下肢動脈粥樣硬化磁共振管壁成像技術(shù)與應(yīng)用進展

朱 珠1（綜述） 李 澄1趙錫海2（審校）

下肢動脈粥樣硬化是發(fā)病率和致殘率均較高的疾病之一，是僅次于冠心病及腦卒中的第三大粥樣硬化性血管性疾病事件。Fowkes等[1]統(tǒng)計，在2000～2010年，下肢動脈粥樣硬化的患病人數(shù)增加了將近1/4，目前全球范圍內(nèi)下肢動脈粥樣硬化患者已超過2億人，并且隨著人口老齡化進程的加快，患病人數(shù)將會持續(xù)增加。下肢動脈粥樣硬化的流行趨勢并不只限于發(fā)達國家，在低收入及中等收入國家的發(fā)病率要高于發(fā)達國家。此外，下肢動脈粥樣硬化的發(fā)病率在男女性之間并無顯著差異[1]。

下肢動脈粥樣硬化是系統(tǒng)性粥樣硬化疾病的局部表現(xiàn)，其發(fā)病常受遺傳、飲食、生活習(xí)慣及外界環(huán)境等多種因素的影響。吸煙、糖尿病、高血壓及高膽固醇血癥是下肢動脈粥樣硬化的主要危險因素，其中以糖尿病和吸煙的危險性最大[2,3]。10%～20%的下肢動脈粥樣硬化患者會出現(xiàn)典型的間歇性跛行，而50%以上的患者僅表現(xiàn)為不典型的腿部癥狀[4]，嚴(yán)重者會因缺血性肢體截肢而致殘。下肢動脈粥樣硬化不但會直接影響下肢組織的功能狀態(tài)，而且是冠心病和腦卒中的有效預(yù)測指標(biāo)[5,6]。

目前，臨床上主要采用踝-肱指數(shù)（ankle-brachial index，ABI）或多種測量管腔狹窄程度的影像學(xué)手段來評價下肢動脈粥樣硬化病變的嚴(yán)重程度。然而在粥樣硬化病變發(fā)生及發(fā)展過程中，動脈血管存在正性重構(gòu)效應(yīng)，因此單純測量管腔狹窄常會低估粥樣硬化病變的嚴(yán)重程度。ABI的正常值范圍為1.0～1.4，ABI＜0.9則提示存在下肢動脈粥樣硬化[7]。然而，ABI在評價下肢動脈粥樣硬化嚴(yán)重程度方面的準(zhǔn)確性和可靠性尚有一定的爭議。目前臨床常采用X線血管造影、超聲、CT血管成像或MR血管成像等影像學(xué)手段測量下肢動脈管腔狹窄程度，并以此來評價下肢動脈粥樣硬化的嚴(yán)重性。盡管CT血管成像和超聲能夠顯示動脈管壁，但在準(zhǔn)確識別易損斑塊特征方面能力有限[8,9]。

大量MRI與組織病理學(xué)對照研究證實，高分辨率MR管壁成像能夠準(zhǔn)確地識別和定量分析頸動脈易損斑塊的特征[10,11]。近年來，有學(xué)者應(yīng)用該技術(shù)研究下肢動脈粥樣硬化患者下肢動脈粥樣硬化斑塊的特征，本文將從下肢動脈斑塊的組織學(xué)特征、MR管壁成像技術(shù)及其應(yīng)用的現(xiàn)狀和最新進展進行綜述。

1 下肢動脈粥樣硬化斑塊的組織病理學(xué)特征

盡管動脈粥樣硬化是一個系統(tǒng)性疾病，但由于全身各個血管床的結(jié)構(gòu)形態(tài)及血流動力學(xué)特征存在一定的差異，因此，粥樣硬化斑塊的組織病理學(xué)特征在各個血管床的表現(xiàn)可能有所不同。Gisbertz等[12]研究發(fā)現(xiàn)，在224例下肢動脈粥樣硬化患者的內(nèi)膜剝脫術(shù)后斑塊標(biāo)本中，脂質(zhì)核（占總斑塊面積＞10%）、斑塊內(nèi)出血或血栓、中等程度或嚴(yán)重鈣化的發(fā)生率分別為28.6%、71.9%、68.3%。與此相似，Derksen等[13]對276例下肢動脈粥樣硬化患者的下肢動脈斑塊標(biāo)本進行組織病理學(xué)研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)斑塊內(nèi)出血或血栓的發(fā)生率為63%。

2 下肢動脈管壁MR成像技術(shù)進展

MR動脈管壁成像的核心是血流抑制（黑血）技術(shù)。由于復(fù)雜的血流狀況以及管腔管壁對比度不足，傳統(tǒng)的亮血成像容易錯誤估計粥樣硬化斑塊的負(fù)荷。MR黑血技術(shù)是通過有效地抑制血流信號來提高管腔與動脈管壁的信號對比，這對于準(zhǔn)確劃分管腔與管壁的邊界十分關(guān)鍵，更有利于粥樣硬化斑塊形態(tài)與成分的評估。應(yīng)用于下肢動脈管壁成像的MR技術(shù)及其特點總結(jié)見表1。

MR黑血技術(shù)最早應(yīng)用于頸動脈管壁成像，其中應(yīng)用最廣泛的是流入抑制技術(shù)（infow suppression，IS）[14,15]和雙反轉(zhuǎn)恢復(fù)技術(shù)（double inversion recovery，DIR）[16,17]。IS的技術(shù)特點為通過預(yù)先飽和成像層面外的血液，當(dāng)被飽和的血液流入成像層面時進行成像，從而達到血流抑制的效果。DIR技術(shù)是通過非選擇反轉(zhuǎn)脈沖和層選反轉(zhuǎn)脈沖將成像層面外的血液信號翻轉(zhuǎn)，而保持成像層面內(nèi)組織的信號不受影響，在合適的反轉(zhuǎn)時間后（即流入成像層面的血液信號恢復(fù)到零點）進行圖像采集，從而達到抑制血流信號的效果。然而，DIR技術(shù)血流抑制的效果受到血液T1值變化的影響，導(dǎo)致在造影增強黑血成像時血流抑制效果變差?；谶@一問題，Yarnykh等[18]于2002年提出了四反轉(zhuǎn)恢復(fù)技術(shù)（quadruple inversion recovery，QIR），該技術(shù)通過交錯激發(fā)的4個層選與非層選反轉(zhuǎn)脈沖保證了血液T1值大范圍變動時的血流抑制效果，使造影增強前后都能獲得高質(zhì)量的黑血管壁圖像。此外，由于DIR是單層二維血流抑制方法，在進行多層黑血管壁成像時掃描效率較低。為提高DIR的成像效率，Yarnykh等[19]于2003年提出了多層雙反轉(zhuǎn)恢復(fù)技術(shù)（multislice DIR，MDIR）。MDIR的技術(shù)特點為通過優(yōu)化層塊選擇性反轉(zhuǎn)脈沖與層面選擇性反轉(zhuǎn)脈沖，使DIR血流抑制技術(shù)和多層成像技術(shù)相融合，大大提高了多層黑血管壁成像的效率，在加速8倍的情況下仍能保證滿意的圖像質(zhì)量。

表1 應(yīng)用于下肢動脈管壁成像的MR技術(shù)及其特點

上述血流抑制技術(shù)均應(yīng)用于二維成像序列，并采用多對比度成像方式（T1WI、T2WI、PWD、TOF）對粥樣硬化斑塊成分特征進行定性定量分析（圖1）。然而由于二維MRI具有掃描時間長（多對比度成像＞30 min）、覆蓋范圍小（頸動脈分叉為中心上下32 mm）、層面間分辨率低（2 mm）等缺點，臨床難以推廣應(yīng)用。近年來三維MRI以其成像速度快、掃描范圍大、空間分辨率高等優(yōu)勢，在動脈管壁成像方面受到了廣泛關(guān)注。

在進行三維管壁成像時，由于傳統(tǒng)的血流抑制技術(shù)受血流速度影響大，導(dǎo)致血流抑制范圍有限，尤其對慢血流、湍流等復(fù)雜血流狀況抑制效果不佳，因此并不能滿足大范圍三維成像的需求。以流動敏感擴散梯度準(zhǔn)備脈沖為基礎(chǔ)，Koktzoglou等[20]提出了驅(qū)動平衡傅里葉變換（driven equilibrium Fourier transform，DEFT）擴散梯度準(zhǔn)備序列，并應(yīng)用于胸主動脈和頸動脈三維黑血成像。Wang等[21]于2007年在分析了DEFT擴散梯度準(zhǔn)備序列血流抑制原理之后，建議將其命名為MSDE（motion-sensitized driven-equilibrium）。MSDE通過施加非選擇性的翻轉(zhuǎn)角度為90°-180°-90°的射頻脈沖以及對稱分布在180°兩側(cè)的梯度，以實現(xiàn)最大化一階梯度矩同時保證零階梯度矩為0，使運動的血流相位散相，從而達到血流信號抑制的效果，而此時靜態(tài)組織相位能夠回聚從而信號得到保留。但MSDE容易受到渦電流以及B1場不均勻性的影響。為此，Wang等[22]于2010年提出了iMSDE（improved MSDE）方法來部分解決上述原因引起的血流抑制不佳等問題。Balu等[23]于2011年提出了基于iMSDE準(zhǔn)備脈沖的成像序列3D-MERGE，并將其應(yīng)用于頸動脈管壁成像，實現(xiàn)了快速三維各向同性黑血管壁成像，覆蓋范圍：60 mm；分辨率：0.7 mm×0.7 mm×0.7 mm；掃描時間：2 min。隨后，Chiu等[24]將3D-MERGE序列用于下肢動脈黑血管壁成像（圖2），通過移床式、多層塊成像，在7 min之內(nèi)獲得了高質(zhì)量的動脈管壁圖像，其縱向覆蓋范圍約50 cm（自股總動脈至腘動脈），空間分辨率達1 mm×1 mm ×1 mm（各向同性）。

圖1 健康受試者的股動脈二維MRI多對比度橫軸位成像。掃描參數(shù)：T1WI（A、B）：TSE QIR，TR 800 ms，TE 10 ms，視野350 mm ×139 mm，層面內(nèi)分辨率為0.6 mm，層厚3 mm；T2WI（C、D）：TSE MDIR，TR 2500 ms，TE 50 ms，視野350 mm×139 mm，層面內(nèi)分辨率為0.6 mm，層厚3 mm。雙側(cè)股動脈收肌管段管壁顯示清晰（箭）

近來有學(xué)者將SPACE序列應(yīng)用于下肢動脈管壁成像[25,26]。該序列最早由Mugler等[27]于2000年提出，并主要應(yīng)用于大腦成像。SPACE序列的技術(shù)特點為：①使用變角度匯聚脈沖能夠降低射頻能量吸收率，并且克服了傳統(tǒng)TSE序列回波鏈不能太長的問題；②頻率編碼梯度的一階梯度矩不為0，可以進行血流抑制。Zhang等[25]于2009年將SPACE序列運用于下肢動脈管壁成像，在11 min內(nèi)獲得了從股動脈分叉至股淺動脈（38 cm）、各向同性高分辨率（0.72 mm×0.72 mm×0.72 mm）的動脈管壁圖像，與傳統(tǒng)2D-TSE成像相比，其成像效率明顯提高。SPACE是在西門子磁共振平臺上開發(fā)的成像序列，該序列在飛利浦磁共振平臺的名稱為VISTA（圖3）。

圖2 健康受試者的雙側(cè)股動脈3D-MERGE大范圍成像（曲面重組），管腔血流抑制充分，動脈管壁顯示清晰。成像參數(shù)為：TR 9.1 ms，TE 4.2 ms，視野250 mm×400 mm×60 mm，空間分辨率為0.8 mm×0.8 mm×0.8 mm，掃描層塊（slab）數(shù)為2

圖3 健康受試者的雙側(cè)股動脈3D T2W VISTA大范圍成像（曲面重組），動脈管壁顯示清晰。成像參數(shù)：TR 1600 ms，TE 151 ms，視野380 mm×344 mm×65 mm，空間分辨率為1.0 mm×1.0 mm×1.0mm，掃描層塊（slab）數(shù)為1

Xie等[28]于2010年以相位敏感反轉(zhuǎn)恢復(fù)（phase-sensitive inversion-recovery，PSIR）技術(shù)為基礎(chǔ)提出了T2-PSIR序列，并將其應(yīng)用于下肢三維黑血管壁成像。PSIR技術(shù)最先應(yīng)用于心肌延遲強化成像，因該技術(shù)不受反轉(zhuǎn)時間的影響，從而最大程度實現(xiàn)了正常及梗死心肌的信號對比。在T2-PSIR序列中，研究者通過采集額外的參考數(shù)據(jù)進行背景相位估計和相位敏感重建，使流動的血液呈現(xiàn)負(fù)信號，并通過T2準(zhǔn)備脈沖進一步提高血液和周圍組織的信號對比。Wang等[29]提出了以PSIR為血流抑制技術(shù)基礎(chǔ)的成像序列SNAP（simultaneous noncontrast angiography and intraplaque hemorrhage imaging），用以同時進行非增強血管成像和黑血管壁成像，并將其應(yīng)用于頸動脈易損斑塊的評價。該技術(shù)在下肢動脈管壁成像方面可能具有一定的應(yīng)用前景。

3 下肢動脈管壁MR成像的應(yīng)用進展

3.1 評價下肢動脈斑塊成分及其形態(tài)學(xué)特征 對于MR管壁成像應(yīng)用研究，多數(shù)集中在下肢動脈粥樣硬化斑塊的負(fù)荷、成分、偏心性、重構(gòu)效應(yīng)及其與臨床危險因素的相關(guān)性方面。MR管壁成像與組織病理學(xué)對照研究發(fā)現(xiàn)，在判斷下肢動脈斑塊基于成分特征建立的美國心臟協(xié)會分型方面，MR管壁成像與病理學(xué)具有高度的一致性[30,31]。

粥樣硬化斑塊的偏心性分布特征與心腦血管事件密切相關(guān)。Ohara等[32]研究引起嚴(yán)重狹窄（狹窄程度＞70%）的頸動脈斑塊的偏心性特征與臨床癥狀的相關(guān)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)頸動脈偏心性斑塊的患者發(fā)生同側(cè)缺血性腦血管癥狀的風(fēng)險明顯高于向心性斑塊。Ambrose等[33]的回顧性研究發(fā)現(xiàn)偏心性斑塊較向心性斑塊的患者更易發(fā)生不穩(wěn)定型心絞痛。Li等[34]在下肢動脈血管床應(yīng)用MR管壁成像觀察偏心性斑塊與斑塊成分及形態(tài)的相關(guān)性，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：①在所有存在粥樣硬化斑塊的血管層面中，有63.9%的層面表現(xiàn)為偏心性斑塊；②偏心性斑塊有相對大的斑塊負(fù)荷、更多的脂質(zhì)成分及鈣化；③斑塊偏心性與管壁面積呈明顯的相關(guān)性，在既定的管腔面積下，斑塊偏心指數(shù)增加0.1，管壁面積增加9.3%。

下肢動脈斑塊負(fù)荷與年齡、糖尿病等心腦血管危險因素及下肢功能狀態(tài)關(guān)系密切。Bianda等[35]將MR管壁成像用于研究頸動脈及下肢動脈斑塊的自然進程，通過2年的隨訪觀察，結(jié)果發(fā)現(xiàn)頸動脈及下肢動脈斑塊負(fù)荷隨著年齡的增長均有增加，但在頸動脈管壁趨向負(fù)性重構(gòu)，而在下肢動脈更多表現(xiàn)為正性重構(gòu)。此外，Bourque等[36]應(yīng)用MR管壁成像研究糖尿病合并冠心病對下肢動脈病變的影響，結(jié)果發(fā)現(xiàn)糖尿病合并冠心病患者的下肢動脈斑塊負(fù)荷明顯高于非糖尿病患者（平均管壁厚度1.28 mm對1.16 mm，P＜0.01）。McDermott等[37]研究下肢動脈粥樣硬化患者斑塊負(fù)荷、管腔大小與下肢功能的關(guān)系，發(fā)現(xiàn)斑塊負(fù)荷增加、管腔變小的患者其6 min步行試驗到達距離縮短，正常及最快步行速度明顯減慢。

3.2 評價下肢動脈粥樣硬化再血管化治療效果 目前，血管成形術(shù)及支架植入是治療下肢動脈狹窄最常用的方法。經(jīng)皮腔內(nèi)血管成形術(shù)（percutaneous transluminal angioplasty，PTA）容易出現(xiàn)術(shù)后再狹窄，而PTA治療對血管壁的影響及血管內(nèi)放射療法對抗再狹窄的機制尚不清楚。Wyttenbach等[38]將MR管壁成像用于評價PTA手術(shù)對下肢動脈管壁結(jié)構(gòu)的影響，發(fā)現(xiàn)手術(shù)后斑塊局部會發(fā)生累及范圍較深的破裂，并且血管壁出現(xiàn)廣泛的重構(gòu)現(xiàn)象，PTA術(shù)后管腔面積的減少部分是由負(fù)性重構(gòu)效應(yīng)所致；此外，該學(xué)者證實在PTA術(shù)后應(yīng)用血管內(nèi)放射療法可以阻止或延緩負(fù)性重構(gòu)的進程，但放射治療也會同時阻止破裂血管表面的愈合，不利于穩(wěn)定破裂斑塊[38,39]。目前血管內(nèi)支架的主要材料是鎳鈦合金，與不銹鋼材質(zhì)相比，其兼容性更好。Adams等[40]應(yīng)用MR管壁成像技術(shù)評價目前15種常用的下肢動脈支架的MR兼容性以及支架術(shù)后動脈管腔、管壁的變化情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)不銹鋼材質(zhì)的支架偽影較重，管腔及管壁顯示模糊并會發(fā)生明顯變形，而MR可以滿意地顯示鎳鈦合金支架局部的動脈管腔和管壁結(jié)構(gòu)，可以用于監(jiān)測支架植入術(shù)后支架內(nèi)再狹窄。

3.3 監(jiān)測下肢動脈粥樣硬化藥物治療效果 組織病理學(xué)研究證實，他汀類藥物可以降低頸動脈及股動脈斑塊內(nèi)出血的發(fā)生率[13]。他汀類藥物及依澤替米貝均可以降低低密度脂蛋白膽固醇，但依澤替米貝對動脈粥樣硬化的作用仍然存在爭議。West等[41]在一項隨機雙盲藥物試驗中，應(yīng)用MR斑塊成像測量67例下肢動脈粥樣硬化患者下肢動脈粥樣硬化斑塊體積在服用降脂藥前后2年內(nèi)的變化情況，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，單獨服用他汀類藥物或同時服用他汀類藥物和依澤替米貝均可以阻止下肢動脈斑塊的進展。然而當(dāng)患者服用他汀類藥物一段時間后加服依澤替米貝，下肢動脈粥樣硬化斑塊仍然在進展，盡管低密度脂蛋白膽固醇的水平進一步降低，因此，依澤替米貝對下肢動脈粥樣硬化斑塊的作用可能依賴于他汀類藥物服用的時間。

4 總結(jié)

下肢動脈粥樣硬化的發(fā)病率和致殘率較高，不僅對下肢功能造成影響，而且是心血管疾病及腦卒中的有效預(yù)測因子。多數(shù)學(xué)者應(yīng)用二維MR管壁成像技術(shù)評價下肢動脈粥樣硬化斑塊的成分及形態(tài)、藥物療效和再血管化治療效果等。由于下肢動脈的解剖學(xué)特點為走形距離較長、管徑較小，因此應(yīng)用二維MR管壁成像技術(shù)評價下肢動脈粥樣硬化存在明顯的局限性。隨著MR成像技術(shù)的迅猛發(fā)展，三維圖像采集模式日趨成熟，近來已有學(xué)者將其用于下肢動脈管壁成像。與二維成像相比，三維MR管壁成像具有成像速度快、縱向覆蓋范圍大、分辨率高等特點，在下肢動脈粥樣硬化成像方面具有一定的應(yīng)用前景。由于動脈管壁MR成像的核心是血流抑制技術(shù)，因此研究開發(fā)適合于三維MR管壁成像的血流抑制技術(shù)是下肢動脈粥樣硬化管壁成像技術(shù)的研究方向之一。此外，由于近來針對下肢動脈管壁成像的研究主要集中在斑塊負(fù)荷的定量分析方面，因此有必要進一步研究下肢動脈粥樣硬化患者的粥樣硬化斑塊成分特征（尤其是易損斑塊）及其對臨床治療的指導(dǎo)意義。

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動脈粥樣硬化；股動脈；磁共振成像；綜述

2014-03-11 【修回日期】2014-09-25

（本文編輯 張春輝）

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李 澄 E-mail: yzlicheng@vip.sina.com

10.3969/j.issn.1005-5185.2014.12.021