大腦是人的重要器官之一,腦組織需要耗費大量能量才能維持正常功能,而其自身又不能生成和儲存葡萄糖,完全依賴從血液攝取葡萄糖和氧。僅占體重約2%的大腦,其供血量約占心臟輸出的20%。局部腦組織血流中斷5分鐘,則會完全壞死(梗死),若梗死影響重要功能區,將造成殘疾。
腦供血動脈系統解剖復雜,按管徑來說,分為大血管、中血管和小血管;以顱骨為界,分為顱外和顱內腦動脈;以硬腦膜為界,分為硬膜內和硬膜外動脈。按腦供血區的差異,分為前循環和后循環腦動脈,前循環又分為左右兩側,前后循環和左右前循環通過WILLIS環相連接。當主要腦動脈發生嚴重狹窄或閉塞病變時,WILLIS環是相當重要的側支循環代償途徑,然而其存在諸多變異。
腦動脈行程漫長(具體解剖就不贅述了),多種血管疾病可累及腦動脈,導致血管管腔狹窄-閉塞,包括:粥樣硬化、血管炎、夾層、煙霧病、血管收縮等,這些腦血管疾病病理機制迥異,臨床和影像學表現多樣,治療和預后也差異巨大。
誠如上文所述的各種因素,可以說腦血管病是一組復雜疾病,長期以來,該疾病的正確診治一直是臨床上的重要挑戰。
伴隨科技發展,近半個世紀以來,多種先進技術,尤其是血管影像技術,被應用于腦血管病變的診斷評估,極大促進了該領域的發展。目前常規應用于腦血管病變評估的影像技術包括:DSA、CTA和MRA,這些技術主要通過顯示血管腔的異常進行血管病變的評估,如狹窄、閉塞、動脈瘤、血管畸形等病變,其中以DSA的診斷準確性最高,常被奉為“金標準”,缺點是有創操作,有潛在風險。
本質上講,血管病變的病理改變發生在血管壁,一些情況下,血管壁的異常病理組織會導致管壁增厚,程度嚴重時就引起管腔狹窄,甚至閉塞,如斑塊、壁內血腫或炎癥;另一些情況下,因各種原因造成管壁組織薄弱,局部管壁可能在血液壓力下膨出形成動脈瘤,嚴重時破裂出血,如夾層、炎癥等。
回過頭來,我們發現前述的幾種常用血管影像技術得到的是血管壁病變的繼發管腔異常信息,是不完整的間接表現,不同病因可出現相似的管腔異常表現。因此,很多情況下,這些常規血管影像檢查結果因缺少典型表現,給診斷帶來困擾,尤其是管徑細小的顱內血管病變。
理想中的血管病變診斷技術,至少滿足以下條件:同時顯示管壁和管腔異常、高空間分辨率、組織分辨度優良,同時技術上需無創和易實施,也即是下文要要討論的管壁影像技術。
多種影像技術可以顯示血管壁,包括超聲(含血管內超聲)、光學相干成像(OCT)、CT和MRI,這些技術在臨床上都有不同程度的應用,各有優缺點。
在腦血管病變領域,超聲技術早就應用于頸動脈斑塊評估,這是因為頸動脈管徑相對粗大,位置表淺,有利于超聲成像顯示頸動脈斑塊。此技術空間分辨率高,還能辨別不同斑塊組織的回聲特性;配合彩色血流技術或超聲造影技術,可進一步得到較準確的斑塊表面形態信息;結合測量,以及多普勒技術,能比較準確地判斷管腔狹窄程度。不足之處在于,對操作和結果解讀人員的專業素養要求極高,不可重復;可惜的是國內此領域的高水平從業者不多。
對于位置深在的腦血管,尤其是顱內管徑細小的動脈血管,普通超聲技術難以獲取血管壁病變的信息,此時血管內超聲技術理論上能進行高分辨率的管壁組織成像,類似于冠脈血管內超聲。然而,血管內超聲檢查是一有創操作,設備昂貴,花費高,相關人員需專門培訓;顱內血管管徑小,行程迂曲,管壁薄弱(相較于冠脈),血管內超聲操作風險高。因此,鮮有文獻將血管內超聲應用于顱內動脈病變的報道。
血管內OCT技術也是極佳的血管壁成像方法,也可應用在冠脈疾病,但基于和血管內超聲同樣的原因,OCT技術也不適合作為腦血管疾病的常規評估手段。
對于一些管徑相對粗大的頸部血管,頸部CTA原始圖在管腔含碘高密度血液的襯托下,可顯示一些明顯的血管壁病變,如斑塊組織、夾層壁內血腫和動脈炎性管壁增厚。但是,由于CT技術是基于物質原子序數和/或密度差異來形成對比度,一般只能識別顯著高密度的斑塊鈣化,以及明顯低密度的斑塊脂質成分,而對于其他構成成分相近的軟組織辨別能力差。對于顱內動脈病變,除了高密度管壁鈣化外,就很難獲取其他的顱內動脈管壁病變信息了。
其實,得益于優良的軟組織分辨力,磁共振在早期即已應用于大動脈的管壁病變成像研究了,如主動脈和髂動脈,這是因為大動脈血流速度快,且對空間分辨率要求不高,常規黑血序列即可滿足。然而,由于頸動脈管徑相對小,且易受搏動和呼吸影響,所以直到1.5T高場強磁共振機的問世,以及專用的表面線圈應用,才實現了此部位的高清晰管壁成像。此外,由于頸動脈內膜剝脫術的開展,使其可與病理結果做對照,發現二者高度吻合,這極大加深了對頸動脈斑塊的病理生理機制認識。
顱內動脈受血管搏動和呼吸運動影響極小,位置相對固定,這一點來說,是行管壁高分辨MRI的優勢。但另一方面,也存在諸多不利因素,如管徑細小,管壁菲薄,且沿腦組織表面移行,這就要求高空間分辨率,高圖像信噪比,以及高組織對比度,以實現在很小空間內顯示管壁病變的不同病理組織差異;而且顱內動脈行程迂曲,如何消除血流相關偽影也是很大的挑戰。
雖然十幾年前就有學者首次報道了成功采用1.5T磁共振對管徑相對粗大的顱內椎動脈進行管壁成像,后續少數的早期文獻也報道了運用1.5T磁共振進行顱內其他血管管壁成像的研究。但總體而言,文獻報道和現實實踐中絕大部分情況下是采用場強更高的3.0T磁共振進行顱內血管的管壁高分辨成像,其優點包括:縮短掃描時間、提高空間分辨率、增加圖像信噪比以及可實現高質量三維成像。
有意思的是,目前為止已發表的有關顱內管壁MRI的研究文獻大部分出自東亞。究其原因,東亞人群腦血管疾病譜有別于歐美人群,頸部腦血管病變是歐美人群卒中的重要原因,而顱內血管病變是東亞人群卒中的主要原因,包括粥樣硬化、夾層、血管、煙霧病等。
根據好發部位和特征性影像改變,頸部血管疾病通常能獲得準確的病因診斷;另外,常規的超聲技術和CTA技術即可獲取頸動脈管壁異常信息,并足以指導臨床決策。因而,在目前的頸部腦血管病變的臨床實踐中,除了個別情況(醫學研究,疑難病因診斷,或頸動脈閉塞介入再通治療術前評估等),管壁高分辨MRI技術并不是常規需求。
有別于頸部血管疾病,在常規血管影像學上,不同病因顱內動脈狹窄-閉塞的病變位置和管腔形態改變方面,往往缺乏特征性,給病因診斷和鑒別診斷帶來很大困惑。與此同時,因顱內動脈管壁菲薄,尺寸細小,并位于顱骨腔深部,常規的MRI或超聲技術極難清晰顯示顱內動脈的管壁異常改變,CT也僅限于顯示顱內動脈管壁高密度鈣化。并且,已常規應用于冠脈疾病的血管內超聲和OCT技術也不適合作為評估顱內動脈病變的常規方法,具體理由詳見前文。
盡管困難重重,但臨床還是迫切需要一種適用于顱內血管病變的管壁評估技術,以解決長期的診治實踐困境。十幾年前即有多名學者應用高場強磁共振(主要是3.0T MRI)成功實現了臨床應用水平的顱內動脈管壁成像,隨后此技術引起廣泛重視,相關研究的文獻報道越來越多,在成像技術、圖像處理、結果判讀和診治應用方面獲得了長足發展。并且,國內外均發表了顱內管壁MRI技術的相關專家共識,以指導該技術的臨床實施和應用。
原創作者:陳紅兵 李竹浩