快速與標(biāo)準(zhǔn)三維時(shí)間飛躍法MRA在顱內(nèi)動(dòng)脈成像的對(duì)比研究

馮飛，趙武貽，李中華，戴懿，朱熠，鄧靈波，鄒立秋*

1.北京大學(xué)深圳醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科，深圳 518036

2.西門子深圳磁共振有限公司，深圳518057

標(biāo)準(zhǔn)的顱內(nèi)三維時(shí)間飛躍法(3D time of flight，3D TOF)磁共振血管成像(magnetic resonance angiography，MRA)是評(píng)價(jià)顱內(nèi)血管病變的一種可靠的方法，臨床上已被廣泛應(yīng)用[1-2]。但采集時(shí)間長，成像時(shí)間需要5～7 min，不適于大范圍掃描。許多患者因各種原因不能配合而未能完成檢查。在標(biāo)準(zhǔn)3D TOF序列基礎(chǔ)上，快速三維時(shí)間飛躍法(3D Fast-TOF)MRA優(yōu)化參數(shù)，在施加一次飽和脈沖時(shí)，進(jìn)行4次K空間采集，明顯縮短了掃描時(shí)間，將掃描時(shí)間降至約3 min。本研究的目的是比較3D Fast-TOF MRA序列與標(biāo)準(zhǔn)3D TOF MRA序列的圖像質(zhì)量、偽影及顯示血管各級(jí)分支、信噪比等，探討3D Fast-TOF MRA序列的臨床應(yīng)用的可行性。

1 資料與方法

本研究得到醫(yī)院學(xué)術(shù)倫理審查委員會(huì)批準(zhǔn)，掃描前簽署知情同意書。

1.1 研究對(duì)象

本研究收集2014年9月至2014年10月對(duì)臨床上懷疑顱內(nèi)動(dòng)脈病變的34例檢查者進(jìn)行標(biāo)準(zhǔn)的TOF MRA序列掃描后，加掃3D Fast-TOF MRA序列。2例不能同時(shí)順利完成3D Fast-TOF MRA和標(biāo)準(zhǔn) 3D TOF MRA掃描，1例由于運(yùn)動(dòng)偽影、圖像質(zhì)量較差，未納入統(tǒng)計(jì)。共31例檢查者順利完成掃描，男15例，女16例，年齡18～83歲，平均(51.48±20.06)歲。排除標(biāo)準(zhǔn)包括MRI 檢查禁忌證，包括安裝心臟起搏器、幽閉恐懼癥及顱內(nèi)手術(shù)史等。

1.2 掃描方法

采用Siemens 3.0 T MAGNETOM Spectra MR掃描機(jī)。采用16通道頭頸聯(lián)合線圈，所有患者均采取仰臥位。MRI 檢查包括常規(guī)MRI 掃描頭部T1WI、T2WI和FLAIR序列，之后分別進(jìn)行快速3D TOF MRA序列和標(biāo)準(zhǔn)3D TOF MRA序列掃描，掃描參數(shù)見表1。

1.3 圖像后處理及評(píng)價(jià)

使用Sygno工作站，經(jīng)最大強(qiáng)度投影(maximum intensity projection，MIP)重建、圖像分割及圖像分析。

圖像質(zhì)量評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)，采用5級(jí)分法對(duì)圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分[3]：5分：圖像質(zhì)量好，動(dòng)脈邊緣銳利，無圖像模糊或偽影，完全符合診斷要求；4分：圖像質(zhì)量良好，動(dòng)脈邊緣較銳利，信號(hào)較均勻，圖像輕度模糊或偽影，符合診斷要求；3分：圖像質(zhì)量一般，動(dòng)脈結(jié)構(gòu)能夠辨認(rèn)，圖像中度模糊或偽影，不影響診斷分析；2分：圖像質(zhì)量差，動(dòng)脈血管輪廓不清，大致能夠辨認(rèn)，信號(hào)不均，但有明顯偽影，不符合診斷要求；1分：圖像質(zhì)量極差，動(dòng)脈血管顯示不清，圖像模糊、偽影很多，完全不能用于診斷。

頸內(nèi)動(dòng)脈分支評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)：動(dòng)脈主干顯示為1分，一級(jí)分支顯示為2分，二級(jí)分支(豆紋動(dòng)脈)顯示為3分，三級(jí)分支顯示為4分。

信號(hào)測(cè)量，分別在3D Fast-TOF MRA圖像及標(biāo)準(zhǔn)3D TOF MRA原始圖像上測(cè)量基底動(dòng)脈中段的信號(hào)強(qiáng)度(signal intensity，SI)、同層腦干的信號(hào)強(qiáng)度(SIm)及同層水平的背景噪聲標(biāo)準(zhǔn)差(SDn)。計(jì)算信噪比(signal-to-noise ratio,SNR；SNR=SI/SDn)和對(duì)比噪聲比(contrast-to-noise ratio,CNR；CNR=(SI-SIm)/SDn)[3]。

表1 標(biāo)準(zhǔn)3D TOF MRA序列與快速3D TOF MRA掃描參數(shù)Tab.1 Acquisition parameters for standard 3D-TOF MRA and fast 3D-TOF MRA

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 19.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析。采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較3D Fast-TOF及標(biāo)準(zhǔn)TOF序列的頸內(nèi)動(dòng)脈分支顯示情況、圖像質(zhì)量(包括偽影)及SNR、CNR。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

研究的34例檢查者在兩種檢查中，2例不能同時(shí)完成Fast-TOF MRA及C-TOF MRA掃描，1例由于運(yùn)動(dòng)偽影、圖像質(zhì)量較差，未納入統(tǒng)計(jì)。共31例順利完成掃描(圖1)。

3D Fast-TOF MRA序列掃描時(shí)間約3.31 min，標(biāo)準(zhǔn)掃描序列掃描時(shí)間約5.28 min。兩組頸內(nèi)動(dòng)脈分支顯示評(píng)分、圖像(包括偽影)評(píng)分、信噪比、對(duì)比噪聲比結(jié)果見表2。3D Fast-TOF在頸內(nèi)動(dòng)脈分支顯示評(píng)分高于標(biāo)準(zhǔn) 3D TOF，二者有明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.05)。

表2 頸內(nèi)動(dòng)脈分支顯示評(píng)分、圖像質(zhì)量、偽影評(píng)分及信噪比、對(duì)比噪聲比Tab.2 Scores of depiction of carotid artery,image quality,SNR and CNR

所有31例檢查中，快速TOF有26例顯示豆紋動(dòng)脈，標(biāo)準(zhǔn)TOF有21例顯示豆紋動(dòng)脈。經(jīng)t檢驗(yàn)，兩組間的圖像質(zhì)量、SNR、CNR差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＞0.05)。

圖1 45歲，女性患者，A～C為標(biāo)準(zhǔn)3D TOF序列圖像，D～F為快速3D TOF圖像。A、D為基底動(dòng)脈中段水平軸位圖像；B、E為橫軸位MIP投影圖像；C、F顯示左側(cè)豆紋動(dòng)脈圖像 圖2 3D TOF施加靜脈飽和脈沖圖。A：標(biāo)準(zhǔn)3D TOF序列圖為一個(gè)飽和脈沖(藍(lán)色框內(nèi))緊跟著一個(gè)k空間數(shù)據(jù)(黃色框內(nèi))采集脈沖；B：快速3D TOF序列圖為一個(gè)飽和脈沖緊跟著4個(gè)k空間數(shù)據(jù)(黃色框內(nèi))采集脈沖Fig.1 T1-Weighted gradient-echo in a 45-years-old female patient.A—C,standard 3D-TOF image; D—F,fast 3D-TOF image.Axial image in the middle segment of basilar artery(A,D); Transverse MIP Image(B,E); Left lenticulostriate artery(C,F).Fig.2 Venous saturation pulse of 3D TOF.A:Venous saturation pulse(blue box)followed by one k space data(yellow box)of standard 3D TOF sequence; B:Venous saturation pulse(blue box)followed by four k space data(yellow box)of Fast 3D TOF sequence.

3 討論

3DTOF技術(shù)是利用“流入增強(qiáng)效應(yīng)”成像。采用小角度梯度回波，靜態(tài)組織在短TR脈沖反復(fù)激勵(lì)下，質(zhì)子受到抑制、趨于飽和，如顱內(nèi)的腦脊液、灰質(zhì)及白質(zhì)信號(hào)，圖像顯示為明顯低信號(hào)；而快速流動(dòng)的血液流入掃描層面，成像過程中經(jīng)歷的射頻脈沖個(gè)數(shù)少而沒被飽和，仍保持完整的自旋，能產(chǎn)生較強(qiáng)的信號(hào)，與靜態(tài)組織形成信號(hào)對(duì)比；層面越薄，TR時(shí)間越短，背景抑制越好，從而不需要注射增強(qiáng)對(duì)比劑便可以對(duì)血管成像[4-6]。在顯示顱內(nèi)腦血管解剖、評(píng)估顱內(nèi)血管病變等3D TOF MR是一種可靠的、無創(chuàng)傷性的檢查手段[7-8]，也應(yīng)用于其他部位的血管病變的檢查[9]。但對(duì)顱內(nèi)動(dòng)脈成像時(shí)，為了去除流動(dòng)靜脈信號(hào)，需要采用靜脈抑制技術(shù)[10-11]。傳統(tǒng)TOF靜脈信號(hào)抑制序列如圖2A所示，圖中在采集每一個(gè)k空間數(shù)據(jù)采集之前(黃色框內(nèi)脈沖)，都在遠(yuǎn)心端區(qū)域施加一個(gè)靜脈飽和脈沖(藍(lán)色框內(nèi)脈沖)，它激發(fā)了成像區(qū)域以外，靠近遠(yuǎn)心端的顱頂區(qū)域信號(hào)，再通過損毀梯度飽和顱頂區(qū)域所有組織信號(hào)，包括其中靜脈信號(hào)[1，12]。經(jīng)過一小段時(shí)間后，一般為幾毫秒，對(duì)感興趣區(qū)進(jìn)行掃描，由于靜脈血液一般從遠(yuǎn)心端的顱頂流入感興趣區(qū)，所以此時(shí)感興趣區(qū)中靜脈血液為剛剛飽和過的靜脈血，成像顯示為低信號(hào)，最后得到圖像只剩下動(dòng)脈信號(hào)，從而達(dá)到動(dòng)脈血管成像目的。但由于靜脈飽和脈沖加上損毀梯度時(shí)間比較長，且每采集一個(gè)k空間數(shù)據(jù)，都必須施加一次靜脈飽和脈沖，所以成像時(shí)間比較長，需要5～7 min，許多患者因各種原因不能配合而完成檢查?；诒伙柡偷撵o脈信號(hào)恢復(fù)需要一段時(shí)間的事實(shí)，因?yàn)檠航M織的T1值一般為1～3 s，從飽和到信號(hào)恢復(fù)需要幾百毫秒。序列如圖2B所示，每施加一次靜脈飽和脈沖，緊跟著多個(gè)k空間采集激發(fā)脈沖，本圖例顯示為4個(gè)，從而節(jié)省了靜脈飽和脈沖數(shù)量，縮短了總體掃描時(shí)間，同時(shí)不降低圖像質(zhì)量。滿足靜脈抑制要求，是本研究的目的。本文采用快速三維時(shí)間飛躍法(Fast-TOF)MRA，在施加一次飽和脈沖后，進(jìn)行多次k空間采集，明顯縮短了掃描時(shí)間，將掃描時(shí)間降至約3 min。

本研究中，3DFast-TOF MRA與標(biāo)準(zhǔn)3DTOF MRA相比，3D Fast-TOF MRA在重新設(shè)計(jì)掃描序列后明顯縮短掃描時(shí)間，掃描時(shí)間為3.31 min；在顯示顱內(nèi)動(dòng)脈分支優(yōu)于標(biāo)準(zhǔn)的TOF序列，而二者的圖像質(zhì)量、信噪比和對(duì)比噪聲比等無明顯差異。從掃描參數(shù)比較，二者在矩陣、體素及圖像后處理技術(shù)等基本相同。

本研究顯示3D Fast-TOF MRA基于標(biāo)準(zhǔn)的3D TOF MRA序列，在圖像空間分辨率、信噪比、對(duì)比噪聲比無明顯改變下，在每次施加靜脈飽和脈沖后施加了4次k空間數(shù)據(jù)采集脈沖，明顯縮短掃描時(shí)間，提高工作效率。

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