【摘要】：腦血管病是我國發(fā)病率、死亡率和致殘率最高的疾病,已成為我國醫(yī)療支出和社會家庭的嚴(yán)重負(fù)擔(dān),主要由動脈管壁病變?nèi)缰鄻佑不�、血管炎和動脈夾層等所致,其中動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)確識別動脈管壁病變特別是斑塊的結(jié)構(gòu)和特性是早期預(yù)防和個體化精確治療的關(guān)鍵。但現(xiàn)有技術(shù)無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創(chuàng)、全景顯示顱內(nèi)動脈血管壁和斑塊的新型前沿技術(shù),可為顱內(nèi)動脈斑塊提供精確診斷信息�；陲B內(nèi)動脈的特殊解剖基礎(chǔ),實現(xiàn)具有實際臨床診斷意義的顱內(nèi)動脈MR血管壁成像方法必須同時滿足以下技術(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)同時抑制動脈血流和腦脊液信號,使血管壁與周圍組織形成良好的組織對比度;(3)全腦或者頭頸大范圍覆蓋的各向同性三維采集。本文針對現(xiàn)有MR血管壁成像技術(shù)的圖像信噪比相對不足、空間分辨率受限及對腦脊液信號抑制不理想等問題,以臨床應(yīng)用為目標(biāo),基于西門子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,研究腦脊液信號抑制新方法以提高組織對比度,在此基礎(chǔ)上進(jìn)一步研究多對比MR血管壁成像以提高對動脈粥樣硬化斑塊成分和穩(wěn)定性的識別能力,最后通過可靠性研究和初步臨床應(yīng)用研究驗證本文提出方法的臨床應(yīng)用價值。本文人體實驗獲得中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院倫理委員會批準(zhǔn),志愿者和病人均提供書面知情同意書。總體而言,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“既定回波信號演變”逆解可變翻轉(zhuǎn)角的基礎(chǔ)上,提出了對翻轉(zhuǎn)角變化模式施加約束條件,通過迭代尋找優(yōu)化的方案來計算最佳可變翻轉(zhuǎn)角的新型成像算法,仿真和人體實驗結(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比度的0.5mm各向同性空間分辨率頭頸動脈血管壁圖像。二、血流和腦脊髓液信號的壓制是獲取清晰動脈血管壁圖像和多對比斑塊成像的關(guān)鍵,本文針對現(xiàn)有血管壁成像技術(shù)難以同時抑制流速差異較大的顱內(nèi)動脈和頸動脈的血流信號以及流速非常緩慢的腦脊液信號等問題,首先研究了黑血成像技術(shù)DANTE(Delay Alternating with Nutation for Tailored Excitation)和SPACE對流動信號運動敏感性的相互作用并對其進(jìn)行了優(yōu)化,實現(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)腦脊液信號并去除了頸動脈分叉處的血流偽影,提高了圖像的組織對比度。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)脈沖的信號恢復(fù)機制來進(jìn)一步抑制顱內(nèi)大腦中動脈M2段流速較慢的腦脊液信號,實驗結(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比度,同時也提高了圖像的T1加權(quán)對比,有利于斑塊的識別及對其進(jìn)行定量分析。三、在以上研究的基礎(chǔ)上,實現(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,實現(xiàn)了DANTE為準(zhǔn)備脈沖的多對比頭頸MR血管壁成像,以全面提高對動脈粥樣硬化斑塊成分的分析和穩(wěn)定性的識別能力。四、通過志愿者和臨床腦動脈粥樣硬化患者實驗驗證T1加權(quán)SPACE的可靠性以及多對比MR血管壁成像序列在缺血性腦卒中患者頭頸動脈病變精確診斷的應(yīng)用價值。實驗結(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,本文開發(fā)的多對比MR血管壁成像不僅能夠識別顱內(nèi)動脈和頸動脈血管斑塊及對其穩(wěn)定性進(jìn)行評估,還可以對其他血管壁病變包括動脈夾層、血管炎等做出診斷。
【學(xué)位授予單位】：中國科學(xué)院大學(xué)(中國科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院)
【學(xué)位級別】：博士
【學(xué)位授予年份】：2018
【分類號】：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，因腦動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)病機制

目前臨床上對動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)在動脈粥樣硬化的發(fā)生發(fā)展過程中，動脈管壁會發(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]。一項尸檢研究證實，因腦動脈粥樣硬化斑塊引起腦卒中的實際死亡人數(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判指標(biāo)會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有直接關(guān)系，動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獨有的技術(shù)挑戰(zhàn)：第一，顱內(nèi)動脈細(xì)小、血管壁非常薄且位于深部腦組織的包埋之中，能檢測到的MR信號強度有限；第二，顱內(nèi)動脈浸泡在腦脊液中，由于腦脊液的MR信號遠(yuǎn)高于血管壁的信號，導(dǎo)致血管壁的分辨非常困難；第三，顱內(nèi)動脈走形迂曲，血管分支多且分布廣泛，對掃描的覆蓋范圍提出了很高的要求。因此，實現(xiàn)具有實際臨床診斷意義的顱內(nèi)及頭頸聯(lián)合動脈血管壁成像方法必須同時滿足以下技術(shù)條件：（1）同時抑制動脈血流和腦脊液信號，使血管壁與周圍的組織形成良好的對比度或?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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本文編號：2789909