颈动脉易损斑块多参数定量磁共振成像的技术研发与临床价值评估

Disruption of carotid atherosclerotic vulnerable plaque is the major cause of ischemic stroke. It has been demonstrated that vulnerable plaque features, such as intraplaque hemorrhage (IPH), large lipid-rich necrotic core (LRNC) and fibrous cap rupture, are significantly associated with ischemic stroke. Therefore, accurate characterization of carotid vulnerable plaque is important for stroke prevention and estimation of prognosis. Currently, the traditional imaging approach for evaluation of carotid plaque vulnerability is multicontrast magnetic resonance (MR) vessel wall imaging including time of flight, T1-weighted, and T2-weighted imaging. However, this imaging technique only enables identification of presence or absence of IPH and LRNC and measurement of the size of these components. It is challenging for traditional MR vessel wall imaging method to capture the multiple temporal and spatial characteristics of IPH and the information of microstructures and biochemical property in LRNC which are correlated with plaque vulnerability. Since each plaque component plays important role in microenvironment of magnetic field in atherosclerotic plaques, the quantitative MR imaging techniques may allow accurately.measuring T1, T2 and T2* values of vulnerable plaques. This study aims to develop three-demensional multiparametric quantitative MR imaging technique which enables accurately measuring the T1, T2 and T2* values of carotid plaques via a single imaging sequence. The risk of carotid plaques will be stratified by this multiparametric MR imaging and its predictive value for future ischemic cerebrovascular events will be investigated as well.

颈动脉粥样硬化易损斑块破裂是缺血性卒中的主要致病原因之一。研究证实，易损斑块特征中斑块内出血（IPH）、大脂质核（LRNC）和纤维帽破裂是缺血性卒中的重要预测指标。因此，准确评价颈动脉易损斑块特征，对于缺血性卒中的预防和预后评估具有重要意义。在识别颈动脉易损斑块方面，目前常用方法是多对比度MR管壁成像（TOF、T1W和T2W等）。然而，对于关键易损斑块特征LRNC和IPH的评价，传统MR成像方法主要停留在定性分析和体积测量层面，而对于影响斑块易损性的IPH的多时空特征和LRNC的微观结构和生化特性无法进一步分层。由于不同斑块成分对磁场微环境产生一定影响，通过定量MR成像有望对斑块内微环境的T1、T2和T2*值进行准确估计。本项目拟研究开发三维多参数定量MR成像技术，该技术仅需单一序列扫描即可同时获得斑块的T1、T2和T2*值，旨在对斑块的危险度进行精准分级，并验证其对脑血管事件的预测价值。

项目背景：准确评价颈动脉易损斑块特征，对于缺血性卒中的预防和预后评估具有重要意义。传统MR成像方法主要停留在对斑块特征进行定性分析和体积测量层面，而对于斑块内的微观结构和生化特性无法进一步分层。本项目拟研究开发三维多参数定量MR成像技术，旨在对斑块的危险度进行精准分级，并验证其对脑血管事件的预测价值。研究内容：（1）三维多参数定量MR成像序列的研究设计；（2）构建颈动脉易损斑块的新型斑块危险度分级方法；（3）构建基于多参数定量MR 图像的易损斑块智能分析和可视化方法；（4）验证颈动脉斑块多参数定量MR成像对缺血性卒中风险的预测价值并建立预警模型。重要结果：本课题研究结果达到并部分超出了预期目标。（1）本课题成功实现了一次扫描即可同时获得T1、T2和T2*多参数的三维MR定量成像即SQUMA序列，该成果获得了发明专利授权；（2）通过病理验证和症状性斑块分析，基于T1、T2和T2*定量指标和管壁负荷对易损斑块进行了危险度分层；（3）应用深度学习的算法对颈动脉管腔管壁和斑块成分实现了自动分割，建立了三维可视化平台，该成果申请了发明专利；（4）受新冠肺炎疫情影响，基于新开发的SQUMA序列开展的临床前瞻性研究病例入组缓慢。课题组基于前期数据（n=1000例）开展了颈动脉斑块MR特征对卒中风险的预测研究，优化了卒中预警模型。关键数据：本课题共发表SCI论文42篇（12篇影响因子>5），中文核心期刊论文3篇（预期目标：SCI论文5~7篇，中文论文2~3篇）；申请发明专利3项（预期目标：1~2项）；培养研究生和博士后18名（预期目标：培养3~5名研究生）；建立标准1项（预期目标外）；申报奖项1项（预期目标外）。科学意义：本研究开发的SQUMA定量成像技术与自动分析方法为颈动脉易损斑块的精准诊断提供了有效工具，该技术将对于易损斑块的评估更为精准，可有效提高对于脑血管事件风险的预测效能，具有广阔的临床应用和转化前景。通过建立相应的质量控制标准，可进一步推动该技术的标准化和临床推广应用。