7.0T 超高場強MRI 評估豆紋動脈病變與腦卒中相關(guān)疾病關(guān)系的研究進展

梁紅琴，王健，劉晨，呂發(fā)金

1.重慶醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院放射科，重慶 400042；2.陸軍軍醫(yī)大學第一附屬醫(yī)院（重慶西南醫(yī)院）放射科，重慶 400038；*通信作者 呂發(fā)金 fajinlv@163.com

腦卒中是由于非外傷情況下腦部血管突然阻塞或破裂導致血液不能正常流入大腦而引起腦組織損傷的一組疾病，分為缺血性卒中及出血性卒中，常見部位為基底節(jié)區(qū)，其次為腦葉、小腦和腦干[1]。中青年人群腦卒中的患病率呈指數(shù)上升，致死率及致殘率很高，是目前威脅人類健康的主要疾病之一。豆紋動脈是大腦中動脈（middle cerebral artery，MCA）發(fā)出的重要穿支動脈，走行于基底節(jié)區(qū)及深部核團。高血壓、動脈粥樣硬化等能引起豆紋動脈內(nèi)皮結(jié)構(gòu)成分和循環(huán)功能的改變，導致局部微循環(huán)障礙，是腦卒中的重要危險因素[2]。由于豆紋動脈管徑極其纖細、血流速度極其緩慢，目前臨床使用的常規(guī)影像技術(shù)如高場強MRI系統(tǒng)（≤3.0T）很難對其進行清晰完整的成像，而7.0T超高場強磁共振血管成像以超高信噪比成為無創(chuàng)性觀察顱內(nèi)豆紋動脈的最佳方法。

1 豆紋動脈解剖及臨床意義

豆紋動脈是直接起源于MCA水平段或由MCA皮質(zhì)支發(fā)出的一群小動脈，分布于基底核區(qū)和內(nèi)囊，通常沿豆狀核淺層或直接穿入豆狀核呈淺弧形上升。幾乎所有的豆紋動脈在穿入豆狀核實質(zhì)前均形成一弓狀彎曲甚至彎曲呈環(huán)，并最終穿過內(nèi)囊到達尾狀核。

豆紋動脈由單支外徑約0.08～1.40 mm的血管組成[3]，在走行過程中發(fā)出I～Ⅳ級分支，第Ⅳ級分支最終形成毛細血管。I～Ⅳ級分支直徑分別約0.30～0.46、0.18～0.36、0.08～0.20、＜0.10 mm[4]。根據(jù)豆紋動脈的行程，按照其發(fā)出位置距離MCA起始部的遠近主要分為≤2 mm的內(nèi)側(cè)群、3～10 mm的中間群及≥10 mm的遠側(cè)群，通常將內(nèi)側(cè)群和中間群統(tǒng)稱為內(nèi)側(cè)群；穿入豆狀核后，以直角或近似直角的形式發(fā)出各級分支，到達各供血區(qū)[5]。豆紋動脈供應重要的皮質(zhì)下區(qū)域，包括尾狀核、蒼白球、殼核和部分內(nèi)囊內(nèi)后肢。外側(cè)群及中間群分布于外囊、豆狀核的連合后區(qū)、內(nèi)囊膝、內(nèi)囊前肢、尾狀核頭的后部和背外側(cè)部以及豆狀核丘腦部和后部；內(nèi)側(cè)群分布于殼核、內(nèi)囊前肢、尾狀核頭的背外側(cè)部、蒼白球及內(nèi)囊膝。豆紋動脈分支粗細、走行及供血區(qū)域大體一致，但也存在血管變異引起的不同程度差異。由于豆紋動脈管徑測量比較復雜且難度高，此類報道目前仍較少見。

豆紋動脈易破裂導致腦實質(zhì)出血及皮質(zhì)下?lián)p傷。此外，由于豆紋動脈供應區(qū)域很少或沒有額外的血液供應，當其閉塞時，極易導致供應的腦組織發(fā)生梗死。

2 豆紋動脈7.0T MRI 技術(shù)

目前，數(shù)字減影血管造影是豆紋動脈檢出及診斷的“金標準”[6]，但由于有創(chuàng)性導致患者的依從性下降，臨床應用受到限制。7.0T MRI憑借無創(chuàng)、無電離輻射、多平面成像以及微小精細結(jié)構(gòu)顯示等優(yōu)勢，目前成為豆紋動脈成像研究的熱點。

2.1 時間飛躍豆紋動脈結(jié)構(gòu)可視化成像 時間飛躍磁共振血管成像（time-of-flight magnetic resonance angiography，TOF-MRA）是一種應用較廣的血管成像方法。超高場強下血液的T1弛豫時間延長、流入增強效應提升，使7.0T TOF-MRA對豆紋動脈血流狀態(tài)和形態(tài)特征的清晰成像成為可能，而這些在傳統(tǒng)影像學方法中較難實現(xiàn)。Shi等[7]研究表明三維TOF-MRA在對遠端大動脈和小血管分支（主觀和定量評估）的可視化能力方面，5.0T MRI較3.0T表現(xiàn)優(yōu)異，其圖像質(zhì)量與7.0T相似；Osuafor等[8]與Bollmann等[9]的研究進一步表明7.0T TOF-MRA已應用于豆紋動脈的可視化評估，以上研究實現(xiàn)了豆紋動脈影像評估的可行性，為相關(guān)疾病研究奠定了基礎(chǔ)。為進一步驗證超高場強MRI檢測豆紋動脈的敏感度，Ling等[10]利用7.0T TOF-MRA檢測伴皮質(zhì)下梗死和白質(zhì)腦病的常染色體隱性遺傳性腦動脈?。╟erebral autosomal dominant angiopathy with subcortical infarcts and leukoencephalopathy，CARASIL）患者豆紋動脈的異常病變，表明該方法是檢測豆紋動脈的一種有效、無創(chuàng)的成像方式。但上述研究仍停留在形態(tài)學評估上，還需開發(fā)更多技術(shù)提高TOF-MRA的質(zhì)量，擴展其在血流等其他方面的評估。

雖然7.0T TOF-MRA在豆紋動脈顯示方面優(yōu)越性明顯，但對患者無意識的微小運動過于敏感，圖像質(zhì)量容易受到影響；而且其檢查時間較長。Bai等[11]與Mattern等[12]的研究通過聯(lián)合使用可變速率選擇性激發(fā)、壓縮感知和分割飽和脈沖技術(shù)，將7.0T TOF-MRA臨床掃描時間控制在5 min以內(nèi)，分辨率達到0.3 mm3。Kang等[13]和Zhang等[14]的研究表明通過采樣不足參數(shù)的選擇可以改善壓縮感知三維TOF-MRA圖像質(zhì)量，對于解決縮短成像時間與提高圖像質(zhì)量的矛盾是很好的嘗試與補充。

2.2 豆紋動脈血管壁成像技術(shù) 癥狀性腦卒中患者在無明顯管腔狹窄的情況下，管腔內(nèi)存在易損斑塊的概率仍較高，僅通過評估管腔狹窄程度預測腦卒中發(fā)生，會不同程度地降低對于該病實際危險程度的判斷。高分辨率血管壁成像技術(shù)可以無創(chuàng)、高分辨率及多方位鑒別管壁斑塊成分，受到越來越多學者的關(guān)注。

高分辨率血管壁成像是一種利用三維快速自旋回波（turbo spin-echo，TSE）序列分析顱內(nèi)血管壁和斑塊成像的三維成像技術(shù)，可通過多平面重組和曲面重組進一步實現(xiàn)顱內(nèi)多角度的立體血管觀察。目前，7.0T MRI較廣泛使用的是可翻轉(zhuǎn)角度（variable flip angles，VFA）-FSE/TSE序列，各大廠商均有對應的序列方案，如CUBE（GE）、SPACE（Siemens）。Wu等[15]和Rutland等[16]的研究將7.0T MRI VFA的TSE序列用于血管和血管壁成像，與標準的三維TSE序列相比，改良后的三維TSE-VFA序列具有更長的回波鏈長度、更有效的流量抑制和更高的信噪比，實現(xiàn)10 min內(nèi)接近全腦覆蓋掃描。Ma等[17]的研究進一步表明7.0T TSE-VFA顯示內(nèi)側(cè)群的豆紋動脈可能優(yōu)于TOF-MRA，且可同時評估豆紋動脈血管壁的改變，對于豆紋動脈這類纖細血管的管壁成像，以上研究是目前為數(shù)不多的嘗試。此外，Kong等[18]報道7.0T MRI利用三維內(nèi)容積TSE序列代替?zhèn)鹘y(tǒng)的激發(fā)脈沖SPACE序列，對豆紋動脈管腔和管壁進行具有黑血0.3 mm各向同性超高分辨率成像，結(jié)果表明三維內(nèi)容積TSE序列圖像可以顯示更清晰的豆紋動脈輪廓，可能成為檢測腦微血管病變有潛力的方法。管壁成像技術(shù)的不斷發(fā)展對尋找顱內(nèi)微血管病變的病因?qū)W提供了依據(jù)，也為進一步明確疾病與豆紋動脈病變的關(guān)系提供了支持。

2.3 三維相位對比磁共振血管成像（phase contrast magnetic resonance angiography，PC-MRA） PC-MRA在超高場強中具有更高的對比度和空間分辨率，在有和無低流速編碼梯度的圖像中均可清楚地識別豆紋動脈。血流測定是判斷血管承受應力狀態(tài)的指標，可以有效地預測發(fā)生血管破裂的可能，是目前的研究熱點，但其準確度受到信噪比不夠高的影響。而7.0T PC-MRA的高分辨率和低流速編碼在不同程度上克服了以上不足，保證了慢流速定量的準確性，而傳統(tǒng)方法無法檢測。Sun等[19]研究表明在7.0T MRI上使用PC-MRA對測量目標微血管內(nèi)血流速度和方向具有很大潛力，de Buck等[20]也在7.0T PC-MRA中首次發(fā)現(xiàn)CADASIL患者的豆紋動脈血流速度顯著降低。以上研究不同程度地表明豆紋動脈中的血流速度與患者臨床和MRI特征相關(guān)，可用于評估疾病嚴重程度。7.0T PC-MRA較低場強MRI優(yōu)勢明顯，但存在普及局限的問題。Arts等[21]研究表明，在3.0T MRI上測量大腦穿通動脈血流速度和搏動可行，但相對于7.0T MRI需要大約5倍的樣本量，且測量應在相同的掃描儀場強和方案下進行，重復性仍存在問題。

總之，目前TOF-MRA較廣泛地應用于豆紋動脈的評估。該技術(shù)不斷地優(yōu)化參數(shù)使圖像的分辨率明顯提高、成像時間大幅度縮短，豆紋動脈形態(tài)學評估逐漸向大體病理靠近，有望實現(xiàn)在體的豆紋動脈及基底核團的三維圖像融合。管壁成像技術(shù)由于超高分辨率的優(yōu)勢，已逐漸成為尋找疾病病因?qū)W的有效方法。PC-MRA的血流測定是判斷血管承受應力狀態(tài)的指標，可以有效預測發(fā)生血管破裂的可能性，是目前研究的熱點，正在逐漸增加應用于臨床的可能性。

3 7.0T MRI 在豆紋動脈與腦卒中相關(guān)疾病的研究

3.1 豆紋動脈與腦卒中相關(guān)疾病的定量評估 目前，7.0T MRI在豆紋動脈與腦卒中相關(guān)疾病中的研究主要集中在缺血性卒中，對出血性卒中的研究較少。Vachha等[22]報道健康受試者豆紋動脈分布及其形狀、分支數(shù)量和起源部位的差異，以及左右側(cè)的實質(zhì)差異；Kong等[23]使用7.0T MRI測量豆紋動脈血流波形，表明衰老導致豆紋動脈的走行僵硬；Wei等[24]發(fā)現(xiàn)基底核體積與豆紋動脈形態(tài)關(guān)系密切，且隨著年齡增大，豆紋動脈及分支數(shù)量減少；以上研究在影像水平了解正常豆紋動脈的信息，為研究豆紋動脈病變與疾病的關(guān)系奠定了基礎(chǔ)。Miyazawa等[25]進一步分析急性缺血性卒中患者豆紋動脈長度和梗死直徑、體積的關(guān)聯(lián)，表明豆紋動脈閉塞患者的豆紋動脈彎曲度、直線長度小于未閉塞患者，梗死直徑大于豆紋動脈未閉塞患者；Park等[26]利用三維TOF-MRA對腔隙性梗死患者的豆紋動脈莖進行觀察，并研究其與動脈粥樣硬化斑塊的空間關(guān)系，表明超高場MRA可能成為小血管疾病機制研究及臨床上早期發(fā)現(xiàn)腦血管疾病的重要工具；上述研究表明7.0T MRI在腦梗死與豆紋動脈關(guān)系的研究仍停留在形態(tài)學方面。此外，Yashiro等[27]分析2型糖尿病患者腔隙性腦梗死發(fā)生后，顱內(nèi)豆紋動脈結(jié)構(gòu)、血流信號與非糖尿病患者的差異，發(fā)現(xiàn)其豆紋動脈內(nèi)徑、分支、長度及彎曲度明顯減少，信號強度明顯減低，提示7.0T高分辨率血管成像在腦小血管病發(fā)生前發(fā)現(xiàn)豆紋動脈損傷的可行性，進一步驗證了超高場強MRI在豆紋動脈與疾病狀態(tài)或外周血管關(guān)系研究應用的顯著意義。沈雪峰等[28]使用3.0T MRI研究豆紋動脈數(shù)量與腦小血管病患者腦灌注改變的相關(guān)性及其與腦小血管病嚴重程度的相關(guān)性，表明腦小血管病患者豆紋動脈數(shù)量與腦灌注呈正相關(guān)，與腦小血管病嚴重程度呈負相關(guān)，豆紋動脈可作為腦小血管病的一個潛在影像學標志，具有一定臨床價值。黃黎香等[29]發(fā)現(xiàn)豆紋動脈特征能反映基底節(jié)區(qū)的灌注狀態(tài)，基底節(jié)區(qū)的腦定量灌注參數(shù)是基底節(jié)區(qū)腔隙性梗死患者預后不良的影響因素；林威龍等[30]根據(jù)癥狀有無對80例高血壓患者進行研究，發(fā)現(xiàn)兩組間MCA管腔重塑指數(shù)與豆紋動脈數(shù)量無顯著差異；Jiang等[3]發(fā)現(xiàn)腦灌注受損與豆紋動脈損傷和分支動脈粥樣硬化疾病發(fā)病機制有關(guān)，有助于確定分支動脈粥樣硬化疾病發(fā)生時灌注異常的臨床意義；以上的3.0T MRI研究在不同程度上拓寬了未來7.0T MRI的研究方向及思路。7.0T MRI在豆紋動脈與出血性腦卒中的研究較少，但已有文獻開始聚焦腦出血的高危因素高血壓對豆紋動脈結(jié)構(gòu)的改變。Kang等[31]過7.0T MRI觀察高血壓患者，發(fā)現(xiàn)其較非高血壓患者豆紋動脈數(shù)量、彎曲度及總長度明顯減少、減小。

總之，豆紋動脈與腦卒中相關(guān)疾病的定量評估目前仍以形態(tài)、數(shù)量及管壁為主。高血壓狀態(tài)下豆紋動脈破裂造成的自發(fā)性腦出血患者群體仍占多數(shù)，隨著自發(fā)性腦出血研究方向由分子機制向發(fā)生發(fā)展系統(tǒng)構(gòu)建轉(zhuǎn)變，豆紋動脈神經(jīng)核團復合體的評估成為腦卒中相關(guān)疾病監(jiān)測隨訪的主要指標，是今后研究的重點。

3.2 腦卒中病因?qū)W尋找及豆紋動脈閉塞后能否再通的評估 MCA斑塊主要分布于腹側(cè)或下壁，很少累及背側(cè)及上壁。Kong等[23]在此基礎(chǔ)之上，根據(jù)豆紋動脈的開口和動脈粥樣硬化斑塊在MCA管壁上的位置進行分類，將不同組MCA管壁上豆紋動脈開口的分布象限進行比較，結(jié)果顯示在腔隙性梗死患者中，豆紋動脈開口位于MCA腹側(cè)和下側(cè)的減少與MCA斑塊分布相對應，可能提示在顱內(nèi)動脈粥樣硬化中豆紋動脈開口處的易損斑塊是基底節(jié)腔隙性腦梗死的原因，使豆紋動脈形態(tài)學的評估范圍擴大，進一步在病因?qū)W尋找方面提供了新發(fā)現(xiàn)。對于豆紋動脈閉塞能否再通也有相關(guān)報道。Suzuki等[32]通過局限于豆紋狀動脈范圍內(nèi)的急性腦梗死患者，在急性期和術(shù)后1個月使用7.0T MRI評估相關(guān)紋狀體動脈再通的影像學表現(xiàn)，表明相關(guān)的豆紋動脈可再通。對臨床治療決策起到了很好的理論支持，實現(xiàn)了評估微小血管再通的可能。

總之，7.0T MRI是一種重要的臨床科研工具，可實現(xiàn)豆紋動脈形態(tài)學、代謝及功能的綜合評估。豆紋動脈數(shù)量、形態(tài)、長度、管壁情況及對于缺血性卒中的病因?qū)W尋找是目前的主要研究方向，對血管造成損害的高風險基礎(chǔ)疾?。▌用}粥樣硬化、高血壓、糖尿病等）的預后研究目前已初見端倪，但在評估豆紋動脈與出血性卒中疾病關(guān)聯(lián)及預后方面的研究仍較少。借助超高場強的優(yōu)勢立體地展現(xiàn)豆紋動脈更精細的解剖及核團映射關(guān)系，從而用于腦卒中相關(guān)疾病的病因?qū)W精準定位、不良事件有效預測及疾病預后判斷，仍是影像研究的一個主要出發(fā)點。