联合4D-FLOW MRI 及DCE-MRI对颅内动脉瘤破裂预警机制研究

The main hazard of intracranial aneurysm is rupture, and recent study found that rupture of aneurysm is directly related to change of hemodynamic in the aneurysm cavity and the change of the pharmacokinetics of aneurysm wall. The study intends to use this project invivo 32-channel coil, self-developed four times SENSE accelerated image capture technology and three-dimensional visualization technology to obtain the true flow velocity and flow of information aneurysm cavity derictly through three-dimensional dynamic phase contrast imaging MRI (4D Flow MRI) technology. On this basis, using enhanced MRI (DCE-MRI) based on dynamic black blood imaging technology and new pharmacokinetic methods to detect the pharmacokinetics parameters in aneurysm wall. Thus we can analyze the differences of hemodynamic and pharmacokinetic changes between patients with ruptured and unruptured intracranial aneurysms. At the same time, the histopathological and molecular pathology examination of intracranial aneurysm specimens is carried out to analyze the association between hemodynamic，pharmacokinetic changes and aneurismal rupture. Finally, we will revise hemodynamic and pharmacokinetic parameters by clinical follow-up of the aneurysm patients who do not undergo endovascular or surgical treatment, to evaluate the stability of the aneurysm wall and risk of aneurysm rupture, thus provide references for clinical evaluation of intracranial aneurysm.

颅内动脉瘤最主要危害是破裂出血，近期研究发现其破裂与动脉瘤血流动力学及瘤壁药代动力学改变直接相关。本课题拟采用invivo公司32通道线圈、自主研发的4倍SENSE图像采集加速技术，通过核磁共振三维动态相位对比成像（4D Flow MRI）直接获得动脉瘤腔真实的血流速度和流量信息, 同时联合基于黑血成像技术与新的药代动力学方法3.0T 高分辨率动态增强磁共振（DCE-MRI）检测动脉瘤瘤壁的药代动力学参数，分析临床破裂与未破裂动脉瘤血流动力学和药代动力学特征差异，随后对动脉瘤手术标本的瘤壁组织进行病理结构及分子病理水平的检测，进一步验证动脉瘤血流动力学及药代动力学变化与其破裂的相关性；并对未治疗的动脉瘤患者进行破裂危险度的前瞻性追踪随访进而修正动脉瘤血流动力学及药代动力学相关参数，用来个体化评估动脉瘤瘤壁稳定性与破裂危险度，为动脉瘤破裂风险的精准预警及治疗决策提供参考依据。

颅内动脉瘤是一类具有高致死致残率的脑血管疾病，研究发现与颅内动脉瘤破裂风险密切相关的是血流动力学及瘤壁渗出性等瘤壁炎性反应相关参数。本研究通过联合三维动态相位对比成像（4D-flow MRI）及动态增强磁共振（DCE-MRI）对颅内动脉瘤血流动力学及药代动力学进行关联研究，并研究颅内动脉瘤瘤壁不同病理损伤状态的血流动力学、药代动力学及管壁增强特征，同时随访验证不同血流动力学及瘤壁炎性反应参数的未破裂动脉瘤患者的临床预后，并发表了相关论文。基于4D-fow MRI的血流动力学与DCE-MRI的瘤壁渗透性之间的空间分布关系，发现同一个动脉瘤多个分区中较高瘤壁渗透性(Ktrans)与较低壁面剪切力 (WSS)相关(相关系数= -0.33，P= 0.006)。基于瘤壁增强能反映瘤壁病理损伤状态，研究发现低等级的瘤壁增强与高WSS有关(相关系数= -0.701，P< 0.001)，同时发现瘤壁增强程度较高的区域也倾向于高瘤壁渗透性。此外，研究发现较低的血浆miR-143/145可能与颅内动脉瘤形成有关，而较高的血清基质金属蛋白酶-9（MMP-9）水平可能与颅内动脉瘤破裂有关，并可作为评估颅内动脉瘤破裂风险的生物标志物。随访中发现5例未治疗的动脉瘤患者随访期间发生破裂，通过对比短期内破裂的动脉瘤患者及随访无进展的动脉瘤患者，发现高速入射血流与动脉瘤高破裂风险密切相关，同时缓慢血流伴随较强瘤壁渗透性亦可提示动脉瘤高破裂风险，相关成果2篇文章发表在神经病学顶级杂志Neurology，并均登录当期杂志封面。本课题还支持了颅内动脉瘤破裂危险因素如形态学、血流动力学及瘤壁增强之间的相关性研究、多发动脉瘤的破裂危险因素研究、颅内动脉瘤血液炎性指标、颅内动脉瘤及脑血管畸形的临床治疗等研究。本研究相关研究成果获得2020年度高等学校科学研究优秀成果奖（科学技术）一等奖、北京医学科技奖一等奖及“麒麟科学技术奖-首都优秀科技创新奖”等奖项。联合此两项高新影像技术为临床提供更多预测动脉瘤破裂风险的信息存在巨大应用价值，使得临床推广成为可能。