动脉粥样硬化管壁的多对比高分辨率MRI 研究进展

        多对比高分辨率MR 成像（high resolution magneticresonance imaging，hrMRI）技术在动脉粥样硬化病变的诊断中具有无创性和分辨率高等优势，与传统血管检查技术（DSA、CTA、MRA 等）仅能提供管腔狭窄程度信息不同，hrMRI以动脉血管壁为成像目标，可直接显示动脉粥样硬化斑块的大小、形态和组成成分。按照MRI技术，管壁成像可分为亮血和黑血序列。亮血序列以时间飞跃法为主，是一种利用流入增强效应成像的梯度回波序列，但亮血序列由于管腔内血液信号过高，软组织对比层次不足，对显示近管腔侧的管壁结构不利（如斑块纤维帽）；黑血序列抑制了管腔内流动血液信号，以黑血序列为基础的多对比序列（如T1WI、T2WI、质子密度加权成像）是目前管壁成像的主要组成部分。

        随着高场MRI硬件和软件技术的发展，各种新序列层出不穷，尤其是血液抑制的方法不断完善。如何在快速、有效地抑制血流信号的同时提高图像分辨率是当前hrMRI研究的热点问题。笔者对动脉粥样硬化管壁hrMRI中各种血液抑制方法的应用现状、进展及其他管壁成像新技术进行综述。

一、血流抑制技术

        黑血技术是通过各种方法抑制流动血液信号使管腔内血液信号缺失，以便更好地对比衬托出管壁软组织（动脉粥样硬化斑块）信号，尤其对邻近管腔结构（如纤维帽的完整性、管腔旁钙化灶）的显示尤为重要。

        1.空间饱和脉冲：又称为饱和带法，即在目标血管上游施加与扫描层面平行的饱和脉冲以抑制流入目标血管的血流信号。在实际操作中，饱和带厚度、与目标血管的距离、延迟时间以及饱和射频脉冲反转角都需要根据不同的血流情况进行调整设置。饱和带法操作简便、抑制血流所需时间短、比吸收率低，是临床广泛应用的MRI黑血成像方法。然而，对于流动异常缓慢和复杂（如涡流、湍流）的血液信号用该方法很难完全抑制。

        2.双重反转恢复（double inversion-recovery，DIR）：已被广泛用于管壁成像，被认为是MRI黑血技术的标准方法。理论上，DIR法比饱和带法抑制血液信号更为有效。但DIR法也受血流方向和速度的影响，该技术并未抑制成像层面内的血流信号，扫描方向与血流方向垂直时才能达到最佳效果，且标准DIR为单层采集，导致扫描时间较长，尤其是具有长TR的T2WI和质子密度加权成像需要更长的时间。多层DIR序列克服了DIR扫描时间过长的缺点。多层DIR序列的原理是在第2个180°脉冲将整个目标范围反转，所有层面在同一个TR时间内采集。虽然多层DIR序列能明显提高时间效率，但当血流缓慢或湍流时尚无法完全抑制血流信号。

        3. 四重反转恢复（quadruple inversion recovery，QIR）：QIR是为对比剂增强的黑血管壁成像而研发的序列。由于对比剂注射后引发的磁化转移传递（magnetizationtransfer，MT）效应，直接采用DIR抑制血流信号将使强化前基线信号发生偏差。而QIR法采用2次双重反转恢复脉冲可矫正MT的影响，使增强前、后的管壁强化程度具有可比性。但与DIR法类似，QIR对慢速血流或非层流的复杂血流也无法彻底抑制其信号。

        4.可变反转角和长回波链的三维快速自旋回波技术：此技术在德国Siemens系统称为SPACE技术，在美国GE系统称为XETA技术。三维SPACE技术采用可变小反转角聚焦射频脉冲获得较长回波链，且保持足够高的信号强度水平和较低的比吸收率，可实现大视野的快速成像。

        由于对磁场不均匀性不敏感，SPACE可作为管壁3.0 T MR成像方案中快速获取高分辨率T1WI、T2WI的选择，不仅可用于颈动脉，也适用于需要大范围扫描的颅内动脉和下肢动脉。SPACE的优势是分辨率高，可任意平面重组，且脂肪抑制的三维SPACE不增加扫描时间。然而，仅采用SPACE的读出梯度场不足以抑制复杂血流的信号（如颈动脉分叉处血流的失相位），其读出梯度场采用低通滤波K空间，可能造成分辨率的部分损失，不利于斑块内较小成分的检出。有学者报道，通过增加流动移相梯度回波功能对SPACE序列进行改进，可以增加对复杂血流信号的抑制。

        5. 运动敏感驱动平衡（motion sensitized drivenequilibrium，MSDE）：Wang 等最早将MSDE 序列与FSE 序列结合用于对颈动脉血管壁成像。MSDE序列由3个非选择性射频脉冲（90°纵向转横向、180°回波重聚、90°横向转纵向）和围绕180°脉冲的系统性梯度回波组成。MSDE抑制血流的机制取决于运动敏感而非扩散效应。与饱和带法和DIR法相比，MSDE具有可抑制慢速血流或湍流的优势。此外，与DIR序列相比，MSDE的扫描时间较短，更适用于三维成像。在消除“类斑块”血流伪影方面，MSDE对颈动脉斑块测量的可重复性优于DIR序列。MSDE的主要缺陷是信号丢失，其主要原因在于MSDE预扫描期间的T2信号衰减，另外硬件方面的因素（涡流效应和B1磁场不均匀性）也起到一定作用。

        6. 改良的运动敏感驱动平衡（improved version of MSDE，iMSDE）：通过采用双回波重聚方案对MSDE优化升级，改良后的序列为iMSDE。与MSDE相比，iMSDE可减少涡流效应的影响，提高图像信噪比。与MSDE类似，iMSDE对血液信号的抑制不受限于血流补偿，它沿各个轴线施加流动敏感梯度以实现在每个方向上对血流的抑制。当序列的一阶矩（first order moments，m1）值达到较高水平时，iMSDE有抑制湍流和慢速血流的能力。虽然iMSDE的信号丢失较MSDE减少，但在高m1值情况下信号丢失仍较大。Zhu等通过对志愿者和颈动脉粥样硬化患者的研究获得了iMSDE最优化的m1值，并发现复合180°聚焦脉冲和正弦梯度可提高iMSDE的信噪比，且结合三维变化反转角FSE采集进一步提高对不均匀血流的抑制效果。

        7.三维运动敏感驱动平衡预备的快速梯度回波（three dimension motion sensitized driven equilibrium prepared rapid gradient echo，3D-MERGE）：3D-MERGE 序列是采用MSDE作为抑制血流的预备序列结合扰相分段快速小角度激发成像（fast low angle shot，FLASH）或快速场回波作为读出梯度场，并联合中心相位编码和脂肪抑制的一种新兴黑血技术。在FLASH读出序列之前施加脂肪抑制序列，可优化血管外壁的边界，避免化学位移伪影的干扰。Balu等将3D-MERGE序列应用于颈动脉粥样硬化斑块快速成像，发现3D-MERGE在斑块负荷定量测量方面的图像质量与传统二维图像方法相当，而且3D-MERGE具备各项同性分辨率，对斑块体积测量较二维图像精确，在血管壁成像方面有较大应用潜力。

        8. 延迟交变章动调整激发（delay alternating with nutation for tailored excitation，DANTE）：2012年Li等首次报道运用DANTE脉冲链抑制血流。非选择性DANTE脉冲链运用短时间重复的梯度脉冲作为运动敏感预备方式，是一种非选择性不平衡的射频脉冲平衡稳态自由进动序列。平衡稳态自由进动序列本身就具有流动敏感和血流抑制效果，但标准的平衡稳态自由进动序列采用选择性射频脉冲，导致流入增强效应明显强于流动衰减效应。而DANTE预备序列采用非选择性射频脉冲，静态组织的纵向磁化被最大限度保留，流动自旋在扰相梯度回波干扰下难以建立横向稳态，致血流信号大部分（或完全）衰减。运用DANTE作为预备序列的黑血MRI具有以下优点：（1）DANTE可在任意方向抑制慢速血流（>0.1 cm/s），而且适用于三维采集；（2）DANTE的信噪比损失较少（5%～10%）；（3）小反转角的DANTE脉冲链产生的比吸收率较低，对B1不均匀性的敏感度也较低，适用于高场MRI的多层面成像。

二、用于检测斑块内出血和（或）血栓的特殊序列

        动脉粥样斑块内出血（intraplaque hemorrhage，IPH）是导致斑块不稳定的高危因素之一。由于出血成分可缩短T1弛豫时间，IPH在T1WI上呈高信号。采用一些特殊的T1WI序列可提高对IPH诊断的敏感性。

        1.磁化准备快速采集梯度回波（magnetization-prepared rapid acquisition gradient-echo，MP-RAGE）：磁化准备方法增强了梯度回波序列内在信号对比度，可抑制长T1液体及背景信号。用于管壁成像的MP-RAGE序列利用饱和脉冲提高了T1 对比度（重T1WI）。Moody 等报道，三维MP-RAGE 对斑块内出血诊断的敏感性明显高于普通T1WI。MP-RAGE的特点是对高铁血红蛋白缩短T1弛豫时间的效果非常敏感，IPH（亚急性晚期-慢性期）在该序列中可产生明显的高信号；然而，也正是由于MP-RAGE仅反映高铁血红蛋白的短T1效果，对于氧合血红蛋白（急性出血期）、脱氧血红蛋白（亚急性早期）的显示能力很弱。

        2. 同步非对比剂血管成像和斑块内出血成像（simultaneous non-contrast angiography and intrap plaque hemorrhage，SNAP）：SNAP成像技术基于厚板选择相位敏感反转恢复序列，扫描视野大且分辨率高，一次采集就可同时获得MRA和IPH两种对比图像，即原始的SNAP图像同时包含对应于MRA管腔的阴性数据和对应于IPH的阳性数据。为了测量管腔区域的信号值，后处理时将所有阳性数据设置为零，可得到显示管腔信号的血管成像图像；若需要评价IPH，则通过后处理将所有阴性数据设置为零，可显示IPH的明显高信号。另外，还可通过三维MIP和伪彩色编码显示SNAP图像。与时间飞跃法相比，SNAP图像较少受到血流相关伪影干扰。SNAP序列对IPH也异常敏感，较MP-RAGE序列可进一步提高IPH-管壁的信号对比度（提高35%），利用SNAP可发现在其他序列上容易被忽视的小、碎片状IPH病变。SNAP技术的缺陷主要是同时显示了动脉和静脉血流，虽可显示慢速血流，但由于对自旋去相位敏感导致其难以显示湍流信号。

        3. 三维DANTE 预备快速小角度激发成像（three dimension DANTE-prepared fast low angle shot，3D-DASH）：Li等2014年首次将3D-DASH用于评估颈动脉粥样硬化的斑块内出血。该序列具备高分辨率（各项同性分辨率达0.6mm）和快速成像（平均扫描时间约2 s/层）的优势。经病理证实，新鲜的IPH在该序列中呈明显高信号，与标准黑血成像序列（单层DIR快速自旋回波）相比，3D-DASH的对比噪声比提高75%～100%。

三、对比剂增强管壁成像

        炎性反应是动脉粥样硬化斑块不稳定的重要因素，炎症与斑块内坏死核心大小和斑块内血管生成相关，且炎性过程释放的基质金属蛋白酶（matrix metalloproteinases，MMPs）可导致纤维帽变薄。具有明显强化的斑块提示斑块内新生血管丰富、血管内皮细胞通透性增加，可作为反映炎症程度的标志。另外，含有高密度巨噬细胞的斑块也富含MMPs，而胶原纤维破裂处有MMPs分布。因此，巨噬细胞特异性成像可能提示斑块破裂风险。

        1.钆对比剂常规增强：斑块强化与动脉外膜滋养血管伸入斑块及斑块内新生微血管有关，还与血管内皮细胞通透性增高致管腔内对比剂浸入斑块有关，有强化的斑块可能提示其不稳定。钆对比剂可增加T1WI中斑块内各种成分的对比度，含有新生血管的纤维组织强化较明显（强化率增加79.5%），缺乏新生血管的脂核强化较弱（强化率仅增加28.6%）。因此，对比增强后可使纤维帽和脂核之间的分界变得清晰，有利于测量纤维帽的厚度和脂核的大小。

        2. 动态对比增强（dynamic contrast enhanced，DCE）：DCE技术通常采用钆对比剂，对注射前、注射过程中及注射后的目标血管进行动态扫描，根据强化数据计算定量动态增强参数，反映微血管灌注和新生血管生成等。DCE MRI可反映动脉粥样硬化斑块的炎症负荷，已有研究者针对动脉管壁成像开发了黑血DCE MRI序列。Dong等报道，患者经降脂药物治疗1年后斑块的容积转移常数值减小，提示微血管通透性和新生血管减少。

        3.超微超顺磁性氧化铁（ultra-small super-paramagnetic iron oxide，USPIO）：USPIO被组织中的巨噬细胞特异性摄取后可降低T2WI信号强度，反映动脉粥样硬化斑块的炎症程度。Tang等发现斑块内巨噬细胞对USPIO的摄取浓聚过程较缓慢，建议USPIO 注射前及注射后36～48 h 分别行MRI 比较2 次扫描后斑块信号强度的差异。USPIO 增强MRI可用于监测动脉粥样硬化病变抗炎治疗的疗效。Tang等报道，冲击性降脂治疗3个月后USPIO增强显示炎症程度显著减低。

四、其他管壁形态学成像

        1.DWI：DWI及相应的ADC图可显示颈动脉斑块特征，有效分辨斑块中的纤维成分和脂质核心，脂核在DWI上呈高信号，其ADC值明显低于周围的纤维组织。Xie等开发了颈动脉高分辨率三维DWI序列，其图像质量优于二维单激发扩散加权回波平面成像，显示脂质核心的分辨率能够与对比剂增强图像相媲美，可用于肾功能不全的患者。

        2. 颈动脉多对比动脉粥样硬化特征（carotid multicontrast atherosclerosis characterization，MATCH）序列：MATCH采用三维扰相分段快速小角度激发读出梯度，在一次交互序列中获取3种不同对比加权图像，包括重T1WI、灰血和T2WI。一次MATCH扫描即可对动脉粥样硬化斑块内的主要成分进行鉴别：IPH在重T1WI呈明显高信号；在灰血图像中，管腔旁钙化呈低信号，与灰色的腔内血流可以区分；疏松基质在T2WI中呈高信号，在T1WI呈低信号，可以与IPH相鉴别。Fan等将MATCH技术用于颈动脉斑块成分分析，发现MATCH对斑块各组分成像对比度优于传统多序列hrMRI，而且MATCH对各组分大小测量的准确性与传统相当，MATC的主要优势在于仅用5 min的扫描即可重组出多种对比加权的高分辨率管壁图像。

五、动脉管壁的功能MRI

        动脉壁的刚度增加可导致局部脉压增加，可能导致血管壁结构和功能的变化，引发管壁增厚、动脉粥样硬化斑块进展。颈动脉管壁的刚度和张力可能预测心血管事件（如缺血性脑卒中）。有学者推测，动脉壁运动幅度和斑块张力的增加可撕裂纤维帽，导致斑块破裂。因此，斑块的机械特征和血流动力学对稳定性的影响程度也是鉴别高危斑块的重要方向。然而，这些功能MRI方法尚处于研究阶段，通过MRI测量动脉病变组成特征对临床诊断的价值尚有争议。

        1.MR电影：即利用心电门控采集心动周期中不同时间点的MR 图像，可计算动脉管壁的扩张性、刚度及斑块张力。传统的MR电影为扫描较快的亮血梯度回波序列，但是亮血缺乏对血流和脂肪的抑制，而且其读出梯度回波易受血流伪影干扰。二维和三维的黑血MR电影序列克服了上述缺陷，尤其是MSDE血液抑制结合三维放射状K空间采集的MR电影梯度回波序列，在有效抑制血液信号的同时也具备较高的时间分辨率和空间分辨率，有一定的应用前景。

        2. 位移编码激发回波（displacement encoding with stimulated echoes，DENSE）序列：DENSE序列可直接显示活体心血管系统随心动周期的搏动，定量计算活体组织的张力。Lin等采用DENSE脉冲序列测量颈动脉管壁及其周围组织的二维位移向量，计算周向张力分布，其结果能够与MR电影序列相印证，并且在3.0 T上DENSE测量的可重复性优于1.5 T设备。但值得注意的是，与MR电影或超声技术可推算平均刚度进而获得目标血管的整体张力值不同，DENSE序列仅能测量局部区域的张力分布值。

        3.MR弹性成像（MR elastography，MRE）：MRE是一种无创性相位对比技术，通过对组织内传播的机械波成像来评估组织的力学性能。Xu等利用MRE对离体动物主动脉进行成像，发现MRE技术可探测到离体猪主动脉的新鲜标本和4%甲醛固定后标本间的管壁刚度差异具有统计学意义，且经机械材料测试验证，提示MRE对评估主动脉刚度变化有潜在价值。

六、小结

        hrMRI可无创性显示人体动脉粥样硬化斑块的形态结构，为高危斑块的形态鉴别提供了有效手段。亮血时间飞跃法序列结合多序列对比的黑血序列以及对比剂增强序列可显示斑块内的各种成分和炎症程度等。其中，施加于各种对比加权之前的预脉冲对血流信号抑制的黑血技术是管壁成像的主要研究方向。另外，反映动脉管壁成分特性的MRI也在探索研发阶段。三维高分辨率快速序列将是今后管壁MRI的研究热点，如何同时具备各项同性高分辨率、大覆盖范围、卓越的图像质量、快速的扫描时间是血管壁成像技术能否在临床广泛应用的关键。

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