發(fā)布時(shí)間：2021-04-25所屬分類(lèi)：醫(yī)學(xué)職稱(chēng)論文瀏覽：1次
摘 要： 【摘要】目的：探討測(cè)量腦血管生物力學(xué)特性，為腦血管疾病診斷提供重要信息。方法：于2018年至2020年共招募61例腔隙性腦梗塞患者和63名健康志愿者，均行3T磁共振掃描，分別獲取MRE和MRA的圖像數(shù)據(jù)。在MRA圖上選取興趣層面對(duì)腦血管進(jìn)行分割，并在MRE和MRA圖像
【摘要】目的：探討測(cè)量腦血管生物力學(xué)特性，為腦血管疾病診斷提供重要信息。方法：于2018年至2020年共招募61例腔隙性腦梗塞患者和63名健康志愿者，均行3T磁共振掃描，分別獲取MRE和MRA的圖像數(shù)據(jù)。在MRA圖上選取興趣層面對(duì)腦血管進(jìn)行分割，并在MRE和MRA圖像配準(zhǔn)后在MRE上繪制血管層面圖，再計(jì)算腦血管的儲(chǔ)能模量和絕對(duì)剪切模量，從而得到腦血管的生物力學(xué)特性。年齡、性別和腔隙性腦梗塞對(duì)腦血管生物力學(xué)特性的影響采用Pearson相關(guān)性、學(xué)生t檢驗(yàn)和方差分析。結(jié)果：腔隙性腦梗塞組的絕對(duì)剪切模量與健康對(duì)照組相比，明顯低于健康對(duì)照組(P=0.02)。性別差異方面與腦血管絕對(duì)剪切模量之間沒(méi)有顯著的相關(guān)性(P=0.39)。年齡差異方面，綜合樣本數(shù)據(jù)分析，絕對(duì)剪切模量隨年齡的增加而減小(P=0.02)。結(jié)論：腦血管的生物力學(xué)特性與腦梗塞疾病有密切相關(guān)性。腦血管特性的體內(nèi)測(cè)量可為腦梗塞的表征和診斷提供更多實(shí)用價(jià)值。
【關(guān)鍵詞】磁共振彈性成像;磁共振血管成像;生物力學(xué);腔隙性腦梗塞;彈性
血管的生物力學(xué)特性與發(fā)育、衰老和血管疾病密切相關(guān)[1]。對(duì)于顱內(nèi)血管，血管彈性隨著彈性蛋白與膠原比例的降低而降低，從而導(dǎo)致腦血管破裂或動(dòng)脈瘤的發(fā)生機(jī)率顯著增加。磁共振成像技術(shù)已被用來(lái)研究顱內(nèi)血管壁和血管病變[2、3]，而顱內(nèi)血管生物力學(xué)特性用常規(guī)方法難以獲得，其體內(nèi)測(cè)量在很大程度上仍未被探索。本研究創(chuàng)新應(yīng)用3D區(qū)域生長(zhǎng)算法、三維反演算法，使MRA圖像數(shù)據(jù)與MRE圖像數(shù)據(jù)相配準(zhǔn)后再測(cè)量顱內(nèi)血管的生物力學(xué)特性，從而為腦血管疾病的診斷提供依據(jù)。
1方法
1.1臨床資料在2018年至2020年間招募61名患者和63名健康志愿者。這61名患者全部被診斷為腔隙性腦梗塞，其中包括28名男性和33名女性，年齡在28歲至89歲之間。63名健康志愿者包括33名男性和30名女性，年齡在23至80歲之間。
1.2檢查方法采用3T磁共振(Skyra，西門(mén)子，Erlangen，德國(guó))掃描儀。磁共振血管成像，使用三維時(shí)間飛躍(TOF)MRA序列(TR/TE=21/3.4ms;平面內(nèi)分辨率=0.3mmx0.3mm;層厚=0.7mm)獲得。磁共振彈性成像，使用一種帶有軟枕驅(qū)動(dòng)器的氣動(dòng)執(zhí)行器(Resoundant;羅切斯特，MN，美國(guó))用來(lái)在大腦中產(chǎn)生剪切波。驅(qū)動(dòng)頻率為50Hz，每波周期采樣8個(gè)時(shí)間點(diǎn)。使用平面回波成像(EPI)序列獲取MRE數(shù)據(jù)(TR/TE=6720/65ms;視野=240mm;層厚=3mm;體素大小=(3x3x3)mm3)。本研究得到了蘇州大學(xué)審查委員會(huì)的批準(zhǔn)，所有參與者都簽署了書(shū)面知情同意書(shū)。
1.3數(shù)據(jù)處理配準(zhǔn)MRA與MRE圖像數(shù)據(jù),獲得腦血管的彈性模量即生物力學(xué)特性。具體數(shù)據(jù)處理分為三個(gè)階段，首先使用3D區(qū)域生長(zhǎng)算法獲取腦血管掩碼(圖1a);采用三維反演算法計(jì)算腦組織的儲(chǔ)能模量G’、損耗模量G”、復(fù)雜剪切模量G*=G’+IG”[4]和絕對(duì)剪切模量|G*|(圖1b)。然后在MRA、MRE圖像上選取大腦相同層面(通過(guò)相同的Z軸坐標(biāo)確定相同層面)，并摳出兩者的mask圖(圖1c)，使用mask圖來(lái)配準(zhǔn)MRA和MRE的圖像數(shù)據(jù)。MRA圖像上血管亮度在MRE圖像上對(duì)應(yīng)點(diǎn)陣進(jìn)行分割，MRA圖像上的血管層面被映射到基于興趣區(qū)域的對(duì)應(yīng)MRE圖像中，即第一步獲得的腦血管掩碼配準(zhǔn)到MRE數(shù)據(jù)中。最后從MRE應(yīng)用于大腦彈性圖的血管掩碼中獲得腦血管的生物力學(xué)特性(圖1d)。
1.4統(tǒng)計(jì)學(xué)分析分析性別、年齡、血管疾病與腦血管生物力學(xué)特性的關(guān)系。采用Pearson相關(guān)性研究健康組年齡與腦血管生物力學(xué)特性的關(guān)系。學(xué)生t檢驗(yàn)被用來(lái)確定性別的影響。對(duì)于腔隙性腦梗塞組，采用學(xué)生t檢驗(yàn)和雙向方差分析(ANOVA)研究年齡和梗塞對(duì)腦血管生物力學(xué)性能的影響。
2結(jié)果
2.1患者和健康志愿者腔隙性腦梗塞組G’和|G*|值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為(458±58)Pa和(482±61)Pa(單位/Pa)。健康對(duì)照組G’和|G*|值分別為(490±59)Pa和(529±60)Pa(圖2)。兩組間G’和|G*|的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)。學(xué)生t檢驗(yàn)對(duì)G’(P=0.02)和|G*|(P=0.02)均有顯著性差異。說(shuō)明梗塞組和健康組腦血管生物力學(xué)特性差異有明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.2年齡差異對(duì)于健康對(duì)照組，Pearson相關(guān)分析顯示，G’(r=-0.22;P=0.08)和|G*|(r=-0.23;P=0.07)(圖3)。表明健康組年齡差異對(duì)于生物力學(xué)結(jié)果的比較影響不明顯，似乎與年齡和血管生物力學(xué)特性呈負(fù)相關(guān)這一結(jié)論相矛盾，可能由于對(duì)照組的年齡分布跨度較大、病例數(shù)量不足、分析誤差等因素引起。對(duì)于梗塞組，存在多個(gè)變量，實(shí)驗(yàn)結(jié)果均無(wú)明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
2.3性別差異使用正態(tài)分布函數(shù)來(lái)擬合基于G’或|G*|值的每一組。男性和女性G’的均值和標(biāo)準(zhǔn)差分別為(468±68)Pa和(509±56)Pa(圖4)。|G*|分別為(496±65)Pa和(529±67)Pa。學(xué)生t檢驗(yàn)顯示，健康組中男性和女性的G’(P=0.18)或|G*|(P=0.39)。表明性別差異對(duì)于腦血管生物力學(xué)比較無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。
雙向方差分析顯示，對(duì)于|G*|，關(guān)于年齡(P=0.02)和腔隙腦性梗塞(P=0.02)方面均有顯著性差異。對(duì)于G’，年齡和腔隙性腦梗塞方面沒(méi)有發(fā)現(xiàn)顯著差異。損失剪切模量G”的方差大于其平均值，所有組均無(wú)顯著差異(腔隙性腦梗塞組差異：P=0.69;健康組性別差異：P=0.93;衰老效應(yīng)：Pearson-P=0.27)。因此，G”值沒(méi)有被進(jìn)一步考慮，在本研究中只考慮了G’和|G*|值。
3討論
3.1血管生物力學(xué)特性測(cè)量早期用超聲來(lái)表征腦血管生物力學(xué)特性，可是只能提供腦血管的定性估計(jì)。近年來(lái)血管剛度的測(cè)量，是通過(guò)變化固定血壓的血管管腔橫截面積的方法，僅是脈搏波速度的替代測(cè)量[5]，技術(shù)限制了其臨床應(yīng)用。目前臨床使用的CT血管造影(CTA)為有創(chuàng)檢查，能顯示官腔的通暢與狹窄的程度，不能直接估計(jì)組織性質(zhì)。
磁共振彈性成像,即MRE是一種新的能直觀顯示和量化組織彈性(或硬度)的無(wú)創(chuàng)成像方法，使“影像觸診”成為可能，可以測(cè)量包括腦血管在內(nèi)的軟組織性質(zhì)[6]。以往的研究表明，MRE也可被用于診斷各種神經(jīng)和退行性疾病[7,8,9,10]。最近一項(xiàng)使用螺旋讀出的心臟門(mén)控穩(wěn)態(tài)MRE的研究表明，大腦組織在大腦收縮過(guò)程中軟化[11]。這是第一項(xiàng)研究表明MRE可能有助于檢測(cè)腦血管疾病。
也有研究表明，灌注影響腦組織的粘彈性[12]，雖然全腦的生物力學(xué)特性可能與腦血管的變化有關(guān)，但仍然需要對(duì)腦血管生物力學(xué)特性進(jìn)行具體的測(cè)量。
3.2本研究的創(chuàng)新與結(jié)論
本研究探討了一種用MRE測(cè)量體內(nèi)腦血管生物力學(xué)特性的方法。從MRA圖像數(shù)據(jù)中分割腦血管，再將其映射到MRE數(shù)據(jù)中，從而提供了其生物力學(xué)特性的準(zhǔn)確測(cè)量。通過(guò)對(duì)MRA的映射，能夠測(cè)量腦血管區(qū)域的局部生物力學(xué)特性，為臨床提供了一個(gè)更直接的評(píng)估方法。同時(shí)本研究考慮了腦血管生物力學(xué)特性與腦疾病、年齡及性別的相關(guān)關(guān)系。結(jié)果顯示，梗塞腦組織的絕對(duì)剪切模量|G*|顯著降低，同時(shí)年齡與|G*|之間也呈現(xiàn)負(fù)相關(guān)性。
實(shí)驗(yàn)表明，腔隙性腦梗塞患者血管區(qū)的絕對(duì)剪切模量明顯低于無(wú)梗塞的健康志愿者。由于梗塞后血腦屏障被破壞，導(dǎo)致血管僵硬的平滑肌細(xì)胞(SMC)和額外細(xì)胞基質(zhì)(ECM)的結(jié)構(gòu)可能被破壞[1]。推測(cè)受影響的SMC和ECM導(dǎo)致了梗塞后絕對(duì)剪切模量的降低。先前對(duì)年輕人和老年人腦組織的全腦和區(qū)域差異的測(cè)量顯示，隨著年齡的增長(zhǎng)，剪切模量降低[9]。在阿爾茨海默病等疾病中也觀察到剪切模量降低[8]。本實(shí)驗(yàn)分析特定區(qū)域腦血管的彈性模量，提高了測(cè)量腦血管生物力學(xué)特性的準(zhǔn)確度，與全腦測(cè)量相似，區(qū)域腦血管|G*|值隨年齡的增加而降低。雖然動(dòng)脈壁的直徑和厚度隨著年齡的增長(zhǎng)而增加，但內(nèi)部彈性膜變得更加脆弱，這可能是導(dǎo)致腦血管彈性模量降低的原因。在對(duì)比健康組內(nèi)的實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)時(shí)，沒(méi)有觀察到年齡的顯著影響，在考慮健康組和梗塞組的同時(shí)，觀察到年齡的顯著影響。事實(shí)上，整個(gè)樣本組的年齡與梗塞組的Pearson相關(guān)系數(shù)的計(jì)算結(jié)果無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。這一似乎相互矛盾的結(jié)果表明，老年人梗塞可能有更高的發(fā)病率。
研究還表明，兩性之間沒(méi)有發(fā)現(xiàn)大腦生物力學(xué)特性的顯著差異[13]。其他研究發(fā)現(xiàn)，大腦組織的生物力學(xué)特性的性別差異僅存在于枕葉和顳葉[7]。在本研究中，對(duì)腦血管的區(qū)域分析也沒(méi)有顯示出性別之間的差異。
本研究尚有某些局限性：由于腦血管壁相對(duì)較薄，因此僅選取顱內(nèi)主干血管來(lái)測(cè)算生物力學(xué)特性;需要較高的配準(zhǔn)精度，因此優(yōu)化了掃描條件及圖像后處理，選用了第三方軟件輔助配準(zhǔn)。同時(shí),改進(jìn)的MRE成像分辨率也將改善區(qū)域血管的性質(zhì)估計(jì)[14]。基于使用MRE數(shù)據(jù)測(cè)量腦血管的生物力學(xué)特性，并沒(méi)有考慮血流的潛在影響，用測(cè)量的區(qū)域血管平均值來(lái)反映腦血管的生物力學(xué)特性存在一定的誤差可能。
綜上所述，腦血管的生物力學(xué)特性與腦血管疾病密切相關(guān)。隨著年齡的增長(zhǎng)，腔梗的發(fā)生率呈現(xiàn)正相關(guān)趨勢(shì)。不同性別對(duì)腦血管生物力學(xué)特性無(wú)顯著差異。通過(guò)配準(zhǔn)的MRE和MRA圖像數(shù)據(jù)，獲得腦血管的生物力學(xué)特性，可能為腔隙性腦梗塞等腦血管疾病的診斷和預(yù)后提供新的參考價(jià)值。——論文作者：汪靈杰1，馬盛元2，馮原3，朱默4
相關(guān)期刊推薦：《中國(guó)醫(yī)學(xué)計(jì)算機(jī)成像雜志》創(chuàng)刊于1995年,現(xiàn)主管單位中華人民共和國(guó)教育部.主辦單位為復(fù)旦大學(xué)上海醫(yī)學(xué)院,復(fù)旦大學(xué)附屬華山醫(yī)院和第二軍醫(yī)大學(xué)附屬長(zhǎng)征醫(yī)院。主要欄目：神經(jīng)影像學(xué)、頭頸部影像學(xué)、胸部影像學(xué)、腹部影像學(xué)、骨骼肌內(nèi)影像學(xué)、兒科影像學(xué)、介入放射學(xué)、核醫(yī)學(xué)。
