高分辨率磁共振成像与颅内动脉粥样硬化性疾

颅内动脉粥样硬化(intracranialatherosclerosis)为亚洲人群缺血性卒中的主要病理基础[1]，症状性颅内动脉粥样硬化性疾病的发病机制与血液动力学低灌注、动脉–动脉栓塞、载体动脉粥样硬化性斑块累及穿支动脉开口有关。其中，动脉–动脉栓塞的病理基础主要取决于动脉粥样硬化斑块的性质，与斑块的不稳定性密切相关。组织病理学研究表明：不稳定斑块以富含脂质坏死核心、薄的或破裂的纤维帽、斑块内出血为特征[2]。体积微小未导致动脉明显狭窄的粥样硬化斑块亦可为不稳定斑块。而传统血管成像技术如经颅多普勒超声(TCD)、计算机断层扫描血管造影(CTA)、磁共振脑血管造影(MRA)、数字减影血管造影(DSA)等存在敏感度、特异度相对较低等特点，且不能显示动脉壁及动脉粥样硬化斑块的形态及结构特征，难以评估动脉粥样硬化斑块的稳定性，不利于卒中风险的判断。新兴的高分辨率磁共振成像(high–resolutionmagneticresonanceimaging,HRMRI)技术可用来明确微小动脉粥样硬化斑块的存在、显示动脉管壁及粥样硬化斑块的形态及结构特征，从而有助于鉴别颅内动脉闭塞性病变的性质、评估颅内动脉粥样硬化斑块的易损性、明确卒中病因分型、卒中发生机制和复发风险，指导抗栓及血管内介入治疗[3]。基于此，我们复习文献就HRMRI与颅内动脉粥样硬化的研究进展综述如下。

一、颅内动脉HRMRI技术及图像解读

HRMRI已广泛用于颅外颈动脉管壁及动脉粥样硬化斑块的形态学研究，其成像技术相对成熟，与组织学研究结果比照，HRMRI对于颈动脉粥样硬化斑块的诊断具有良好的准确性及可重复性[4]。与颅外动脉相比，颅内动脉具有动脉管壁较薄弱(尤其管壁肌层欠丰富)、管径较细等组织学特征，且颅内动脉多被脑脊液包绕，致使动脉管壁的边界难以清晰地显示，故用于颈动脉扫描的HRMRI成像参数不能直接用于颅内动脉[5]。为提高图像质量、缩短扫描时间，颅内动脉HRMRI成像多应用磁场强度为3.0T及以上的高场强磁共振扫描仪进行扫描。常用的成像序列为自旋回波(spinecho)T1WI、反转恢复T1WI(inverserecoveryT1WI，IR–T1WI)、黑血(blackblood)T1WI、快速自旋回波(TSE)T2WI以及质子密度加权像(PDWI)[6]。不同成像序列的成像特点各具优势，T1WI和T2WI在识别斑块内异质成分如斑块内出血方面更优越，而PDWI序列可提高管壁和管腔的信号比，更适合对管壁动脉粥样硬化斑块进行量化分析。故颅内动脉管壁成像常采取多种扫描序列，以更准确地评价动脉管壁和动脉粥样硬化斑块的结构[7]。另外，因静脉注射造影剂可间接显示不稳定斑块内富含的新生血管，故该对比增强扫描技术亦被广泛应用于颅内动脉粥样硬化性疾病的临床研究。

由于颅内动脉粥样硬化性斑块的完整标本难以在活体获得，将颅内动脉粥样硬化斑块的HRMRI图像与病理结果进行对比研究难以实现，故对于颅内动脉HRMRI图像的解读，不能依赖于活体–病理对比研究。如前所述，颅内、外动脉管径大小、管壁结构及组织环境以及颅内、外动脉承受的动力学损伤等危险因素均存有差异，颅内动脉管壁损伤会有更加多样化的表现[8]，理论上难以借助颅外动脉HRMRI研究结果来解释颅内动脉的HRMRI图像，并依此推测颅内动脉粥样硬化斑块的组成成分及斑块稳定性。但尸检研究证实，大脑中动脉与颈动脉粥样硬化斑块具有相同的组织学构成，说明颅内外动脉粥样硬化斑块的HRMRI图像具有一定的同源性[9]。

二、HRMRI与颅内动脉粥样硬化性疾病的诊断

(一)HRMRI与颅内动脉粥样硬化性疾病的鉴别诊断

颅内动脉闭塞性病变的最常见原因为颅内动脉粥样硬化性疾病。此外，尚包括其他病因如烟雾病、纤维肌发育不良、原发性或继发性血管炎以及动脉夹层等。对于症状性动脉闭塞性病变的治疗主要基于病因诊断，故明确动脉闭塞性病变的性质对于卒中防治至关重要。传统血管成像技术仅显示颅内动脉的狭窄程度及是否伴有狭窄后动脉的继发扩张，无法直接显示病变血管管壁情况，难以对颅内动脉闭塞性病变进行确切的病因诊断。应用HRMRI平扫及强化成像技术可弥补传统血管成像方法的缺陷，利于动脉闭塞性病变的病因诊断，指导临床治疗方案的选择及预后判断。

动脉粥样硬化为动脉壁的局部病变，其启动因素主要为血液动力学异常导致的内皮损伤。而承受血流侧压力最大的颅内动脉腹侧壁也成为动脉粥样硬化的好发部位，故大脑中动脉、基底动脉粥样硬化斑块多位于相应管壁的腹侧[10,11]，在HRMRI图像上多表现为管壁偏心性增厚(图1)，或非均匀的环形增厚，动脉管壁最薄处直径不足最厚处直径的50%[8]。依据该影像学特点可以鉴别血管炎等其他病因导致的血管闭塞性病变。

图1

基底动脉的高分辨率磁共振成像质子密度加权图像显示不同患者、不同节段基底动脉粥样硬化改变。A：未见明显斑块。B：可见偏心分布的小粥样硬化斑块。C：可见偏心分布的明显粥样硬化斑块且斑块信号不均一

原发性或继发性血管炎患者缘于动脉管壁全层或动脉内膜的均匀受累，与动脉粥样硬化性病变在HRMRI图像上的偏心性分布不同的是，其受累管壁表现为光滑、均匀一致的向心性增厚，增强HRMRI扫描显示炎性管壁的弥漫性增强；而烟雾病引起动脉狭窄的原因为平滑肌细胞或内皮细胞增殖导致的内膜增厚，双侧颈内动脉远端向心性增强(可能代表血管成分的高度增殖)，伴双侧大脑中动脉缩窄为其特有的增强模式及分布特点[12]。此外，尽管动脉夹层与动脉粥样硬化性病变的影像学表现极为相似，均表现为偏心性管壁增厚及增强，但利用HRMRIT1加权图像，凭借假腔及其内高信号影的存在可将动脉夹层与动脉粥样硬化鉴别开来[13]。

(二)HRMRI与颅内动脉粥样硬化管壁重构模式的评估

与颅外动脉相似，颅内动脉在各种血管病危险因素的作用下也可发生两种不同形式的重构：即外向重构与内向重构。外向重构也称为正性重构，指动脉粥样硬化过程中随着斑块面积的增加，病变局部管壁发生代偿性扩张，导致病变局部动脉外径的净增加；而内向重构又称负性重构，它作为收缩性重构加重管腔的狭窄[8,14]。在HRMRI图像上，重构模式的判断依赖于重构比的计算，重构比为病变处血管面积与参考处血管面积的比值。对于参考平面及重构模式的定义不同的研究者有不同的观点，参考平面面积可为狭窄动脉近、远端(近端平面不可用时)正常血管面积[8,14]，或狭窄近、远端正常血管面积的平均值[15]。当参考平面为狭窄近端或远端截面时，以重构比1.05作为正性重构的诊断标准，而负性重构定义为重构比0.95[8,14]；反之则以重构比≥1或1作为正、负性重构的诊断标准[15](图2)。

图2

动脉狭窄局部重构比计算及重构模式判断。A：颅脑磁共振脑血管造影显示大脑中动脉狭窄区域的高分辨率磁共振成像(HRMRI)扫描标示图。B～D：左大脑中动脉不同节段HRMRI质子密度加权图像：B：管腔狭窄近端截面；C：最大管腔狭窄处截面；D：管腔狭窄远端截面；3个截面的血管面积(外径)与管腔面积(内径)被分别测量以计算重构比，判断局部管壁重构模式，参考平面的血管面积(狭窄近、远端血管面积的均值)为12.3mm2，最大管腔狭窄截面的血管面积为9.87mm2，重构比为0.8(1)，为负性重构(刊出此图得到原作者Wei–JianJiang及原期刊AmericanJournalofNeuroradiology的许可)

冠状动脉研究证实，外向重构导致的病变局部动脉的扩大虽有利于维持动脉管腔大小，但其动脉粥样硬化斑块存在脂质核心大、纤维帽较薄及斑块内炎性成分增多等不稳定特性；与之相对，负性重构虽加速管腔狭窄，但其动脉粥样硬化斑块与脂质成分少、纤维成分多、动脉内膜较厚等稳定特征相关[8]。应用HRMRI进行有关颅内动脉粥样硬化性疾病的临床研究也证实，与发生负性重构的病变相比较，严重狭窄部位存在正性重构者其血管总面积、管壁面积(血管总面积与管腔面积的差值)、斑块负荷百分比(斑块面积与管壁面积比值)均较大[15]；并发现症状性颅内动脉粥样硬化性病变患者以外向重构者居多，而内向重构更多见于无症状性颅内动脉粥样硬化性狭窄患者[14]，说明颅内动脉的正性重构与动脉粥样硬化斑块的不稳定性密切相关。冠状动脉研究发现，正性重构作为管壁继发于斑块生长后外向扩展的一种现象，是对斑块释放的金属蛋白酶的直接反应[15]。间接说明正性重构者存在金属蛋白酶释放的增加，导致动脉粥样硬化斑块产生不稳定特性而易于破溃。

由于管壁正性重构作用的存在，低度狭窄的颈动脉中存在大量高危动脉粥样硬化斑块[16]，而这些高危斑块却不能被MRA很好地识别。类似现象亦存在于颅内动脉。一项以颅脑DWI明确诊断为桥脑穿支动脉梗死患者为研究对象的MRA、HRMRI对照研究[17]显示：依据MRA诊断的基底动脉狭窄的患病率为29.73%，而HRMRI发现高达52.25%的患者存在基底动脉粥样硬化斑块，其中25.23%MRA诊断的基底动脉正常者，经由HRMRI明确有基底动脉粥样硬化斑块的存在。该研究证实HRMRI可以更清晰地显示动脉管壁的横断面结构，利于早期颅内动脉粥样化性狭窄及卒中亚型的诊断。对于依据常规血管影像学检测技术诊断为小血管病变的卒中患者，HRMRI可用来明确穿支动脉闭塞是否与载体动脉粥样硬化累及穿支动脉开口或动脉–动脉栓塞有关，而并非真正的小血管病变，从而有利于该类患者的病因诊断，并有助于急性期溶栓及创伤性治疗措施的选择及二级预防和预后的判断[18]。HRMRI的这一特性尚有助于隐源性卒中的病因追查。

动脉粥样硬化局部动脉的重构模式对于颅内动脉闭塞性病变的介入治疗亦有重要指导价值[15]。在介入治疗过程中，操作者往往依据参考血管直径选择球囊的大小，对于存在动脉负性重构的患者，选择球囊时如未考虑病变局部血管外壁直径的缩小，在球囊膨胀时有可能导致血管损伤甚至破裂。故应用HRMRI了解目标血管的重构模式对介入治疗的成功及临床预后是非常重要的。

(三)HRMRI与颅内动脉粥样硬化斑块分布的评估

如前所述，由于颅内动脉腹侧壁承受的切应力不同于动脉管壁背侧，导致颅内动脉粥样硬化斑块的好发部位多位于动脉腹侧。HRMRI有助于我们明确颅内动脉粥样硬化斑块的分布特点[10,11]，评估其与穿支动脉开口部的位置关系，从而进一步评估卒中发生风险。基底动脉的分支主要起源于基底动脉主干左右两侧，若该部位发生动脉粥样硬化，则粥样硬化斑块极易累及穿支动脉开口部，造成穿支动脉梗死形成[11]。同样，多数大脑中动脉的穿通支起源于其上侧管壁的背侧，而中动脉粥样硬化斑块的好发部位主要位于下部管壁的腹侧[10]，与穿通动脉开口部位遥遥相对，成为无症状性大脑中动脉狭窄的重要原因。HRMRI所示颅内动脉粥样硬化斑块的这种分布特点不仅有助于卒中风险的评估，也有助于卒中预后的判断。临床研究发现[19]，大脑中动脉上壁存在动脉粥样硬化斑块的脑梗死患者，病后3个月的功能预后明显落后于大脑中动脉下壁存在动脉粥样硬化斑块者。与上壁动脉粥样硬化斑块的残端血栓更容易堵塞其分支动脉的开口部，从而影响深穿支供血有关。此外，利用HRMRI对动脉粥样硬化斑块的定位优势，有助于大脑中动脉、基底动脉主干支狭窄患者血管内介入治疗时球囊的选择。因血管内介入治疗修复管腔直径时，球囊的扩张往往挤压动脉粥样硬化斑块使其向外推移，这可引起分支开口处的斑块移位，进而影响分支动脉开口，诱发穿支动脉梗死。故术前经HRMRI明确载体动脉粥样硬化斑块的定位，有助于治疗方案的选择，通过选择小型球囊、小的膨胀压力可避免穿支动脉开口部的继发性闭塞[15]。

(四)增强HRMRI扫描与颅内动脉粥样硬化斑块内新生血管的评估

动脉粥样硬化过程中，动脉内皮细胞对缺氧的代偿性反应导致滋养血管的增生、异常新生血管化的形成。斑块内新生血管的结构很不完善，仅由少量内皮细胞及不完整的基底膜构成，其通透性高、脆性大，有助于炎性细胞聚集和脂质沉积，进一步促进粥样硬化斑块进展、诱发斑块破裂及内出血。因此，异常的动脉内中膜新生血管化是动脉粥样硬化斑块进展的一个重要标志[20,21]。而颈动脉的临床研究也表明：动脉粥样硬化斑块的易损性与斑块内新生血管的生成及血管密度密切相关[21]。HRMRI虽能显示动脉粥样硬化斑块及斑块内出血，但不能显示斑块内新生血管等细微结构。而增强HRMRI扫描，利用血浆内的对比剂经由通透性增加的新生血管使动脉粥样硬化斑块强化。由此，可间接显示粥样硬化斑块内的新生血管，评估动脉粥样硬化斑块的不稳定性[22](图3)。临床研究也证实：伴有动脉粥样硬化斑块增强的患者近期症状性缺血性卒中发生率及缺血事件再发率均显著高于非强化动脉粥样硬化患者，说明动脉粥样硬化斑块的明显强化为斑块不稳定性的重要特征[22,23]。

图3

高分辨率磁共振成像增强扫描强化前后基底动脉管腔狭窄处。A：增强扫描前T1WI显示的动脉粥样硬化斑块横断面。B：增强扫描后T1WI显示斑块内信号增强，间接显示斑块内新生血管的存在(刊出此图得到原作者Wei–JianJiang及原期刊AmericanJournalofNeuroradiology的许可)

Xu等[24]利用HRMRI研究了症状性及无症状性大脑中动脉主干支动脉粥样硬化性闭塞患者的血管横断面。结果显示，闭塞大脑中动脉周围存在多个直径微小的血管流空信号，称其为"deeptinyflowvoids"(DTFV)，且DTFV这种特殊的影像学表现主要见于无症状性大脑中动脉闭塞患者。由此认为，DTFV的存在为血管闭塞后深部侧支再生或者为深部软脑膜侧支动脉的特殊影像表现[24]。如果该理论推测成立，HRMRI将有助于检测颅内新生动脉等侧支循环的建立。

三、HRMRI在评估颅内动脉粥样硬化性疾病中的不足

目前，HRMRI技术尚有一定的局限性。首先，如前所述，由于颅内动脉粥样硬化斑块活体完整标本难以获得，虽可依据颈动脉研究结果对其图像进行解读，但无法从病理上证实HRMRI图像所示斑块的特征与斑块成分间的对应关系。其次，与颅外动脉相比颅内动脉存在管径细、管壁薄、分支多、被脑脊液环绕等特点，使其成像难度增加，加之其对扫描仪器的特殊要求及扫描时间过长，不仅使部分图像效果欠佳也使其推广受限。最后，目前发表的论文多为回顾性研究，鲜有研究者对患者进行长期随访，动脉管壁结构和粥样硬化斑块特征的动态变化与缺血事件发生或复发之间的关系尚需大规模前瞻性的临床研究来观察[25]。

四、总结

HRMRI的问世使活体显示颅内动脉管壁的细微结构成为可能，这为提高临床诊断颅内动脉闭塞性疾病的准确性、明确卒中发生机制、评估动脉粥样硬化斑块的稳定性提供了可能。且作为无创成像技术，其将成为颅内新生血管等侧支循环评估的检测手段，利于药物疗效的评估及卒中再发风险的判断。

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