脑血管病的血管壁影像学

原标题:脑血管病的血管壁影像学

一、血管腔影像学与血管壁影像学

相较传统的血管腔影像学,管壁影像学发展势头更劲。

传统的血管成像技术主要是指血管腔成像技术,包括数字减影血管造影(DSA)、计算机断层扫描血管成像(CTA)和磁共振血管成像(MRA)。其中,DSA作为最经典的血管成像技术,能够清晰的显示出血管的扩张、狭窄程度及侧支循环状态,被认为是判断血管病变的“金标准”。但是由于其潜在的放射性损害、造影剂损伤、感染及血管损伤风险,其临床应用受到了一定的限制。

相比于DSA,CTA凭借其扫描快、损伤小、图像失真少的特点在出血/缺血性卒中血管评估中得到了广泛的应用。但是,其仍然存在放射性损害及引起造影剂损伤的风险。

与上述两种影像技术不同,MRA具有创伤小且无放射性损害的优势,目前已成为临床常用的颅内血管成像手段,并被广泛应用于临床实践。目前临床常用的MRA主要基于两种方法获得,一种是时间飞跃法(TOF)MRA,另一种则是指通过对比增强MRA。但其扫描时间较长,对病人的选择性较高且成像结果易受干扰。综上所述,尽管存在着各自的优势及缺点,以上三种影像技术均可提供良好的管腔影像。

然而,对病变血管的组织学研究发现,血管壁本身对于疾病诊断有更加深入的认识。颅内动脉瘤、颅内动脉夹层、颅内动脉粥样硬化性狭窄和烟雾病,除了血管腔有改变外,管壁也有特征性。目前对于血管壁内部结构的影像检查(VWI)和可视化方面的研究取得了一系列进展。

血管腔与血管壁

二、脑血管病的血管壁影像学的种类

1、磁共振颅内血管壁成像

高分辨率磁共振血管壁成像(high-resolution vessel wall imaging,HR-VWI)是利用磁共振原理抑制血管内流动血液信号获取血管壁等静态组织图像的一种成像方法,可以清晰显示血管管腔、管壁及血管周围结构,用于直接评估血管壁病变,有助于颅内血管疾病诊断和鉴别诊断。它补充TOF-MRA仅能显示血管腔改变的不足。

常用的扫描序列包括:自旋回波(spin echo)T1WI、黑血(black blood)T1WI、快速自旋回波(TSE)T2WI、以及质子密度加权像(PDWI)。其中以高分辨磁共振(HR-MKI)“黑血”技术应用最为广泛,“黑血”技术将血管中的血流信号消除,保留管壁信号完成血管壁成像;VWI使得我们可直接观察血管壁病变,通过不同的管壁信号对病变原因作出判断。

颅内常见高分MR序列

2、血管内超声

血管内超声(intravenous ultrasound,IVUS)是指无创性的超声技术和有创性的导管技术相结合,使用末端连接有超声探针的特殊导管进行的医学成像技术。它借助介入放射学方法将超声导管直接置入血管中,可显示血管内影像,检测血管壁性质等,已在心脏与外周血管疾病领域显示出其优势。传统的IVUS对血流与斑块,尤其富含脂质的斑块,均呈现低信号回声,而彩色血流IVUS实现了管腔内血流的可视化,有利于显示血管壁与血管腔内血流的过渡区域,使血管壁的动脉粥样硬化斑块更易被识别。目前主要用于对颈动脉粥样硬化斑块的分型与评估,并对颈动脉支架置入术观察:支架是否贴壁;支架是否充分扩张;支架是否展开对称;支架是否完全覆盖病变;支架内再狭窄。同时也可应用于在脑静脉系统病变、动脉瘤与硬脑膜动静脉瘘等。随着技术的不断进步,可能会有更细小、更柔软的IVUS导管问世,动脉瘤颈位置、动脉瘤壁组成和内部结构、静脉瘘口、斑块性质的可视化分析会更加精准,逐步扩大在脑血管疾病领域的临床应用范围。

脑血管的血管内超声

3、光学相干断层成像技术(OCT)

光学相干断层成像(optical coherence tomography, OCT)是以导管为基础的血管内成像技术,其以超高的分辨率又被称为“光学活体组织检查”,能够在体内观察到组织细微结构。该技术有分辨率高(轴向分辨率可达10~15 p,m),成像速度快等优点,短时间可获得图像资料并可以定量分析。OCT可以清晰地显示动脉管壁病变细微的形态特征,帮助选择治疗方案。目前在心脑血管疾病方面的研究还处于起步阶段,应用较多的是对颈动脉狭窄病变的观察,正在开始对颅内动脉瘤治疗前后的研究。

脑血管的OCT检查示意图

4、血管内镜

血管镜可以提供血管系统腔内结构的实时直视彩色图像,并能在直视下进行血管腔内治疗,这种优势是其他技术所不能比拟的。血管内镜主要由成像系统、照明系统、通道系统、扩张球囊系统、方向控制系统构成。血管镜可通过血管开放手术的切口导入,也可以与血管造影技术相结合,通过介入手段导入血管。目前血管内镜临床应用十分广泛,主要用于冠状动脉和外周血管,并逐渐在脑血管方面开始探索性应用。血管镜的主要缺点是只能提供血管腔表面的形态学资料,不能观察到管壁内的病变结构,难以对病变进行量化分析,图像会因镜头和被检对象的距离和角度变化而呈现很大的不同。术中阻断血流,可能引起缺血。目前血管镜在脑血管系统中的应用相对较少,其风险主要在于:(1)灌注量过大可能导致脑水肿;(2)血管斑块脱落导致脑梗死。颅内的小血管目前仍然是血管镜的操作禁区。但随着技术的进步,这些禁区正在不断地被突破。基于相干光纤束技术的新型微血管内镜,为颅内血管内成像提供了一种潜在的革命性方法。该微血管镜直径为1.7F,比任何先前描述的血管镜都小,同时能保持图像的高分辨率。光纤被嵌入到现有神经介入所用微导管的工作腔内,这使得这些微血管内窥镜可推送,可追踪,并且灵活,方便应用于临床。

血管内镜示意图

三、颅内动脉瘤的管壁影像特征

1、颅内动脉瘤的高分辨率管壁成像

高分辨率管壁成像(HR-VWI)是评估不稳定未破裂颅内动脉瘤的有效手段。动脉瘤壁强化是瘤壁炎症、动脉瘤生长和破裂的生物指标。动脉瘤形成的主要诱因中包括动脉瘤壁炎症,长期炎性病变可导致动脉瘤壁持续性重塑,最终发生病变。动脉瘤破裂主要发生在基底部,此区域常有多形核细胞浸润及纤维化改变。

a.瘤壁强化与动脉瘤破裂显著相关,瘤壁增强是不稳定动脉瘤的标志。有研究表明HR-VWI检查发现瘤壁增强有助于鉴别破裂风险较高的UIA,瘤壁强化的分级方法主要基于主观评价瘤壁增强程度和客观评价量化的信号强度。瘤壁强化主观分为明显强化、一般强化和无强化。有研究发现强化与淋巴细胞及吞噬细胞浸润相关。另外,瘤壁明显强化和MPO活性、新生血管或血管滋养管(vasa vasorum)生成相关。血管壁强化可能伴随不同的病理改变。

动脉瘤破裂的临床危险因素与瘤壁强化之间存在一定关系。瘤壁强化的决定因素最主要为动脉瘤大小,其次为位置(PcomA, MCA)。动脉瘤越大,增强越明显。动脉瘤形态不规则及高体颈比与瘤壁强化显著相关。动脉瘤壁增强甄别多发动脉瘤中的破裂动脉瘤,动脉瘤不稳定的其他表现(如缓慢生长或压迫颅神经的占位效应)也同样与瘤壁增强相关。一些资料表明,动脉瘤壁缺少强化具有很强的阴性预测价值。

颅内动脉瘤的管壁成像

b.颅内动脉瘤的7T MRI影像。7T HR-VWI是评估颅内动脉瘤强有力的成像技术。由于成像质量的显著提升,在评估动脉瘤顶、瘤颈、载瘤动脉、伪影、血管组织对比度等方面体现了优势。与传统的3T MRI相比,7T HR-VWI可以更好地检测小动脉瘤壁强化。虽然颅内动脉瘤的7T-MRI成像仍处于发展阶段,但在动脉瘤壁厚、血管壁分层和增强等方面表现出良好的应用前景。

目前关于临床应用HR-VWI诊断颅内动脉瘤的证据有限,尤其缺少前瞻性验证数据。同时用于动脉瘤评估的HR-VWI序列和评估方案之间存在显著的异质性。成像的厚度、翻转角度、重复/回波时间、场/矩阵/体素大小和扫描时间均尚未标准化,这些均是其不足,大大限制了其在日常实践中的应用。随着影像学技术的不断进步,HR-VWI可能成为动脉瘤不稳定性及破裂风险评估的重要无创生物标记。

2、颅内动脉瘤的OCT成像

OCT成像可以观察动脉瘤血管壁内外结构的变化与特点,为未破裂动脉瘤的破裂风险评估提供手段。OCT可以清楚见到动脉壁的分层结构,颅内动脉瘤壁存在结构的不完整性,对于破裂动脉瘤可见结构完全消失;对未破裂动脉瘤,可见结构的不完全消失。

未破裂动脉瘤壁的结构直接影响动脉瘤的破裂风险;动脉瘤的哪个位置是破裂或高危位置,这有助于治疗方案的制定;而动脉瘤治疗之后的瘤颈修复,以及支架植入后的再内膜化;支架、密网支架植入术均需要直接观察支架的贴壁性,因为它直接与瘤颈修复或载瘤动脉的完整、支架后再狭窄相关。

目前有多项研究主要针对血流导向装置用于治疗颅内动脉瘤术后的检测。OCT可以直接观察并确定支架上的新内膜生长。通过计算新内膜面积(管腔面积 - 支架面积),新内膜比([管腔面积 - 支架面积] /支架面积)和新内膜厚度比(最小新内膜厚度/最大新内膜厚度)在体内跟踪和比较新生内膜在植入物上的进展,直接指导下一步治疗。

颅内动脉瘤的OCT成像

四、颅内动脉粥样硬化的管壁成像

1、颅内动脉粥样硬化的高分辨MR管壁成像

既往对于ICAD的血管影像研究多集中于对其引起的动脉狭窄进行评估,VWI的出现使得对ICAD造成的管壁损伤进行评估成为可能。血管腔成像往往会低估该管壁ICAD的严重性,尤其是对于非狭窄性病变,单纯以管腔狭窄程度来寻找血管病变部位往往会造成误诊及漏诊。高分辨MRI除了可用来精确的测量管腔狭窄程度,还可提供动脉斑块的大小和成分等信息,如纤维帽厚度、脂核大小、纤维帽内炎症等,而且能显示斑块内出血(IPH)及血栓形成情况。通过MRI特殊“亮血”、“黑血”成像等技术,提供斑块内部炎性改变等信息,可以应用MRI判断纤维帽的状态及预测临床发生缺血性卒中的风险。

斑块重塑模式、斑块内出血、与血管壁的相对位置和斑块的强化特征是VWI研究中最常用的观察指标。外向性重塑的ICAD相比于内向型重构的ICAD更容易导致卒中的发生,外向性重塑是症状性颅内斑块的影像学标志。IPH也是常见的斑块易损性特征,常常导致单纯性斑块向复杂性斑块转化,进而导致卒中的发生。在颈部动脉粥样硬化斑块的研究已经证明,VWI对于IPH的识别与组织学结果具有高度的一致性。斑块与血管壁的相对位置也是观察重点,动脉粥样硬化斑块多发生于穿支动脉开口的对侧,即MCA的腹侧及下部;而症状性的动脉粥样硬化斑块则多发生于穿支动脉侧,即MCA的上部及背侧部。相对于非症状性斑块,症状性斑块多发生于基底动脉(BA)的腹侧壁,而并非发生于发出穿支动脉的侧壁,可见BA动脉粥样硬化斑块引起缺血性卒中的机制与MCA可能存在不同。斑块是否强化及强化的程度,斑块强化特征与卒中发生有相关性。整体上看分子影像学分析动脉斑块内部成分和结构以及动态评估斑块性质变化,可能会成为诊断易损斑块有前景的影像技术。

颅内动脉狭窄的高分MR成像

2、光学相干断层成像技术(OCT)

OCT与组织病理比较,其评价各种斑块内部性质及特点有高度一致性,可能是公认的未来对识别易损斑块最有前景的有创成像技术。对易损斑块的评价明显优于血管内超声成像与血管镜。

目前应用较多的是对颈动脉狭窄病变的观察,见管腔内血栓、新生滋养血管、斑块破裂以及钙化结节等特征;OCT在识别血栓和斑块溃疡、破裂方面具有独特优势,对识别不同类型的斑块成分具有较高的敏感度与特异度,尤其是那些在造影下难以观察或无法明确的病变,利于选择更加适合的治疗方案。目前OCT主要用于CAS术前评估及指导治疗方案的选择、CAS术后评估和随访、椎动脉的评估等方面。当然OCT也有一定局限性,主要包括:OCT的组织穿透力有限(0.5~1.5mm),无法评估远侧管腔表面的斑块成分以及脂质核心与血管壁的全貌,对于巨大斑块,难以完全区分钙化与脂质。其次,OCT使用近红外光作为光源,在检测中需要一个相对无血流区域,难以穿过红细胞,因此成像时必须阻断血流或者冲洗血管以清除血液,避免红细胞影响成像质量。随着扫描直径、成像速度以及分辨率方面也不断得到改进,细胞/亚细胞水平的Micro⁃OCT 技术值得期待。

颈动脉狭窄的OCT成像

五、其它脑血管病的血管壁成像

1、中枢系统(CNS)血管炎

DSA对于CNS血管炎的诊断特异性较低,有研究报道仅为30%,而其敏感性亦不高,各项研究报道为27%到90%不等。这主要是因为DSA无法对血管细微的病变进行观察,同时对于管径较小的分支血管及终末血管应用价值有限。在外周血管炎诊断中应用广泛的血管活检在颅内血管病变中应用价值也较低,其不仅风险较高,其诊断的敏感性也不足50%。VWI的出现使得CNS血管炎的诊断特异性及敏感性大幅提高,在给予对比剂后T1图像可出现均匀的、同心性、环形管壁强化,这种影像学特征与ICAD有明显不同,对于两者的鉴别诊断具有重要意义。同时,VWI也是评价CNS血管炎治疗效果的重要方法。

2、烟雾病/综合症(MMD)

MMD是一种以单侧或双侧颈内动脉末端及大脑前动脉、大脑中动脉近端慢性进行性狭窄或闭塞,并继发在颅内形成异常代偿血管网为特征的疾病,是导致儿童和青少年脑血管意外的重要原因,通常表现为TIA和/或缺血性卒中。尽管DSA是诊断MMD的金标准,但HR-MRI VWI可为该疾病的诊治提供更多信息。

临床工作中,受制于疾病进展阶段的影响,部分MMD患者不仅与动脉粥样硬化患者临床表现相同,血管造影的结果也难以区分。然而,两者的治疗方法存在明显差异,即前者多以血运重建的外科手术为主要疗法而后者则以强化药物治疗或血管内介入治疗为主要治疗手段。故而两者的鉴别诊断对于指导临床治疗具有重要意义。MMD在HR-MRI VWI上表现为血管壁外径缩小,但管腔偏心率较小。与颅内动脉粥样硬化斑块相比,MMD患者的动脉壁增厚和动脉壁强化均较少见,这与病理学中MMD患者血管壁中缺乏炎症细胞相关。

3、颅内动脉夹层(IAD)

IAD是导致蛛网膜下腔出血和缺血性卒中的颅内血管病变原因之一,IAD越来越受到了大家的关注。目前认为管壁炎症及病变可能是其发生的潜在原因。当内膜撕裂后,血液积聚于内弹力板与中膜之间,即形成了内膜下血肿;当血肿扩散到中膜以外时则会导致外膜下血肿的发生;内膜下血肿常常导致远端脑组织灌注不足、穿支动脉开口阻塞或内膜血栓形成,以上三种机制均可导致缺血症状的发生。外膜下血肿还会导致夹层动脉瘤的形成,和蛛网膜下腔出血的发生,此时血管腔可能改变不明显,行血管腔成像可能会导致漏诊,造成严重后果。

颅内动脉夹层的HR-MRI VWI特征包括:(1)内膜瓣,位于血管腔内的高信号瓣状结构;(2)双腔征,分为真腔和假腔;(3)壁内血肿,表现为受累动脉管壁增厚,但边缘光滑,可导致动脉管径扩张,信号高低随时间变化;(4)动脉瘤样扩张和动脉管腔狭窄。

目前HR-MRI VWI颅内成像仍存在较多问题,例如扫描序列及参数不统一、扫描时间较长等;OCT存在组织穿透力有限,使用近红外光作为光源难以穿过红细胞等;血管内超声对斑块内出血等微细结构图像的分辨率受限,识别度低和目前仍缺乏统一的图像鉴定标准;血管镜只能观察血管管腔表面的形态学资料,不能观察到管壁内的病变结构,难以对病变进行量化分析。其中前两者相对成熟,后两者应用更少一些。相信随着研究的进展,现存问题将会被解决,更新的VWI技术将为颅内血管病变的诊断、治疗提供更多有效信息。

血管壁影像是CTA、MRA和DSA等血管腔影像检查的一个重要的补充,具有很大的潜力和临床应用前景,对颅内动脉疾病诊断、鉴别诊断、预后评估及早期预防有重要意义。

参考:

1.Samaniego EA, Roa JA, Hasan D.Vessel wall imaging in intracranial aneurysms Journal of NeuroInterventional Surgery 2019;11:1105-1112.

2.Lazaro T, Srinivasan VM, Cooper P, et al. A new set of eyes: development of a novel microangioscope for neurointerventional surgery Journal of NeuroInterventional Surgery 2019;11:1036-1039.

3.Liu X, et al. Wall enhancement of intracranial saccular and fusiform aneurysms may differ in intensity and extension: a pilot study using 7-T high-resolution black-blood MRI.

Eur Radiol. 2020. PMID: 31218429

4.Texakalidis P, Hilditch CA, Lehman V, et al. Vessel Wall Imaging of Intracranial Aneurysms: Systematic Review and Meta-analysis.World Neurosurg. 2018 Sep;117:453-458.

5.刘潇,蒋涛.HR-MRI VWI在颅内动脉疾病诊断中的研究进展[J].临床放射学杂志,2019,38(12):2450-2453.返回搜狐,查看更多

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