第16 卷第7期医学研究生学报Vol. 16 No. 7 2003 年7月Journal of Medical Postgraduates Jul. 2003 · 综述· 动脉粥样硬化斑块的磁共振成像Ξ 陈自谦综述 , 陈君坤审校 (南京军区南京总医院医学影像科 ,江苏南京 210002) 摘要 : 磁共振成像(MRI) 是一种较为理想的和具有广泛应用前途的非创伤性检查技术.动物模型和临床应用结 果证明 ,多序列 MRI 能确定动脉粥样硬化斑块的形态、 大小、 病理构成及其稳定性.正在研究开发的血管内 MRI (IVMRI) 在显示动脉壁厚度及斑块的特征方面有重要价值.MRI 造影增强的 T1 加权像 (T1WI) 能较清楚地使斑块 本身、 炎性斑块以及斑块中的纤维蛋白和血栓强化.MRI 还可作为动脉粥样硬化斑块治疗前、 后疗效随访的重要 监测手段. 关键词 : 磁共振成像 ; 动脉粥样硬化斑块 中图分类号 : R445. 2 文献标识码 : A 文章编号 : 100828199(2003) 072 05432 04 MRI of atherosclerotic plaque CHEN Zi2qian reviewing , CHEN Jun2kun checking ( Department of Medical Imaging , Nanjing General Hospital of Nanjing Command , Nanjing 210002 , Jiangsu , China) Abstract : MRI is a powerful noninvasive imaging tool. Multispectral MRI sequences have been validated to characterize atherosclerotic plaque components , size , thickness and vulnerable plaque in animals and humans. Developments of intravascular MRI (IVMRI) may play an important role in this regard. MRI contrast agents may identify inflammation and thrombus within atherosclerotic plaque. MRI has progressed to be used in serial studies of atherosclerotic plaque progression and regression in the face of therapeutic intervention. Key words : MRI; Atherosclerotic plaque 0 引言动脉粥样硬化斑块 (atherosclerotic plaque) 是中老年人最 常见的心血管疾病 ,目前磁共振成像(magnetic resonance imag2 ing , MRI) 是显示动脉粥样硬化斑块最有前途的非创伤性检 查方法.近年来 ,动物实验和临床研究结果表明 ,MRI 能显 示主动脉、 颈动脉甚至冠状动脉粥样硬化斑块的位置、 厚度 及其成分 ,并对治疗后疗效随访亦有较大帮助 ,作者将研究 现状和进展作一综述. 1 动脉粥样硬化斑块的病理 动脉粥样硬化是发生在中老年人主动脉、 颈动脉及冠状 动脉等血管壁上的一种常见疾病1 ,其病理成分包括 : ① 细 胞外基质的结缔组织 (胶原糖蛋白、 纤维素及弹性纤维) ; ② 胆固醇结晶、 胆固醇酯以及磷脂 ; ③ 细胞成分如巨噬细胞、 T 淋巴细胞及平滑肌细胞2 .近年来 ,人们又提出 "脆性斑块" (vulnerable plaque) 的病理概念3 .所谓 "脆性" 是指动脉粥样 硬化斑块易于破裂、 脱落 ,与之对应的稳定性斑块 ( stable plaque) 则不易破裂、 脱落.目前认为 ,斑块的稳定性主要取 决于三个因素 : ① 脂质核心大小 ; ② 纤维鞘及其厚度 ; ③ 纤维 鞘内的炎性细胞浸润多少.脆性斑块病理上具备以下几个 特点 :纤维鞘薄、 脂质核心大和炎性细胞浸润明显.研究表 明 ,当纤维鞘厚度在 65~150μ m 时 ,高场强 ( > 1. 5 T) 、 高信 噪比、 高空间分辨率及快捷实时成像的 MRI 都能显示出 来4 .因此 ,应用 MRI 检测动脉粥样硬化斑块的特征及其成 分具有重要的临床价值 ,越来越受到人们的关注. 2 MRI的优点和限制 MRI在评价动脉粥样硬化斑块方面优于其他影像技 术4 ,因为目前所采用的创伤性检查技术包括血管造影、 血·345·Ξ收稿日期 : 2003203216 作者简介 : 陈自谦(19572) ,男 ,安徽庐江人 ,副主任医师 ,医学硕士 ,从事医学影像诊断专业. 管内超声(IVUS) 、 血管内镜以及光聚焦性扫描 ,都有不同程 度的动脉损伤 ,而其他非创伤性检查技术如 B 型超声、 超高 速CT和多排螺旋 CT等都只能识别血管腔的狭窄、 管壁的增 厚及斑块的大小 ,均不能显示斑块的病理特征.MRI 具有安 全可靠、 不用碘造影剂和多平面成像等优点.此外 ,多序列 成像还能识别斑块的有无、 大小、 形态以及病理特性 ,为临床 确诊提供可靠的影像学依据.然而 ,MRI 也有一定的限制 , 如幽闭综合征、 体内金属(起搏器、 去纤颤器、 体内金属类) 等 是其禁忌证.呼吸和心脏大血管运动也影响图像质量.相 信随着 MRI 技术的不断完善 ,这些限制将会逐步被克服. 3 动物模型动脉粥样硬化斑块的 MRI 动物模型和人体内测量的 T1和T2均证实 ,不同组织有 不同的 T 1值和 T 2值 ,如在 1. 5T MR 上 ,心肌 T 1/ T 2 = 850 ms/ 60 ms ,血液 T1/ T2 = 1 000 ms/ 1 200 ms ,脂肪 T1/ T2 = 260 ms/84 ms.由T1和 T 2产生的影像称之为 T1加权像 ( T12 weighted imaging ,T1WI) 和T2加权像(T22weighted imaging ,T2 WI) .在T1WI 上组织中的短 T1表现为高信号 ,而长 T1则表 现为低信号.在T2WI 中 ,组织内长 T2表现为高信号 ,短T2 则表现为低信号 ;人们正是利用这种在 MRI 上不同的组织类 型产生不同的 T1、 T2、 T1WI 和T2WI 的原理 ,来研究动脉粥 样硬化斑块的形态特征和病理组成. 早期动物实验研究表明 ,斑块内的核心部分主要由胆固 醇和含固体结晶或液晶态的胆固醇酯所组成 ,在MRI 上T2值缩短 ,T2WI 呈低信号.这种 MRI 表现并不符合一般脂肪 在T2WI 上呈高信号的这一特点越来越多地引起学者们的关 注5 ,6 . 研究中发现另一种现象 ,即斑块边缘的纤维鞘在 T2WI上有高、 低两种信号.高信号与斑块富含胶原弹性蛋 白和糖蛋白以及炎性细胞浸润有关 ,低信号与富含硬化的纤 维 组织有关7 .T oussaint 等8 研究发现 ,动脉粥样斑块鞘在 T2WI上表现为高信号 ,脂质核心部分为低信号与水含量有 关 ,凡 T2WI上为低信号的含水量明显减少.病理上还证实 , 核心部分钙化也是 T2WI 低信号的原因之一.Worthley 等9 通过饲养致动脉粥样硬化食物和球囊损伤来诱导猪的主动 脉和冠状动脉粥样硬化模型表明 ,MRI 表现与之对应的组织 病理学是相关的.钙化在 T1WI、 T2WI 和质子加权像 (proton density weighted imaging ,PDWI) 上是低信号 ;胶原纤维成分为 高信号 ,富含脂质核心在 T1WI 和PDWI 上是高信号 ,在T2WI 上是低信号 ;血栓的信号一般在 T1WI、 T2WI 和PDWI 上均为 高信号.动脉粥样硬化斑块出血提示病变有进展.炎性细 胞浸润在 T2WI 是高信号 ,在T1WI 是低信号 ,这与水含量增 多有关. 随着 MRI 分辨率的不断提高 ,缩短采集时间以及包括导 航回波(血管内镜) 技术、 对比增强及弥散加权等新技术的开 发和应用 ,将进一步对动脉粥样硬化斑块的形态特征及其成 分的准确显示 ,提供较为可靠的影像依据. 4 人类主动脉粥样硬化斑块的 MRI 近年来 ,对动脉粥样硬化斑块的 MRI 逐步由动物实验过 渡到临床研究10 .首先采用 MRI 的T2WI 和PDWI 技术评价 降主动脉粥样硬化斑块的厚度、 范围及其位置 ,并与经食管 超声心动描记术 (transesophageal echocardiography ,TEE) 进行比 较.此后所采用的 MR 序列包括心电门控 ( ECG 2gated) 双反 转恢复(double2inversion2recovery) 快速自旋回波 (fast2spin2echo , FSE) 序列 ,四点(前面两个点、 后面两个点) 时相排列信号接 收线圈11 ,使信噪比(signal2to2noise ratio) 大大增加.此外 ,还 采用双反转恢复磁化预设脉冲 (double2inversion2recovery mag2 netization preparation pulse) 和改进的双反转恢复 FSE 序列等能 抑制流动的血液信号 ,从而有效地将慢血流与动脉粥样斑块 区别开来.一组对 10 例患者的配对研究显示12 ,MRI 和TEE在评价主动脉斑块类型、 范围及其厚度方面二者有较好 的一致性.然而 TEE 限制较多 ,如创伤、 钙化伪影、 周围信噪 比伪影等均影响斑块的显示.此外 ,TEE 和IVUS 不能把斑 块内的病理成分区分开来 ,而MRI 可弥补这些限制.Kramer 等13 通过对手术前、 后腹主动瘤 MRI 研究已经证明 ,MRI 能 把斑块中的纤维鞘、 胶原脂质核心以及血栓等成分区分开 来 ,纤维鞘、 胶原和血栓在 T2WI 上呈高信号 ,而脂质核心在 T2WI 上呈低信号. 5 人类颈动脉粥样硬化斑块的 MRI 由于颈动脉位于体表 ,运动不明显 ,而且颈动脉内膜切 除术(carotid enderteretomy ,CEA) 后病理结果可得到证实.目 前被认为是 MRI 最理想的靶部位.T oussaint 等14 对6例CEA 术前患者进行了 MRI 检查 ,发现 T2WI 除了能发现颈动 脉内斑块 ,还能把斑块中的脂质核心、 纤维鞘、 胶原及钙化与 正常血管内外膜区分开来.Yuan 等15 也证明 ,MRI 能对颈 动脉粥样硬化斑块进行定量 ,与手术病理结果十分一致 ,可 为研究斑块的进展和消退提供较为可靠的影像学依据. 近年来 ,人们还致力于脆性斑块的 MRI 研究.Hatsukami 等16 应用 "亮血 3D 多重叠薄层重建血管造影术 (bright2blood three2dimensional multiple overlapping thin 2slab angiography , 3D2 MOTSA) " 对颈动脉粥样硬化斑块中的纤维鞘、 胶原的厚度进 行半定量评价 ,结果发现 3D2MOTSA 技术能把 0. 25 mm 以上 的纤维鞘、 胶原与最近纤维鞘、 胶原的破碎区别开来.在22 例已行 CEA 的患者中 ,厚的纤维鞘在白腔和灰壁之间形成惟 一的黑带 ,而薄的纤维鞘和新近破裂的鞘则不形成黑带 ,只 是在血管内缘形成一条高信号的灰带 ,伴有或不伴有血管壁 内缘的不规则 ,这说明高分辨率 MRI 的3D2MOTSA 技术能把 颈动脉粥样硬化斑块的完整或不完整、 厚或薄以及有无脆性 破裂的纤维鞘、 胶原区分开来. 此外 ,人们还对斑块中的病理成分进行 MRI 研究.所采 用的 MRI 技术包括 T1WI、 T2WI、 PDWI、 高分辨率黑血自旋回 波(high2resolution black2blood spin echo) 以及FSE 等.Yuan 等17 把3D2TOF(3D2time2of flight) 技术与 T1WI、 T2WI 和PDWI 技术结合起来 ,评价斑块中富含脂肪的坏死核心和急性斑块 内出血 ,结果发现 3D2TOF 是一种磁共振血管造影 (MRA) 的 亮血技术 ,能较好地显示血管腔的内缘 ,对发现病灶非常有 价值.而FSE T2WI 和PDWI 对于识别斑块的病理成分具有 · 4 4 5 · 医学研究生学报 2003 年7月第16 卷 较好的敏感性和特异性.综合文献 MRI 多序列成像技术总 准确性为 87 % (80 %~94 %) ,敏感性为 85 % (78 %~92 %) , 特异性为 92 %(86 %~98 %) .在人体内研究还表明 ,3D2TOF 和T1WI 在显示富含脂肪坏死核心和斑块内出血也有价值 , 常表现为高信号17 . 6 人类冠状动脉粥样硬化斑块的 MRI 目前 ,MRI 用于冠状动脉粥样硬化斑块的诊断还受诸多 限制 ,主要如心脏大血管及呼吸运动、 管径较小以及血管走 行迂曲等因素9 .采用的 MRI 技术初期是 2D2T1WI 屏气梯 度回波(breath2hold gradient2echo) 技术加脂肪抑制 (fat suppres2 sion) ,结果并不理想 ,后来又开发了 3D 技术包括实时导航 (血管内镜) 回波技术 (real2time navigator echos) 18 ,19 ,但采集 时间较长 ,结果也不十分理想.近年来 ,开发的快速 T2WI 和 自由呼吸(free2breathing) 3D 冠状动脉 MRA 很有前途20 .前 瞻性研究表明 ,这些技术对左主冠状动脉和多支血管异常的 显示有较好的敏感性 ,但对冠状动脉狭窄程度的检测敏感性 较低21 .最近 ,有学者致力于冠状动脉壁本身的研究 ,Fayad 等22 应用高分辨率 MRI 的黑血技术对 8 例正常人和 5 例冠 状动脉有病变的患者进行研究 ,结果发现 ,正常人冠状动脉 横断面上壁厚度为 0. 75 mm(0. 55~1. 0 mm) ,而冠状动脉异 常者其壁厚为 4. 38 mm(3. 30~5. 73 mm) ,经血管造影证实 , 这些患者的冠状动脉狭窄程度均 < 40 %.总之 ,冠状动脉 MRI 总的显示率并不十分理想 ,主要原因是无法克服的运动 伪影和空间分辨率不高之故 ,如果将来人们解决了这两大难 题,MRI 将成为检测冠状动脉粥样硬化斑块的大小、 形态以 及病理性质最有价值的非创伤性技术. 7 介入 MRI在动脉粥样硬化斑块中的应用 近年来 ,研究开发的血管内 MRI(IVMRI) 和经食管内 MRI 对显示冠状动脉内粥样硬化斑块起了重要作用23 ,24 .IVMRI 技术采用血管内接收线圈 ,由于成像线圈与血管壁之间的距 离非常近 ,其高分辨率的信噪比能有效地满足动脉成像.动 物实验证明 ,IVMRI 对动脉内斑块的成像有非常高的空间分 辨率 ,其中包括冠状动脉成像.Correia 等25 用IVMRI 技术获 得11 例尸检的胸主动脉图像 ,并证实 IVMRI 能准确地评估 斑块的大小及其病理组成 ,在IVMRI 上纤维鞘呈短 T2 值(49. 2 ms) ,T2WI 为低信号 ,而在纤维鞘下方富含脂质坏死核 心的部分呈长 T2 (76. 9 ms) ,T2WI 为高信号.Rogers 等23 应 用一种反向螺旋 IVMRI 线圈 ,放入 5 F 双腔导管内与 0. 5 T 介入 MR 扫描机连接 ,对17 例颈动脉粥样硬化斑块切除术前 进行评价 ,其中 7 例发现斑块 ,与术后病理标本对比 ,有较好 的一致性.但该技术目前用于人类尚有诸多限制 ,如导管头 部发热而由此可造成血管内膜损伤、 血栓形成等.尽管如 此 ,相信在不久的将来这项技术会广泛应用到临床 ,并发挥 其巨大的作用. 经食管 MRI 是评估降主动脉粥样硬化斑块的另一种新 的MR 成像技术.Shunk 等24 用一根软的 1. 2 mm 无攀性射 频接收器置入鼻饲管内 ,与1. 5 TMR 机连接 ,对8例正常人和 14 例有降主动脉粥样硬化斑块的患者进行测定 ,发现所测量 的斑块厚度和范围比 TEE 准确 ,但该技术也有一定的限制 , 包括轻微创伤和信噪比不均匀等. 8 动脉粥样硬化斑块的增强 MRI 迄今 ,Gadolinium 及其衍生物一直被作为 MRI 增强剂广 泛用于临床诊断.Kramer 等13 \ 〗 对一组由动脉粥样硬化所 引起的腹主动脉瘤患者术前行增强 MRI ,发现纤维鞘在增强 后T1WI 上显示信号明显增高 ,其中有炎性细胞浸润的纤维 鞘信号比无炎性细胞浸润的纤维鞘信号要高 ,提示在 T1WI 上斑块的明显强化 ,是纤维鞘炎性细胞浸润的重要征象 ,也 是确定脆性和不稳定斑块的重要依据之一.有文献 报道26 ,27 ,增强 MRI 能发现微血栓的存在 ,而且有较好的敏感 性和特异性 ,这多半与微血栓中的纤维蛋白与造影剂有亲和 力有关. 目前 ,正在研究开发的超顺磁性氧化铁 (superparamag2 netic iron oxide) 被认为是一种有前途的 MRI 靶向增强剂 ,其 主要作用是缩短 T2 时间 ,在T2WI 上呈低信号.Ruehm 等28 报道 ,超顺磁性氧化铁微小颗粒可被动脉粥样硬化斑块中的 巨噬细胞所吞噬 ,在T2WI 上血管壁上的斑块表现为低信号 , 这种现象在高血脂家兔动脉粥样硬化斑块的模型中已得到 证实.现在认为 ,该MRI 造影剂在显示脆性动脉粥样斑块亦 有较大价值. 9 MRI在动脉粥样硬化斑块治疗前、 后随访中的应用 动物实验研究表明 ,MRI 能监测治疗前、 后动脉粥样硬 化斑块的变化.一组实验资料显示 ,低胆固醇饮食治疗后 , 动脉粥样硬化斑块明显缩小29 .近年来 ,开始用 MRI 进行 临床研究 ,在一组30 有家族性动脉粥样硬化史的 60 例患者 中 ,经过 10 年前瞻性 MRI 监测 ,发现 8 例低脂饮食患者斑块 内脂肪含量明显减少 ,斑块无增大 ,处于稳定状态 ,而配对的 8 例非低脂饮食患者斑块有增大趋势 ,脂肪含量增加.这种 监测目前只用于大动脉 ,而冠状动脉和颈动脉则效果不理 想.另一组31 18 例患者无临床症状 ,但血管造影和多普勒 超声证实有颈动脉和主动脉粥样硬化斑块的 ,经低脂饮食 12 个月 ,其间用 MRI 黑血技术进行随访监测 ,发现血管腔及其 斑块的厚度在 6 个月内无明显变化 ,12 个月后复查 MRI ,示 血管壁及斑块明显变薄. 参考文献 : 1 Fayad ZA , Fuster V. Clinical imaging of the high2risk or vulnerable atherosclerotic plaqueJ . Circ Res , 2001 ,89 :305 2316. 2 Libby P. Molecular bases of the acute coronary syndromesJ . Circ , 1995 ,91 :284422850. 3 Falk E. Why do plaques rupture ? J Circ , 1992 , 86 :30 242. 4 Fayad ZA , Fuster V. The human high2risk plaque and its detection by magnetic resonance imagingJ . Am J Cardiol , 2001 ,88 :42 245. 5 G old GE , Pauly JM , G lover GH et al. Characterization of atheroscle2 rosis with 1. 5T imaging systemJ . Magn Reson Imaging , 1993 ,3 : 3992407. · 5 4 5 · 第7期陈自谦 动脉粥样硬化斑块的磁共振成像 6 Pearlman JD , Zajicek J , Merickel MB et al. High resolution ' H2NMR spectral signature from human atheromaJ . Magn Reson Med , 1988 , 7 :2622279. 7 T oussaint JF , Southern JF , Fuster V et al. 13 C2NMR spectroscopy of human atherosclerotic lesions : relation between fatty acid saturation , cholestery ester content , and luminal obstrcution J . Arterioscler Thromb , 1994 ,14 :195121957. 8 T oussaint JF , Southern JF , Fuster V et al. T2 weighted contrast for NMR characterization of human atherosclerosis J . Arterioscler Thromb Vasc Biol , 1995 ,15 :153321542. 9 Worthley SG, Helft G, Fuster V et al. High reselution ex vivo mag2 netic resonance imaging of in situ coronary and aortic atherosclerotic plaque in a porcine modelJ . Atherosclerosis , 2000 ,150 :321 2329. 10 Fayad ZA , Nahar T , Fallon JT et al. In vivo magnetic resonance e2 valuation of atherosclerotic plague in the human thoracic aorta : a com2 parison with transesophageal echocardiography J . Circ ,2000 ,101 : 250322509. 11 Fayad ZA , Connik T J , Axel L. Am improved quadrature or phased2 array coil for MR cardiac imagingJ . Magn Reson Med , 1995 , 34 : 1862193. 12 Corti R , Osende JI , Fuster V et al. Artery dissection and arterial thrombus aging : the role of noninvasive magnetic resonance imaging J . Circ , 2001 ,103 : 2420 22421. 13 Kramer CM , Cerilli LA , Berr ss et al. MRI can distinguish plaque components including inflammation in abdominal aortic aneurysmJ . Circ , 2001 , 104 :3752376. 14 T oussaint JF , La Muraglia G M , Southem JF et al. Magnetic reso2 nance images lipid , fibrous , calcified , hemorrhagie , and thrombotic components of human atherosclerosis in vivoJ . Circ , 1996 ,94 :932 2 938. 15 Yuan C , Beach KW , Smith LH et al. Measurement of atherosclerotic carotid plaque size in vivo using high resolution magnetic resonance imageingJ . Circ , 1998 , 98 :2666 22671. 16 Hatsukami TS , Ross R , Polissar NL et al. Visualization of fibrous cap thickness and rupture in human atherosclerotic carotid plaque in vivo with high2resolution magnetic resonance imagingJ . Circ , 2000 , 102 : 9592964. 17 Yuan C , Mitsumori LM , Ferguson MS et al. In vivo accuracy of mul2 tispectral magnetic resonance imaging for identifying lipid2rich necrotic cores and intraplaque hemorrhage in advanced human carotid plaques J . Circ , 2001 , 104 :2051 22056. 18 Yucel EK, Anderson CM , Edelman RR et al. Magnetic resonance angiography, update on applications for extracranial arteries J . Circ , 1999 , 100 :228422301. 19 Wang Y, Rossman PJ , Grimm RC et al. Navigator2echo2based real2 time respiratory gating and triggering for reduction of respiration effects in three2dimensional coronary MR angiographyJ . Radiology , 1996 , 198 : 55260. 20 Botnar RM , Stuber M , Danias PG et al. Improved coronary artery definition with T22weighted , free breathing , three2dimensional coro2 nary MRAJ . Circ , 1999 , 99 : 3139 23148. 21 K im WY, Danais PG, Stuber M et al. Coronary magnetic resonance angiography for the detection of coronary stenosesJ . N Eng J Med , 2001 , 345 : 186321869. 22 Fayad ZA , Fuster V , Fallon JT et al. Noninvasive in vivo human coronary artery lumen and wall imaging using black2blood magnetic resonance imagingJ . Circ , 2000 , 102 :506 2510. 23 Rogers W J , Prichard JW , Hu Y L et al. Characterization of signal properties in atherosclerotic plaque components by intravascular MRI J . Arterioscler Thromb Vasc Biol , 2000 , 20 :1824 21830. 24 Shunk K A , Garot J , Atalar E et al. Transesophageal magnetic reso2 nance imaging of the aortic arch and descending thoracic aorta in pa2 tients with aortic atherosclerosis J . J Am coll Cardiol , 2001 ,37 : 203122035. 25 Correia LC , Atalar E , Kelemen MD et al. Intravascular magnetic res2 onance imaging of aortic atherosclerotic plaque compositionJ . Arte 2 rioscler Thromb Vasc Biol , 1997 , 17 :362623632. 26 Flackes , Fischers , Scott M J et al. Novel MRI contrast agent for molecular imaging of fibrin : implications for detecting vulnerable plaquesJ . Circ , 2001 , 104 :1280 21285. 27 Yu X , Song S , Chen J et al. 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Effects of lipid2lowering by sim2 vastatin on human atherosclerotic lesions : a longitudinal study by high2 resolution , noninvasive magnetic resonance imagingJ . Circ , 2001 , 104 :2492252. (责任编辑 李风华) · 6 4 5 · 医学研究生学报 2003 年7月第16 卷
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MRI contrast agents may identify inflammation and thrombus within atherosclerotic plaque. MRI has progressed to be used in serial studies of atherosclerotic plaque progression and regression in the face of therapeutic intervention. Key words : MRI; Atherosclerotic plaque 0 引言动脉粥样硬化斑块 (atherosclerotic plaque) 是中老年人最 常见的心血管疾病 ,目前磁共振成像(magnetic resonance imag2 ing , MRI) 是显示动脉粥样硬化斑块最有前途的非创伤性检 查方法.近年来 ,动物实验和临床研究结果表明 ,MRI 能显 示主动脉、 颈动脉甚至冠状动脉粥样硬化斑块的位置、 厚度 及其成分 ,并对治疗后疗效随访亦有较大帮助 ,作者将研究 现状和进展作一综述. 1 动脉粥样硬化斑块的病理 动脉粥样硬化是发生在中老年人主动脉、 颈动脉及冠状 动脉等血管壁上的一种常见疾病1 ,其病理成分包括 : ① 细 胞外基质的结缔组织 (胶原糖蛋白、 纤维素及弹性纤维) ; ② 胆固醇结晶、 胆固醇酯以及磷脂 ; ③ 细胞成分如巨噬细胞、 T 淋巴细胞及平滑肌细胞2 .近年来 ,人们又提出 "脆性斑块" (vulnerable plaque) 的病理概念3 .所谓 "脆性" 是指动脉粥样 硬化斑块易于破裂、 脱落 ,与之对应的稳定性斑块 ( stable plaque) 则不易破裂、 脱落.目前认为 ,斑块的稳定性主要取 决于三个因素 : ① 脂质核心大小 ; ② 纤维鞘及其厚度 ; ③ 纤维 鞘内的炎性细胞浸润多少.脆性斑块病理上具备以下几个 特点 :纤维鞘薄、 脂质核心大和炎性细胞浸润明显.研究表 明 ,当纤维鞘厚度在 65~150μ m 时 ,高场强 ( > 1. 5 T) 、 高信 噪比、 高空间分辨率及快捷实时成像的 MRI 都能显示出 来4 .因此 ,应用 MRI 检测动脉粥样硬化斑块的特征及其成 分具有重要的临床价值 ,越来越受到人们的关注. 2 MRI的优点和限制 MRI在评价动脉粥样硬化斑块方面优于其他影像技 术4 ,因为目前所采用的创伤性检查技术包括血管造影、 血·345·Ξ收稿日期 : 2003203216 作者简介 : 陈自谦(19572) ,男 ,安徽庐江人 ,副主任医师 ,医学硕士 ,从事医学影像诊断专业. 管内超声(IVUS) 、 血管内镜以及光聚焦性扫描 ,都有不同程 度的动脉损伤 ,而其他非创伤性检查技术如 B 型超声、 超高 速CT和多排螺旋 CT等都只能识别血管腔的狭窄、 管壁的增 厚及斑块的大小 ,均不能显示斑块的病理特征.MRI 具有安 全可靠、 不用碘造影剂和多平面成像等优点.此外 ,多序列 成像还能识别斑块的有无、 大小、 形态以及病理特性 ,为临床 确诊提供可靠的影像学依据.然而 ,MRI 也有一定的限制 , 如幽闭综合征、 体内金属(起搏器、 去纤颤器、 体内金属类) 等 是其禁忌证.呼吸和心脏大血管运动也影响图像质量.相 信随着 MRI 技术的不断完善 ,这些限制将会逐步被克服. 3 动物模型动脉粥样硬化斑块的 MRI 动物模型和人体内测量的 T1和T2均证实 ,不同组织有 不同的 T 1值和 T 2值 ,如在 1. 5T MR 上 ,心肌 T 1/ T 2 = 850 ms/ 60 ms ,血液 T1/ T2 = 1 000 ms/ 1 200 ms ,脂肪 T1/ T2 = 260 ms/84 ms.由T1和 T 2产生的影像称之为 T1加权像 ( T12 weighted imaging ,T1WI) 和T2加权像(T22weighted imaging ,T2 WI) .在T1WI 上组织中的短 T1表现为高信号 ,而长 T1则表 现为低信号.在T2WI 中 ,组织内长 T2表现为高信号 ,短T2 则表现为低信号 ;人们正是利用这种在 MRI 上不同的组织类 型产生不同的 T1、 T2、 T1WI 和T2WI 的原理 ,来研究动脉粥 样硬化斑块的形态特征和病理组成. 早期动物实验研究表明 ,斑块内的核心部分主要由胆固 醇和含固体结晶或液晶态的胆固醇酯所组成 ,在MRI 上T2值缩短 ,T2WI 呈低信号.这种 MRI 表现并不符合一般脂肪 在T2WI 上呈高信号的这一特点越来越多地引起学者们的关 注5 ,6 . 研究中发现另一种现象 ,即斑块边缘的纤维鞘在 T2WI上有高、 低两种信号.高信号与斑块富含胶原弹性蛋 白和糖蛋白以及炎性细胞浸润有关 ,低信号与富含硬化的纤 维 组织有关7 .T oussaint 等8 研究发现 ,动脉粥样斑块鞘在 T2WI上表现为高信号 ,脂质核心部分为低信号与水含量有 关 ,凡 T2WI上为低信号的含水量明显减少.病理上还证实 , 核心部分钙化也是 T2WI 低信号的原因之一.Worthley 等9 通过饲养致动脉粥样硬化食物和球囊损伤来诱导猪的主动 脉和冠状动脉粥样硬化模型表明 ,MRI 表现与之对应的组织 病理学是相关的.钙化在 T1WI、 T2WI 和质子加权像 (proton density weighted imaging ,PDWI) 上是低信号 ;胶原纤维成分为 高信号 ,富含脂质核心在 T1WI 和PDWI 上是高信号 ,在T2WI 上是低信号 ;血栓的信号一般在 T1WI、 T2WI 和PDWI 上均为 高信号.动脉粥样硬化斑块出血提示病变有进展.炎性细 胞浸润在 T2WI 是高信号 ,在T1WI 是低信号 ,这与水含量增 多有关. 随着 MRI 分辨率的不断提高 ,缩短采集时间以及包括导 航回波(血管内镜) 技术、 对比增强及弥散加权等新技术的开 发和应用 ,将进一步对动脉粥样硬化斑块的形态特征及其成 分的准确显示 ,提供较为可靠的影像依据. 4 人类主动脉粥样硬化斑块的 MRI 近年来 ,对动脉粥样硬化斑块的 MRI 逐步由动物实验过 渡到临床研究10 .首先采用 MRI 的T2WI 和PDWI 技术评价 降主动脉粥样硬化斑块的厚度、 范围及其位置 ,并与经食管 超声心动描记术 (transesophageal echocardiography ,TEE) 进行比 较.此后所采用的 MR 序列包括心电门控 ( ECG 2gated) 双反 转恢复(double2inversion2recovery) 快速自旋回波 (fast2spin2echo , FSE) 序列 ,四点(前面两个点、 后面两个点) 时相排列信号接 收线圈11 ,使信噪比(signal2to2noise ratio) 大大增加.此外 ,还 采用双反转恢复磁化预设脉冲 (double2inversion2recovery mag2 netization preparation pulse) 和改进的双反转恢复 FSE 序列等能 抑制流动的血液信号 ,从而有效地将慢血流与动脉粥样斑块 区别开来.一组对 10 例患者的配对研究显示12 ,MRI 和TEE在评价主动脉斑块类型、 范围及其厚度方面二者有较好 的一致性.然而 TEE 限制较多 ,如创伤、 钙化伪影、 周围信噪 比伪影等均影响斑块的显示.此外 ,TEE 和IVUS 不能把斑 块内的病理成分区分开来 ,而MRI 可弥补这些限制.Kramer 等13 通过对手术前、 后腹主动瘤 MRI 研究已经证明 ,MRI 能 把斑块中的纤维鞘、 胶原脂质核心以及血栓等成分区分开 来 ,纤维鞘、 胶原和血栓在 T2WI 上呈高信号 ,而脂质核心在 T2WI 上呈低信号. 5 人类颈动脉粥样硬化斑块的 MRI 由于颈动脉位于体表 ,运动不明显 ,而且颈动脉内膜切 除术(carotid enderteretomy ,CEA) 后病理结果可得到证实.目 前被认为是 MRI 最理想的靶部位.T oussaint 等14 对6例CEA 术前患者进行了 MRI 检查 ,发现 T2WI 除了能发现颈动 脉内斑块 ,还能把斑块中的脂质核心、 纤维鞘、 胶原及钙化与 正常血管内外膜区分开来.Yuan 等15 也证明 ,MRI 能对颈 动脉粥样硬化斑块进行定量 ,与手术病理结果十分一致 ,可 为研究斑块的进展和消退提供较为可靠的影像学依据. 近年来 ,人们还致力于脆性斑块的 MRI 研究.Hatsukami 等16 应用 "亮血 3D 多重叠薄层重建血管造影术 (bright2blood three2dimensional multiple overlapping thin 2slab angiography , 3D2 MOTSA) " 对颈动脉粥样硬化斑块中的纤维鞘、 胶原的厚度进 行半定量评价 ,结果发现 3D2MOTSA 技术能把 0. 25 mm 以上 的纤维鞘、 胶原与最近纤维鞘、 胶原的破碎区别开来.在22 例已行 CEA 的患者中 ,厚的纤维鞘在白腔和灰壁之间形成惟 一的黑带 ,而薄的纤维鞘和新近破裂的鞘则不形成黑带 ,只 是在血管内缘形成一条高信号的灰带 ,伴有或不伴有血管壁 内缘的不规则 ,这说明高分辨率 MRI 的3D2MOTSA 技术能把 颈动脉粥样硬化斑块的完整或不完整、 厚或薄以及有无脆性 破裂的纤维鞘、 胶原区分开来. 此外 ,人们还对斑块中的病理成分进行 MRI 研究.所采 用的 MRI 技术包括 T1WI、 T2WI、 PDWI、 高分辨率黑血自旋回 波(high2resolution black2blood spin echo) 以及FSE 等.Yuan 等17 把3D2TOF(3D2time2of flight) 技术与 T1WI、 T2WI 和PDWI 技术结合起来 ,评价斑块中富含脂肪的坏死核心和急性斑块 内出血 ,结果发现 3D2TOF 是一种磁共振血管造影 (MRA) 的 亮血技术 ,能较好地显示血管腔的内缘 ,对发现病灶非常有 价值.而FSE T2WI 和PDWI 对于识别斑块的病理成分具有 · 4 4 5 · 医学研究生学报 2003 年7月第16 卷 较好的敏感性和特异性.综合文献 MRI 多序列成像技术总 准确性为 87 % (80 %~94 %) ,敏感性为 85 % (78 %~92 %) , 特异性为 92 %(86 %~98 %) .在人体内研究还表明 ,3D2TOF 和T1WI 在显示富含脂肪坏死核心和斑块内出血也有价值 , 常表现为高信号17 . 6 人类冠状动脉粥样硬化斑块的 MRI 目前 ,MRI 用于冠状动脉粥样硬化斑块的诊断还受诸多 限制 ,主要如心脏大血管及呼吸运动、 管径较小以及血管走 行迂曲等因素9 .采用的 MRI 技术初期是 2D2T1WI 屏气梯 度回波(breath2hold gradient2echo) 技术加脂肪抑制 (fat suppres2 sion) ,结果并不理想 ,后来又开发了 3D 技术包括实时导航 (血管内镜) 回波技术 (real2time navigator echos) 18 ,19 ,但采集 时间较长 ,结果也不十分理想.近年来 ,开发的快速 T2WI 和 自由呼吸(free2breathing) 3D 冠状动脉 MRA 很有前途20 .前 瞻性研究表明 ,这些技术对左主冠状动脉和多支血管异常的 显示有较好的敏感性 ,但对冠状动脉狭窄程度的检测敏感性 较低21 .最近 ,有学者致力于冠状动脉壁本身的研究 ,Fayad 等22 应用高分辨率 MRI 的黑血技术对 8 例正常人和 5 例冠 状动脉有病变的患者进行研究 ,结果发现 ,正常人冠状动脉 横断面上壁厚度为 0. 75 mm(0. 55~1. 0 mm) ,而冠状动脉异 常者其壁厚为 4. 38 mm(3. 30~5. 73 mm) ,经血管造影证实 , 这些患者的冠状动脉狭窄程度均 < 40 %.总之 ,冠状动脉 MRI 总的显示率并不十分理想 ,主要原因是无法克服的运动 伪影和空间分辨率不高之故 ,如果将来人们解决了这两大难 题,MRI 将成为检测冠状动脉粥样硬化斑块的大小、 形态以 及病理性质最有价值的非创伤性技术. 7 介入 MRI在动脉粥样硬化斑块中的应用 近年来 ,研究开发的血管内 MRI(IVMRI) 和经食管内 MRI 对显示冠状动脉内粥样硬化斑块起了重要作用23 ,24 .IVMRI 技术采用血管内接收线圈 ,由于成像线圈与血管壁之间的距 离非常近 ,其高分辨率的信噪比能有效地满足动脉成像.动 物实验证明 ,IVMRI 对动脉内斑块的成像有非常高的空间分 辨率 ,其中包括冠状动脉成像.Correia 等25 用IVMRI 技术获 得11 例尸检的胸主动脉图像 ,并证实 IVMRI 能准确地评估 斑块的大小及其病理组成 ,在IVMRI 上纤维鞘呈短 T2 值(49. 2 ms) ,T2WI 为低信号 ,而在纤维鞘下方富含脂质坏死核 心的部分呈长 T2 (76. 9 ms) ,T2WI 为高信号.Rogers 等23 应 用一种反向螺旋 IVMRI 线圈 ,放入 5 F 双腔导管内与 0. 5 T 介入 MR 扫描机连接 ,对17 例颈动脉粥样硬化斑块切除术前 进行评价 ,其中 7 例发现斑块 ,与术后病理标本对比 ,有较好 的一致性.但该技术目前用于人类尚有诸多限制 ,如导管头 部发热而由此可造成血管内膜损伤、 血栓形成等.尽管如 此 ,相信在不久的将来这项技术会广泛应用到临床 ,并发挥 其巨大的作用. 经食管 MRI 是评估降主动脉粥样硬化斑块的另一种新 的MR 成像技术.Shunk 等24 用一根软的 1. 2 mm 无攀性射 频接收器置入鼻饲管内 ,与1. 5 TMR 机连接 ,对8例正常人和 14 例有降主动脉粥样硬化斑块的患者进行测定 ,发现所测量 的斑块厚度和范围比 TEE 准确 ,但该技术也有一定的限制 , 包括轻微创伤和信噪比不均匀等. 8 动脉粥样硬化斑块的增强 MRI 迄今 ,Gadolinium 及其衍生物一直被作为 MRI 增强剂广 泛用于临床诊断.Kramer 等13 \ 〗 对一组由动脉粥样硬化所 引起的腹主动脉瘤患者术前行增强 MRI ,发现纤维鞘在增强 后T1WI 上显示信号明显增高 ,其中有炎性细胞浸润的纤维 鞘信号比无炎性细胞浸润的纤维鞘信号要高 ,提示在 T1WI 上斑块的明显强化 ,是纤维鞘炎性细胞浸润的重要征象 ,也 是确定脆性和不稳定斑块的重要依据之一.有文献 报道26 ,27 ,增强 MRI 能发现微血栓的存在 ,而且有较好的敏感 性和特异性 ,这多半与微血栓中的纤维蛋白与造影剂有亲和 力有关. 目前 ,正在研究开发的超顺磁性氧化铁 (superparamag2 netic iron oxide) 被认为是一种有前途的 MRI 靶向增强剂 ,其 主要作用是缩短 T2 时间 ,在T2WI 上呈低信号.Ruehm 等28 报道 ,超顺磁性氧化铁微小颗粒可被动脉粥样硬化斑块中的 巨噬细胞所吞噬 ,在T2WI 上血管壁上的斑块表现为低信号 , 这种现象在高血脂家兔动脉粥样硬化斑块的模型中已得到 证实.现在认为 ,该MRI 造影剂在显示脆性动脉粥样斑块亦 有较大价值. 9 MRI在动脉粥样硬化斑块治疗前、 后随访中的应用 动物实验研究表明 ,MRI 能监测治疗前、 后动脉粥样硬 化斑块的变化.一组实验资料显示 ,低胆固醇饮食治疗后 , 动脉粥样硬化斑块明显缩小29 .近年来 ,开始用 MRI 进行 临床研究 ,在一组30 有家族性动脉粥样硬化史的 60 例患者 中 ,经过 10 年前瞻性 MRI 监测 ,发现 8 例低脂饮食患者斑块 内脂肪含量明显减少 ,斑块无增大 ,处于稳定状态 ,而配对的 8 例非低脂饮食患者斑块有增大趋势 ,脂肪含量增加.这种 监测目前只用于大动脉 ,而冠状动脉和颈动脉则效果不理 想.另一组31 18 例患者无临床症状 ,但血管造影和多普勒 超声证实有颈动脉和主动脉粥样硬化斑块的 ,经低脂饮食 12 个月 ,其间用 MRI 黑血技术进行随访监测 ,发现血管腔及其 斑块的厚度在 6 个月内无明显变化 ,12 个月后复查 MRI ,示 血管壁及斑块明显变薄. 参考文献 : 1 Fayad ZA , Fuster V. 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