3D SPACE序列及后处理在显示大脑中动脉硬化中的临床价值

袁焕初，郑晓林，邹玉坚，范宪淼，张坤林，黄小兰，陈仰昆

脑动脉硬化是临床上的常见病、多发病，能导致不同程度的脑组织供血障碍，为脑萎缩、脑白质脱髓鞘和脑梗死的直接原因[1，2]。常规显示脑内血管的方法如CT血管成像(CT angiography,CTA)、数字减影血管造影(digital subtraction angiography)和MR血管成像(MR angiography,MRA)不能清晰显示脑血管壁的病变和性质[3]。高分辨率MRI的颅内脑血管壁成像(high-resolution magnetic resonance imaging，HR-MRI)是一种新的MRI血管壁成像序列(MR-vessel wall imaging,MR-VWI)[4]，能够显示脑动脉壁的厚度、动脉硬化性斑块及其结构，近年来已经在临床上得到越来越广泛的应用[5，6]。大脑中动脉(middle cerebral artery，MCA)是颈内动脉的直径延续，是颈内动脉的最大分支，MCA较细小且走向迂曲，即使采用高分辨率MRI血管成像，单从某一层面或断面难以准确对病变进行评估，故本文采用三维可变翻转角快速自旋回波序列(3 dimentional sampling perfections with application optimized contrasts using different flip angle evolutions,3D SPACE)进行脑动脉成像，对MCA硬化性病变进行后处理，观察和分析MCA动脉硬化的MRI表现，旨在探讨3D SPACE序列的应用价值。

材料与方法

1.病例资料

搜集2018年9月-2019年7月间符合脑动脉硬化诊断标准同时有MCA硬化的患者共40例，其中男24例，女16例，年龄29～84岁，平均(56.75±14.11)岁；主要临床症状有头晕、头痛、肢体麻木、无力；主要体征为肢体活动障碍，不同程度肢体瘫痪，血压增高。部分患者既往有糖尿病、高脂血症、脑卒中病史(表1)。

表1 40例MCA硬化患者的临床资料

病例纳入标准：①患者被知情告知并签署知情同意书；②临床资料、病史、实验室检查和各影像学检查明确诊断为脑动脉硬化者；③MRI常规序列及DWI具有脑缺血表现(包括大脑半球MCA供血区脑白质多发性脱髓鞘、脑梗死)；④ 3D SPACE图像清晰、扫描数据完整，达到分析要求；⑤3D SPACE序列有MCA硬化表现。病例排除标准：① MRI常规序列和DWI显示脑缺血改变不明确，即脑白质信号正常，无脱髓鞘或脑梗死等表现；② 3D SPACE图像不清晰或序列不全；③非大脑中动脉硬化性病变，如血管炎；④颈内动脉严重狭窄或闭塞，使脑缺血责任血管不明确者。

2.MRI检查方法

采用德国西门子公司Skyra 3.0超导型MR 成像系统，20通道头颈联合线圈，患者取仰卧位，头先进。扫描序列：①常规序列：常规颅脑T1WI、T2WI、DWI轴面，FLAIR冠状面；②脑血管成像：平扫时间飞逝法MR脑血管成像(3 dimension-time of flight-MRA，3D-TOF-MRA)、增强脑血管成像(3 dimension-contrast enhancement-MRA,3D-CE-MRA)，平扫MRA，扫描参数：TR 21 ms,TE 3.42 ms，翻转角19°，视野200 mm×160 mm，矩阵384×268，扫描时间2 min46 s。CE MRA扫描参数：TR 3.17 ms,TE 1.15 ms，翻转角25°，视野300 mm×243 mm，矩阵384×268，扫描时间12秒；③冠状面3D SPACE自旋回波序列，基线与MCA病变血管节段平行，扫描范围为颈内动脉C3段前缘至大脑中动脉M3段，3D采集，扫描参数：T1WI-FS，TR 980 ms,TE 20 ms，视野180 mm×160 mm，层厚0.35 mm，层间距0，共120层，块厚(范围)42 mm，分辨率0.4 mm×0.4 mm×0.35 mm，回波链127个，翻转角可变，扫描时间5分32秒；T2WI-FS，TR 1610 ms,TE 124 ms，视野220 mm×190 mm，层厚0.6 mm，层间距0，共48层，块厚(范围)28.8 mm，分辨率0.7 mm×0.7 mm×0.5 mm，回波链228个，翻转角可变，扫描时间5 min 3 s；增强扫描，T1WI(参数与平扫相同)，使用钆喷酸葡胺对比剂(Magnevist，德国Bayer Pharma公司)，经肘静脉注射，流率3 mL/s，剂量0.1 mL/kg，注射对比剂后5 min开始扫描。

3.图像后处理

将3D SPACE数据(dicom格式)导入图像后处理工作站(西门子Syngo MR E 11、飞利浦EBW V4.5.5.51035工作站)。将增强扫描序列的数据由近及远对颈内动脉和MCA定位，形成MCA曲面重建(curve plane reconstruction,CPR)图像，显示范围包括颈内动脉颅内段、大脑中动脉M1、M2、M3段。根据CPR图像，对各序列动脉硬化病变处(血管斑块)进行垂直于血管壁的断面重建，层厚0.4 mm，层间距0，为了保证CPR所显示的病变与断面图像位置一致，在EBW工作站采取三维立体定位的方法(MPR与CPR图像上，任意一点可以匹配定位)。

4.分析方法

由2位从事神经放射学专业、具有高级职称的放射诊断医师(副主任医师和主任医师各一位)对病变进行观察、测量和分析，并记录结果，对所得的值取平均值。首先观察3D-TOF-MRA和3D-CE-MRA上MCA的表现，进而分析3D SPACE各序列的表现：①在病变侧MCA的原始图、CPR图，计数MCA增强扫描CPR的病变数目及长度类型，分为局限性(斑块长度小于10mm、形态为结节状，厚度与长度接近，邻近血管壁无明显异常)和节段性(病变长度大于厚度，呈厚薄不均之线状)；②以CPR作为病变定位做最狭窄处的血管断面重建图像：将血管壁病变分为非均匀性增厚(管腔断面呈偏心性改变)、均匀性增厚(管腔断面呈中心性改变)及其T1WI-FS和T2WI-FS的信号强度，平扫信号强度与近端无病变处血管壁相比较，增强的强化程度与垂体前叶比较[7]：测量斑块增强后的信号强度，高于或等于垂体增强度为明显强化，小于垂体为中度强化，斑块信号在平扫基础上略增加为轻微强化。同时观察斑块部位的内膜完整性：斑块的血管内膜面表现为缺损、不光滑为不完整，斑块表面光滑，隐约可见内膜线为完整；③采用EBW工作站、Syngo软件计算病变处血管断面的狭窄程度，测量方法和原理为软件选取斑块近端的正常血管作为参照，测量斑块处及参照处管腔面积并计算血管狭窄程度(血管狭窄率)，计算公式为血管狭窄率=[1-(斑块处管腔面积/参照处血管腔面积)]×100%[8](图1)。

分组：根据常规T1WI、T2WI、FLAIR与DWI图像进行综合观察(3D SPACE扫描前3天内)，判断有无脑梗死，根据DWI和ADC图进一步判断是否为急性脑梗死。将患者分为MCA供血区脑梗死组(组1、组2)和无脑梗死组(仅有脱髓鞘性病变)(组3)。脑梗死组按DWI是否为高信号分为急性梗死组(组1)和非急性脑梗死组(组2)。比较各组上述观察和测量数据的差异。

5.统计学分析

结 果

1.患者脑组织缺血(分组)情况

再有就是皮肤的干燥，这在北方尤其明显。室内温度较高，更会加速皮肤水分流失。可以在平时喝的茶中下下功夫，如果已经感到嗓子干痛，鼻子干燥，可以用芦根、白茅根各15克，煎汤代茶饮，在特别干热的环境中坚持喝上一周，蠢蠢欲动的上呼吸道感染可能就能扛过去。

40例患者中，MCA供血区脑梗死30例，其中DWI提示急性脑梗死19例，其中单纯累及基底节区4例、皮质区5例，基底节区和皮质同时受累10例；非急性脑梗死11例，均位于基底节区，其中1例合并皮质梗死。所有梗死灶最大经线为6～20 mm，呈局限性病变。脑白质脱髓鞘(无脑梗死)患者10例。

2.MCA硬化性斑块的MRI表现

CPR显示动脉硬化斑块共61处，包括局限性32处、节段性29处。血管断面重建表现为偏心性增厚55处、均匀性增厚6处，T1WI呈稍高信号42处、高信号19处，T2WI呈等信号30处、高信号31处，硬化斑块轻微强化3处、中度强化34处、明显强化24处，斑块处动脉内膜完好光整11处、缺损中断50处。各组的MRI表现及其统计学分析结果见表2，显示急性脑梗死组以节段性狭窄、T1WI和T2WI高信号、病变明显强化为主，无脑梗死组以局灶性狭窄、T1WI稍高信号和T2WI等信号、增强强化程度低为主，而非急性脑梗死组介于两者之间(图2～4)。3组的断面血管增厚均以偏心性、且血管内膜不完整为主，3组间差异均无统计学意义(P<0.05)。

3.斑块的量化分析结果

经EBW工作站、Syngo软件计算，得到斑块处血管的狭窄程度为25%～97%，其中急性脑梗死组为35%～97%，非急性脑梗死组为34%～91%，无脑梗死组为25%～85%。统计学分析结果提示狭窄程度系非正态分布数据，故行秩和检验，结果为急性脑梗死组狭窄程度明显高于其他2组。内膜强化信号增高为121～608(任意单位)，具体为急性脑梗死组为230～608，非急性梗死组为183～500，无梗死组为121～260。增强结果显示急性脑梗死组强化程度最高，非急性脑梗死组次之，无脑梗死组强化程度最低，3组间差异有统计学意义(表3，图5、6)。

讨 论

3D SPACE序列属于高分辨率血管MR成像(HR-MRI)的序列，3D血管壁成像序列在不同的机型英文缩写不同，本研究使用的是西门子3.0T机型，其英文缩写为3D SPACE[6]。该序列主要优势是一次激励，在可变翻转角基础上多次聚焦，反复采集信号，同时省去了选层梯度，故能在较短时间内采集更多的信号，使图像分辨率增高。与常规的高分辨率扫描比较，能有效抑制血流信号，清晰显示细小的血管[4,6]，如本研究所用的扫描方法中，层厚仅为0.35 mm，一个三维块扫描时间为5～6 min。近年来，3D SPACE序列已逐渐应用于周围神经成像、脑内血管成像，其临床价值已得到充分的证实[5，6，9]。

表2 各组MCA硬化的MRI表现及其比较结果

表3 大脑中动脉硬化狭窄和增强信号强度比较 (%)

注：非急性脑梗死组与无脑梗死组间狭窄程度的百分比差异无统计学意义，其余组间数据差异均有统计学意义。

本研究采用3D SPACE序列进行MCA血管壁成像，选择冠状面3D采集，目的是平行于大脑中动脉主干及近侧分支的走向，节约采集层数，在短的时间内得到血管壁的T1WI、T2WI和增强图像，本数据各项同性较强，能够作任意方位的重建。由于大脑中动脉走向迂曲，在任何层面不能观察其全貌，故首先行大脑中动脉M1、M2、M3段的CPR重建，明确病变(斑块)的数目、位置和长度(范围)，然后对重要病变进行垂直于血管断面的重建，进一步观察斑块的厚度、信号改变、强化程度和硬化斑块处血管内膜的完整性等MRI表现特征。孙雪园等[10]、杨万群等[11]采用2D FSE序列观察MCA斑块强化程度，扫描范围小、扫描时间长，部分患者难以耐受，且图像不能做大范围的三维重建；Li等[12]、白雪芹等[13]采用3D CUBE T1WI 及增强 CUBE T1WI行矢状面扫描，观察MCA硬化血管壁改变。笔者采用上述方法在对病变的定位和显示的基础上，还对需要观察的指标如病变长度、斑块表现内膜的完整性、斑块信号强度、强化程度进行了较客观性的描述，其中强化程度与垂体相比较具有参考文献作为依据，说明本分析结果可能较准确和严谨。

经过对本组40例患者进行观察和研究，CPR明确显示MCA硬化61处，包括节段性病变29处，局限性病变32处。在病变中心的断面重建图像上进行观察，斑块的厚度、信号改变、强化程度和硬化斑块处血管内膜的完整性均显示较为清楚且表现各有差异。因为脑缺血[包括脑梗死和缺血性脱髓鞘(也称为缺血灶)]是动脉硬化最严重的后果，故笔者将患者分为急性脑梗死(组1)、非急性脑梗死(组2)和无脑梗死但有脱髓鞘(组3)这3个组，实际上也代表脑组织的缺血程度，以进一步探讨上述表现与脑缺血的关系。本研究结果显示，急性脑梗死组动脉硬化病变的范围较广泛，呈节段性病变较多，T1WI、T2WI以高信号为主，增强扫描强化明显，提示病变为活动期，如狭窄段长对血流影响较大，高信号代表斑块内脂质含量较高或有不同时期的出血[14]，病变区强化明显说明炎症反应较激烈[15]，部分病变累及穿支动脉(豆纹动脉)导致基底节区腔隙性脑梗死。无脑梗死组动脉病变多为局限性、T1WI、T2WI信号较低，多为稍高或等信号，增强斑块处强化程度较低，提示对血流影响较小，动脉壁病变轻，炎症反应不明显，导致脑白质病变，多发生于大脑皮层下或其他部位的脑白质。而非急性脑梗死组的上述MRI特征介于两者之间，分析可能是血管病变经过急性期后，机体对病灶可能产生修复性反应或治疗，使病变有一定修复[16]，所以病变的MRI表现血管狭窄可为节段性或局限性、T1WI、T2WI呈等或稍高信号、以中等度强化为主。需要说明的是检验结果中病变的长度虽然组间差异没有统计学意义，但急性脑梗死组节段性病变的数量明显多于无脑梗死组，也可以说明病变长度对脑缺血程度的影响；另外，MCA硬化斑块断面多表现为偏心性，动脉内膜不规则(不完整)较多，但各组患者无统计学差异，这可能与动脉硬化病变本身的病理特点有关[10，14]，与血管炎不同[16]。

笔者还对3组患者的MCA硬化血管狭窄程度和病变增强程度进行量化分析，考虑到脑内血管细小，用人工勾画误差太大，也难以实现，故血管狭窄程度的计算应用第三方软件可能较便捷获得较准确的结果，其方法和原理是根据病变及其近端的正常管径而计算出狭窄程度。目前用本方法计算脑动脉狭窄程度的报道较少。本研究结果显示，急性脑梗死组血管狭窄程度最重，非急性脑梗死组狭窄程度低于急性脑梗死组，无脑梗死组狭窄程度最轻，统计学分析结果显示急性脑梗死组的狭窄程度明显高于其他2组，虽然非急性脑梗死组的狭窄程度与无脑梗死组差异无统计学意义，但在数值上前者狭窄程度重于后者，也可进一步反映血管狭窄程度对脑组织供血的影响，即狭窄程度越重，脑缺血的程度越重，Ryu等[17]研究了症状性颅内动脉粥样硬化与颅内动脉中重度狭窄的关系，回归分析显示只有责任血管狭窄程度为缺血性梗死的独立影响因素，本研究结果与其大致相符。在各组的强化程度(增强前后病变处的信号强度差异)比较中，发现急性脑梗死组的斑块强化最明显，信号强度增高幅度最大，非急性脑梗死组强化较明显，信号强度增高的幅度次之，无脑梗死组为轻度强化，信号强度增高的幅度最小，说明病变强化程度能够提示血管的病变严重性，与脑组织的缺血程度密切相关，其机理已在前面提及。有学者认为斑块的强化程度能作为其是否易脆的标志，可作为未来发生脑梗死风险评估的根据[18]。动脉硬化性脑血管病变的病理基础为血管内膜损伤、缺损，大量含脂质的吞噬细胞浸润、崩解，形成粥样物质，同时伴有结缔组织增生[14，15]，使血管壁具有特定的MRI表现。本研究对大脑中动脉狭窄程度和强化程度进行量化分析，所得到的结果能较深入地解释脑缺血的影响因素，故狭窄程度和强化程度能作为对脑组织血供影响的有价值的观察指标，同时通过血管壁的病变特点能预测脑缺血的程度及后果，也对临床治疗具有重要的指导作用。

本文具有以下局限性：病例数偏少，对斑块结构的观察不够具体，仅描述为高信号、稍高或等信号；脑动脉硬化病变及斑块病理改变复杂，本文未对其结构和成分作进一步分析，尚需优化扫描参数、提高分辨率进行显示，对MRI表现加深认识。

综上所述，3D SPACE序列及后处理技术可最大范围显示出MCA各段及其管壁硬化性病变，CPR能明确病变的数目及确定斑块的位置，为血管断面方向观察病变提供定位依据。经过斑块中心的血管断面MPR能显示动脉硬化斑块的厚度、管腔形态、狭窄程度、信号特点、强化程度和内膜完整性。急性脑梗死、非急性脑梗死和无脑梗死患者各种MRI表现的严重程度也不相同，说明3D SPACE序列对MCA硬化性病变具有一定的临床应用价值。