隋濱濱，薛蘊(yùn)菁，高培毅

動(dòng)脈粥樣硬化（atherosclerosis，AS）是嚴(yán)重威脅人類(lèi)生命健康的疾病之一，其導(dǎo)致的心腦血管疾病的發(fā)病率和死亡率均居各類(lèi)疾病前列[1-2]。血流動(dòng)力學(xué)方面的研究顯示，動(dòng)脈粥樣硬化斑塊病變多位于血管分叉、彎曲等血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)復(fù)雜或突然發(fā)生變化的部位，提示動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)與動(dòng)脈粥樣硬化病變的發(fā)生發(fā)展密切相關(guān)[3-6]。

1 動(dòng)脈粥樣硬化的血流動(dòng)力學(xué)發(fā)病機(jī)制假說(shuō)

AS是一種以大動(dòng)脈內(nèi)膜粥樣硬化性損害為特征的血管病變[7-8]，主要累及大、中型動(dòng)脈，引起不同程度的血管腔閉塞，使受阻動(dòng)脈遠(yuǎn)端缺血而導(dǎo)致局部組織壞死。目前占主流地位的是學(xué)者Ross[9]于20世紀(jì)90年代提出的損傷應(yīng)答學(xué)說(shuō)，該學(xué)說(shuō)的主要觀點(diǎn)認(rèn)為，AS是一種針對(duì)血管壁內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞受損的慢性過(guò)度炎癥纖維增殖性反應(yīng)，粥樣硬化斑塊形成的途徑之一是各種原因引起的內(nèi)皮細(xì)胞損傷，在血流動(dòng)力學(xué)因素作用下發(fā)生血管內(nèi)皮細(xì)胞通透性改變，低密度脂蛋白（low density lipoprotein，LDL）進(jìn)入內(nèi)皮，內(nèi)皮細(xì)胞分泌單核細(xì)胞趨化蛋白21（monocyte chemotactic protein 21，MCP21）使單核細(xì)胞進(jìn)入血管內(nèi)皮并吞噬LDL，最終形成泡沫細(xì)胞，后者即是AS形成的基礎(chǔ)。

血流動(dòng)力學(xué)應(yīng)用流體力學(xué)理論和方法研究血液在血管內(nèi)流動(dòng)規(guī)律及其影響因素，可用于探討血液流動(dòng)變化與血管病理生理學(xué)之間的關(guān)系。AS是由多種危險(xiǎn)因素長(zhǎng)期累積形成，表現(xiàn)為血管物理性狀的改變，是其血流動(dòng)力學(xué)環(huán)境、血液成分及其流變學(xué)改變的直接反映。血流狀態(tài)的穩(wěn)定性、血流速度和方向以及血流對(duì)血管壁細(xì)胞（內(nèi)皮細(xì)胞和平滑肌細(xì)胞）產(chǎn)生的切應(yīng)力大小都會(huì)因血管幾何構(gòu)型的改變而發(fā)生復(fù)雜的變化[10-11]。學(xué)模型，結(jié)合圖像后處理技術(shù)，對(duì)局部血流速度、壁應(yīng)力的大小、分布及時(shí)間變化進(jìn)行直接在體測(cè)量，重建血流速度擬合圖及管壁切應(yīng)力偽彩圖，從而評(píng)估動(dòng)脈局部血流模式[15-16]。

2 磁共振成像技術(shù)在動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)評(píng)價(jià)中的應(yīng)用

包括計(jì)算機(jī)斷層掃描（computed tomography，CT）、磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）、超聲及介入在內(nèi)的影像學(xué)技術(shù)能夠提供有關(guān)血管形態(tài)和血流速度的數(shù)據(jù)，越來(lái)越多的研究者開(kāi)始應(yīng)用影像學(xué)方法對(duì)動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)狀態(tài)進(jìn)行評(píng)估[12-13]。其中，MRI圖像分辨率高，成像不受部位限制，定位準(zhǔn)確，能夠同時(shí)實(shí)現(xiàn)對(duì)血管幾何形態(tài)、血管壁特征、血流速度的無(wú)創(chuàng)性測(cè)量，在此方面顯示出良好的應(yīng)用前景。利用MRI血管成像技術(shù)獲取的血管幾何形態(tài)數(shù)據(jù)，應(yīng)用醫(yī)學(xué)圖像分析及后處理軟件，可提取并重建頸動(dòng)脈分叉三維結(jié)構(gòu)圖像；應(yīng)用相位對(duì)比法（phase contrast MRI，PC-MRI）成像技術(shù)，可相對(duì)準(zhǔn)確地獲取血管內(nèi)每個(gè)像素點(diǎn)的血流速度向量值，反映一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)血流速度的變化，提供血流動(dòng)力學(xué)評(píng)估的必要信息。

基于MR數(shù)據(jù)對(duì)動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)的評(píng)估可通過(guò)計(jì)算流體力學(xué)方法（computed fluid dynamics，CFD）實(shí)現(xiàn)。將影像獲取的血管形態(tài)和速度數(shù)據(jù)導(dǎo)入專(zhuān)業(yè)后處理工作站，應(yīng)用專(zhuān)業(yè)軟件可以重建局部流體場(chǎng)，計(jì)算血流速度、血流率、壁應(yīng)力、靜態(tài)壓力等多項(xiàng)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，顯示一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)局部血流狀態(tài)及變化[13-14]。基于PC-MR數(shù)據(jù)，通過(guò)建立合理的數(shù)

3 基于MRI技術(shù)的頸動(dòng)脈分叉血管壁切應(yīng)力研究

頸動(dòng)脈分叉附近區(qū)域是動(dòng)脈粥樣硬化病變的最好發(fā)部位之一。頸動(dòng)脈粥樣硬化病變是卒中的首要危險(xiǎn)因素[17]。對(duì)頸動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)因素的研究，有助于深入了解動(dòng)脈粥樣硬化病變的發(fā)病機(jī)制和發(fā)展過(guò)程。

3.1 正常及狹窄頸動(dòng)脈分叉相關(guān)血流動(dòng)力學(xué)研究 Younis等[18]研究顯示，分叉部位外側(cè)壁附近容易形成血流分離區(qū)，導(dǎo)致局部存在低血流、低管壁切應(yīng)力（wall shear stress，WSS）和高振蕩切應(yīng)力區(qū)域；分叉下游區(qū)易出現(xiàn)逆流并有次級(jí)血流模式形成。通過(guò)建立低剪切應(yīng)力誘導(dǎo)兔頸動(dòng)脈粥樣硬化模型，周仕勇等[19]發(fā)現(xiàn)低WSS可促使脂質(zhì)在血管壁內(nèi)膜的堆積?，F(xiàn)有多項(xiàng)研究發(fā)現(xiàn)，低WSS、隨時(shí)間變化的切應(yīng)力和高振蕩切應(yīng)力是動(dòng)脈粥樣硬化病變形成的重要影響因素。

動(dòng)脈粥樣硬化病變?cè)斐傻难塥M窄可引起血流動(dòng)力學(xué)的變化，主要表現(xiàn)為局部切應(yīng)力增加、壓力下降、血液流速增快[18，20]。這些都導(dǎo)致一系列細(xì)胞水平和血管重構(gòu)的改變。高切應(yīng)力誘導(dǎo)纖維帽變薄，抑制平滑肌細(xì)胞的增殖和活性[21]；狹窄區(qū)血液流速增加會(huì)導(dǎo)致局部靜態(tài)壓下降，從而引起局部血管變形重塑[22]。

Xue等[6]研究發(fā)現(xiàn)，正常頸動(dòng)脈球部管腔中心流速較快，接近層流，而周邊大部分流速減慢，出現(xiàn)渦流；頸動(dòng)脈球部存在一個(gè)較大范圍的低WSS區(qū)，頸內(nèi)、外動(dòng)脈的外側(cè)壁分別存在一個(gè)小范圍低WSS區(qū)。輕度狹窄的頸動(dòng)脈球部，層流模式的血流區(qū)域較正常血管更多，球部低WSS區(qū)也相對(duì)縮小或消失，WSS在狹窄區(qū)域的入口處及狹窄段升高，最大值范圍68～235 Pa，而在狹窄下游降低；中至重度狹窄血管段的局部血液流速明顯加快，在狹窄中心區(qū)域的血流為層流模式，呈噴射狀向頸內(nèi)動(dòng)脈遠(yuǎn)端流動(dòng)，狹窄下游可見(jiàn)明顯渦流和回流。狹窄中央?yún)^(qū)和血流噴射區(qū)存在異常高WSS區(qū)，最大值范圍201～563 Pa，在狹窄下游可見(jiàn)低WSS區(qū)，且與下游的血液紊流區(qū)相對(duì)應(yīng)。

3.2 頸動(dòng)脈斑塊易損性與局部血流動(dòng)力學(xué)相關(guān)研究進(jìn)展 斑塊易損性與臨床缺血事件的發(fā)生密切相關(guān)。近年來(lái)，對(duì)頸動(dòng)脈斑塊局部血流動(dòng)力學(xué)的研究提示斑塊局部血流動(dòng)力學(xué)與斑塊內(nèi)容物、表面形態(tài)的變化有密切相關(guān)性，在斑塊易損性的發(fā)展中起到重要作用[23-27]。

斑塊破裂通常發(fā)生于斑塊上游肩部位置，研究發(fā)現(xiàn)流體力學(xué)分布與斑塊破裂位置一致。Cicha等[28]發(fā)現(xiàn)86%的斑塊破裂出現(xiàn)在斑塊近端，局部可見(jiàn)明顯增高的WSS；而斑塊遠(yuǎn)端可見(jiàn)內(nèi)皮細(xì)胞的侵蝕，局部出現(xiàn)低WSS，血流明顯紊亂，符合斑塊向遠(yuǎn)端血管進(jìn)一步發(fā)展的血流動(dòng)力學(xué)機(jī)制。Jing等[29]通過(guò)比較纖維帽破裂組與完整組，發(fā)現(xiàn)纖維帽破裂組的最大WSS、平均WSS均明顯高于纖維帽完整組；而破裂組的最小靜態(tài)壓、平均靜態(tài)壓明顯低于完整組，從而提出，WSS和靜態(tài)壓的協(xié)同作用可能是導(dǎo)致斑塊破裂的因素；WSS在局部區(qū)域升高會(huì)造成內(nèi)皮細(xì)胞受損；而周?chē)鷫毫眲〗档涂赡茉斐砂邏K急劇變形，容易引起斑塊破裂。而Teng等[30-31]的研究應(yīng)用流固耦合的方法發(fā)現(xiàn)，斑塊局部的結(jié)構(gòu)應(yīng)力（斑塊壁應(yīng)力）遠(yuǎn)高于血流剪切力，認(rèn)為前者可能是導(dǎo)致斑塊破裂的主因，而后者可能起到對(duì)管腔表面的長(zhǎng)期弱化作用。

斑塊出血是影響斑塊穩(wěn)定性的重要因素。出血斑塊較無(wú)出血斑塊相比，斑塊應(yīng)力明顯增高[32]。研究發(fā)現(xiàn)[33]，斑塊局部的最大主應(yīng)力、牽拉力的大小和變化在斑塊內(nèi)的新生血管周?chē)顬槊黠@，提示斑塊局部的機(jī)械力環(huán)境可能通過(guò)引起新生血管破裂從而導(dǎo)致斑塊內(nèi)出血的形成和發(fā)展。另外，一項(xiàng)對(duì)斑塊超微超順磁性氧化鐵增強(qiáng)MR研究[34]也發(fā)現(xiàn)，斑塊炎性反應(yīng)與局部生物機(jī)械應(yīng)力之間存在密切相關(guān)性。

綜上所述，頸動(dòng)脈斑塊的發(fā)生、發(fā)展及穩(wěn)定性變化可能是動(dòng)脈局部血流動(dòng)力學(xué)特性的綜合作用。隨著MR技術(shù)的發(fā)展和圖像分辨率的提高，動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)的分析將成為今后易損性患者評(píng)估的重要方面。由于目前多數(shù)研究應(yīng)用的流體力學(xué)重建需要建立大量的數(shù)學(xué)及流體力學(xué)假設(shè)才能完成，在體流體力學(xué)模型的建立和發(fā)展可能是未來(lái)動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)評(píng)估的一個(gè)潛在方向。

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【點(diǎn)睛】

本文對(duì)基于MR成像的頸動(dòng)脈粥樣硬化相關(guān)血流動(dòng)力學(xué)研究進(jìn)展進(jìn)行綜述，旨在加深對(duì)本領(lǐng)域的了解，并為進(jìn)一步研究打下基礎(chǔ)。