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漫谈1 | 颈动脉管壁MRI成像发展史

 pppsss 2023-05-28 发布于天津
古老的医学,诊断靠望闻问切,极大地发挥了个人的主观能动性。经过上千年的经验积累和技术发展,各种影像学检查手段已经广泛应用到临床,辅助临床医生做出对疾病更细致精准的诊断。其实,如今临床上任何一项习以为常的药物或者技术,在N多年前都是不可思议的存在。

基于磁共振,对颈动脉管壁成像,并定向定量分析斑块成分,看起来简单,也是经过了漫长的发展历史的,今天就以已发表可查阅到的论文为据,梳理一下颈动脉管壁的发展史:从体外到在体,从动物到人体,从髂动脉到颈动脉,从识别斑块成分到关联卒中风险,从成像技术的研发到标准化临床研究工具的发布,颈动脉MRI管壁成像技术愈发成熟,并不断在科研和临床发力,助力卒中防治事业。

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1982-髂动脉管壁MRI成像
1982-1983期间,Crooks L等第一次使用MRI研究髂动脉切除的动脉粥样硬化斑块标本,研究显示MR图像上的斑块形态与组织学研究之间存在良好的相关性。

基于髂动脉MRI的管壁成像技术是可行的那,对颈动脉管壁MRI成像可行吗?

1.Crooks L, Sheldon P, Kaufman L, Rowan W.Quantification of obstructions in vessels by nuclear magnetic resonance (NMR).IEEE Trans Nucl Sci 1982; NS-29: 1181-1 185.

2.Herfkens RJ, Higgins CB, Hricak H, et al.Nuclear magnetic resonance of atherosclerotic disease. Radiology 1983: 148:161-166.

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1994-体外颈动脉斑块MRI成像
 颈动脉负责供应脑部血流,颈动脉斑块与脑血管缺血事件密切相关,斑块的不同组成成分对应不同的疾病进展。因此,有学者开始把目光转移到颈动脉上,颈动脉管壁MRI成像,对卒中风险评估以及预防都意义重大。

1994年,华盛顿大学的Yuan C.等在JMRI上发表一篇文章,运用磁共振对内膜剥脱术切除的人颈动脉斑块标本成像,图像分析结果与病理比对高度一致。

体外颈动脉斑块MRI成像实现了,那在体成像是否也行呢?

1.Yuan C , Tsuruda J S , Beach K N , et al. Techniques for high-resolution MR imaging of atherosclerotic plaque[J]. Journal of magnetic resonance imaging : JMRI, 1994, 4(1):43-49.
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1995-动物在体斑块MRI成像
1995年,Skinner等在Nature Medicine 上发了一篇文章,简单的实验流程是:先通过饮食诱导新西兰兔腹主动脉产生动脉粥样硬化病变(AS),然后对其进行MRI检查,分析动脉管壁图像;随后将新西兰兔腹主动脉的动脉硬化斑块剥离,取出标本,做病理分析。

通过动物实验,学者们发现在体AS磁共振图像与病理标本高度一致。

1.Penna N T, Stewart M P. Serial magnetic resonance imaging of experimental atherosclerosis detects lesion fine structure, progression and complications in vivo[J]. Nature Medicine, 1995, 1(1):69.
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2000-人类在体管壁MRI成像,识别斑块成分
2000年,Hatsukami, T. S.等第一次证明MRI检测纤维帽与病理学检查一致。

2001年,Yuan C.等在Circulation 发表文章,研究对象是18位即将进行颈动脉内膜剥脱术的患者,术前对患者进行MRI检查,术后,分析剥脱下来的斑块成分,主要是脂质和出血。结果显示不同层面MRI图像中检测到的脂质和出血,在病理切片都有对应的成分存在。

2003年,Lee M. Mitsumori在JMRI上发表文章,提出MRI也可准确观察到斑块的纤维帽状态。Kerwin W等在Cirlulation发文,基于磁共振可以测量斑块内新生血管。

2006年,Kerwin WS等发现动态增强磁共振成像与颈动脉粥样硬化斑块炎症有关。
通过人类群体的实验,学者们进一步验证了磁共振成像可以在体内准确识别富含脂质坏死核心,斑块内出血,纤维帽状态等。

1.Yuan C , Mitsumori L M , Ferguson M S . The in vivo accuracy of multispectral MR imaging for identifying lipid-rich necrotic cores and intraplaque hemorrhage in advanced human carotid plaques[J]. ACC Current Journal Review, 2002, 11(2):37.
2.Mitsumori L M , Hatsukami T S , Ferguson M S , et al. In vivo accuracy of multisequence MR imaging for identifying unstable fibrous caps in advanced human carotid plaques[J]. Journal of magnetic resonance imaging : JMRI, 2003, 17(4):410-420.
3.Kerwin W, Hooker A, Spilker M, et al. Quantitative magnetic resonance imaging analysis of neovasculature volume in carotid atherosclerotic plaque.Circulation. 2003;107(6):851-856.
4.Kerwin WS, O'Brien KD, Ferguson MS, Polissar N, Hatsukami TS, Yuan C. Inflammation in carotid atherosclerotic plaque: a dynamic contrast-enhanced MR imaging study. Radiology. 2006;241(2):459-68. 
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2002-基于磁共振的颈动脉斑块AHA分类
1995年,美国心脏病协会(American Heart Association, AHA)首次推出了一项动脉粥样硬化斑块分型,2000年,Herbert C. Stary等更新AHA斑块分型为Ⅰ~Ⅷ,AHA分型主要是依据斑块的成分,斑块成分不同,类型不同,对应的高危程度不同。

在这种背景下,CAI  JM等于2002年在Circulation发表文章,基于多对比度磁共振对动脉粥样硬化分类,对60位即将进行颈动脉内膜剥脱术的患者,术前对患者进行MRI检查,根据图像对斑块分类;术后,分析剥脱下来的斑块成分,根据斑块病理分类。总体来说,通过MRI获得的斑块分类和AHA分类基本一致。

MRI不但能分析斑块成分,还能根据AHA分型给斑块分类。

1.Cai, J.-M. Classification of Human Carotid Atherosclerotic Lesions With In Vivo Multicontrast Magnetic Resonance Imaging[J]. Circulation, 2002, 106(11):1368-1373.

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2002-MRI识别的斑块特征与卒中风险有关
MRI 可以分析斑块成分,那看成分有什么临床意义呢?

2002年,Hatsukami T S等发现,MRI确定的破裂的纤维帽与TIA或中风发作高度相关。

2005年,Norihide Takaya等发现,颈动脉粥样硬化斑块内出血,加速了斑块进展。斑块的重复出血可能通过增加脂质核来刺激动脉粥样硬化斑块进展,从而造成新的不稳定因素。随后,Yoshitaka Kurosaki进一步发现,斑块内出血存在,脑梗再发风险高。

MRI识别出的薄纤维帽,出血等斑块特征,可作为评估患者高卒中风险的依据。

1.Hatsukami T S , Ross R , Polissar N L , et al. Visualization of Fibrous Cap Thickness and Rupture in Human Atherosclerotic Carotid Plaque In Vivo With High-Resolution Magnetic Resonance Imaging[J]. Circulation, 2000, 102(9):959-964.
2.Takaya, N. Presence of Intraplaque Hemorrhage Stimulates Progression of Carotid Atherosclerotic Plaques: A High-Resolution Magnetic Resonance Imaging Study[J]. Circulation, 2005, 111(21):2768-2775.
3.Kurosaki Y , Yoshida K , Endo H , et al. Association Between Carotid Atherosclerosis Plaque With High Signal Intensity on T1-Weighted Imaging and Subsequent Ipsilateral Ischemic Events[J]. Neurosurgery, 2011, 68(1):62-67.
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2007-MRI-PlaqueView的推出
2007年,Kerwin W等发文展示了其团队开发的的计算机辅助心血管疾病评估系统(Computer-Aided System for CArdiovascular Disease Evaluation,CASCADE),并评估了其定性定量分析斑块成分的性能。该系统基于华盛顿大学血管影像实验室在颈动脉管壁MRI成像领域十几年的成像技术开发和组织学验证工作。

由于颈动脉斑块定性定量分析技术临床价值巨大,VPDiagnostics.Inc推出其商业化版本MRI-PlaqueView。

2008年,MRI-PlaqueView经FDA认证,后又经CFDA认证,开始在全球推广。

1.Kerwin W, Xu D, Liu F, et al. Magnetic resonance imaging of carotid atherosclerosis: plaque analysis. Top Magn Reson Imaging. 2007;18(5):371-378. 
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2010-MRI可对AS进行风险评级
2010年,Underhill H R等尝试根据斑块脂质核的含量对斑块风险分级,简单总结如下:
  • 当MWT≤2mm时,CAS=1,低危;

  • 当MWT>2mm,LRNC≤20%时,CAS=2,中低危;

  • 当MWT>2mm,20%<LRNC≤40%时,CAS=3,中高危;

  • 当MWT>2mm,40%<LRNC时,CAS=4,高危

(CAS:Carotid AtherosclerosisScore 颈动脉粥样硬化危险度评分,LRNC:Lipid-Rich Necrotic Core 脂质的坏死核,MWT:Maximum Wall Thickness  最大管壁厚度)

2014年,Xu D等通过前瞻性研究发现CAS评分与管腔表面破裂,斑块进展明显相关。管腔狭窄之外,CAS也可以对斑块评估分级,潜在价值巨大。

1.Underhill H R , Hatsukami T S , Cai J , , et al. A noninvasive imaging approach to assess plaque severity: the carotid atherosclerosis score.[J]. Ajnr American Journal of Neuroradiology, 2010, 31(6):1068.
2.Xu D , Hippe D S , Underhill H R , et al. Prediction of High-Risk Plaque Development and Plaque Progression With the Carotid Atherosclerosis Score[J]. Jacc Cardiovascular Imaging, 2014, 7(4):366-373.
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2010以后,MRI-PlaqueView科研临床齐发力,硕果累累
MRI-PlaqueView是目前全球唯一获得FDA/CFDA认证的临床用斑块分析系统,一方面,作为先进强大的科研工具,参与了全球很多科研项目,发表了大量的学术论文,另一方面,目前也已经广泛走进临床一线,在临床科室辅助医生诊断斑块性质,主要解决以下几个问题:

  • 斑块是不是高危?

  • 什么类型的高危?

  • 高危到什么程度?

  • 斑块需不需要治疗?

  • 需要什么样的治疗?

  • 治疗的效果如何?

相关科研成果如下:

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