3D高分辨磁共振血管壁成像评估颅内动脉粥样硬化性疾病特征

摘要

颅内动脉粥样硬化性疾病(intracranial atheroscl erotic disease，ICAD)是全世界范围内引起缺血性脑卒中最常见的病因，是一个全球性的公共健康问题。ICAD进展缓慢，早期发现并采取积极有效的治疗措施对预防脑卒中有重要意义。越来越多的研究表明颅内动脉粥样硬化症状发生除了与管腔狭窄程度有关，还与斑块特征如炎性细胞浸润、丰富脂质核心以及斑块内出血有关。只有对管壁结构和斑块特征进行全面客观的评估，才能更好地进行脑卒中危险分级并指导个体化治疗。
　　颅内血管疾病的传统诊断方法是血管造影，包括数字减影血管造影(digitalsubtraction angiography，DSA)以及无创性的CT血管造影(computedtomography angiography， CTA)和磁共振血管造影(magnetic resonanceangi ography，MRA)。这些技术仅能显示管腔狭窄程度;由于动脉管壁对斑块形成有一定的代偿能力（血管重构）而表现为无管腔狭窄（尤其是在ICAD的早期），血管造影可能会低估ICAD的发生率。黑血磁共振成像(black blood magneticresonance imaging，BBMRI)不仅可以清晰显示管壁结构，还能够显示斑块内各种成分的形态并测量其体积，其已成功应用于评估颅外动脉斑块破裂的危险因素。
　　与颅外动脉相比，颅内动脉管径细小、走形迂曲、位置较深，加之其周围被脑脊液环绕，早期MRI技术成像质量不佳。近年来，3D BBMRI成像技术应用到颅内血管壁成像方面，一次扫描即可获得颅内多个血管的图像，3D特性是精确测量颅内动脉管壁及斑块的关键。3D BBMRI成像技术中最常使用的序列是可变重聚翻转角序列，如VISTA(Phi lips Healthcare)，SPACE(Siemens)和Cube(GEHeal thcare)。该技术使用非常长的回波链，并使用可变翻转角来维持相对稳定的信号。利用3D BBMRI技术发现并定性增厚的血管壁，在缺血性脑卒中及颅内出血等疾病有非常大的应用潜力。本研究旨在提高并应用3D高分辨BBMRI成像技术对ICAD进行评价分析，进一步明确动脉管壁及斑块特性，为脑卒中的一级预防和风险性评价提供参考。
　　论文分两个部分，如下:
　　第一部分: ADE-BBMRI技术抑制脑脊液信号的可行性研究
　　目的:为了优化3D高分辨率黑血磁共振技术，在以可变翻转角快速自旋回波为基础的序列末端施加反驱动均衡(anti-driven-equilibrium，ADE)脉冲，评估其对脑脊液(cerebrospinal fluid，CSF)信号的抑制效应及临床应用的可行性。
　　材料与方法:本研究使用应用3.0T飞利浦扫描仪(Achieva; PhilipsHeal thcare，the Netherland)行3D高分辨黑血MRI检查，纳入8名健康志愿者对ADE-BBMRI序列进行优化，使用分辨率为0.5×0.5×0.5mm3，扫描时间为5.4分钟，并与相同成像参数的BBMRI序列进行对比。选取9名ICAD患者进行3D增强ADE-BBMRI扫描。研究选取目标血管段包括大脑中动脉(middle cerebralartery，MCA)和基底动脉(basilar art ery，BA)，使用VesselMass软件(LeidenUniversity Medical Center，the Netherlands)对获取的ADE-BBMRI和相应BBMRI图像、以及增强前和增强后ADE-BBMRI图像进行测量并计算其信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)、对比信噪比(contrast-to-noise ratio，CNR)、管腔面积(lumen area，LA)、管壁面积(wall area，WA)、平均管壁厚度(meanwall thickness，MWT)、最大管壁厚度(maximum wall thickness，MaxWT)。使用组间相关性(intraclass correlations，ICC)评估测量可靠性。
　　结果: ADE-BBMRI序列可以有效抑制脑血管周围CSF信号;其CSF信号强度（SNRCSF）与相应BBMRI序列相比降低36％-44％。ADE-BBMRI序列与相应BBMRI序列相比管壁信号强度(SNRwall)降低8％-8.5％，血管壁与CSF信号强度对比（CNRwall-to-CSF）却显著提高:MCA，5.93±0.59 vs.3.95±1.67，p＜0.01; BA，3.8±1.76 vs.1.34±0.54，p=0.01。ADE-BBMRI与相应BBMRI序列相比，形态学测量未见差异(ADE-BBMRI vs.BBMRI: LA，6.35±2.87 mm2 vs.6.32±2.84mm2,p=0.23; WA,1.28±0.52mm2 vs.1.27±0.53nn2, p=0.47; MWT,0.93±0.30mm vs.0.93±0.32m,m, p=0.95; MaxWT,1.27±0.33 mm vs.1.28±0.36mm,p=0.84)。与增强前的图像相比，增强后ADE-BBMRI图像可以显著提高SNRwall、CNRwall-to-SF以及血管壁与血液间信号对比（CNRwall-to-(blood)），管壁清晰度明显提高。所有测量（包括信号测量SNR(lumed)、SNRwall、SNRCSF和形态学测量LA、OWA、MWT）的可靠性良好，ICC区间为0.54-0.95。
　　结论:3D ADE-BBMRI序列可以有效抑制血液和脑脊液信号，在5分钟扫描时间内获得各向同性分辨率为0.5的图像，并可以对颅内血管壁进行可靠的测量。本研究可以为脑卒中风险评估及预防提供参考价值。
　　第二部分:无症状颅内动脉粥样硬化性疾病的3D高分辨率增强磁共振成像特征
　　目的:大部分脑卒中在无症状ICAD人群中突然发生，因此，在没有出现症状阶段发现并评估ICAD可能会为脑卒中风险预防提供参考。本次研究目的是使用3D高分辨增强BBMRI评估无症状ICAD的疾病特征，并与脑卒中患者的症状斑块进行比较，进一步明确管壁及斑块特性。
　　材料和方法:本次研究符合HIPAA(Health Insurance Portability andAccountabi lity Act)标准并得到研究机构审查委员会批准。一共纳入55名（平均年龄，71.3±11.2岁）研究对象，包括29名来自粥样硬化风险社区（Atherosclerosis Risk in Communities，ARIC）的无症状志愿者和26名脑卒中患者。扫描设备为飞利浦3.0T MRI扫描仪(Achieva;Phil ips Heal th care，theNetherland)，扫描序列包括3D时间飞跃(time-of-flight，TOF) MRA、3D增强ADE-BBMRI和3D对比增强(contrast enhanced，CE) MRA。由两名有经验的放射医师对是否出现斑块进行判定;对每一个认定的斑块均进行下列分级，包括斑块强化程度（0级、1级、2级）、管腔狭窄程度（不能探测、＜50％、50％-70％、＞70％、几乎闭塞）和MRI上可能引起脑卒中的程度（包括责任、可能责任和无责任斑块）。记录斑块内出血(in trap laque hemorrhage，IPH)的出现情况及斑块表面不规则性。根据位置对来自脑卒中组和ARIC组的29对斑块配对并进行定量分析。计算斑块厚度、标准管壁指数(normal wall index，NWI)和强化程度(％contrast enhanced，％CE)。使用回归分析评估责任病灶与定性及定量测量的相关性。
　　结果:在ARIC志愿者中共发现162个斑块（平均5.8个/人），共有101个(62％)斑块出现强化（1级或者2级强化）。脑卒中患者共发现134个斑块（平均，5.2个/人），共有111个(83％)斑块显示出强化（1级或者2级强化）;责任斑块有29个(22％)。将29对根据位置匹配的无症状斑块和责任斑块进行斑块水平比较发现，与无症状斑块相比，责任斑块信号不均质性(79％ vs.38％，p=0.001)、表面不规则性(48％ vs.7％，p＜0.01)和IPH(24％ vs.3％，p=0.022)更常见，斑块负荷更大(84％ vs.75％，p＜0.01)，管腔狭窄程度更严重(e.g.，＞50％，48％ vs.17％， p＜0.01)，强化程度更高(25.66±15.34 vs.8.02±5.85，p＜0.01)。多因素回归分析中，调整单因素回归分析中与责任斑块显著相关的变量后，发现IPH(OR，15.84;95％CI，1.52-165.44; p=0.021)和强化程度(％CE)(OR，1.24;95％ CI，1.07-1.43;p=0.004)与斑块引起脑卒中的可能性相关。管腔狭窄程度与责任斑块之间(OR，5.32;95％CI，0.73-39.05; p=0.100)以及斑块负荷(NWI)与责任斑块之间（OR，1.00;95％CI，0.92-1.10; p=0.919）无相关性。
　　结论:3D高分辨增强BBMRI可用于评估无症状和有症状颅内动脉粥样硬化疾病人群的特征，有助于发现有不稳定因素的斑块，从而早期采取积极有效的预防措施。

目录

声明

摘要

符号说明

绪论

第一部分 ADE-BBMRI技术抑制脑脊液信号的可行性研究

前言

材料和方法

结果

讨论

结论

表格及图片

第二部分 无症状颅内动脉粥样硬化性疾病的3D高分辨率增强磁共振成像特征

前言

材料和方法

结果

讨论

结论

表格及图片

总结

综述 颅内血管壁磁共振成像技术现状与应用

参考文献

致谢

攻读学位期间发表的学术成果

学位论文评阅及答辩情况表

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