頸動脈粥樣硬化病變高分辨磁共振快速定性定量成像技術(shù)研究新進(jìn)展

汪振佳 于 薇

經(jīng)過二十余年的技術(shù)研發(fā)和大量臨床研究的驗(yàn)證，磁共振(magnetic resonance imaging，MRI)高分辨多對比成像技術(shù)(3D-TOF、CE-MRA、T1WI、T2WI、PDWI)已經(jīng)成為評價頸動脈粥樣硬化斑塊組織成分和穩(wěn)定性的可靠技術(shù)。但是，常規(guī)高分辨MR成像技術(shù)單次掃描只能獲取單序列對比圖像；完成整套檢查所需時間長；病灶信號在不同序列中表現(xiàn)復(fù)雜，病變診斷主要依賴于影像醫(yī)師肉眼經(jīng)驗(yàn)判讀模式，復(fù)雜病變誤診、漏診常有發(fā)生。近年來出現(xiàn)的多種新型MR快速定性定量技術(shù)可用于精確顯示頸動脈斑塊病變的解剖結(jié)構(gòu)特征和內(nèi)部構(gòu)成組分信息[1]，這些技術(shù)獲得的MR掃描圖像與組織病理學(xué)結(jié)果具有良好的一致性[2-3]。目前，部分新技術(shù)已初步用于斑塊成分的定量定性評價，有些新技術(shù)尚處于研究階段，本文就這些快速新技術(shù)在頸動脈粥樣硬化斑塊定性及定量研究進(jìn)展展開綜述。

1.磁共振快速成分定性成像及單次多對比像

斑塊內(nèi)出血作為強(qiáng)風(fēng)險預(yù)測因素常提示頸動脈粥樣硬化病變預(yù)后不良、斑塊存在高破裂風(fēng) 險傾向，需要臨床醫(yī)師對患者積極采取診療干預(yù)措施[4]。斑塊血腫內(nèi)部的正鐵血紅蛋白成分會影響T1弛豫時間，從而產(chǎn)生縮短T1弛豫時間的效應(yīng)，導(dǎo)致斑塊內(nèi)出血在MR圖像上表現(xiàn)不一，動脈粥樣硬化病變在T1WI、T2WI上呈現(xiàn)復(fù)雜信號變化。新鮮出血在T1WI及TOF序列表現(xiàn)為高信號，T2WI上表現(xiàn)為等或低信號；近期出血在T1WI、T2WI序列多表現(xiàn)明顯高信號，在 TOF上則表現(xiàn)為混雜或高信號；陳舊出血在T1WI、T2WI及TOF上都呈現(xiàn)低信號改變[2]。復(fù)雜的信號特點(diǎn)，增添了正確識別斑塊成分的難度。為了更好的識別頸動脈病變程度及斑塊內(nèi)成分信息、制定正確診療決策，各種針對斑塊內(nèi)具體病變成分的特異、快速單對比或多對比序列應(yīng)運(yùn)而生。包括：用于特異性識別斑塊內(nèi)出血或血栓成分的磁化準(zhǔn)備快速梯度回波序列(magnetization prepared rapid acquisition gradient echo,MP-RAGE)[5]、層塊選擇的相位敏感反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(slabselective phase-sensitive inversion-recovery，SPI)[6]、非對比血管成像與斑塊內(nèi)出血同時成像(simultaneous non-contrast angiography and intraplaque hemorrhage, SNAP)[7]、三維單次掃描多組織對比序列(multi contrast atherosclerosis characterization，MATCH)[8]、三維可變翻轉(zhuǎn)角快速自旋回波序列(three dimensional variable-flip-angle turbo spin-echo，SPACE)[9]等。

(1)磁化準(zhǔn)備快速梯度回波序列 MP-RAGE是運(yùn)用預(yù)備反轉(zhuǎn)脈沖和小角度激發(fā)梯度回快速三維傅里葉數(shù)據(jù)采集的3D成像序列，其利用非選擇性反轉(zhuǎn)序列及選擇性水激勵或脂肪抑制技術(shù)來抑制背景組織信 號,并采取反轉(zhuǎn)恢復(fù)預(yù)備技術(shù)抑制病灶內(nèi)部相對長T1信號成分(如脂質(zhì)壞死核心和纖維組 織成分)，從而準(zhǔn)確地監(jiān)測病灶內(nèi)部血腫的正鐵血紅蛋白成分(表現(xiàn)為明顯高信號)，因此MP-RAGE序列具有高T1對比信號特征，是相鄰肌肉信號強(qiáng)度的1.6倍，同離體組織病理結(jié)果對比該序列對斑塊內(nèi)出血的敏感性和特異度分別達(dá)到80%、97%，較TOF及快速自旋回波序列(FSE)更易發(fā)現(xiàn)病灶內(nèi)部細(xì)小出血信號改變[10]。進(jìn)而降低醫(yī)師經(jīng)驗(yàn)判讀模式對于頸動脈粥樣硬化復(fù)雜病變誤診與漏診事件的發(fā)生率。但MP-RAGE序列行單次掃描只能獲得單組 病變圖像，疾病診斷仍以醫(yī)師肉眼判讀為最終結(jié)果，缺乏明確可量化得診斷指標(biāo)對病變行定量評價，并且對于部分動脈粥樣硬化硬化合并血管搏動增強(qiáng)偽影的掃描圖像，醫(yī)師常難以作出正確診斷，常常造成造成假陽性及假陰性結(jié)果。

(2)相位敏感反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列和非對比血管成像與斑塊內(nèi)出血同時成像SPI是為特異性識別頸動粥樣硬化易損斑塊重要組分斑塊內(nèi)出血而設(shè)計(jì)研發(fā)的全新序列。SPI由相位敏感成像序列和反轉(zhuǎn)恢復(fù)梯度回波序列組成。對比MP-RAGE序列，SPI序列通過提高血管壁與管腔的對比程度從而增加抑制流動血流的效應(yīng)，大幅度提升斑塊內(nèi)出血的檢出率[6]。 Yuan等[11]在SPI序列的研究基礎(chǔ)上，設(shè)計(jì)出可同時行非對比血管成像與斑塊內(nèi)出血成像監(jiān)測的SNAP序列。完成單次SNAP序列掃描即可獲得特異性識別斑塊內(nèi)出血和血管腔形態(tài)的兩組圖像。研究表明，同TOF序列相比，SNAP在評價管腔狹窄中表現(xiàn)出良好能力，并且明顯提高了圖像的空間分辨率，而較SPI序列圖像，SNAP在斑塊內(nèi)出血的檢出能力和血管壁信號對比程度提升35%。SNAP和MP-RAGE在斑塊內(nèi)出血識別中具有較高一致性[12]。通過嚴(yán)格組織病理-核磁圖像比對，SNAP圖像顯示動脈粥樣硬化斑塊內(nèi)出血面積顯著大于MP-RAGE圖像顯示范圍，提示SNAP能夠識別更為細(xì)微的斑塊內(nèi)出血成分成分[11-12]。

(3)三維可變翻轉(zhuǎn)角快速自旋回波序列 三維可變翻轉(zhuǎn)角快速自旋回波序列(three-dimensional variable-flip-angle turbo spin-echo，SPACE)是新近研發(fā)的一種磁共振3D黑血管壁成像技術(shù)，旨在用于在體顯示頸動脈自顱外到顱內(nèi)全程血管腔、壁組織結(jié)構(gòu)形態(tài)，從而精準(zhǔn)定位病變位置，具體量化病變范圍，正確判斷病情程度。SPACE序列通過在冠狀位、矢狀位以及橫軸位分別展示病變，對于斑塊內(nèi)出血、潰瘍等關(guān)鍵病變信息精確顯示，降低因既往掃描范圍限制造成的疾病漏診、誤診事件。Fan等[9]通過對3D-T1SPACE序列添加抵抗吞咽運(yùn)動的門控技術(shù)，并應(yīng)用于7名健康志愿者。優(yōu)化后3D-T1 SPACE序列圖像較未行吞咽運(yùn)動偽影抵抗技術(shù)的圖像比較，優(yōu)化后技術(shù)明顯改善因患者吞咽所致相關(guān)運(yùn)動偽影。Cuvinciuc等[13]研究表明，3D-T1 SPACE數(shù)據(jù)同2D頸動脈掃描技術(shù)相比，該技術(shù)可覆蓋更大掃描范圍并且明顯提升掃描時間。3D-T1 SPACE 技術(shù)通過無創(chuàng)、無輻射的在體全程頸內(nèi)動脈顯像，為頸動脈粥樣硬化病變的診療提供新思路。

(4)三維單次掃描多組織對比序列 MATCH序列采用3D擾相快速小角度激發(fā)脈沖技術(shù)，完成單次掃描可獲得包括重度加權(quán)T1WI、灰血序列(gray blood)及T2WI 3個對比序列圖像，并且該序列完成單次掃描僅需耗時5min，較常規(guī)T1、T2、TOF序列明顯縮短掃描時程，大 幅 度 提升日常診療工作效率。Yu等[8]將6例由血管超聲診斷為頸動脈重度狹窄的患者進(jìn)行MATCH序列掃描，然后將所得得136個層面的核磁圖像進(jìn)行分析，結(jié)果表明，存在22個層面在MATCH序列被判斷為斑塊內(nèi)出血，而在常規(guī)T1WI序列中同樣診斷為IPH。經(jīng)離體組織病理比對，上述層面均存在IPH，提示MATCH序列對斑塊內(nèi)出血、鈣化和脂質(zhì)壞死核心的識別具有良好能力。雖然MATCH成像技術(shù)在特異性監(jiān)測斑塊內(nèi)出血、脂質(zhì) 核心、鈣化等多種動脈粥樣硬化病變信息具有明確優(yōu)勢。但是MATCH成像技術(shù)缺少對斑塊纖維帽完整性信息的評價，并且作為一種三維序列，MATCH在層面方向的各向同性能力不佳[14]。

2.斑塊成分的快速定量成像術(shù)

磁共振縱向弛豫時間定量(T1mapping)及橫向弛豫時間定量(T2mapping)是新近被廣泛應(yīng)用于心肌、骨關(guān)節(jié)等病變處的磁共振定量診斷技術(shù)[15]。T1mapping是指通過測量掃描圖像中每一像素的T1值，產(chǎn)生的組織參數(shù)圖，進(jìn)而對病變成分進(jìn)行明確診斷[16]。T2mapping是指某種組織在未給予對比劑情況下的橫向弛豫時間值，同樣可用于病變組織成分信息的量化。

近年來，有學(xué)者設(shè)想將mapping技術(shù)運(yùn)用于頸動脈粥樣硬化病變的診斷，對動脈粥樣硬化斑塊內(nèi)具體病變信息進(jìn)行量化評價，利用mapping圖測繪所得的組織T1、T2值，制定頸動脈粥樣硬化病變標(biāo)準(zhǔn)化診斷指標(biāo)，將目前肉眼經(jīng)驗(yàn)診斷模式轉(zhuǎn)化為定量化數(shù)值評價體系。Chai等[17]對40例擬行頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)的患者行磁共振T2mapping掃描，鑒于存在部分斑塊存在近期破潰出血，研究人員使用雙T2閾值(T2L、T2H)標(biāo)準(zhǔn)對斑塊成分進(jìn)行分割評價。T2L(范圍30至50 ms)表示僅含有單純脂質(zhì)成分；T2H(范圍70～120 ms)表示斑塊脂質(zhì)核心內(nèi)存在出血。他們認(rèn)為當(dāng)病變成分的T2值低于T2L時，即該病變主要成分僅為單獨(dú)的脂質(zhì)壞死核心(LRNC)，不考慮出血成分存在。通過與離體剝脫標(biāo)本的組織病理學(xué)對照，上述T2值對于斑塊脂質(zhì)成分的評價與組織病理學(xué)結(jié)果具有高的一致性。此外，該研究發(fā)現(xiàn)，對于頸動脈狹窄程度相似的患者，癥狀斑塊具有顯著的大LRNC，進(jìn)一步證實(shí)通過T2值進(jìn)行的脂質(zhì)定量研究具有區(qū)分有癥狀和無癥狀斑塊的良好能力(靈敏度67%，特異性91%)。Mohammad等[18]對71 例擬進(jìn)行頸動脈內(nèi)膜剝脫術(shù)的患者同樣行磁共振T2mapping掃描，對圖像結(jié)果行單指數(shù)非線性擬合分析，設(shè)定閾值T2，將閾值T2(<42ms)定義為無近期斑塊內(nèi)出血的純脂質(zhì)成分斑塊，以量化斑塊內(nèi)脂質(zhì)體積。并依據(jù)圖像監(jiān)測指數(shù)，設(shè)定了最大脂質(zhì)沉積率與總脂質(zhì)含量的比率(LDD%)和脂質(zhì)聚集指數(shù)(LAI)兩個指標(biāo)，其研究認(rèn)為，LDD%和LAI指數(shù)越高，斑塊越有可能具有大的單個脂質(zhì)沉積物聚集的脂質(zhì)池，而低指數(shù)的斑塊更可能含 有分布更均勻的分散脂質(zhì)沉積物。該研究同樣證實(shí)了有癥狀患者具有更高的斑塊內(nèi)脂質(zhì)成分。YUAN等[19]認(rèn)為，T2mapping技術(shù)雖可以客觀定量的監(jiān)測斑塊內(nèi)部脂質(zhì)核心具體含量，但LRNC量化的可靠性仍然受到目前磁共振二維采集模式的限制，并且LRNC等斑塊內(nèi)成分在行磁共振掃描時容易受到部分容積效應(yīng)的影響，從而影響最終結(jié)果評價。并且，由于正鐵血紅蛋白的期齡可影響T1、T2弛豫時間，因此不同期齡的 斑塊內(nèi)出血可顯示各種T2弛豫時間，所以單獨(dú)的T2mapping技術(shù)尚不足以將斑塊內(nèi)所有成分信息進(jìn)行逐一分類，為了增加研究的準(zhǔn)確性，應(yīng)將T1mapping技術(shù)作為補(bǔ)充掃描，提供更多信息，從而更準(zhǔn)確的進(jìn)行頸動脈粥樣硬化病變的診斷。目前關(guān)于頸動脈斑塊特征的T1mapping研究尚未見報道。

3.快速定量定性聯(lián)合成像技術(shù)

對于粥樣硬化斑塊，無論是單獨(dú)定性還是單獨(dú)定量評估都是不夠全面的，而對同一患者同時行定性定量的檢查勢必增加患者檢查時間，加劇患者不適度。因此，單次掃描獲得多對比定性定量評估的磁共振成像技術(shù)是契合臨床診治工作的必然趨勢。MR單次掃描快速多對比定量定性聯(lián)合成像(quantitative multi-contrast atherosclerosis characterization,qmatch)是新近研發(fā)的頸動脈斑塊成像序列。qMATCH采用了三維血流補(bǔ)償擾相梯度回波序列，通過后處理重建可獲得6組圖像，分別包括：qT1WI、qT2WI、MRA、黑血管壁 成像以及斑塊組織定量參數(shù)T1mapping和T2mapping圖。qT1WI、qT2WI、MRA與現(xiàn)行常規(guī)頸動脈T1WI、T2WI、3D-TOF掃描序列相似；黑血管壁成像序列可得到自頸總動脈起始至頸內(nèi)動脈遠(yuǎn)端顱內(nèi)段血管走行圖像，與常規(guī)2D圖像相比具備更高信噪比，可用于精確評價管腔及管壁病變情況，對臨床治療方案的選擇具有良好指導(dǎo)作用；斑塊組織定量參數(shù)T1mapping和T2mapping圖是針對定量化評價病變情況而設(shè)計(jì)，旨在用T1和T2值定量化評價斑塊內(nèi)具體病變成分。qmatch序列完成單次掃描僅需耗時8min，可大大縮短檢查時間，并可提供更豐富的病變信息。對比常規(guī)T1WI、T2WI圖像，LRNC在qT1WI、qT2WI圖像中具有更高的信噪比，比臨近胸鎖乳突肌具備更低的T1及 T2信號。對比剝脫組織病理切片，qmatch序列在評價頸動脈易損斑塊準(zhǔn)確性與常規(guī)T1WI、T2WI序列相比具有良好一致性。并且，利用T1mapping和T2mapping定量評價易損斑塊成分構(gòu)成，有助于闡明斑塊形成甚至破裂過程中各構(gòu)成組分的轉(zhuǎn)歸過程，進(jìn)而為臨床治療方案的具體化選擇提供更多更有價值的信息。此項(xiàng)技術(shù)還需要未來深入的研究驗(yàn)證。

4.未來發(fā)展趨勢

隨著臨床診治需求的提升及掃描技術(shù)的革新，頸動脈斑塊成像技術(shù)已不再停留于僅 定性觀測斑塊性質(zhì)或管腔的狹窄、擴(kuò)張程度，標(biāo)準(zhǔn)化評價粥樣硬化斑塊成分以及管壁病變的聯(lián)合定量定性成像技術(shù)必將成為未來的發(fā)展潮流。快速定性定量聯(lián)合成像技術(shù)的研發(fā)，預(yù)示著頸動脈斑塊成像技術(shù)較過往單一、局限的評價方式有了顯著提升，隨著成像參數(shù)的不斷優(yōu)化與調(diào)整，未來將會提供頸動脈粥樣硬化病變更多、更全面的信息，從而真正實(shí)現(xiàn)對頸動脈粥樣硬化斑塊成分定量定性評價聯(lián)合血管腔、管壁病變診斷的全方位一站式檢查。