高分辨率MRI分析基底动脉几何形态与其动脉粥样硬化斑块的相关性

刘昱琳，刘红军，李品雄，朱 超，吴咪咪，陈明蕾，叶蕴锐，刘再毅，梁长虹*

[1.华南理工大学医学院，广东 广州 515006；2.广东省人民医院(广东省医学科学院)放射科，3.广东省医学影像智能分析与应用重点实验室，广东 广州 510080]

血流动力学改变是动脉粥样硬化的重要危险因素，与血管几何形态密切相关[1]。研究[2]表明，基底动脉(basilar artery, BA)几何形态，如BA-中位角、BA-椎动脉(vertebral artery, VA)角等，与斑块形成有关，而BA高危斑块是后循环缺血性脑卒中的主要原因[3]；早期识别BA动脉粥样硬化斑块有利于及时干预及改善预后。高分辨率MRI(high resolution-MRI, HR-MRI)可清楚显示血管壁，反映斑块特征，已广泛用于评估斑块稳定性及预测脑卒中风险[4-5]等。本研究以HR-MRI观察BA几何形态与动脉粥样硬化斑块的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 回顾性收集2019年8月—2021年11月120例广东省人民医院疑诊后循环缺血性脑卒中患者，男82例，女38例，年龄31～79岁，平均(59.3±11.0)岁。纳入标准：①年龄>18岁；②有头晕、单侧肢体乏力、共济失调等疑似后循环缺血性脑卒中临床表现；③HR-MRI资料完整。排除标准：①心房颤动病史；②血管炎、烟雾病等非动脉粥样硬化病史；③MRI质量不佳。记录高血压、糖尿病、高脂血症及吸烟史等基线资料。

1.2 仪器与方法 采用GE Discovery 750 3.0T MR仪行头颈部扫描。先以三维时间飞跃法(three-dimensional time of flight, 3D-TOF)行MR血管造影(MR angiography, MRA)，TR 19 ms，TE 3.4 ms，FOV 19 cm×22.7 cm，矩阵512×512，层厚1.4 mm，扫描层数120；之后以三维快速自旋回波CUBE序列(three-dimensional fast spin echo cube-CUBE, 3D-FSE-CUBE)采集平扫T1WI，TR 562 ms，TE 16 ms，FOV 20 cm×23 cm，矩阵512×512，层厚0.6 mm，扫描层数114。经肘静脉以流率2.0 ml/s注射对比剂(Gd-DTPA)5 min后行增强扫描，剂量为0.2 mmol/kg体质量，扫描参数同平扫T1WI。

1.3 图像分析

1.3.1 BA斑块表现 由分别具有5年及10年以上血管影像诊断经验的住院医师及副主任医师各1名独立阅片，意见发生分歧时经讨论达成一致。根据HR-MRI显示BA斑块与否将患者分为斑块组(n=60)及对照组(n=60)，并评估BA斑块表现：①斑块分布，于垂直血管长轴的横截面上将BA管壁分为腹侧、背侧、左侧及右侧4个象限(图1A)，观察斑块在各象限中的分布，遇单层面中斑块分布于2个或更多象限时，记录斑块厚度最大象限；②斑块信号，测量平扫T1WI所示斑块及邻近肌肉组织的信号强度，将斑块信号强度>邻近肌肉组织信号强度150%判定为斑块内出血(intraplaque hemorrhage, IPH)(图1B)；③斑块强化，以增强T1WI所见斑块强化程度高于正常血管壁(图1C)为斑块发生强化；④斑块定量指标，于显示斑块厚度最大层面图像上，以邻近且无斑块形成的血管层面作为参考，手动勾画血管壁及血管腔轮廓(图1D)，测量病灶及参考处血管腔面积、血管周面积及血管腔直径，计算重构指数(病灶血管周面积/参考血管周面积)、斑块面积(病灶血管周面积-病灶血管腔面积)、斑块负荷(斑块面积/病灶血管周面积×100%)[6]及管腔狭窄率[(1-病灶血管腔直径/参考血管腔直径)×100%][6]；对定量指标均重复测量2次，取2名医师测量均值为最后结果。管腔狭窄率≥70%为重度狭窄。根据斑块HR-MRI表现，将斑块组患者中出现IPH、斑块强化及管腔重度狭窄3项中的任意一项者归入高危亚组(n=33)，其余为非高危亚组(n=27)。

1.3.2 评估BA几何形态 由上述2名医师于3D-TOF MRA图中测量BA几何参数、评估其弯曲方向，取其均值进行分析。于前后位3D-TOF MRA图中测量以下参数：①BA真实长度，即BA起始部至其末端的实际长度(图2A)；②BA理论长度，即BA标准线长度，为BA起始部至其末端的线性距离[7](图2A)；③BA曲率=(BA真实长度/BA理论长度-1)×100%[8]；④BA-中位角，即以BA曲线中点为起点，分别连接BA起始处与其末端的两连接线形成的锐角[2](图2B)；于侧位3D-TOF MRA图中测量BA-VA角，即以BA起始部为起点，沿BA及优势VA所做连接线形成的锐角[2](图2C)；优势VA指两侧VA直径相差>0.3 mm时的较大者，或双侧VA直径相近时与BA连接角度较小者[9]。以BA标准线为参考，根据斑块组BA弯曲方向将其分为向左弯曲亚组(n=15)、向右弯曲亚组(n=31)及直立亚组(n=14)。

1.4 统计学分析 采用SPSS 26.0统计分析软件。以χ2检验比较计数资料。以±s表示符合正态分布的计量资料，以中位数(上下四分位数)表示不符合者，组间行独立样本t检验或Mann-WhitneyU检验。将单因素分析差异有统计学意义的参数纳入多因素logistic回归分析，筛选BA斑块及BA高危斑块的独立相关因素，以受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线分析BA几何形态参数对BA斑块及BA高危斑块的预测效能。计算HR-MRI所示斑块在各象限中的分布层数与斑块总层数的比值，计算各象限斑块分布平均百分率[10]，以Friedman检验进行组内比较，以Wilcoxon秩和检验或Kruskal-WallisH检验行组间比较。随机选取20例，由上述2名医师中的1名间隔1个月以相同方法进行再次测评；以组内相关系数(intra-class correlation coefficient, ICC)评估观察者内及观察者间测评结果的一致性：ICC≤0.40为一致性较差，为0.400.75为一致性较好。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

观察者间(ICC=0.79～0.93)及之内(ICC=0.87～0.96)测量BA斑块定量参数及BA几何参数的一致性均较好(P均<0.01)。

2.1 斑块组与对照组间一般资料及BA几何形态比较 组间年龄、高血压、BA曲率及BA-中位角差异均有统计学意义(P均<0.05)，其余参数差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表1。年龄[OR=1.09，95%CI(1.03，1.15)]、高血压[OR=6.03，95%CI(1.77，20.53)]及BA曲率[OR=1.20，95%CI(1.07，1.35)]均为BA斑块独立相关因素(P均<0.01)。以BA曲率评估BA斑块形成的曲线下面积(area under the curve, AUC)为0.70[95%CI(0.61，0.80)，P<0.01，图3A]。

表1 斑块组与对照组患者一般资料及BA几何形态参数比较

2.2 斑块组组内亚组间一般资料及BA几何形态比较 2亚组间年龄、BA真实长度、BA曲率、病灶血管腔面积、斑块负荷差异均有统计学意义(P均<0.05)，其余参数差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表2。斑块负荷[OR=1.18，95%CI(1.05，1.34)]、BA曲率[OR=1.10，95%CI(1.02，1.19)]为BA高危斑块独立相关因素(P均<0.01)，见图4。以BA曲率评估BA高危斑块的AUC为0.79[95%CI(0.68，0.91)，P<0.01，图3B]。

表2 高危与非高危BA斑块患者一般资料及BA几何形态和斑块特征比较

2.3 BA斑块分布 相比其余亚组，BA向左弯曲亚组更易出现右侧壁斑块，BA向右弯曲亚组斑块更常见于左侧壁(P均<0.01)，2亚组内各象限BA斑块分布平均百分率差异均有统计学意义(P均<0.01)，两两比较差异均有统计学意义(P均<0.05)。见表3。

将左、右侧壁合并为侧壁进行分析，高危斑块更倾向分布于侧壁(P<0.01)。非高危亚组相比，高危亚组斑块亦更常见于侧壁(P=0.03)，见表4。

表4 高危与非高危斑块在各象限分布的平均百分率比较(%)

3 讨论

BA动脉粥样硬化是缺血性脑卒中的重要原因之一，存在高危斑块与脑卒中发生及复发相关[11-12]；而BA几何形态对于动脉粥样硬化发生、发展具有重要影响。本研究以HR-MRI观察BA几何形态，分析其与动脉粥样硬化斑块的相关性。

既往研究[13]显示，血管壁剪切应力(wall shear stress, WSS)较低区域动脉内皮细胞更易表达炎症细胞因子，促进细胞凋亡或增殖，进而形成动脉粥样硬化斑块；WSS变化与血管几何形态密切相关，血管弯曲程度越大，越易形成低WSS区。本研究发现BA曲率、年龄及高血压史均为BA斑块的独立相关因素，与DENG等[14]的结果相似，提示BA曲率有望作为识别BA斑块的有效指标；BA-VA角与BA斑块无明显相关性，与既往研究[2]结果不一致，可能原因在于本研究未考虑管腔重度狭窄对BA几何形态的影响。本研究结果显示BA斑块负荷及BA曲率均与BA高危斑块独立相关，BA曲率评估BA高危斑块的AUC为0.79，提示BA斑块不稳定性与BA弯曲程度有关，即BA曲率越高，血管内局部区域WSS变化越大，促进斑块内新生血管形成及炎性细胞浸润，影响斑块稳定性。

相比外侧壁，血管内侧壁弯曲更易形成低WSS区域[15]。本组发现向右弯曲亚组斑块更多分布于BA左侧壁，BA向左弯曲组斑块倾向分布于其右侧壁，提示在低WSS影响下，斑块更易分布于弯曲血管的内侧壁，与KIM等[16]的结果类似；而高危斑块更常见于管腔侧壁，提示BA几何形态可影响其内斑块分布，增加高危斑块的不稳定性。

综上，HR-MRI可观察BA几何形态；BA曲率与BA斑块及高危斑块独立相关。本研究的主要局限性：①样本量小；②未结合T2WI分析BA斑块成分并纳入BA高危斑块评估标准，结果可能存在一定偏倚；③未验证BA血流动力学改变；④未对与BA曲率相关高危斑块的发展及相关脑血管事件进行随访观察。