發(fā)布時(shí)間：2020-08-12 02:23

【摘要】：腦血管病是我國(guó)發(fā)病率、死亡率和致殘率最高的疾病,已成為我國(guó)醫(yī)療支出和社會(huì)家庭的嚴(yán)重負(fù)擔(dān),主要由動(dòng)脈管壁病變?nèi)缰鄻佑不�、血管炎和�?dòng)脈夾層等所致,其中動(dòng)脈粥樣硬化斑塊破裂引發(fā)血栓是其主要發(fā)病原因。準(zhǔn)確識(shí)別動(dòng)脈管壁病變特別是斑塊的結(jié)構(gòu)和特性是早期預(yù)防和個(gè)體化精確治療的關(guān)鍵。但現(xiàn)有技術(shù)無(wú)法提供與斑塊及其他管壁病變有關(guān)的病理信息。磁共振(Magnetic resonance,MR)血管壁成像是目前唯一能夠無(wú)創(chuàng)、全景顯示顱內(nèi)動(dòng)脈血管壁和斑塊的新型前沿技術(shù),可為顱內(nèi)動(dòng)脈斑塊提供精確診斷信息�；陲B內(nèi)動(dòng)脈的特殊解剖基礎(chǔ),實(shí)現(xiàn)具有實(shí)際臨床診斷意義的顱內(nèi)動(dòng)脈MR血管壁成像方法必須同時(shí)滿足以下技術(shù)條件:(1)0.5 mm或以下高空間分辨率且具備充足的圖像信噪比;(2)同時(shí)抑制動(dòng)脈血流和腦脊液信號(hào),使血管壁與周?chē)M織形成良好的組織對(duì)比度;(3)全腦或者頭頸大范圍覆蓋的各向同性三維采集。本文針對(duì)現(xiàn)有MR血管壁成像技術(shù)的圖像信噪比相對(duì)不足、空間分辨率受限及對(duì)腦脊液信號(hào)抑制不理想等問(wèn)題,以臨床應(yīng)用為目標(biāo),基于西門(mén)子3T磁共振成像系統(tǒng),研究新型成像原理和算法以提高圖像信噪比,研究腦脊液信號(hào)抑制新方法以提高組織對(duì)比度,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究多對(duì)比MR血管壁成像以提高對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊成分和穩(wěn)定性的識(shí)別能力,最后通過(guò)可靠性研究和初步臨床應(yīng)用研究驗(yàn)證本文提出方法的臨床應(yīng)用價(jià)值。本文人體實(shí)驗(yàn)獲得中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院倫理委員會(huì)批準(zhǔn),志愿者和病人均提供書(shū)面知情同意書(shū)�？傮w而言,本論文的研究結(jié)果和創(chuàng)新之處主要體現(xiàn)在以下幾個(gè)方面:一、MR血管壁成像序列SPACE(Sampling Perfection with Application-optimized Contrasts by using different flip angle Evolutions)的可變翻轉(zhuǎn)角是決定圖像信噪比的基礎(chǔ),本文在現(xiàn)有的“既定回波信號(hào)演變”逆解可變翻轉(zhuǎn)角的基礎(chǔ)上,提出了對(duì)翻轉(zhuǎn)角變化模式施加約束條件,通過(guò)迭代尋找優(yōu)化的方案來(lái)計(jì)算最佳可變翻轉(zhuǎn)角的新型成像算法,仿真和人體實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該算法可有效提高圖像的信噪比,結(jié)合自主研發(fā)的高性能32通道頭頸聯(lián)合線圈,可獲得具有良好圖像信噪比和組織對(duì)比度的0.5mm各向同性空間分辨率頭頸動(dòng)脈血管壁圖像。二、血流和腦脊髓液信號(hào)的壓制是獲取清晰動(dòng)脈血管壁圖像和多對(duì)比斑塊成像的關(guān)鍵,本文針對(duì)現(xiàn)有血管壁成像技術(shù)難以同時(shí)抑制流速差異較大的顱內(nèi)動(dòng)脈和頸動(dòng)脈的血流信號(hào)以及流速非常緩慢的腦脊液信號(hào)等問(wèn)題,首先研究了黑血成像技術(shù)DANTE(Delay Alternating with Nutation for Tailored Excitation)和SPACE對(duì)流動(dòng)信號(hào)運(yùn)動(dòng)敏感性的相互作用并對(duì)其進(jìn)行了優(yōu)化,實(shí)現(xiàn)了以DANTE為準(zhǔn)備脈沖的全腦和頭頸聯(lián)合血管壁成像方法(DANTE-SPACE),有效抑制了顱內(nèi)腦脊液信號(hào)并去除了頸動(dòng)脈分叉處的血流偽影,提高了圖像的組織對(duì)比度。在此基礎(chǔ)上,提出在T1加權(quán)DANTE-SPACE的回波鏈后使用基于反轉(zhuǎn)脈沖的信號(hào)恢復(fù)機(jī)制來(lái)進(jìn)一步抑制顱內(nèi)大腦中動(dòng)脈M2段流速較慢的腦脊液信號(hào),實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示該反轉(zhuǎn)脈沖的使用顯著提高了血管壁與腦脊液之間的對(duì)比度,同時(shí)也提高了圖像的T1加權(quán)對(duì)比,有利于斑塊的識(shí)別及對(duì)其進(jìn)行定量分析。三、在以上研究的基礎(chǔ)上,實(shí)現(xiàn)了基于新型成像算法和DANTE及反轉(zhuǎn)脈沖的T1加權(quán)全腦和頭頸聯(lián)合MR血管壁成像,在8分鐘掃描時(shí)間內(nèi)達(dá)到0.5mm各向同性空間分辨率。本文還將DANTE模塊與T2加權(quán)SPACE和重T1加權(quán)的MPRAGE序列結(jié)合,實(shí)現(xiàn)了DANTE為準(zhǔn)備脈沖的多對(duì)比頭頸MR血管壁成像,以全面提高對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化斑塊成分的分析和穩(wěn)定性的識(shí)別能力。四、通過(guò)志愿者和臨床腦動(dòng)脈粥樣硬化患者實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證T1加權(quán)SPACE的可靠性以及多對(duì)比MR血管壁成像序列在缺血性腦卒中患者頭頸動(dòng)脈病變精確診斷的應(yīng)用價(jià)值。實(shí)驗(yàn)結(jié)果顯示,T1加權(quán)的全腦和頭頸聯(lián)合MR血管壁成像用于血管壁及斑塊形態(tài)學(xué)測(cè)量的可重復(fù)性非常好,與臨床參考標(biāo)準(zhǔn)2D TSE的形態(tài)學(xué)測(cè)量結(jié)果的一致性也非常好。初步臨床應(yīng)用研究結(jié)果顯示,本文開(kāi)發(fā)的多對(duì)比MR血管壁成像不僅能夠識(shí)別顱內(nèi)動(dòng)脈和頸動(dòng)脈血管斑塊及對(duì)其穩(wěn)定性進(jìn)行評(píng)估,還可以對(duì)其他血管壁病變包括動(dòng)脈夾層、血管炎等做出診斷。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)科學(xué)院大學(xué)(中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院)
【學(xué)位級(jí)別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類(lèi)號(hào)】：R743;R445.2
【圖文】：

破裂引發(fā)血栓形成導(dǎo)致局部或遠(yuǎn)處血管完全閉塞發(fā)病機(jī)制。tic plaque rupture and thrombosis is the main pathog粥樣硬化及其他相關(guān)病變的影像檢查仍然斷和治療的標(biāo)準(zhǔn)[9-13]。然而，研究發(fā)現(xiàn)發(fā)生正性重構(gòu)（positive remodeling）（圖1的嚴(yán)重狹窄[14]，50%的心腦血管疾病發(fā)生證實(shí)，因腦動(dòng)脈粥樣硬化斑塊引起腦卒中，并指出僅以管腔狹窄程度作為評(píng)判指標(biāo)表明，心腦血管疾病的發(fā)生與管腔狹窄程血栓形成是心腦血管疾病的主要發(fā)病機(jī)制

目前臨床上對(duì)動(dòng)脈粥樣硬化及其他相關(guān)病變的影像檢查仍然以血管造影為主，并以管腔的狹窄程度>50%為診斷和治療的標(biāo)準(zhǔn)[9-13]。然而，研究發(fā)現(xiàn)在動(dòng)脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展過(guò)程中，動(dòng)脈管壁會(huì)發(fā)生正性重構(gòu)（positive remodeling）（圖1.2），導(dǎo)致很大部分的粥樣硬化斑塊并不引起管腔的嚴(yán)重狹窄[14]，50%的心腦血管疾病發(fā)生在輕度管腔狹窄的人群中[15]。一項(xiàng)尸檢研究證實(shí)，因腦動(dòng)脈粥樣硬化斑塊引起腦卒中的實(shí)際死亡人數(shù)明顯高于腦血管造影的診斷結(jié)果，并指出僅以管腔狹窄程度作為評(píng)判指標(biāo)會(huì)漏診許多致命的血管病變[14-16]。進(jìn)一步研究表明，心腦血管疾病的發(fā)生與管腔狹窄程度并沒(méi)有直接關(guān)系，動(dòng)脈粥樣硬化斑塊破裂引發(fā)血栓形成是心腦血管疾病的主要發(fā)病機(jī)制[5,16]。圖1.2 血管壁正性重構(gòu)。Figure 1.2 Vessel wallpositive remodeling

面向腦血管病早期精確診療的磁共振血管壁成像研究4圖1.3 傳統(tǒng)的頭頸動(dòng)脈MR血管造影圖像（左側(cè)）和MR血管壁圖像。Figure 1.3 MR angiography and MR vessel wall images of intra- and extracranial arteries由于顱內(nèi)動(dòng)脈的特殊解剖結(jié)構(gòu)，導(dǎo)致其MR血管壁成像面臨著幾個(gè)獨(dú)有的技術(shù)挑戰(zhàn)：第一，顱內(nèi)動(dòng)脈細(xì)小、血管壁非常薄且位于深部腦組織的包埋之中，能檢測(cè)到的MR信號(hào)強(qiáng)度有限；第二，顱內(nèi)動(dòng)脈浸泡在腦脊液中，由于腦脊液的MR信號(hào)遠(yuǎn)高于血管壁的信號(hào)，導(dǎo)致血管壁的分辨非常困難；第三，顱內(nèi)動(dòng)脈走形迂曲，血管分支多且分布廣泛，對(duì)掃描的覆蓋范圍提出了很高的要求。因此，實(shí)現(xiàn)具有實(shí)際臨床診斷意義的顱內(nèi)及頭頸聯(lián)合動(dòng)脈血管壁成像方法必須同時(shí)滿足以下技術(shù)條件：（1）同時(shí)抑制動(dòng)脈血流和腦脊液信號(hào)，使血管壁與周?chē)慕M織形成良好的對(duì)比度或?qū)Ρ榷仍肼暠龋╟ontrast-to-noise ratio, CNR）；（2）高分辨率（像素大小在0.5 mm或以下）且具備充足的圖像信噪比（signal-to-noise ratio,SNR）；（3）三維采集且各向同性（三個(gè)方向上的空間分辨率一致）；（4）多種加權(quán)成像以分辨斑塊成份及其穩(wěn)定性。因此

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