于薇：磁共振评估冠状动脉粥样硬化斑块的研究进展

来源：磁共振成像传媒

刘文 , 于薇 . 磁共振评估冠状动脉粥样硬化斑块的研究进展 . 磁共振成像 , 2017, 8(4): 312-316.

冠状动脉粥样硬化性心脏病 (coronary atherosclerosis heart disease ， CHD) 是人类主要死亡原因之一，近年来，其发病率呈逐年上升趋势。急性冠脉综合征 (acute coronary syndromes ， ACS) 的主要发病原因为冠状动脉粥样硬化斑块破裂导致的动脉内血栓形成。此外，许多心源性猝死也与冠脉斑块破裂及其合并症有关。易于破裂并导致血栓形成的斑块称为易损斑块 (vulnerable plaque) ，或高危斑块 (high-risk plaque) 。这些易损斑块的主要形态学特征为：薄纤维帽、斑块内出血、大的脂质坏死核心、炎症反应及内膜新生血管化 [1-6] 。因此，早期诊断冠状动脉粥样硬化斑块的稳定性已成为国内外研究热点之一。应用无创影像学检查技术对易损斑块进行早期识别、预测有利于对冠心病进行危险性诊断及预后

评估。

目前， 临床诊断易损冠脉斑块的影像学检查技术主要有选择性冠状动脉造影 (coronary angiography ， CAG) 、冠状动脉 CT 血管成像 (coronary computed tomographic angiography, CCTA) 、血管内超声 (intravasc ularultrasound ， IVUS) 、高分辨率核磁共振成像 (magnetic resonance imaging ， MRI) 、光学相干断层成像术 (opticalcoherence tomography ， OCT) 。 IVUS 及 OCT 作为冠脉腔内成像技术，可对不稳定斑块在成分及形态两方面进行评价，诊断准确性高，可作为冠状动脉管壁成像的参照标准，但对于较小管腔或狭窄血管段的观察 IVUS 和 OCT 均受到限制，且由于其有创性、价格昂贵，不能常规应用于斑块的危险分层。 MRI 是一种可重复性强、无创、无放射性的检查方法，高场强 (3.0 T) MRI 的空间分辨力高，高分辨、多对比成像序列在大、中动脉 ( 如颈动脉 ) 粥样硬化斑块的评估中已得到广泛证实，并在临床上得到进一步的验证。但 MRI 对小动脉 ( 如冠状动脉 ) 粥样硬化斑块的评估尚处于研究阶段。因此，本文就冠状动脉粥样硬化斑块 MRI 成像研究进展进行简要综述。

1 冠状动脉管壁的 MR 成像技术挑战与进展

1.1 成像技术难点

冠状动脉斑块的 MRI 成像由于受呼吸、心脏跳动等因素的影响，加之冠状动脉本身管腔的直径细小，一直以来对其成像都具有极高挑战性。对于呼吸和心跳运动伪影常采用屏气、呼吸运动导航和心电门控技术来消除。通过双反转回波 (Dual-IR/Double-IR) 黑血技术来实现管腔血流抑制，而脂肪抑制技术则通过反转恢复脉冲实现对周围组织的抑制，提高组织分辨率。此外，空间分辨率不足是导致 MRI 低估病变狭窄段管腔面积的主要原因，也是导致其不能对斑块成分进行精确分析的主要原因。但若增加空间分辨率会降低信噪比，同时延长扫描时间，从而降低图像质量。因此，不能无限制增加空间分辨率。

1.2 常规成像序列

常规冠状动脉管壁成像一般采用双反转回波黑血技术 (Dual-IR/Double-IR) 与三维梯度回波序列或二维快速自旋回波序列相结合 [7-10] ，来抑制血流信号，从而提供管腔和管壁的对比。其原理是：在图像采集前先施加一个非选择性 180 °反转脉冲，使全身组织磁化发生反转，包括血液；紧接着再施加一个选择性 180 °反转脉冲，使成像层面的血液磁化再次反转，而层面外的血液例外，于是成像层面内的血液信号被抑制，避免了血液流动伪影；在双反转脉冲之后施加脂肪饱和预脉冲以抑制心外膜脂肪信号。这样，冠状动脉管壁与管腔内血液以及血管周围组织之间形成了良好的对比。但常规冠脉黑血成像技术需要呼吸导航，扫描时间长短要依据导航的效率来决定，通常要 15 min 以上。另外，除黑血管壁成像外，还需要单独扫描亮血磁共振血管造影 (magnetic resonance angiography ， MRA) ，又额外需要增加 5 ～ 10 min 的扫描时间。此外，扫描范围不能覆盖全心，仅为血管的近中段。采集的数据非各向同性，分辨率仅为 1.34 mm × 1.35 mm × 1.60 mm 。

1.3 全心冠状动脉斑块定性技术 (coronary atherosclerosis T1-weighed characterization with integrated anatomicalreference ， CATCH)

CATCH 是一项新近研发的扫描技术 [11] ，主要由前瞻性心电门控、应用反转恢复准备的三维黄金角放射采集的梯度回波序列、高效呼吸门控技术联合回顾性运动校正组成。该技术采用隔次心跳发射反转恢复脉冲，从而使黑血 T1WI 图像及亮血解剖参考图像交错采集。采用频率选择绝热反转恢复脉冲抑制心脏外的组织，以减少径向采样不足导致的条形伪影。应用频率选择绝热反转恢复脉冲联合水激发脉冲抑制心外膜脂肪。用于重建的所有图像数据 ( 相当于 100% 有效呼吸导航 ) 均不采用呼吸导航，扫描期间，膈肌导航仪开启“仅监测”模式监测受试者的呼吸状况，反转恢复脉冲后立即应用反跳脉冲恢复导航信号。该技术能将图像分辨率提高到各向同性 1.1 mm × 1.1 mm × 1.1 mm 。更大的优势在于此项技术能在 10 min 的扫描时间内同时获得全心冠脉亮血 MRA 和黑血管壁图像，其亮血序列能够评估冠脉解剖异常及管腔狭窄严重程度，黑血序列作为重度 T1 加权图像，冠脉易损斑块在图像上表现为高亮信号，与被抑制的其他组织成分间对比良好，极易识别。

2 冠状动脉粥样硬化斑块的 MRI 成像研究历程与进展

2.1 动物实验研究

2000 年， Worthley 等 [12] 应用高脂饲料喂养联合球囊拉伤法成功建立了小型猪的动脉粥样硬化模型。他们在完整的猪离体心脏上对所有冠状动脉进行扫描，保留了冠状动脉曲线。该项研究成功显示了斑块内的脂质心、纤维细胞成分、钙化及出血。由于 Worthley 等采用曲面成像法采集冠脉管壁图像，为后来活体研究冠脉斑块提供了可能。同时，也为在体监测斑块的发生、发展提供了平台。因技术难度大、实验成本高，此后，再无相关理想动脉粥样硬化模型的文章发表。

2.2

人在体研究

2.2.1 冠状动脉管壁 MRI 成像的技术可行性研究

2000 年， Fayad 等 [13] 对 8 名健康志愿者和 5 例冠心病患者进行黑血 MRI 冠脉管壁成像，并成功获得了 2D 黑血管壁图像，同时，该研究发现冠心病患者的冠脉管壁厚度较正常人增厚，这在患者的冠状动脉造影上也得到了进一步证实。该项研究证实高分辨率黑血 MRI 冠状动脉管壁成像技术能够识别早期冠状动脉粥样硬化斑块，从而使冠状动脉管壁 MRI 成像技术成为可能。 2002 年， Kim 等 [14] 采用双反转回波 (Dual-IR/Double-IR) 及亮血序列对 6 名健康志愿者和 6 例冠心病患者进行 3D 容积采集，并成功获得右冠状动脉近中段 3D 管壁图像。但因技术复杂、影响因素较多，未见左冠状动脉管壁成像的相关报道。因此，这仅仅是初步的技术可行性研究。

2.2.2 MRI 技术评价冠状动脉粥样硬化斑块的可重复性研究和冠脉斑块不同表现及强化方式的研究

2005 年， Desai 等 [15] 对 18 名健康志愿者进行 3D 右冠状动脉 MRI 管壁成像及半定量分析，并于 1 个月后对其中的 8 名受试者进行再次成像。研究结果证实 3D 右冠状动脉成像和半定量分析可重复性良好。 2006 年， Maintz 等 [16] 尝试对 9 例多层螺旋 CT (multi-slice computed tomography ， MSCT) 证实有冠状动脉粥样斑块的患者进行 3D T1 加权成像 (T1-weighted imaging ， T1WI) 冠状动脉管壁增强成像，研究结果表明斑块对对比剂的摄取因其性质的不同而不同，但这能否成为斑块定性、分类的依据还有待于进一步研究。 2007 年， Yeon 等 [17] 对 6 名健康志愿者及 14 例冠心病患者进行冠状动脉管壁 MRI 延迟强化成像，研究结果表明，具有粥样硬化斑块的冠脉节段延迟强化程度明显高于正常节段。这提示， MRI 延迟强化有助于识别冠状动脉粥样硬化斑块。

2.2.3 MRI 管壁成像与有创腔内影像技术 (IVUS 、 OCT) 的对照研究和临床症状之间的相关性研究

以有创腔内影像技术 (IVUS 、 OCT) 为对照， 进一步证实 MRI 黑血冠脉管壁成像技术在冠脉斑块成分定量、定性分析中的作用。 (1) 相关概念的提出及易损斑块的识别。 Kawasaki 等 [18] 通过非对比增强 TlWI 技术进行斑块成像，并与 MSCT 及血管内超声对比。将斑块信号强度与心肌信号强度比值 (plaque-to-myocardium signal intensity ratio ， PMR) 大于 1.0 的冠脉斑块定义为高信号斑块 (high-intensityplaque ， HIP) 。研究结果表明，与非高信号斑块相比， T1WI 上 HIP 与超声衰减、正性重构、显著低 CT 值及慢流现象有良好相关性。第一次证明了非对比增强冠状动脉 T1WI 有助于评价冠脉斑块成分。 Li 等 [19] 对 41 例具有非钙化斑块患者进行 MR 冠脉增强检查，结果表明易损斑块具有早期强化的特征。 (2) 冠脉 HIP 与易损斑块形态之间的相关性及对血栓的提示。 Oei 等 [20] 初步证实，应用冠状动脉黑血 TlWI 成像技术结合冠脉 MRA 有助于冠心病患者冠状动脉粥样硬化斑块内出血的诊断。 Jansen 等 [21] 对 18 例首次心绞痛发作后 24 ～ 72 h 内急性冠脉综合征发作的患者进行冠状动脉非对比增强 3D T1 加权成像，同时，对患者进行 CAG 检查。结果显示，其中 10 例 CAG 证实有冠脉内血栓形成，与冠脉内无血栓者相比，冠脉内血栓形成节段 MR 图像信号较高。这表明，非对比增强 T1WI 上冠脉斑块高信号与冠脉内血栓形成有关。 Matsumoto 等 [22] 对 100 例冠状动脉粥样硬化患者进行冠状动脉斑块成像，并与 OCT 检测到的斑块形态及患者心绞痛临床严重程度 (Braunwald 分级 ) 对比。研究结果首次证实， T1WI 上壁内或腔内高信号 (high-intensity signal ， HIS) 与心绞痛临床严重程度及 OCT 检测到的斑块形态有关 ( 图 1) 。此外，他们对研究人群进行多变量分析显示，血栓形成、内膜新血管生成是腔内 HIS 的独立危险因素，而巨噬细胞的存在及缺乏钙化与壁内 HIS 相关。在破裂和出血的斑块中，内膜新生血管的存在更易导致血栓形成。 Xie[11] 研究证实，全心冠脉斑块定性技术 (CATCH 序列 ) 上的冠脉 HIS 与 OCT 所检测到的易损斑块形态相关性良好。既往及新近研究结果显示，早期冠脉内血栓含有高铁血红蛋白，能产生短 T1 信号，这与 T1WI 上腔内 HIS 的形成有关。而 T1WI 上冠脉壁内 HIS 可能提示与炎症相关的斑块内出血 [11 ， 20-23] 。诸研究表明， T1WI 成像技术有望成为识别与血栓形成、斑块内出血相关易损斑块的新的成像技术。 (3) 冠脉 HIS 与临床症状、远期预后等临床事件的相关性。 Noguchi 等 [24] 对 583 例冠心病患者随访研究发现，非对比增强 T1WI 上冠脉 HIS 更有可能代表发展为远期心血管事件的易损斑块，与远期冠脉事件有关，可能代表评估易损斑块的新的无创、量化预测因子。