高分辨率磁共振在大脑中动脉粥样硬化的应用进展

史楠楠 曹冰清 杨 谦

1）西安医学院，陕西 西安 710068 2）陕西省人民医院，陕西 西安 710068

脑卒中是最常见的死亡原因，其中缺血性脑卒中占比81.9%［1］，严重威胁居民健康。颅外颈动脉粥样硬化性狭窄是白种人脑卒中患者最常见的血管病变。颅内动脉粥样硬化性狭窄（intracranial athero⁃sclerosis ICAS）在亚裔、黑人和西班牙裔脑卒中患者中普遍存在，其发病率在缺血性脑卒中或短暂性脑缺血发作（transient ischemic attack，TIA）病例的33%～67%，且ICAS与脑梗死的复发存在密切相关性［2］，大脑中动脉（middle cerebral artery，MCA）是最常见受累血管［3］。MCA 是脑实质的主要供血动脉，评估其血管壁和斑块的特征对临床治疗和脑卒中的预防具有重要意义。早期确定ICAS的病因，明确病变处狭窄处血管的管壁特征，对选择合理的治疗和预防方式有重要意义。颅内动脉粥样硬化性狭窄的评估可以使用计算机断层血管造影（computed tomogra⁃phy angiography，CT-Angiograph，CTA）、数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA）、磁共振血管造影（magnetic resonance angiography，MRA），然而，这些血管成像模式仅显示管腔狭窄，不能提供血管壁潜在病理的信息。随着高分辨率（high resolu⁃tion，HR）和磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）的发展及其在颅内动脉中的广泛应用，一些研究表明，仅通过狭窄评估卒中风险是不合适的，血管壁和斑块的狭窄特征与缺血性卒中的发病关系更为密切［3］。HR-MRI 是目前在体颅内血管壁的唯一成像方法，不仅能够反映狭窄程度，还可 反映斑块形态、斑块成分、炎症等斑块内因素，是动脉粥样硬化易损病变的预测因子，现将3.0T 高分辨率核磁共振在大脑中动脉动脉粥样硬化中的应用做如下综述。

1 ICAS的病理机制

动脉粥样硬化是一种慢性炎症过程。高血压、糖尿病、吸烟等高危因素可导致血管内皮功能异常、血管壁通透性的改变，从而导致含有胆固醇的低密度脂蛋白（LDL）在血管内膜处积聚，引起炎症和生化反应，包括细胞外基质累积、内皮细胞激活、单核细胞及T细胞浸润、内膜厚度增加、纤维帽产生和血管生成［4］。由于炎症活化程度的升高，斑块逐渐增大，导致进行性狭窄。不稳定动脉粥样硬化病变的破裂触发血小板激活和血栓形成，阻塞脑血管，导致缺血和梗死［5］。

2 3.0T HR-MRI 成像特点与颅内动脉粥样硬化病理学的一致性

有学者通过脑动脉标本的病理数据为在体HRMRI上比较斑块形态和相应的血管壁变化提供了基础。在一项组织学-MRI对比研究中，CHEN等［6］采用1.5T MRI 扫描一系列中国尸检成人双侧MCA 的横切面，显示在确定MCA 狭窄方面，离体MRI 和组织病理学之间的一致性。TURAN等［7］研究证明了在体3T HR-MRI图像显示的动脉粥样硬化斑块成分与死后动脉标本的病理结果之间的相关性。而与1.5T MRI相比，3.0T甚至7.0T的HR-MRI是研究颅内动脉疾病的一个特别有前途的工具，分辨率更高［6，8］。

3 颅内动脉粥样硬化在HR-MRI的影像特点

HR-MRI 是一种具有较高分辨率，拥有无创性、无辐射、可重复等优点的新兴成像技术，其“亮血”和“黑血”技术，可以提高血管壁、斑块与血液的对比效果，抑制管腔内血液流动产生的干扰信号，减少伪影，更加清晰的显示狭窄位置血管管壁、斑块分布和厚度。目前多从以下几方面对颅内动脉粥样硬化斑块进行评估：

3.1 狭窄率LIN等［9］研究发现，有症状组中中度狭窄的MCAs比无症状组更普遍，这与之前的研究结果一致，即MCA区域急性缺血性卒中的风险随着MCA狭窄程度的增加呈指数增长，随着MCA 狭窄程度的增加，MCA 区域急性缺血性卒中的风险呈指数增长中重度狭窄MCA缺血性卒中的发生可能是多种机制所致，其中血流动力学起着重要作用，突入管腔的动脉粥样硬化斑块可阻断脑血流，造成远端低灌注，灌注降低可能限制栓子的清除，血流加速引起的机械力升高也通过调节各种细胞和分子途径使斑块更加不稳定，特别是当侧支循环补偿不足时，导致相应供血区脑梗死［10-12］。

3.2 血管壁重构CHUNG 等［13］研究发现除了MCA狭窄程度外，有症状的患者MCA 狭窄区向外重塑显著高于无症状组。MCA壁包含与冠状动脉和颈动脉相同的内膜、中膜和外膜，但各成分的相对厚度不同。因此，MCA 动脉粥样硬化可能与这些动脉有一些共同的血管生物学特征，如动脉重构［14］。动脉重塑是指血管结构或组成的持续性改变。正性重构（positive remodeling，PR）是指由于斑块负荷增加而导致代偿性血管壁增厚，代偿性向外扩张，可维持管腔内径而不引起相应的管腔狭窄。负性重构（negative remodeling，NR）表现为管壁向腔内增厚，加重管腔狭窄。ZHAO 等［14］研究表明正性管壁壁重塑与栓塞事件和缺血性卒中相关。ZHANG等［15-16］在一项前瞻性研究中发现动脉粥样硬化动脉PR 可使血管扩大，在一定程度上减轻血管狭窄，但PR 组斑块面积大于NR 组，可能更容易导致急性脑梗死。XU等和CHUNG等［17-18］报道症状性MCA狭窄患者PR发生率高于无症状性MCA 狭窄患者。研究发现与无PR 患者相比，PR 患者更容易发生微栓子。因此，可以推测PR可能是一种生物活性更强的病变特征，可能与斑块负担大、易损性、破裂有关，更容易导致脑梗死［19］。SUN 等［20］一项回顾性研究结果显示，斑块及血管特征的变化符合重塑模式的病理机制，即阳性重塑斑块面积较大，血管管腔面积较大，血管壁面积较大，斑块厚度较小。病变血管的长度范围与动脉重塑方式无相关性，这与颅外动脉的结论相似。探索动脉重塑模型可以提高斑块的检测效果和斑块卒中风险评估的准确性。

LIN等［9］研究发现NR在症状性MCA狭窄患者中更常见，考虑与NR 是一种血管壁失代偿的表现有关，其机制是在疾病早期通过持续向外扩张使MCA血管壁对狭窄管腔进行代偿，当病变的严重程度随着疾病的进展超过了血管壁的代偿能力时，血管壁的塌陷就会引起脑缺血事件。

3.3 增强在一项一共纳入55名包括无症状志愿者和脑卒中患者的研究中，对比发现，与无症状斑块相比，责任斑块强化程度更高，提示斑块强化与斑块引起脑卒中的可能性相关［21］。大多数研究将异常强化定义为与脑下垂体生理强化程度相同或大于相同程度［20］。NATORI 等［22］发现急性脑卒中患者颅内斑块的信号强度明显增高，考虑可能提示斑块内出血或稳定性降低。有研究表明使用钆造影剂后异常的斑块增强是炎症、新生血管和斑块不稳定的标志［23-24］，斑块增强程度反映炎症水平，内皮细胞通透性增强、新生血管形成与近期脑缺血发生独立相关［25-26］。

GUPTA 等［27］发表的一篇Meta 分析中通过对比斑块增强特征，即钆注射后增强，发现斑块增强与下游急性梗死密切相关，由增强动脉供应的组织梗死的可能性是由非增强动脉供应的组织的10 倍，考虑MRI可检测到的增强可能与动脉粥样硬化血管病变斑块内微血管内皮功能障碍有关，这种受损的微血管内皮可能导致钆在血管周围空间积聚所需的血管渗漏，并在T1加权MRI 序列上被检测到。易损性颅内动脉粥样硬化斑块的斑块增强机制可能是复杂的、多因素的，血管内皮功能障碍与增强的关系还需要进一步的组织病理学评估。

SUN 等［20］研究还发现斑块增强程度越严重，动脉狭窄程度也越严重，提示斑块增强可能通过加重狭窄程度而导致缺血性卒中的发生。

3.4 斑块位置既往研究显示，大脑中动脉相关脑梗死斑块的位置分布与脑梗死的发生相关。将血管横断面平均分为四个象限，分为上壁、下壁、腹侧壁、背侧壁，发生脑梗死的患者，位于上壁的斑块更常见［28-31］。ZHAO 等［14］研究表明，与无症状患者相比，有症状性MCA狭窄的患者中，位于上方的斑块明显更常见。YU 等［29］一项大样本分析中动脉粥样硬化症状性MCAs 中斑块最常分布在上壁（36.8%），而无症状性MCAs中斑块最常分布在下壁（34.6%）和腹侧（34.4%）（P=0.014）。因此，可以得出结论，上壁斑块更容易出现症状，可能因为它们离穿支动脉的孔更近，上斑块可阻塞MCA豆纹动脉穿支孔，而这些穿支主要从MCA上壁分支出来。

LIN 等［9］一项纳入53 例大脑中动脉狭窄患者的回顾性研究发现，斑块分布在症状组和无症状组（2周内有过急性缺血性脑卒中或TIA发作）之间无显著差异，但在这53例患者中，大多数斑块位于上壁。

显微解剖研究表明，大部分穿支动脉起源于MCA 壁的背侧［32］。SUN 等［28］人在一项回顾性分析中，纳入15例大脑中动脉硬化相关的脑梗死患者，其中8例（53.3%）患者的斑块位于血管壁背侧上部，并将MCA 斑块患者细分为2 组：斑块位置累及背侧上半部分和斑块位置不累及背侧上半部分，结果显示2组在影像学特征及脑卒中严重程度方面无显著差异，考虑此研究纳入的患者数量较少有关。

3.5 斑块负荷过去有大量关于评估颅外动脉斑块易损性的研究表明斑块负荷（plaque burden，PB）是一重要预测因子［33-34］。通过定量测量PB，有望反映动脉狭窄前动脉粥样硬化病理生理变化的早期变化。LIN 等［9］研究发现症状组ICAS 患者的斑块负荷大于无症状组。CAO 等［18，35］发现MCA PB 增加与卒中的严重程度呈正相关。其机制可能与血小板张力随PB 增加而增加，从而导致管腔狭窄加重，血流动力学灌注不足导致灌注时间延长有关。此时，由于腔内血压升高，而斑块表面的剪切力较低，容易使斑块破裂或脱落［33］。

3.6 斑块表面不规则CHUNG等［17］研究表明，症状性MCA狭窄患者斑块表面不规则的发生率高于无症状性MCA狭窄患者。当表面不规则时栓塞可能会脱落（＞2 mm）［36］。ZHAO等［14］一项回顾性研究发现有症状组表面不规则的斑块数量大于无症状组。动脉到动脉梗死的患者被发现比那些无动脉到动脉梗死患者有更高的斑块表面不规则的发生率。此特征可能是由于斑块突出或破碎，这可能会增加表面血栓形成的发生［37］。

3.7 斑块内出血颅内动脉粥样硬化的特点是血管壁异常纤维化组织沉积，混杂着不同数量的内部脂质、细胞碎片和出血［7］。既往有研究发现颅内斑块内出血（IPH）在大脑中动脉狭窄程度>70%的人群发生率为10.1%，在症状性狭窄人群为19.6%［38］。尽管斑块内出血（IPH）的病变比颅外动脉粥样硬化疾病更少见，但仍与缺血性事件密切相关，ZHU 等［39］的研究显示，IPH 是症状性状态最强的独立标志物。XU等［38］在一项回顾性研究中发现，斑块内出血是缺血性卒中的危险因素。IPH 可使斑块体积短期突然增加，导致血管狭窄加剧，并引起斑块脱落形成栓子；IPH还可导致斑块内部脂核增加以及炎性细胞浸润，增加斑块脱落的风险。

3.8 稳定性不稳定的动脉斑块破裂、栓子脱落等可导致颅内远端血管栓塞，所以斑块的稳定性，是判断脑梗风险的重要参考指标。与稳定斑块相比，易损斑块具有较薄的纤维帽、较大的脂质核和大量的炎症细胞［40］。QIAO 等［41］发现颅内动脉粥样硬化斑块的造影增强与近期缺血性事件相关，可作为其稳定性的标志。ZHANG 等［42］一项前瞻性观察性研究共纳入38 例MCA M1段狭窄患者行3.0T HR-MRI 检查，发现PR 伴动脉粥样硬化性MCA 狭窄患者比非PR患者有更明显的强化斑块。与此同时，PR组比非PR 组有更大的NIHSS 评分和MCA 区域的急性卒中数量，可以认为PR和明显的斑块增强是降低斑块稳定性、增加急性卒中风险的危险因素。综上，考虑斑块稳定性与正性重塑、较大的斑块厚度或斑块厚度与管腔未平的比值较高、斑块内出血和HR-MRI造影增强有关［43］。

4 展望

7T MRI 能够实现高平面内空间分辨率，提高信噪比［39，44］。与3T MRI 相比，7T MRI 可以显示正常颅内血管管壁以及病理段，可以最早发现动脉粥样硬化。未来，在7T时代使用多序列MRI进行血管壁成像，可能能够将动脉硬化疾病从最初的病变分级为伴有纤维帽破裂的复杂斑块，就像MRI 可以帮助评估颈动脉斑块一样。HR MRI 作为一种临床工具进行风险分层，作为疾病活动的标志，作为一种研究颅内动脉粥样硬化斑块发展和进展的研究工具，可能会产生新的卒中预防治疗，并可能会显著降低世界范围内由颅内动脉粥样硬化引起的卒中造成的经济和社会负担［45-47］。