江培榕，薛蘊(yùn)菁*，趙錫海，陳振森，孫 斌，楊哲婷，林若蘭，段 青

(1.福建醫(yī)科大學(xué)附屬協(xié)和醫(yī)院放射科，福建 福州 350001； 2.清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)影像研究中心，北京 100084； 3.華盛頓大學(xué)放射系，華盛頓 西雅圖 98109)

動(dòng)脈粥樣硬化疾病好發(fā)于頸動(dòng)脈分叉，是導(dǎo)致缺血性卒中的主要因素之一[1-3]。血管分叉處易產(chǎn)生低或振蕩的管壁切應(yīng)力，利于生成斑塊[4]。不同血管分叉幾何形態(tài)對(duì)血流動(dòng)力學(xué)的影響程度不一[5-8]，相應(yīng)的斑塊發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)亦存在差異[9]。文獻(xiàn)[10-11]報(bào)道，個(gè)體內(nèi)雙側(cè)頸動(dòng)脈粥樣硬化斑塊存在不對(duì)稱性，左側(cè)頸動(dòng)脈斑塊發(fā)生率、體積及易損性較右側(cè)更高，可能與左右側(cè)頸動(dòng)脈分叉幾何形態(tài)差異有關(guān)[10]。本研究采用高分辨率MRI評(píng)估早期頸動(dòng)脈粥樣硬化患者左右側(cè)頸動(dòng)脈幾何形態(tài)的差異。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2012年1月—2015年6月1 047例接受頸動(dòng)脈管壁高分辨MRI的頸動(dòng)脈粥樣硬化患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：①中國(guó)人群粥樣硬化風(fēng)險(xiǎn)評(píng)價(jià)——第二期研究(Carotid Atherosclerosis Risk Assessment-Ⅱ, CARE-Ⅱ)[12]中的多中心患者，2周內(nèi)出現(xiàn)缺血性卒中或短暫性腦缺血發(fā)作，且至少1支以上頸動(dòng)脈存在斑塊(超聲證實(shí)內(nèi)中膜厚度≥1.5 mm)；②根據(jù)北美癥狀性頸動(dòng)脈內(nèi)膜實(shí)驗(yàn)[13]法，于MR三維時(shí)間飛躍(three dimensional time of flight, 3D-TOF)序列最大信號(hào)強(qiáng)度投影重建圖像上測(cè)量頸動(dòng)脈管腔顯示雙側(cè)頸動(dòng)脈無狹窄；③早期頸動(dòng)脈粥樣硬化，依據(jù)CAI等[14]的MRI斑塊分型標(biāo)準(zhǔn)，雙側(cè)頸動(dòng)脈斑塊分型≤Ⅲ型；④圖像質(zhì)量可滿足計(jì)算雙側(cè)頸動(dòng)脈分叉幾何形態(tài)參數(shù)的要求。

1.2 儀器與方法 采用Philips Achieva 3.0T TX MR儀，8通道頸動(dòng)脈相控陣表面線圈，以頸動(dòng)脈分叉為中心進(jìn)行掃描，范圍自頸總動(dòng)脈至頸內(nèi)動(dòng)脈頸段。掃描序列及參數(shù)[12]：3D-TOF，TR/TE 20 ms/4.9 ms，F(xiàn)A 20°；T1W，TR/TE 800 ms/10 ms，F(xiàn)A 90°；T2W，TR/TE 4 800 ms/50 ms，F(xiàn)A 90°；磁化準(zhǔn)備梯度回波(magnetization prepared rapid gradient echo, MP-RAGE)，TR/TE 8.8 ms/5.3 ms，F(xiàn)A 15°；視野均為14 cm×14 cm，矩陣均為256×256；3D-TOF及MP-RAGE序列掃描層厚為1 mm，其余序列層厚為2 mm。

1.3 圖像分析 由2名具有3年以上動(dòng)脈管壁影像學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn)的主治醫(yī)師采用CASCADE軟件[12]以雙盲原則對(duì)圖像進(jìn)行評(píng)價(jià)，意見不一致時(shí)經(jīng)討論決定。①觀察頸動(dòng)脈特征：勾畫頸動(dòng)脈管腔和管壁邊界，測(cè)量管壁厚度[12]；②分析頸動(dòng)脈幾何形態(tài)：首先于3D-TOF軸位圖像上手動(dòng)勾畫頸動(dòng)脈管腔，獲得3D頸動(dòng)脈管腔表面模型；之后參照文獻(xiàn)[15]方法，采用VMTK和MATLAB R2014a軟件自動(dòng)識(shí)別頸內(nèi)動(dòng)脈(internal carotid artery, ICA)、頸外動(dòng)脈(external carotid artery, ECA)和頸總動(dòng)脈(common carotid artery, CCA)，計(jì)算3D血管中心線、管腔最大內(nèi)切圓、最大截面面積及拐點(diǎn)[6,15]，得到7個(gè)與血流動(dòng)力學(xué)關(guān)系緊密[5-6]的幾何參數(shù)，即頸動(dòng)脈分叉角、ICA角、ICA平面角、近端面積比、CCA擴(kuò)張面積比、ICA5～CCA3彎曲度及二維CCA彎曲度。頸動(dòng)脈分叉角為ICA與ECA的矢量投影到分叉平面上的角度；ICA角為ICA與CCA的矢量投影到分叉平面上的角度；ICA平面角為分叉平面外的CCA與ICA矢量之間的夾角；近端面積比為ICA1和ECA1的管腔橫斷面積之和除以CCA3的管腔橫斷面積，即(ICA1+ECA1)/CCA3；CCA擴(kuò)張面積比為CCAmax/CCA3；見圖1。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。計(jì)量資料符合正態(tài)分布時(shí)以±s表示，否則以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示。以Wilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)比較左右側(cè)頸動(dòng)脈斑塊管壁厚度及分叉幾何形態(tài)參數(shù)；以McNemar檢驗(yàn)比較左右側(cè)斑塊分型。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

92例患者、184支頸動(dòng)脈納入研究；其中男44例，女48例，年齡24～81歲，平均(59.5±11.1)歲；體質(zhì)量指數(shù)(23.8±3.6)kg/m2；31例患者有吸煙史，71例有高血壓史，17例有糖尿病史，9例有冠心病史，35例有高脂血癥史。

2.1 左右側(cè)頸動(dòng)脈斑塊管壁厚度、斑塊分型比較 左側(cè)頸動(dòng)脈管壁厚度[1.24(1.09，1.46) mm]與右側(cè)[1.29(1.10,1.57) mm]差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(Z=-1.12，P=0.26)。92例雙側(cè)均存在頸動(dòng)脈斑塊，左側(cè)頸動(dòng)脈斑塊Ⅰ-Ⅱ型47例、Ⅲ型45例，右側(cè)頸動(dòng)脈斑塊Ⅰ-Ⅱ型39例、Ⅲ型53例，左右側(cè)斑塊分型差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.22)。

2.2 左右側(cè)頸動(dòng)脈分叉幾何形態(tài)參數(shù)比較 左側(cè)頸動(dòng)脈ICA平面角、近端面積比、CCA擴(kuò)張面積比、ICA5～CCA3彎曲度及二維CCA彎曲度均大于右側(cè)(P均<0.05)；左右側(cè)頸動(dòng)脈分叉角、ICA角差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，見表1及圖2。

3 討論

左右側(cè)頸動(dòng)脈斑塊不對(duì)稱[10]，而血流動(dòng)力學(xué)影響局部頸動(dòng)脈斑塊的產(chǎn)生[4-8]。目前定量分析頸動(dòng)脈分叉血流動(dòng)力學(xué)的主要方法有MR四維血流成像[16]和以計(jì)算機(jī)流體力學(xué)(computational flow dynamics, CFD)法仿真血流情況[5-7]，但均存在掃描時(shí)間長(zhǎng)及專業(yè)知識(shí)要求高等不足，尚未廣泛用于臨床。既往研究[5-6,8]表明，特定的頸動(dòng)脈分叉幾何形態(tài)參數(shù)可間接反映血流動(dòng)力學(xué)情況。本研究采用高分辨率MRI分析相關(guān)參數(shù)，評(píng)估早期頸動(dòng)脈粥樣硬化患者左右側(cè)頸動(dòng)脈幾何形態(tài)的差異。

圖1 頸動(dòng)脈分叉幾何形態(tài)學(xué)參數(shù)示意圖 A.3D頸動(dòng)脈管腔表面模型，軟件自動(dòng)識(shí)別ICA、ECA、CCA的3D中心線(灰色虛線)及沿血管分布的最大內(nèi)切圓(灰色實(shí)線圓圈)，CCA0、ICA0、ECA0(黑點(diǎn))為血管起始，其余灰點(diǎn)(CCA1～3、ICA1～5、ECA1)為最大內(nèi)切圓的圓心，深灰色區(qū)域?yàn)镮CA1、ECA1、CCA3的管腔橫斷面積，分叉角代表頸動(dòng)脈分叉角； B.以CCA～I(xiàn)CA與CCA～ECA的3D中心線的空間平均值作一條新的3D中心線(黑色實(shí)線)，延伸至分流處，沿新中心線于分流處近端自動(dòng)識(shí)別最大CCA橫截面積(CCAmax)； C.ICA5與CCA3之間的3D中心線長(zhǎng)度為L(zhǎng)(灰色虛線)，兩者之間直線距離為D(黑色箭頭實(shí)線)，L/D-1為ICA5～CCA3彎曲度； D.CCA分流處近端CCA～I(xiàn)CA 3D中心線最大扭矩點(diǎn)為拐點(diǎn)(紅點(diǎn))，拐點(diǎn)與CCA3間的3D中心線投影到自動(dòng)計(jì)算出的最佳擬合平面(灰色方塊)，該平面上CCA3到拐點(diǎn)的中心線長(zhǎng)度為L(zhǎng)1(灰色虛線)和兩點(diǎn)間直線距離為D1(黑色箭頭實(shí)線)，L1/D1-1為二維CCA彎曲度； E.ICA平面角示意圖(灰色實(shí)線為軟件自動(dòng)定義的分叉平面)

表1 左右側(cè)頸動(dòng)脈幾何形態(tài)參數(shù)比較[中位數(shù)(上下四分位數(shù))]

圖2 患者男，80歲，雙側(cè)頸動(dòng)脈Ⅲ型斑塊(*示血管腔，箭示斑塊) A～E.分別為左側(cè)頸動(dòng)脈3D-TOF重建圖像、3D-TOF原始圖像、T1WI、T2WI及MP-RAGE圖像； F～J.分別為右側(cè)頸動(dòng)脈3D-TOF重建圖像、3D-TOF原始圖像、T1WI、T2WI及MP-RAGE圖像

本研究發(fā)現(xiàn)人體左右側(cè)頸動(dòng)脈分叉幾何形態(tài)存在顯著差異，可能與雙側(cè)頸動(dòng)脈起源血管不同有關(guān)。左側(cè)頸總動(dòng)脈多起自主動(dòng)脈弓，右側(cè)頸總動(dòng)脈多起自頭臂干。動(dòng)脈粥樣硬化疾病與頸動(dòng)脈分叉幾何形態(tài)相互作用，觀察頸動(dòng)脈幾何形態(tài)與斑塊形成的關(guān)系時(shí)，多針對(duì)較早期、尚未導(dǎo)致管腔發(fā)生顯著改變的斑塊[9-10]。本研究排除頸動(dòng)脈存在狹窄及斑塊分型>Ⅲ型者，意在將粥樣硬化疾病對(duì)頸動(dòng)脈幾何形態(tài)的影響最小化。

近端面積比、CCA擴(kuò)張面積比反映分叉處管腔的擴(kuò)張程度，管腔擴(kuò)張促進(jìn)血流分流及產(chǎn)生繼發(fā)的低的、振蕩的管壁切應(yīng)力，利于斑塊生成[5-6,8]。本研究結(jié)果顯示，左側(cè)頸動(dòng)脈分叉近端面積比、CCA擴(kuò)張面積比顯著大于右側(cè)頸動(dòng)脈分叉，與既往研究[10]得出的左側(cè)頸動(dòng)脈斑塊的發(fā)生率及體積大于右側(cè)頸動(dòng)脈的結(jié)論相符。另一方面，SCHULZ等[17]認(rèn)為左右側(cè)頸動(dòng)脈流入/流出面積比(類似本研究中的近端面積比)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能由于該研究所用為DSA圖像，成像角度受限，結(jié)果準(zhǔn)確性有待考證；且納入管腔狹窄<30%的頸動(dòng)脈，而幾何形態(tài)參數(shù)結(jié)果受斑塊本身的影響較大。

本研究中左側(cè)頸動(dòng)脈分叉ICA5～CCA3彎曲度，二維CCA彎曲度均大于右側(cè)頸動(dòng)脈分叉。既往研究[6,8]表明，血管彎曲度大易產(chǎn)生旋流，從而抑制產(chǎn)生低的、振蕩的管壁切應(yīng)力。原因可能在于血管彎曲度對(duì)低管壁切應(yīng)力的抑制作用與血管擴(kuò)張對(duì)低管壁切應(yīng)力的促進(jìn)作用同時(shí)存在，且后者的作用更大，以至于左側(cè)頸動(dòng)脈仍呈現(xiàn)更高的斑塊發(fā)生率。

本研究發(fā)現(xiàn)左側(cè)頸動(dòng)脈ICA平面角大于右側(cè)，而左右側(cè)頸動(dòng)脈分叉角、ICA角差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。LEE等[5]針對(duì)年輕健康人的研究結(jié)果表明，上述角度與局部低的、振蕩的管壁切應(yīng)力無明顯相關(guān)，提示其對(duì)斑塊生成可能不具顯著作用，但該研究樣本量較小(25名)，且未分別對(duì)左右側(cè)頸動(dòng)脈進(jìn)行觀察。有關(guān)ICA平面角、頸動(dòng)脈分叉角和ICA角對(duì)頸動(dòng)脈分叉血流動(dòng)力學(xué)的影響尚待進(jìn)一步深入研究。

綜上所述，早期頸動(dòng)脈粥樣硬化患者左右側(cè)頸動(dòng)脈分叉幾何形態(tài)存在顯著差異，可能導(dǎo)致左右側(cè)頸動(dòng)脈斑塊發(fā)生率不同，這一認(rèn)識(shí)有助于動(dòng)脈粥樣硬化疾病的診斷及病理機(jī)制研究。本研究局限性：①樣本量較??；②未采用MR四維血流成像或CFD方法驗(yàn)證血流動(dòng)力學(xué)變化。