磁共振颅内动脉斑块成像技术的临床应用

李明利，徐蔚海，冯 逢，金征宇

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院 1放射科 2神经科，北京 100730

在亚洲，颅内动脉狭窄是导致缺血性脑卒中的主要原因，随着颈动脉斑块成像技术的进展，近年来利用磁共振成像 (magnetic resonance imaging，MRI)技术检测颅内动脉粥样斑块日益受到关注［1-5］。本文通过回顾性分析北京协和医院完成的颅内动脉斑块成像资料，总结和探讨磁共振颅内动脉斑块成像技术的临床应用价值和局限性。

对象和方法

对象 2006年12月至2010年9月共完成磁共振斑块成像检查422例，其中男性280例、女性142例;最大年龄85岁，最小年龄7岁，平均 (56±5)岁。志愿者30例，怀疑动脉炎5例，烟雾病12例，余者均怀疑动脉粥样硬化。急性脑卒中、短暂性脑缺血发作或既往有脑梗死病史者258例，病史中有高血压、高血脂而无明显缺血症状者117例 (多为经颅多普勒超声检查怀疑颅内动脉狭窄)。

磁共振斑块成像技术 颅内动脉斑块成像主要由三维时飞法磁共振血管成像 (3 dimensions time of flight magnetic resonance angiography，3D TOF MRA)和高分辨率自旋回波 (fast spin echo，FSE)T2加权像 (T2 weighted imaging，T2WI)、T1加权像 (T1 weighted imaging，T1WI)组成。所有检查均在GE 3T Signa/VHi系统上完成，使用8通道头颅线圈。获取定位像后，首先完成常规的3D TOF MRA检查，然后以3D TOF MRA定位欲检查的颅内血管 (大脑中、基底动脉、大脑前动脉)，结合MRA重建图像和原始图像，做垂直于血管长轴的高分辨T2WI断面成像(图1)。如果发现血管中重度狭窄，则做T1WI断面成像 (一般不作为常规)，T1WI的层厚、位置完全拷贝于 T2WI。在本研究早期，T1WI采用双反转(double inversion recovery，DIR)黑血技术 DIR-T1WI，后期改为FSE-T1WI。

图1 大脑中动脉的磁共振斑块成像定位Fig 1 Localization of magnetic resonance plaque imaging for middle cerebral artery

FSE-T2WI的参数:重复时间 (time of repeat，TR)3620 ms，回波时间 (time of echo，TE)42 ms，视野13 cm，矩阵384×256，回波链 22，带宽 25 kHz，层厚2 mm，层间距0～0.5 mm，采集次数4，零填充技术512，扫描9-10层，成像时间2 min 43 s。

FSE-T1WI的参数:TR 525 ms，TE 12.2 ms，视野16 cm，矩阵384×224，回波链5，带宽27.78 kHz，其他参数同T2WI，扫描9层，成像时间3 min 16 s。

DIR-T1WI的参数:TR 800 ms，TE 12 ms，矩阵 256 ×256，视野13 cm，反转时间 300 ms，回波链 16，带宽31.2 kHz，其他参数同T2WI，成像时间53 s/层。

为了研究方便，对未同时申请头颅检查的患者加做头的弥散加权成像 (diffusion weighted imaging，DWI)和常规T2WI。

图像的分析标准 在断面图像上分析颅内动脉管壁结构。首先评价图像质量，然后对病变进行分析。图像质量的分级标准:(1)优，管腔内外壁显示清晰;(2)良，大部分层面管腔内外壁显示清晰，部分层面管腔外壁显示欠清晰;(3)一般，大部分层面能够观察到管腔的内外壁，但显示不清晰;(4)差，有较多的伪影，管腔内外壁无法观察。如果图像质量为优或良，则认为检查成功。

管壁结构的分析标准为:(1)正常管壁:管壁菲薄，甚至不可见;(2)管壁环形增厚:管壁厚度＞1 mm，呈环形增厚;(3)斑块:局限性的偏心管壁增厚，最厚处超过管壁最薄处1.5倍以上。①斑块纤维帽:T2加权像上斑块内表面 (近管腔处)高信号带;②脂质核心:T2WI上纤维帽下低信号;③出血:T1加权像上斑块内的高信号 (与周围脑组织比较)。

结 果

总体评价 422例共检查颅内血管630支，其中基底动脉48支、大脑前动脉5支、大脑后动脉2支、颈内动脉虹吸段10支、其余均为大脑中动脉M1段的检查。检查成功率为97% (611/630支，410例)。不成功的原因主要有:患者躁动，不能配合检查 (6支);部分病例颅内动脉弥漫性狭窄纤细，管壁结构显示不佳 (8支);血管过于迂曲，不能获取垂直于长轴的断面 (5支)。30%的病例颅内动脉管壁结构未见明显异常 ［123例 (包括志愿者30例)，155支血管］。10%的病例显示管壁增厚(40例，50支)，60%的病例发现大小不一的斑块(247例，406支)。T2加权像上部分大的斑块能清晰显示纤维帽和脂核 (图2)。T1加权像上绝大部分斑块呈等信号，极少数斑块内见出血高信号 (图3)。增强扫描能够使管壁结构的显示更加清晰;部分斑块以及动脉炎的管壁显示明显的强化。在各段血管壁的显示方面，以基底动脉为最佳，其次为大脑中动脉M1段，颈内动脉虹吸段管壁显示多不好。

评价管壁结构的可靠性 对58支大脑中动脉(10支为正常志愿者)的高分辨率断面成像 (T2WI)进行分析，结果显示断面成像在评价大脑中动脉斑块的可靠性方面具有非常好的诊断一致性。不同评价者间的一致性较高 ［k=0.91(95%CI=0.80-1.03)］;同一评价者间的一致性较高 ［k=0.96(95%CI=0.88-1.03)］。同时高分辨率MRI显示MRA正常的血管 (5例)存在管壁结构异常 (3个斑块、2个管壁增厚);2例管腔狭窄看不到斑块结构 (缩窄性重塑)。

症状性和无症状性大脑中动脉狭窄的管壁结构 26例症状性大脑中动脉狭窄和35例无症状性大脑中动脉中重度狭窄的管壁结构对比显示，两组的狭窄程度 (狭窄处管腔面积/远端正常侧管腔面积)差异无统计学意义 ［(67.9±14.1)% 比 (63.9±16.2)%，P=0.327］。症状组发现斑块26例 (100%)，无症状组发现斑块28例 (80%)，和无症状组相比，症状性狭窄组有更大的管壁面积 ［(12.90±3.11)比 (8.20±3.61)mm2，P=0.000)］和更大的重塑比 (1.062±0.224比0.805±0.198，P=0.000)，扩张性重塑更多见 (11比1例，P=0.003)(图4)，缩窄性重塑更少见 (4比20例，P=0.008)。在7例无症状的狭窄中，仅见到缩窄性重塑，未发现斑块 (图5)。

非动脉粥样硬化性狭窄的管壁结构 5例临床怀疑为动脉炎的患者，3例见管壁环形增厚，明显强化，管腔管壁均缩窄 (图6);1例管壁未见明显的异常;1例见明显的偏心增厚，考虑动脉粥样硬化。12例烟雾病患者在脑基底部见大量侧枝循环 (流空信号)，大脑中动脉狭窄或闭锁，但管壁未见明显增厚。

讨 论

图2 高分辨率T2加权像显示大脑中动脉斑块 (箭头)Fig 2 Plaques(arrow)of middle cerebral arteries showed on high resolution T2 weighted imaging

图3 高分辨磁共振显示斑块内出血Fig 3 High resolution magnetic resonance images showed hemorrhage in the plaque

图4 症状性大脑中动脉狭窄的高分辨率磁共振Fig 4 High resolution magnetic resonance imaging of symptomatic middle cerebral artery stenosis

图5 无症状性大脑中动脉狭窄的高分辨率磁共振成像Fig 5 High resolution magnetic resonance imaging of asymptomatic middle cerebral artery stenosis

图6 大脑中动脉炎性狭窄的高分辨率磁共振成像Fig 6 High resolution magnetic resonance imaging of arteritis wall structure of right middle cerebral artery

动脉粥样硬化是全身性疾病，常累及头颈部大血管，导致脑供血动脉的狭窄，是缺血性脑卒中的主要危险因素。欧美等西方国家动脉粥样硬化常累及颈动脉，因此，近年来颈动脉斑块成像技术备受重视［6］。颅内动脉斑块成像技术的研究不多，一方面与颅内动脉位置深、管径小、技术方面存在难度有关，更重要的原因可能是与欧美国家的发病特点，即动脉粥样硬化较少累及颅内动脉有关。与欧美国家不同，亚洲动脉粥样硬化累及颅内动脉更常见［7-9］。因此，开展颅内动脉粥样硬化的评价在我国有更重要的临床意义。

本研究结果显示，高分辨率MRI可以较好地显示基底动脉、大脑中动脉主干以及大脑前动脉A3段的斑块。对大脑中动脉斑块的判断显示具有较好的诊断一致性，提示利用高分辨率MRI评价斑块是可靠的。通过评价T1加权像和T2加权像上斑块的信号特点，还可以评价斑块的主要成分。通过测量管腔和管壁的面积，可以计算狭窄程度和判断斑块处管腔的重塑方式［4］。本研究显示，斑块的组织成分和重塑方式与临床症状有明显的相关性。特别是重塑方式，在症状性的狭窄和无症状性的狭窄两组中差异具有统计学意义。重塑是指动脉粥样硬化发展过程中动脉管壁结构的一种重构现象。扩张性重塑(又称正性重构)是指管腔外径扩大，与正常管外径(多测量狭窄远侧，远侧管外径无法测量时，则测量狭窄的近侧)的比值大于1.05，缩窄性重塑则定义为局部管腔外径与正常管外径之比小于0.95。症状性的狭窄更多见扩张性重塑，而无症状狭窄更多见缩窄性重塑，提示伴有扩张性重塑的斑块倾向于不稳定［5］。所以斑块成像，弥补了常规管腔成像技术MRA的不足，提供了更多的关于病变状态的信息，提示可以利用斑块成像技术对卒中的危险性进行分层，这对于脑卒中的二级预防个体化具有重要的指导价值。

斑块成像对于非动脉粥样硬化性的狭窄诊断也有帮助。动脉炎也是引起脑动脉狭窄的主要原因之一。在青年性脑卒中患者，动脉炎和动脉粥样硬化的鉴别诊断有时在临床上是比较困难的。常规的管腔成像技术仅能显示狭窄的程度和范围，提供的诊断信息有限。而斑块成像技术可以显示管壁结构，如果在狭窄处发现斑块的存在，则可以更倾向于动脉粥样硬化的诊断，这对于鉴别诊断是很有帮助的。虽然本研究中动脉炎的病例不多，但也可以看出，动脉炎的管壁呈环形增厚，且伴有明显的均匀强化，整个管腔管壁均缩窄。这与动脉粥样硬化的偏心增厚明显不同。

此外，本研究还发现一些病例MRA显示正常或可疑狭窄，而斑块成像显示明确的斑块存在，这对于临床上做出动脉粥样硬化的诊断也有参考价值。

高分辨率的断面T2WI，成像时间不长 (本研究设备上为2 min 43 s)，在头MRA检查的同时，增加1～2个血管的断面成像序列，其所提供的诊断信息与所耗费的时间相比，性价比较高，可以大规模应用。

和颈动脉的斑块成像技术相比，颅内动脉斑块成像技术还存在较多的不足。颅内动脉的管径小、位置深，因此对成像设备的要求也更高。3T磁共振可能是目前实施颅内动脉斑块成像技术的一个最基本要求。即使是3T磁共振，套用颈动脉斑块成像的多对比序列也很难获得满意的效果。本研究多次尝试显示，基底动脉可以套用颈动脉斑块的成像方案(T2WI、PDWI、TOF、DIR-T1WI)。但对于大脑中动脉，断面的TOF序列很难获得好的图像质量 (可能与扫描方向有关)，而3D TOF MRA的原始图像分辨率又不够。DIR-T1WI的信噪比可以通过增加采集次数提高，但其成像时间的延长又难以让人接受 (每层约1 min)。因此，本研究的后期，改用了FSET1WI，此序列的成像时间相对较短 (3～4 min)，但信噪比和分辨率也相对较差，主要用于中重度狭窄的检查及增强检查。

颅内动脉斑块成像的另一个问题是血管走形迂曲影响准确的定位，导致断面成像不能完全垂直于血管长轴，在这样的图像上测量管腔和管壁面积是不准确的。再次，对于颅内动脉，本研究所用的分辨率仍然不够高，对于弥漫性的血管狭窄，显示管壁结构也不令人满意。另外，在长轴方向，对小斑块而言，2 mm的层厚太厚。还有，成像范围的限制，使大脑中、大脑前动脉的成像仅限于主干，远端的分支无法分析。因此，主干未发现明显异常，不能除外分支没有问题。

由于本研究使用平台版本较低，所以存在上述诸多问题。在新的设备上利用新的技术，上述问题有望解决。比如，近年来推出的等体素成像技术，应用于颅内动脉斑块成像将具有非常好的前景。

综上，颅内动脉高分辨率成像技术的研究刚刚起步。初步的研究显示此技术有非常广阔的应用前景。本研究受设备平台的限制，仅成功开发了高分辨率的T2WI和T1WI两个序列，但对于斑块的评价远远不够。希望本研究能引起国内外同行的兴趣，基于新的设备和新的平台，能够开发更好的成像序列，为脑血管病的诊断提供更多的帮助。

［1］Klein IF，Lavallee PC，Touboul PJ，et al.In vivo middle cerebral artery plaque imaging by high-resolution MRI ［J］.Neurology，2006，67(2):327-329.

［2］Niizuma K，Shimizu H，Takada S，et al.Middle cerebral artery plaque imaging using 3-Tesla high-resolution MRI［J］.J Clin Neurosci，2008，15(10):1137-1141.

［3］Swartz RH，Bhuta SS，Farb RI，et al.Intracranial arterial wall imaging using high-resolution 3-tesla contrast-enhanced MRI［J］.Neurology，2009，72(7):627-634.

［4］Li ML，Xu WH，Song L，et al.Atherosclerosis of middle cerebral artery:evaluation with high-resolution MR imaging at 3T ［J］.Atherosclerosis，2009，204(2):447-452.

［5］Xu WH，Li ML，Gao S，et al.In vivo high-resolution MR imaging of symptomatic and asymptomatic middle cerebral artery atheroscleroticstenosis［J］. Atherosclerosis，2010，212(2):507-511.

［6］Watanabe Y，Nagayama M.MR plaque imaging of the carotid artery［J］.Neuroradiology，2010，52(4):253-274.

［7］Gorelick PB，Wong KS，Bae HJ，et al.Large artery intracranial occlusive disease:a large worldwide burden but a relatively neglected frontier［J］.Stroke，2008，39(8):2396-2399.

［8］秦鼎，焦红云，陈俊红，等.短暂性脑缺血发作与脑动脉狭窄的脑血管造影研究 ［J］.中国介入影像与治疗学，2007，4(4):245-247.

［9］Wong KS，Huang YN，Gao S，et al.Intracranial stenosis in Chinese patients with acute stroke ［J］.Neurology，1998，50(3):812-813.