4D-flow MRI技术揭示大鼠单侧颈动脉内皮损伤后血流动力学与血管形态的动态变化

本研究针对动脉粥样硬化早期诊断技术瓶颈，采用7T-MRI结合4D-flow技术，首次在单侧颈动脉内皮损伤（VED）大鼠模型中量化分析血流速度、流量、壁剪切应力（WSS）及血管截面积变化。结果显示损伤侧近端血流速率与WSS显著降低（p<0.05），非损伤侧血管代偿性扩张，为理解动脉粥样硬化血流动力学机制提供非侵入性评估新范式。

　　

动脉粥样硬化作为全球心血管疾病死亡的首要诱因，其早期诊断始终面临技术挑战。传统超声检查虽便捷但仅能评估单截面，而磁共振成像（MRI）虽能多维度分析斑块成分，却缺乏对血流动力学变化的动态捕捉。在此背景下，大阪大学联合团队创新性采用超高场强7T-MRI与4D-flow技术，通过建立大鼠单侧颈动脉内皮损伤模型，首次实现活体水平血流参数与血管形态的同步量化。

研究团队通过球囊导管损伤法构建16只VED模型大鼠，筛选其中5例双侧颈总动脉（CCA）血流确认的个体，以7T-MRI采集三维时间飞跃法（3D-TOF）血管造影及ECG门控4D-flow图像。关键技术包括：160μm各向同性分辨率的3D梯度回波序列、200μm分辨率的四速度编码梯度步进相位对比技术，并采用流体分析软件iTFlow?量化近端、中段、远端CCA的血流速度、WSS（壁剪切应力）及截面积。

血流动力学特征
VED模型损伤侧近端CCA血流速率较对照组降低38%（32.1±7.9 vs 20.0±7.8 μL/beat，p<0.05），WSS下降35%（7.2±1.2 vs 4.7±1.4 Pa），符合"狭窄近端流速降低"的血流动力学规律。4D-flow流线图显示损伤侧血流速度显著减缓，印证了相位对比数据的可靠性。

血管形态重塑
损伤侧远端血管截面积较健侧缩小（0.6±0.2 vs 1.1±0.4 mm²，p<0.05），而健侧近端出现代偿性扩张（1.3±0.3 vs 2.1±0.6 mm²，p<0.05）。这种"损伤侧萎缩-健侧扩张"的双向重塑模式，首次通过4D-flow技术获得三维可视化证据。

机制讨论
研究揭示WSS降低与血流速率下降呈正相关（r=0.82），验证了WSS=流速/血管半径的流体力学公式。值得注意的是，健侧血管通过截面积扩张维持WSS稳态，这与Guyton等提出的"血流-血管直径自适应理论"高度吻合。但模型存在个体差异大、远端评估困难等局限，提示未来需优化麻醉管理并探索高血压等替代模型。

该研究突破性地将4D-flow MRI分辨率提升至亚毫米级，为动脉粥样硬化的血流动力学诊断建立新标准。大阪大学团队证实，7T-MRI可捕捉内皮损伤后毫米级血管的WSS变化，这一技术路径有望转化为临床早期筛查工具，推动心血管疾病的精准防控。论文成果发表于《Scientific Reports》，为血流-血管交互研究提供了范式级方法论。