高场强和超高场强磁共振血管壁成像在颅内动脉瘤研究中的进展 |【中华神外】2017年第四期“综述”
神外资讯【中华神外】专栏，每周二发布一篇精选文章，今天刊登的是，由首都医科大学附属北京天坛医院李佑祥、刘新科、张紫豪在《中华神经外科杂志》2017年第四期“综述”上发表的《高场强和超高场强磁共振血管壁成像在颅内动脉瘤研究中的进展》，欢迎阅读。
颅内动脉瘤具有发病率高、破裂率低、破裂出血后残死率高的特点[1-2]。因此，对颅内动脉瘤的破裂风险进行个体化评估，已经成为动脉瘤研究最重要的课题。传统的颅内动脉瘤检查手段，如数字减影血管造影（DSA）、CT血管造影（CTA）、磁共振血管成像（MRA）等都基于血管腔内的血流进行成像，通过动脉瘤位置、大小、形态等信息，间接推测动脉瘤的破裂风险。这种评估方法临床上应用最广泛，但是其准确性差。颅内动脉瘤的组织病理学研究显示，瘤壁存在内皮细胞坏死中断、平滑肌细胞坏死增生及胶原纤维增生等破坏与增生共存的现象[3-5]。因此，基于动脉瘤壁特征的破裂风险评估方法将更有意义。
高场强（1.5~3.0 T）及超高场强（≥ 4.0 T）磁共振的发展为血管壁成像提供了可能性。磁共振血管壁成像早期应用于颈动脉粥样硬化斑块、壁内出血、血栓形成等缺血性疾病结构成像的研究[6-10]，为动脉粥样硬化高危易损斑块的早期识别提供了重要信息。同样，高场强及超高场强磁共振动脉瘤壁对比增强成像及瘤壁结构成像也展现出了令人兴奋的研究前景。本文主要从磁共振血管壁成像技术、高场强磁共振动脉瘤壁对比增强成像及超高场强磁共振动脉瘤壁结构成像3方面进行综述。
一、 磁共振血管壁成像技术
1.颅内动脉和动脉瘤壁的解剖特点：
颅内动脉及动脉瘤壁具有以下解剖特点：（1）管径细、管壁纤薄。例如大脑中动脉起始部血管内直径为3~5mm，血管壁厚度为0.5~0.7 mm[11]。颅内动脉瘤因动脉瘤壁病理性破坏与重构，常表现为动脉瘤壁变薄或增厚，尸检与术中病理组织切片显示，动脉瘤壁的厚度在0.02~0.50 mm[12-13]，动脉瘤壁的这种纤薄特性要求磁共振血管壁成像分辨率在毫米级以下水平。（2）颅内动脉走行迂曲、动脉瘤形态不规则。常规二维成像无法同时显示动脉瘤长轴、瘤颈及动脉瘤与载瘤动脉的关系，不能很好地满足动脉瘤壁的成像特点，因此需要三维成像技术，从多个截面对动脉瘤壁进行观察。（3）动脉瘤壁与周围脑实质相连紧密，两种组织之间缺乏良好的对比度，常无法很好地界定[14]，严重影响动脉瘤壁的成像质量。因此，在现有分辨率下，常借助对比剂来提高动脉瘤壁成像质量。（4）动脉瘤壁内缓慢贴壁血流及壁外缓慢流动的脑脊液信号也可能对瘤壁成像造成干扰[15]，如部分容积效应致动脉瘤壁的“厚度”被高估。
2.对磁共振设备的要求：
基于颅内血管壁及动脉瘤壁纤细、走行迂曲及血管壁与周围脑脊液对比度差等特点，颅内血管壁成像需具备高分辨率、良好的信噪比及受试者可耐受的扫描时间。因图像信噪比与主磁场强度（B0）成正比，因此，场强越高检测的灵敏度越高。
3.磁共振血管壁成像方法：
磁共振血管壁成像技术序列主要包括：（1）反转恢复技术（inversion recovery，IR）[16]，包括饱和带技术，双反转技术等；缺点：采集效率低，血液抑制效果差；属于2D成像，目前研究已经很少使用。（2）可变重聚翻转角技术（variable refocusing flip-angle，VRFA）[17]，是基于自旋回波（turbo spine echo, TSE）的改进成像方法，优点是抑制血流效果好，信噪比高；缺点是采集时间稍长。属于3D成像，研究中应用最广泛。（3）反转预脉冲快速梯度回波技术（magnetizationprepared rapid gradient echo，MPRAGE）[18]，优点是抑制血流的同时可以清晰地显示斑块内出血（intra plaque hemorrhage，IPH），多用于动脉粥样硬化壁内出血的研究。（4）运动敏感驱动平衡技术（motion sensitized driven equilibrium，MSDE）[19]，通过准备脉冲使血流散向，从而达到血流抑制的目的。优点是对快速血流抑制效果好，采集时间短；能够实现3D成像，研究应用广泛。（5）章动延迟交替导航激励技术（delays alternating with nutation for tailored excitation，DANTE）[20]，通过连续小角度激发脉冲和散相梯度，使静止和运动的物质产生不同信号，从而达到抑制血流信号的效果。优点是对于缓慢血流也有较好的效果；缺点是准备脉冲时间较长，对梯度场要求高。
二、 高场强磁共振动脉瘤壁对比增强成像
高场强磁共振主要包括1.5 T和3.0 T磁共振设备。1.5 T磁共振血管壁成像质量差，在颅内动脉瘤壁研究中意义有限。3.0 T磁共振仍存在分辨率相对不足的情况，故多需借助对比剂以提高成像质量。钆剂是目前最常用的磁共振对比增强剂。Gd3+为顺磁性金属离子，可以降低组织T1值，在T1加权像上表现为局部信号增强。钆剂不能透过完整的内皮屏障，当动脉瘤壁正常结构破坏或病理性滋养血管增生时，钆剂渗入病理性动脉壁组织，表现为动脉瘤壁局部对比后增强。钆剂对比后增强最早应用于判断多发动脉瘤患者责任出血灶。临床上约30%动脉瘤性蛛网膜下腔出血（SAH）的患者存在多发动脉瘤[21]。在判断多发动脉瘤患者责任出血灶时，医生常遇到困难。Matouk等[22]采用3.0 T TSE血管壁成像对3例出血的多发动脉瘤患者进行研究，其中对比后增强的动脉瘤经手术证实为责任出血灶。随后Nagahata等[23]在3.0 T上采用MSDE-3D-TSE对117例动脉瘤患者进行扫描。研究发现，78.3%破裂动脉瘤出现了钆对比后增强，而未破裂组只有4.8%的增强率，破裂组动脉瘤壁增强率显著高于未破裂组，破裂组对比后增强率高的原因及机制目前仍不清楚。
Edjlali等[24]进而采用3 T 3D-T1w-FSE评估动脉瘤不稳定性。他们将87例（108个动脉瘤）动脉瘤患者的动脉瘤按照临床指标（包括连续MRI检查有无形态学改变、24h内有无动脉瘤性SAH、有无临床症状）分为稳定组与不稳定组。结果显示，87%不稳定动脉瘤出现了钆对比后增强，而稳定组的增强率只有28.5%。该研究分析动脉瘤壁钆对比后增强可能与动脉瘤壁炎性反应或滋养血管的形成有关，但是该研究缺少动脉瘤壁的组织病理学研究。
新型对比剂纳米氧化铁具有超顺磁性特点，且不能经完整血-脑屏障渗透，易被病变组织中活性细胞吞噬等特点，因此，其可以作为炎性反应非常好的标志物[25-26]。Hasan等[27]利用纳米氧化铁在3.0 T T2*w-TSE成像中表现低信号的特性，研究了纳米氧化铁的早期摄取与动脉瘤稳定性的关系。结果显示，动脉瘤壁早期增强组破裂风险显著高于延迟增强组及不增强组。该研究还采集了部分患者的动脉瘤壁标本，发现早期显影的动脉瘤壁中炎性细胞表达量明显高于延迟显影组。虽然该研究显示了纳米氧化铁良好的研究应用前景，但该对比剂尚未正式批准作为常规MRI对比剂，安全性不确切，其研究应用受到限制。
综合上述的研究，动脉瘤壁在注射对比剂后增强显影确实与动脉瘤的不稳定性或破裂风险相关。但是钆剂分子量小，无示踪剂揭示其在动脉壁中的代谢过程，所以目前关于钆剂引起动脉瘤壁增强的机制仍不清楚。而纳米氧化铁作为炎性标志分子[25-26]，其代谢途径明确。这些特点可能会使纳米氧化铁在动脉瘤破裂机制及风险预测研究中发挥重要作用。
三、 超高分辨率磁共振颅内动脉瘤壁结构成像研究
超高场强磁共振的范畴指磁场强度≥ 4.0 T，目前应用最多的为7.0 T磁共振设备。超高场强磁共振具有更高的信噪比、对比度及更快的扫描速度。动脉瘤壁成像可不依赖对比剂而达到良好的成像质量，为动脉瘤壁结构分析提供可能性。
动脉瘤壁结构分析最直接的应用就是对于夹层动脉瘤的诊断。磁共振管壁成像可以清楚地显示动脉瘤扩张的管腔、被掀起的内膜及双腔征等特点[28]。此外，部分夹层动脉瘤还可以清晰显示破口的部位、真假腔等特征，对夹层动脉瘤制定治疗方案也有一定帮助。
巨大动脉瘤壁内的一些结构也可以作为内源性对比剂[29]，如内源性铁沉积。Honkanen等[30]采用4.7 T超高场强磁共振对3例巨大颅内动脉瘤患者进行体外成像和组织病理学分析。研究结果表明，磁共振低信号区与组织切片上内源性铁剂的沉积区域具有非常好的一致性。内源性铁存在，也间接反应了动脉瘤壁内巨噬细胞的浸润。
一般认为，动脉瘤壁薄弱部分破裂最终引起动脉瘤出血，因此动脉瘤壁的厚度对于动脉瘤破裂风险研究具有重要意义。Kleinloog的研究团队采用7 .0 T 3D-MPRAGE高信噪比、高分辨率序列对颅内动脉瘤壁厚度测量的可行性进行了研究[31-32]。该研究取2个动脉瘤壁组织标本，并对动脉瘤行分辨率0.80 mm和0.18 mm的扫描，研究由瘤壁信号强度与周围脑组织配比得到的“表观厚度”，对动脉瘤壁表观厚度与实际厚度做相关性分析。2个动脉瘤壁标本测量结果显示，瘤壁厚度与表观厚度间呈线性相关，Pearson相关系数为0.85。此外该研究还采用楔形标准化模型进行了验证，采用与活体扫描相同的0.80 mm分辨率成像序列。结果表明，表观厚度与标准化模型的厚度具有很好的线性相关。因此，现有的磁共振血管壁成像技术，可以实现动脉瘤壁厚度的定性或半定量分析。
四、 存在的问题和展望
磁共振血管壁成像作为一种无创的成像技术，真正实现了“血管”成像，而非“血流”成像。其精细的空间分辨率与良好的信噪比，为颅内动脉瘤壁的结构成像提供了可能性。但是血管壁成像技术仍不完美，主要存在以下几个问题：（1）磁共振血管壁成像分辨率仍不够高；虽然7.0 T超高场强分辨率磁共振已经可以实现各向同性0.4 mm分辨率，但是依据动脉瘤壁纤薄特点及部分容积效应的制约，需要分辨率＜0.2 mm的图像，才可能实现准确的动脉瘤壁厚度定量分析。（2）血管成像序列扫描时间较长：要采集分辨率＜0.5 mm的动脉瘤壁图像，扫描时间一般＞10 min。从动脉瘤本身危险性、患者耐受性及临床的可行性考虑，都限制了其研究应用。基于上面2个问题，如何优化序列获得更高分辨率、更短采集时间，成为未来动脉瘤壁成像的研究重点。此外，如何利用钆剂、纳米氧化铁或其他分子标志物判断动脉瘤壁的病理学改变，进而作出动脉瘤破裂风险的评估，也将成为今后的研究热点。
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