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第一部分:4D flow MRI评估健康成人颈动脉血流动力学在不同年龄和解剖部位的变化目的:利用4D flow MRI技术评估不同年龄和解剖位置的健康成人颈动脉血流动力学变化,并探讨其对颈动脉疾病的影响。材料与方法:共纳入了62名年龄在20岁到70岁之间的健康志愿者。对每个受试者行4D flow MRI检查,测量不同解剖位置（近端颈总动脉,远端颈总动脉,近端颈内动脉和远端颈内动脉）的血流动力学参数,包括血流量,血流速度,管壁剪切力（wall shear stress,WSS）,压力梯度（pressure gradient,PG）和能量损耗（energy loss,EL）。将受试者根据年龄分为青年组,中年组和高龄组。单因素方差分析（one-way analysis of variance,ANOVA）用于比较不同年龄组和不同解剖位置间血流动力学参数的差异。独立样本t检验用于比较不同性别之间的差异,配对t检验用于检验左右两侧血管之间的差异和EL在跨过颈动脉分叉部和不跨过颈动脉分叉处的差异。年龄和各血流动力学参数之间的关系用Pearson相关进行相关性分析。P＜0.05被认为具有统计学意义。结果:左右两侧颈动脉所有血流动力学参数均无显著差异（P＞0.05）,因此我们将每侧血管设为单独的样本;近端颈内动脉即颈内动脉起始部处的血流量、血流速度、WSS和PG均显著低于其他部位,血流动力学参数均先呈下降趋势,在颈内动脉起始部达到最低点然后开始上升。不同部位的能量损耗无差异;在不同年龄中,青年组各血流动力学参数（除颈内动脉远端WSS外）均显著高于中年组和高龄组（P＜0.05）,对于中年组和高龄组,血流速度、PG和EL在中年组整体上高于高龄组,其中远端颈总动脉的差异有显著性意义（P＜0.05）,中年组的ELmax高于高龄组（P＜0.05）。WSS（除远端颈内动脉外）、血流速度、压力梯度和能量损失均随年龄增长而降低。结论:4D flow MRI多参数分析发现健康成人颈动脉血流动力学参数随着年龄和解剖位置会发生改变。颈内动脉起始部有较低的血流速度、WSS和PG,并随着年龄增长呈现降低趋势,由于高龄和颈内动脉起始部是颈动脉斑块好发的内在因素,因此,低的血流动力学参数可能与颈动脉斑块的发生有关,此外,不同年龄和位置的血流动力学参数可以为未来颈动脉疾病提供血流动力学的正常对照。第二部分:4D flow MRI评估颈动脉中度狭窄患者易损斑块和非易损斑块管壁剪切力的差异目的:评估颈动脉中度狭窄患者易损斑块和非易损斑块的管壁剪切力（wall shear stress,WSS）的差异,包括轴向WSS,环向WSS,3D WSS,以及心动周期不同时间点的WSS,并确定在斑块易损性中起主导作用的时间点和方向。材料和方法:本研究纳入了30名患者的40支颈动脉（10名患者有双侧颈动脉斑块）。所有患者均接受了高分辨率磁共振血管壁成像（high-resolution magnetic resonance vascular wall imaging,HRMR-VWI）、弥散加权成像（diffusion-weighted imaging,DWI）和4D flow MRI检查。根据HRMR-VWI,DWI和临床症状,将斑块分为24个易损斑块和16个非易损斑块。使用后处理软件处理4D flow MRI计算心动周期整体及不同时期的轴向WSS,环向WSS和3D WSS。采用独立样本t检验比较整个心动周期中易损斑块和非易损斑块WSS的差异,以及心动周期20个不同时间点的WSS的差异,P＜0.05被认为具有统计学意义。结果:在整个心动周期中,易损斑块的轴向、环向和3D WSS均高于非易损斑块,差异均有显著统计学差异（P＜0.05）。本研究中,平均年龄为56.3±9.5岁,相同年龄层正常对照的最大3D WSS和平均3D WSS分别为0.203±0.01pa和0.138±0.01pa,本研究中易损斑块的3D WSS的最大值和平均值分别为0.365±0.052pa和0.210±0.046pa,非易损斑块的最大值和平均值分别为0.281±0.053pa和0.153±0.043pa。因此,在斑块产生后,无论是易损斑块还是非易损斑块,其WSS均增大,但易损斑块较非易损斑块升高更明显。该变化在心动周期20个不同时间点存在差异,舒张期的差异较收缩期更明显,舒张期有显著差异的时间点明显多于收缩期;轴向WSS值明显高于周向WSS,轴向WSS的平均值为0.201±0.035pa,环向WSS为0.042±0.006pa（P＜0.001）,轴向WSS值约为环向WSS值的4倍,轴向WSS在易损斑块和非易损斑块之间有差异的时间点也显著多于环向WSS,3D WSS最能反应易损斑块和非易损斑块之间的差异,它在每个时间点都有显著差异。结论:WSS增加,尤其是舒张期和轴向WSS增加,可能与颈动脉斑块的易损性有关,而易损斑块容易破裂导致脑血管事件,4D flow MRI提供的血流动力学信息能帮助临床医生为中度颈动脉狭窄患者做出更准确的治疗决定。第三部分:基于三维高分辨率血管壁成像鉴别症状性大脑中动脉责任斑块的影像组学研究目的:在有症状的大脑中动脉粥样硬化斑块患者中,采用影像组学的方法在三维高分辨磁共振血管壁成像（3D HRMR-VWI）中鉴别责任斑块,并比较5种不同影像组学方法鉴别责任斑块的效能。材料和方法:将117名患者的139个大脑中动脉粥样硬化斑块按照7:3的比例随机分为训练集和验证集,磁共振检查包括增强前后的3D HRMR-VWI,磁共振血管成像和弥散加权成像,根据磁共振图像和临床症状将斑块分为69个责任斑块和70个非责任斑块。分别在增强前后的3D HRMR-VWI上勾画整个斑块作为感兴趣区（region of interest,ROI）,影像组学模型在增强前后的3D HRMR-VWI构建。采集斑块的传统信息包括斑块特征（斑块直径,最小管腔面积,斑块内出血,最小管腔直径,狭窄率,斑块负荷,强化率和重塑指数）和临床危险因素（性别,年龄,高血压,高血脂,糖尿病,抽烟,饮酒,冠心病史和脑卒中史）。对传统因素进行单因素分析,连续变量采用Mann-Whitney U检验,分类变量采用卡方检验,对单因素分析有预测价值的因素进一步进行多因素logistic回归分析。影像组学模型经过特征提取和特征筛选后分别采用最小绝对收缩选择算子法,随机森林法法,极限学习机法,线性判别分析法和极端梯度提升法进行建模,包括平扫3D HRMR-VWI模型,增强3D HRMR-VWI模型,平扫+增强3D HRMR-VWI模型。采用Delong检验比较不同模型鉴别责任斑块的效能的差异。结果:在传统信息中,只有斑块内出血是识别责任斑块的独立预测因子,斑块内出血在单因素分析和多因素分析中有统计学意义（P＜0.05）;影像组学在识别责任斑块中发挥着重要的作用,其效能要远高于传统信息;增强后3D HRMR-VWI的影像组学特征比平扫3D HRMR-VWI识别责任斑块的效果更好,平扫+增强3D HRMR-VWI的效能最好;在不同的影像组学模型中,极端梯度提升法表现出了最好的效能,且较其他模型更加稳定;最终通过斑块内出血和增强前后3D HRMR-VWI影像组学信息通过极端梯度提升法建立融合预测模型,在训练集中曲线下面积（area under curve,AUC）为0.949,验证集中AUC为0.939。结论:本研究采用的影像组学方法在3D HRMR-VWI可以准确识别症状性大脑中动脉斑块中的责任斑块,极端梯度提升法在影像组学模型中表现出很好的效能,可以为临床鉴别责任斑块提供新方法。