自血管的背侧壁和上壁。这揭示斑块好发于穿支开口相对处，这是大部分MCA狭窄病人无症状的原因。Chen等[16]观察基底动脉狭窄病人的斑块分布，发现负荷最大的斑块最常见于侧壁，其次是腹侧壁和背侧壁，与基底动脉的穿支血管主要来自血管的侧壁和背侧壁一致，这可能是基底动脉支架置入术后缺血事件发生率较高的原因。Yu等[17]近年研究发现椎基底动脉的形态对斑块分布影响较大。VW-MRI可显示斑块位置，从而评价斑块与分支或穿支动脉的关系，指导介入治疗。

2.5 斑块强化 VW-MRI上典型的ICAS斑块表现为偏心性、不均匀轻到中等强化，斑块强化与斑块内新生血管形成、炎症及内皮细胞通透性增加有关，斑块强化可能是斑块不稳定和卒中风险的标志物[18-21]。Skarpathiotakis等[22]发现4周内缺血性脑卒中病人的颅内责任动脉斑块均明显强化，且随着时间延长，斑块强化程度下降，说明斑块强化可能和急性缺血性卒中有关。一项大型前瞻性研究证明，颅内斑块强化与ICAS病人卒中的复发相关[23]。一些研究者[21，24]通过ICAS斑块强化与卒中之间关联的荟萃分析研究发现VW-MRI检测到的颅内斑块增强与缺血性卒中密切相关，提出斑块增强可以提供相对简单的方法来检测高风险血管壁的特征。

2.6 斑块成分分析 易损斑块是指所有形成血栓倾向较大及容易快速进展的斑块[25]。易损斑块破裂引起血栓栓塞是缺血性卒中的主要发病原因。与病理学对照研究证实，VW-MRI几乎能准确辨认所有颈动脉易损斑块的特征 （IPH、富含脂质的坏死核心、薄纤维帽及钙化等），越来越多研究证实ICAS中同样存在这些易损斑块[2,26]，下文将详细讨论。

2.6.1 IPH IPH可能源于斑块内新生血管或滋养血管破裂，其可引起红细胞聚集、胆固醇沉积、巨噬细胞浸润与脂质核心增大，导致斑块生长及其不稳定。新鲜出血在T1WI、T2WI及PDWI序列上多表现为高信号，在TOF序列上表现为混杂或高信号。依照颈动脉的研究，将IPH定义为T1WI上显示病灶的信号强度≥相邻肌肉信号的150%，并将IPH作为独立预测因素用于脑卒中发病风险的评价[27]。Chen等[28]对中国成人MCA粥样硬化尸检结果的研究表明，脑梗死病人IPH的发生率为非脑梗死病人的2倍左右。Xu等[29]对粥样硬化性MCA狭窄的研究提示，症状组IPH检出率明显高于非症状组，同时发现颅内动脉IPH的发生率低于颅外动脉，这可能与颅内动脉滋养血管较少有关。Zhu等[27]在基底动脉的研究中也有类似发现，并提出IPH是症状性斑块的最佳独立标志物，而与狭窄程度无关。虽然VW-MRI能识别IPH，但对于卒中风险的预测，还需进一步前瞻性研究。

2.6.2 富含脂质的坏死核心 斑块坏死核心内出现大量脂质沉积是易损斑块的又一标志，富含脂质的坏死核心（lipid-rich necrotic core,LRNC）在 T1WI上为等低信号，在T2WI上呈低信号[6]。一项MCA的VW-MRI与组织学比较的研究证明，T1WI脂肪抑制序列的低信号是斑块内脂质核心，可用于区分ICAS与其他颅内血管病变，并评估ICAS斑块的易损性[6]。ICAS斑块LRNC的有无、数量及大小与脑卒中发生及预后的关系尚不明确，仍需进一步研究。

2.6.3 纤维帽 纤维帽是斑块脂质核表面形成的纤维结缔组织，纤维帽破裂将导致LRNC与血液接触，从而引起血栓栓塞，所以纤维帽的厚薄在维持斑块稳定性中起重要作用。许多研究者认为动脉斑块上邻近管腔表面的且在T1WI、T2WI及PDWI上表现为高信号灶可能为纤维帽，这已在组织学中得到证实[31]。受血管结构特点及目前VW-MRI分辨率的影响，较难准确辨别颅内动脉斑块的纤维帽。

2.6.4 钙化 斑块表面的钙化是易损斑块的特征之一，当钙化在纤维帽内或周围时，可突向管腔内引起纤维帽破裂。钙化在诸序列上均呈弧形或不规则形低信号。Chen等[28]报道，在一系列中国成人尸检病例的MCA标本中，钙化的发生率很高，但在症状组与无症状组间差异无统计学意义。目前VWMRI用于ICAS斑块内钙化的研究相对较少。

3 VW-MRI的临床应用

3.1 分析卒中病因及发病机制 VW-MRI可在一定程度上显示颅内动脉的管壁特征，有助于卒中病因分型及明确发病机制[32-33]。在血管炎病人中，管壁多为向心性增厚及均匀强化。VW-MRI能清晰显示双腔征、内膜片及壁内血肿等动脉夹层的直接征象[34]。Moyamoya病的VW-MRI特征多为向心性管壁增厚及强化，外径缩小及周边侧支血管重建[6]。可逆性脑血管收缩综合征病人的管壁一般无强化或轻度强化。

Gao等[35]提出的中国缺血性卒中分型（Chinese ischemic stroke subclassification,CISS）将颅内外大动脉粥样硬化性缺血性卒中的发病机制分为：载体动脉斑块或血栓阻塞穿支动脉；动脉-动脉栓塞；低灌注/栓子清除能力下降和混合机制。在ICAS病人中，易损斑块容易破裂导致动脉-动脉栓塞，这是发生缺血性卒中的主要机制。斑块或血栓形成阻塞穿支动脉开口，导致相应脑组织坏死是缺血性卒中的另一主要原因。对于稳定斑块，由于重度狭窄引起的低灌注导致脑卒中的可能性更大，尤好发于侧支循环不足的病人。

3.2 指导治疗 Chung等[36]对他汀类药物治疗的颅内动脉粥样硬化性急性卒中病人行VW-MRI检查发现，他汀类药物的使用与斑块强化程度下降有关。这提示在ICAS中，VW-MRI或许能通过观察药物治疗前后斑块负荷及脂质核等的变化来评价药物疗效，但需要大样本来进一步证实。颅内狭窄动脉行介入术前，可以先行VW-MRI观察斑块的大小及位置，评估穿支动脉闭塞风险，且有助于选择适当的手术部位及合适的手术器材，以减少并发症的出现[37]。发生正性重构的病人，其斑块更不稳定，更易破裂，所以操作时更需谨慎；对于负性重构的血管，因管腔变窄，手术时要适当减小支架规格或球囊压力，以免损伤血管。Jiang等[37]已成功在VWMRI引导下对基底动脉狭窄病人行血管内介入治疗。Li等[38]介绍了1例血管内取栓术后行VW-MRI的个案报道，提出使用VW-MRI区分血管内治疗后的炎症和内皮损伤是未来的一个研究方向，这可能有助于治疗方案的选择。

4 技术局限与展望

VW-MRI不仅能早期识别易损斑块，同时也能对破裂风险进行评估，为缺血性卒中的病因学诊断与预防带来了新希望。但VW-MRI研究也存在一定局限性，针对无症状性颅内动脉狭窄的研究相对较少；缺乏大样本长期随访研究；病人难以耐受较长的扫描时间、花费较昂贵，斑块特征缺少病理学对照等问题亟待解决。未来需要对颅内动脉进行更深入的研究，探索新的成像序列，应用更快速、更高分辨率的成像方式和更精确的测量方法，以提高ICAS斑块诊断的准确性和效率，精准预测脑缺血事件的发生，为脑血管病的二级预防、个性化治疗以及疗效的评价提供可靠依据。