慢性頸內(nèi)動(dòng)脈閉塞患者血管斑塊和腦血流動(dòng)力學(xué)評(píng)估的MRI研究新進(jìn)展

梁冬玲, 馮汝靜, 鄧德茂

慢性頸內(nèi)動(dòng)脈閉塞(chronic internal carotid artery occlusion,CICAO)是指頸內(nèi)動(dòng)脈閉塞時(shí)間>4周的一種血管疾病[1],是缺血性卒中的常見原因之一[2]。研究報(bào)道即使接受最佳藥物治療和危險(xiǎn)因素得到良好控制,1年中CICAO導(dǎo)致中風(fēng)的風(fēng)險(xiǎn)仍接近7%[3]。血管內(nèi)再通術(shù)是一種有效治療CICAO的介入手術(shù),術(shù)前血管斑塊及腦血流動(dòng)力學(xué)評(píng)估與手術(shù)指征、手術(shù)成功率及術(shù)后并發(fā)癥密切相關(guān)。MRI是目前用于頸內(nèi)動(dòng)脈血管斑塊和腦血流動(dòng)力學(xué)評(píng)估的最佳手段,但磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)序列眾多且發(fā)展迅速,有必要對(duì)近年來的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 CICAO患者的血管(斑塊及血栓、閉塞殘端類型、閉塞范圍)評(píng)估

血管斑塊是CICAO最主要的初期病理形式,即使斑塊達(dá)不到血管閉塞或腦灌注障礙程度,但斑塊的易損性足以造成急性缺血的嚴(yán)重后果,故血管斑塊的易損性評(píng)估非常重要。易損性斑塊特征有:斑塊內(nèi)出血(intraplaque hemorrhage,IPH)、富含脂質(zhì)壞死核心(lipid-rich necrotic core,LRNC)、纖維帽(fiber cap,FC)薄或破裂、斑塊表面鈣化結(jié)節(jié)及潰瘍、斑塊炎癥等[4]。血管再通術(shù)是治療CICAO的主要方法,可使缺血性腦卒中的發(fā)生概率降低80%[5]。介入導(dǎo)絲穿過閉塞處并進(jìn)入真腔及放置保護(hù)裝置,是手術(shù)成功的關(guān)鍵[6]。而閉塞殘端類型及其血栓的新舊則是影響導(dǎo)絲通過的關(guān)鍵因素。Hasan等[7]研究表明,斑塊的位置可能與殘端類型有關(guān),而近端有殘腔的A型和B型比無殘腔的C型和D型更適合于再通術(shù),且導(dǎo)絲更容易穿過真腔;閉塞節(jié)段長(zhǎng)度<5 cm者,再通術(shù)成功率為100%,較長(zhǎng)者,成功率降為50%,延伸至顱內(nèi)者,再通效果不佳;近端或遠(yuǎn)端栓塞保護(hù)裝置可以避免術(shù)中栓子脫落,但要求遠(yuǎn)端血管直徑>3 mm[8],故有效評(píng)價(jià)閉塞遠(yuǎn)端血管管徑亦是保障血管再通術(shù)成功的必要方法。目前用于評(píng)估CICAO患者上述血管情況的MRI序列主要有以下幾種:

1.1磁共振血管成像(magnetic resonance angiography,MRA)序列 MRA常用的方法有3種:(1)相位對(duì)比法MRA(phase contrast MRA,PC-MRA)因無法確定流速編碼而不適用于CICAO患者;(2)對(duì)比增強(qiáng)法MRA(contrast enhancement MRA,CE-MRA)成像速度快,但其與注射法灌注成像或T1WI-CE有沖突,使用受限;(3)時(shí)間飛越法MRA(time-of-flight MRA,TOF-MRA)利用流入性增強(qiáng)效應(yīng)成像,能顯示斑塊的輪廓及閉塞處的形態(tài),用于觀察與測(cè)量狹窄程度、狹窄長(zhǎng)度、管腔直徑等,較好顯示血管樹,可對(duì)閉塞形態(tài)進(jìn)行分型,缺點(diǎn)是有可能高估閉塞程度[9],也不能顯示斑塊的內(nèi)部結(jié)構(gòu)。與PC-MRA和CE-MRA相比,TOF-MRA更適用于CICAO患者。

1.2可變翻轉(zhuǎn)角快速自旋回波(sampling perfection with application optimized contrast using different flip angle evolutions,SPACE)序列 SPACE序列的特點(diǎn)是利用流空效應(yīng)達(dá)到黑血效果,信噪比穩(wěn)定,可獲得軟組織對(duì)比度高的T1WI、T2WI、質(zhì)子密度加權(quán)像(proton density-weighted imaging,PDWI)圖像,利于斑塊成像分析。離體標(biāo)本成像研究顯示,3T高分辨率多對(duì)比MRI可以識(shí)別斑塊信號(hào)強(qiáng)度,LRNC與FC的對(duì)比度在T2WI最強(qiáng),在PDWI序列上次之,而在T1WI上對(duì)比度較差,鈣化信號(hào)強(qiáng)度在T2WI、PDWI和T1WI圖像上最低[10],離體標(biāo)本經(jīng)脫水和蛋白質(zhì)降解后由于成分與活體內(nèi)斑塊不同,對(duì)臨床應(yīng)用具有一定的參考意義。有文獻(xiàn)表明,T1-SPACE能夠更好區(qū)分壞死組織、出血、纖維組織等成分信號(hào)[11]。然而,SPACE必須經(jīng)過多次掃描才獲得多種對(duì)比圖像,同時(shí)需注射對(duì)比劑才能獲得斑塊炎癥血管的高信號(hào),而PDWI則不能實(shí)現(xiàn)對(duì)比增強(qiáng)[12],所以在SPACE序列實(shí)際應(yīng)用中以T1WI為主,無需施加壓脂技術(shù)[13],結(jié)合壓縮感知技術(shù)可以大大縮短掃描時(shí)間[14]。SPACE序列因存在回波鏈,組織邊界銳利度低,需要其他成像序列來補(bǔ)充。

1.3磁化準(zhǔn)備快速梯度回波(magnetization prepared rapid acquisition gradient echo imaging,MPRAGE)序列 MPRAGE序列的特點(diǎn)是利用反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖來抑制血液信號(hào)達(dá)到黑血效果,其圖像組織邊界清晰度優(yōu)于SPACE序列,有利于斑塊輪廓及閉塞形態(tài)的顯示與測(cè)量。有文獻(xiàn)表明,MPRAGE圖像在評(píng)估頸動(dòng)脈硬化區(qū)域方面具有較高的可靠性[15],尤其是對(duì)閉塞起始部位形態(tài)診斷與數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography,DSA)結(jié)果有較高的一致性[16],能夠準(zhǔn)確診斷閉塞的形態(tài)學(xué)特征,包括斑塊表面潰瘍范圍和表面結(jié)節(jié)數(shù)量。但MPRAGE對(duì)斑塊內(nèi)部結(jié)構(gòu)的分辨率較差,特別是在細(xì)長(zhǎng)殘余管腔及鈣化灶方面的識(shí)別效果不佳[17]。IPH的降解物高鐵血紅蛋白能縮短T1值,易被梯度回波序列檢測(cè)到,因此MPRAGE對(duì)IPH的敏感性優(yōu)于SPACE序列[18]。有研究表明在MPRAGE或SPACE序列上,IPH信號(hào)強(qiáng)度比(signal intensity ratio,SIR)與同側(cè)急性缺血之間沒有直接聯(lián)系[19]。與之相反,另一項(xiàng)研究認(rèn)為IPH的SIR與急性腦梗死相關(guān)[20],但是IPH的SIR與急性腦梗死之間的聯(lián)系機(jī)制尚不清楚,可能受年齡因素影響,也可能是IPH影像包含了IPH和LRNC兩種信號(hào)。今后的研究中需要在IPH和LRNC兩種高信號(hào)中進(jìn)一步區(qū)分其影響。

1.4同步非對(duì)比血管造影和斑塊內(nèi)出血(simultaneous non-contrast angiography and intraplaque hemorrhage,SNAP)序列 SNAP序列屬于梯度回波序列,適用于出血信號(hào)檢測(cè)。SNAP對(duì)IPH的檢測(cè)比MPRAGE更敏感,有報(bào)道稱SNAP對(duì)IPH的評(píng)估無需增加額外的序列[21]。與MPRAGE相比,SNAP的影像表現(xiàn)與組織學(xué)的較為一致,特別是微小的IPH變化,是一種新型、有效識(shí)別IPH的工具[22]。此外,SNAP還可以用于IPH的定量分析。Qi等[23]通過使用3D黃金角徑向k空間采樣擴(kuò)展了SNAP技術(shù),開發(fā)出3D血管壁T1 mapping序列,在此基礎(chǔ)上提出一種定量T1標(biāo)測(cè)技術(shù),用于表征IPH和監(jiān)測(cè)其變化。

綜上,MPRAGE與SNAP圖像的組織邊界清晰度優(yōu)于SPACE,適用于閉塞形態(tài)的顯示與測(cè)量,但對(duì)斑塊成分的識(shí)別不如SPACE。在識(shí)別IPH方面,MPRAGE與SNAP較SPACE有優(yōu)勢(shì),SNAP更佳,但兩個(gè)序列在血液抑制方面有待提高,對(duì)LRNC和鈣化的診斷效果有限?？衫枚看呕蕡D(quantitative susceptibility mapping,QSM)區(qū)分IPH、LRNC、鈣化,識(shí)別易損性斑塊[24]。

2 CICAO患者的腦血流動(dòng)力學(xué)評(píng)估

CICAO的腦血流動(dòng)學(xué)變化包含側(cè)支循環(huán)代償和腦血管儲(chǔ)備(cerebrovascular reserve,CVR)兩方面。側(cè)支循環(huán)代償是腦組織在缺血狀態(tài)下,通過開放旁路血管給缺血腦組織供血的能力。CVR也叫血管反應(yīng)性,是指在缺血狀態(tài)下,機(jī)體通過自身調(diào)節(jié)使小動(dòng)脈和毛細(xì)血管擴(kuò)張或收縮,維持腦血流的穩(wěn)定。分為4期:一期為側(cè)支循環(huán)儲(chǔ)備期,腦血流量(cerebral blood flow,CBF)、腦血容量(cerebral blood volume,CBV)、氧攝取分?jǐn)?shù)(oxygen extraction fraction,OEF)正常;二期為腦血流儲(chǔ)備期,灌注壓(cerebral perfusion pressure,CPP)、CBF、OEF正常,而CBV升高;三期為腦代謝儲(chǔ)備期,大腦自身調(diào)節(jié)能力耗盡,CBF下降,而CBV、OEF上升,在MRI圖像上表現(xiàn)為半暗帶;四期為腦梗死期,CPP持續(xù)下降,CBF、CBV下降,而OEF進(jìn)一步升高,在MRI圖像上表現(xiàn)為梗死核心區(qū)[25]。目前用于評(píng)估腦血流動(dòng)力學(xué)序列分述如下:

2.1灌注加權(quán)成像(perfusion-weighted imaging,PWI)序列 PWI是獲得CBV、CBF、平均通過時(shí)間(mean transit time,MTT)、達(dá)峰時(shí)間(time to peak,TTP)等毛細(xì)血管灌注參數(shù)的一種成像技術(shù),適用于無創(chuàng)評(píng)估CVR。PWI分為動(dòng)態(tài)磁敏感對(duì)比(dynamic susceptibility contrast,DSC)和動(dòng)脈自旋標(biāo)記(arterial spin labeling,ASL)兩種。其中DSC是通過靜脈注射外源性對(duì)比劑,用快速成像序列檢測(cè)得T2*衰減的時(shí)間-信號(hào)曲線,再經(jīng)后處理計(jì)算出灌注參數(shù)的一種成像技術(shù),是最早應(yīng)用于腦灌注評(píng)估的成像方法。Songsaeng等[26]用DSC和血?dú)馑揭蕾嚦上?blood oxygen level-dependent,BOLD)評(píng)估CBF,其研究結(jié)果表明基于DSC和CVR變化的治療方案對(duì)高風(fēng)險(xiǎn)CICAO有效,但預(yù)測(cè)復(fù)發(fā)性缺血性梗死的發(fā)生率尚不明確。DSC優(yōu)點(diǎn)是信噪比穩(wěn)定,組織結(jié)構(gòu)成像清晰,可定量分析,但需注射對(duì)比劑,不適用于腎功能不全患者。ASL通過用射頻脈沖對(duì)血液進(jìn)行標(biāo)記,將血液用作內(nèi)源性對(duì)比劑,不需要外源性對(duì)比劑,可適用于腎功能不全患者。早期研究表明,ASL可以用于評(píng)估超急性缺血患者,得出的PWI/擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging,DWI)不匹配與DSC相當(dāng)[27],然而標(biāo)記后延遲時(shí)間(post-label delay,PLD)值不同,則CBF值也不同:當(dāng)PLD<動(dòng)脈傳遞時(shí)間(arterial transmit time,ATT)時(shí),CBF被低估,出現(xiàn)動(dòng)脈通過偽影(arterial transit artifact,ATA)。因此,在評(píng)估血液延遲流入大腦,應(yīng)注意ATA導(dǎo)致低估腦灌注,夸大半暗帶。然而,有研究表明ATA的出現(xiàn)提示側(cè)支循環(huán)開放,在遠(yuǎn)端軟腦膜側(cè)支循環(huán)評(píng)估結(jié)果與DSA相一致[28]。原因是側(cè)支循環(huán)血管流速較慢,延遲到達(dá)相應(yīng)的血管分布區(qū)域,在ASL上表現(xiàn)為高信號(hào)。也有學(xué)者利用ATA評(píng)估CICAO患者近期癥狀及預(yù)后的關(guān)系,區(qū)分癥狀性和無癥狀性狹窄,結(jié)果表明ATA與頸動(dòng)脈狹窄患者近期出現(xiàn)缺血癥狀相關(guān)[29]。

2.2BOLD序列 BOLD最早是在1990年由Ogawa等[30]提出,可反映局部腦組織氧代謝,通過可逆性橫向弛豫率測(cè)量可得到腦感興趣區(qū)域OEF值,獲得腦灌注信息。韓建秀等[31]研究結(jié)果表明,TTP與BOLD信號(hào)延遲的相關(guān)性最高,BOLD信號(hào)延遲可以評(píng)估缺血性腦卒中患者的灌注結(jié)果。Little等[32]基于大鼠模型的研究結(jié)果表明,在評(píng)估半暗帶方面,DWI-OEF不匹配比DWI-CBF不匹配更準(zhǔn)確?？赡艿脑蚴腔贐OLD得出的OEF值不受水腫或炎癥因素干擾,說明BOLD在半暗帶的界定有臨床應(yīng)用價(jià)值。Khalil等[33]研究表明再通術(shù)前后的病變區(qū)中BOLD延遲與TTP有較高的一致性,BOLD可以無創(chuàng)監(jiān)測(cè)腦血流動(dòng)力學(xué)的縱向變化。與DSC相比,BOLD不需要對(duì)比劑,評(píng)估半暗帶效果也較佳,有可能成為DSC的替代方案,但BOLD容易受自發(fā)性神經(jīng)元活動(dòng)、頭部運(yùn)動(dòng)、呼吸和心功能、血液CO2的波動(dòng)影響。

2.3體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像(intravoxel incoherent motion,IVIM)序列與彌散峰度成像(diffusion kurtosis imaging,DKI)序列 IVIM概念最早由Le Bihan[34]提出,用來解釋毛細(xì)血管中血流的運(yùn)動(dòng),稱為偽擴(kuò)散運(yùn)動(dòng),其代表水分子在血管中的灌注。標(biāo)準(zhǔn)的IVIM是一個(gè)雙e指數(shù)模型,同時(shí)考慮了細(xì)胞間隙中水分子的布朗運(yùn)動(dòng)和血管中水分子的灌注,其參數(shù)有真彌散系數(shù)(D)、假?gòu)浬⑾禂?shù)(D*)和灌注分?jǐn)?shù)(f)。IVIM參數(shù)與PWI參數(shù)有較好的相關(guān)性,一項(xiàng)前瞻性研究表明,IVIM的fD*和PWI的CBF顯示出很好的一致性,D*和f可以用于灌注評(píng)估,也可用于缺血核心與缺血半暗帶的鑒別[35]。日本學(xué)者通過IVIM與單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描(single photon emission computed tomography,SPECT)對(duì)比研究[36],結(jié)果表明f可以評(píng)估單側(cè)頸動(dòng)脈狹窄患者的CVR受損,具有較高靈敏度和特異度。b值的設(shè)置是IVIM成像的關(guān)鍵因素,b值個(gè)數(shù)多,精度提高,但成像時(shí)間也會(huì)增加。目前行業(yè)內(nèi)b值的數(shù)量和范圍尚未形成標(biāo)準(zhǔn)化,需要更多的研究進(jìn)一步規(guī)范。關(guān)于再通術(shù)后出血預(yù)測(cè)的研究較少,如果未來的IVIM研究能夠在這方面取得突破,將對(duì)提高CICAO患者的生存率和降低致殘率起到很大的作用。DKI不僅量化了擴(kuò)散率,還量化了偏離高斯擴(kuò)散曲線的程度,不僅能區(qū)分壞死核心區(qū)和半暗帶,還能細(xì)化半暗帶的內(nèi)邊界[37],平均峰度系數(shù)(mean kurtosis,MK)/平均彌散率(mean diffusivity,MD)錯(cuò)配區(qū)有可能是半暗帶,而非核心區(qū),有可能是可挽救的缺血性病變[38]。目前DKI在缺血性病變的研究還存在掃描時(shí)間長(zhǎng)、信噪比低等局限性,需要更多的研究驗(yàn)證,對(duì)缺血半暗帶重新認(rèn)識(shí)。

綜上,DSC成像快速,應(yīng)用廣泛,但需要對(duì)比劑;ASL不需要對(duì)比劑,但需要注意設(shè)置PLD值,在評(píng)估血流量較低且ATT較長(zhǎng)的白質(zhì)的CBF時(shí),需注意區(qū)分良性缺血和梗死區(qū);DSC和ASL均依賴于動(dòng)脈輸入功能,易受大血管信號(hào)的影響;BOLD是MRI中唯一能監(jiān)測(cè)到OEF值的序列;IVIM一次掃描可得到彌散及灌注信息,且信號(hào)幾乎全部來源于毛細(xì)血管,不受大血管信號(hào)的影響,但b值設(shè)定尚未形成行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)化;DKI可以細(xì)化半暗帶內(nèi)邊界,但掃描時(shí)間長(zhǎng),信噪比低。未來需要更多的研究來完善這些成像技術(shù)的不足。

2.4側(cè)支循環(huán)評(píng)估序列 側(cè)支循環(huán)代償可增加半暗帶,在再通術(shù)的指征評(píng)估中扮演著重要的角色。Connolly等[39]認(rèn)為Willis環(huán)的前、后交通動(dòng)脈為主要的側(cè)支循環(huán)通路,郝曉勇等[40]研究發(fā)現(xiàn)Willis動(dòng)脈環(huán)的完整性與CBF值密切相關(guān)。缺乏有效側(cè)支循環(huán)代償,CICAO患者亞群的卒中復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)明顯高于總體水平[41-43]。且側(cè)支循環(huán)影響急性腦卒中患者的靜脈溶栓療效及預(yù)后[44]。TOF-MRA可以評(píng)估Willis環(huán)的完整性,但對(duì)眼動(dòng)脈及軟腦膜血管網(wǎng)的顯示能力較差,需要結(jié)合其他序列征象及灌注參數(shù)。用于評(píng)估側(cè)支循環(huán)的特殊征象有高信號(hào)血管征(hyperintense vessel sign,HVS)和不對(duì)稱皮質(zhì)靜脈征(asymmetrical cortical vein sign,ACVS)兩種,其中HVS是指在液體衰減反轉(zhuǎn)恢復(fù)(fluid attenuated inversion recovery,FLAIR)序列圖像上出現(xiàn)幾個(gè)連續(xù)水平的蛇形或斑點(diǎn)狀高信號(hào),與側(cè)支循環(huán)的開放有關(guān),最先由Cosnard等[45]提出。后續(xù)有研究認(rèn)為HVS與臨床預(yù)后之間的關(guān)系不一致[46],可能在研究中忽略了灌注衰竭因素。Zhang等[47]將T2-FLAIR結(jié)合ASL評(píng)估側(cè)支循環(huán),結(jié)果表明HVS水平越高,側(cè)支循環(huán)越多,但不等于側(cè)支循環(huán)有效。由此得出,有效循環(huán)評(píng)估除了關(guān)注HVS,還需結(jié)合灌注參數(shù)。ACVS表現(xiàn)為在磁敏感加權(quán)成像(susceptibility-weighted imaging,SWI)圖像上缺血側(cè)大腦皮質(zhì)靜脈信號(hào)多于和(或)大于健側(cè)靜脈信號(hào),常見于血管嚴(yán)重狹窄的患者。ACVS反映了腦灌注不足,可作為評(píng)估軟腦膜側(cè)支循環(huán)的可靠指標(biāo)[48]?？傊?HVS及ACVS對(duì)軟腦膜側(cè)支循環(huán)的評(píng)估有一定作用,但需要結(jié)合灌注參數(shù),才能準(zhǔn)確評(píng)估側(cè)支循環(huán)的有效性。一般認(rèn)為軟腦膜側(cè)支循環(huán)可以防止慢性微結(jié)構(gòu)缺血組織損傷,但有學(xué)者使用T2 mapping和DSC評(píng)估軟腦膜側(cè)支循環(huán)保護(hù)作用的有效性,用CBF/CBV替代CPP,結(jié)果表明,軟腦膜側(cè)支血管豐富度增加,不足以補(bǔ)償慢性缺血性微結(jié)構(gòu)皮質(zhì)組織損傷[49]。Zarrinkoob等[49]用四維相位對(duì)比MRI(four dimensional phase contras,4DPCMRI)結(jié)合T2 mapping評(píng)估側(cè)支循環(huán)路徑,結(jié)果表明通過血流速度可區(qū)分腦動(dòng)脈和眼動(dòng)脈,從而追蹤眼動(dòng)脈路徑。然而,大腦表面軟腦膜血管網(wǎng)分布復(fù)雜,常用的MRI序列很難追蹤其路徑,4DPCMRI與T2 mapping有望在追蹤軟腦膜側(cè)支循環(huán)路徑方面顯露優(yōu)勢(shì)。

3 小結(jié)

SPACE、MPRAGE、SNAP序列已經(jīng)廣泛應(yīng)用于CICAO患者的血管斑塊評(píng)估中,各有優(yōu)缺點(diǎn),單一序列無法準(zhǔn)確區(qū)分斑塊成分,需要多種序列綜合分析,掃描時(shí)間長(zhǎng)。期望在更高的場(chǎng)強(qiáng)平臺(tái)上出現(xiàn)新的成像技術(shù),優(yōu)化掃描協(xié)議,提高診斷準(zhǔn)確性。關(guān)于再通術(shù)后出血預(yù)測(cè),需要進(jìn)行更深入探索。腦血流動(dòng)力學(xué)評(píng)估側(cè)重于區(qū)分半暗帶與梗死核心區(qū),PWI/DWI不配率是目前較理想的方法,但仍存在錯(cuò)配。雖然BOLD、IVIM、DKI序列在界定半暗帶上的準(zhǔn)確性得到改善,但需要更多的研究驗(yàn)證,尤其后處理軟件與人工智能相結(jié)合的研究還有待開展。