非對比劑增強MRA對腎動脈成像的價值及技術(shù)進展

張挽時，余麗芳

1.中國人民解放軍空軍總醫(yī)院 磁共振科，北京 100036；2.上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司，上海 201807

非對比劑增強MRA對腎動脈成像的價值及技術(shù)進展

張挽時1，余麗芳2

1.中國人民解放軍空軍總醫(yī)院 磁共振科，北京 100036；2.上海聯(lián)影醫(yī)療科技有限公司，上海 201807

欄目主編：張挽時

空軍總醫(yī)院主任醫(yī)師。文職一級、享受國務院頒發(fā)的政府特殊津貼，空軍級專家，終身榮譽專家，在2015年10月舉行的全軍放射醫(yī)學專業(yè)委員會被授予首席專家和“全軍放射醫(yī)學杰出貢獻獎”?，F(xiàn)任空軍總醫(yī)院醫(yī)技教研室主任，國家級住院醫(yī)師規(guī)范化培訓基地主任，第四軍醫(yī)大學放射科教授，北美放射協(xié)會會員（RSNA member），中國醫(yī)學影像技術(shù)研究會資深理事，并多次任全軍繼續(xù)醫(yī)學教育項目評委主任委員，全軍科技進步獎評審后勤組評審委員，空軍后勤科技進步獎主任評委，總后衛(wèi)生系列高評委付主任委員，北京市醫(yī)學影像質(zhì)量控制和改進中心專家委員會委員。北京醫(yī)科大學研究生畢業(yè)（1979～1982），醫(yī)學碩士，在國內(nèi)較早從事CT和磁共振臨床研究，多次在美國學習和培訓。曾獲軍隊醫(yī)療成果二等獎（第一完成人）和多項軍隊科技進步獎。承擔全軍醫(yī)藥衛(wèi)生科技科研攻關(guān)課題，全軍后勤科研“十二五”重大項目（AKJ11J004）和首都醫(yī)學發(fā)展科研基金項目。主編《臨床MRI鑒別診斷學》，《臨床副鼻竇影像診斷學》和《耳鼻咽喉影像診斷學》三部專業(yè)著作，發(fā)表論文230余篇，擔任多家醫(yī)學影像學雜志編委。

腎動脈狹窄發(fā)病率及危害性越來越受到人們關(guān)注，為此，開發(fā)出一種無創(chuàng)、安全無腎損害且可靠的影像學檢查手段成為一個熱點。本文通過對腎動脈常見的各種影像學檢查手段的優(yōu)缺點進行對比，重點闡述非對比劑增強的磁共振血管成像技術(shù)（NCE-MRA）及研究進展，目的是幫助和指導臨床工作中利用NCE-MRA技術(shù)評估腎動脈狹窄提供依據(jù)。

腎動脈狹窄；磁共振成像；血管成像；對比劑

1 腎動脈成像的現(xiàn)狀

目前，外周血管性疾?。≒eripheral Vascular Disease，PVD）的發(fā)病率越來越高，且具有高致死率[1]。腎動脈狹窄（Renal Artery Stenosis，RAS）就是其中常見的一種外周血管性疾病，引起RAS的原因主要有動脈粥樣硬化、多發(fā)性大動脈炎、肌纖維發(fā)育不良、腎移植術(shù)后腎動脈狹窄等，其中動脈粥樣硬化是最常見病因[2]。有研究表明[3]，在主動脈和下肢動脈狹窄的人群中，有大約35%～50%患者同時伴有腎動脈狹窄。RAS主要臨床表現(xiàn)為難治性高血壓和慢性腎功能不全，隨著病情的發(fā)展，當雙側(cè)腎動脈均發(fā)生嚴重狹窄時，會出現(xiàn)嚴重的腎功能衰竭、左心功能不全甚至左心衰[4]。此外，腹主動脈瘤（Abdominal Aortic Aneurysm，AAA），患者中約22%也同時伴有腎動脈病變；糖尿病伴高血壓的患者中10%左右的人群合并有腎動脈病變。

腎動脈病變的發(fā)病率和危害性遠超出人們的認識，故選擇一種無創(chuàng)、有效且可重復的檢查手段進行早期診斷，確保能夠早發(fā)現(xiàn)、早診斷、早治療，提高患者的治愈率和生活質(zhì)量。

腎動脈的影像學成像手段有多種。數(shù)字剪影血管造影技術(shù)（Digital Substraction Angiography，DSA）被視為診斷腎動脈狹窄的金標準[5]，其優(yōu)點是可清晰顯示腎動脈的解剖結(jié)構(gòu)，明確腎動脈狹窄發(fā)生的部位、狹窄程度、累及范圍及側(cè)支循環(huán)情況[6]。而DSA的缺點在于有創(chuàng)且價格昂貴，大量對比劑的注入可導致嚴重腎損害，還可能加重腎缺血癥狀[5]。此外，DSA僅能顯示腎動脈管腔的狹窄情況，卻無法顯示和評估管壁的結(jié)構(gòu)，對于輕度粥樣硬化斑塊或動脈粥樣硬化發(fā)生正性重構(gòu)的患者會導致誤診甚至漏診[2]。因此，DSA在診斷RAS方面受限，尤其是對于合并多種基礎疾病或腎功能不全的患者，一般不使用DSA進行診斷。

多普勒超聲技術(shù)，安全無創(chuàng)、操作簡便，但會受到操作醫(yī)生的個人經(jīng)驗影響，且對腎動脈遠端的狹窄顯影不足，對于腎動脈評估的整體敏感性和特異性偏低[7]。

計算機斷層血管成像技術(shù)（Computer Tomography Angiography，CTA）和對比劑增強的磁共振血管技術(shù)（Contrast Enhancement-Magnetic Resonance Angiography，CE-MRA）均是通過注射對比劑進行腎動脈顯影，二者具有無創(chuàng)、較高的特異性和敏感性等優(yōu)點[8-10,13]。但基于對比劑碘劑的CTA和Gd-DTPA的CE-MRA檢查手段，其對比劑均有造成腎功能損害或腎纖維化的風險[19]。而多數(shù)腎動脈病變的患者均伴有腎病基礎病史， 故CTA和CE-MRA仍不是最理想的檢查手段。

非對比增強的磁共振血管成像技術(shù)（Non-contrast Enhancement Magnetic Resonance Angiography，Non-CE MRA）由于其無需對比劑即可顯示血管解剖細節(jié)，有效避免了由于各種對比劑帶來的腎功能損害，且無輻射、可重復性高，免去了注射造影劑導致過敏反應的隱患，有利于有腎病基礎病史，或／和合并糖尿病、高血壓的患者進行腎動脈檢查。因此，non-CE MRA越來越受到學者們的關(guān)注，經(jīng)過大量的研究表明它將有望取代CTA和CE-MRA，尤其是對于腎動脈的顯像和狹窄判斷。本文重點介紹腎動脈非對比增強的MRA成像方法、原理、優(yōu)點及不足，以利于臨床合理應用。

2 Non-CE MRA對腎動脈顯影的進展及臨床應用

隨著磁共振硬件的不斷進步，各種非對比劑增強的磁共振血管成像技術(shù)也在不斷的優(yōu)化和更新。針對腎動脈顯影的Non-CE MRA技術(shù)，主要有時間飛躍（Time of Fly，TOF）法MRA、相位對比（Phase Contrast，PC）法MRA和流入增強的平衡式自由穩(wěn)態(tài)進動配合翻轉(zhuǎn)恢復（Inflow Balance-SSFP with IR Saturation）的MRA方法。

2.1 TOF MRA

TOF MRA最早發(fā)明于1980年，是目前臨床應用最為廣泛的一種MR血管成像方法，其原理是利用血液的流入增強效應，通過快速擾相T1WI序列采集，成像容積及層面內(nèi)的靜止組織被反復激發(fā)處于飽和狀態(tài)，從而抑制靜止的背景組織；成像容積之外的血液由于沒有受到射頻脈沖的飽和，顯示出較高信號，與靜止組織間形成較好對比，繼而達到無需造影劑顯示血管的目的。

（1）優(yōu)勢：無創(chuàng)、無需造影劑、安全。

（2）劣勢：對于腎動脈TOF MRA相關(guān)的研究主要集中在1989年～1994年[14-18]，研究者發(fā)現(xiàn)TOF MRA基于層與層之間的流入增強效應，對于層面內(nèi)的流動不敏感[16]，故對于腎動脈層面內(nèi)遠端的血管顯影不佳。此外，會有高估血管狹窄程度或者出現(xiàn)對狹窄血管不顯影的情況[17]。病例1～3，源自Louberre和 Revel等人的研究[18]，TOF-MRA對于腎動脈的顯示，主要集中在腎動脈主干，遠端無法正常顯示，主要原因是層面內(nèi)遠端腎動脈分支質(zhì)子失相位可加速導致局部信號缺失，故TOF-MRA會遺漏腎動脈遠端及分支狹窄的檢出（圖1）。當遠端腎動脈存在動脈瘤時，TOF-MRA腎動脈遠端血流質(zhì)子失相位加速也會出現(xiàn)局部信號急劇下降，導致誤診或漏診。由于TOF MRA本身技術(shù)的局限性，限制其在臨床上對于腎動脈顯像的廣泛應用。因此，目前TOF MRA主要被應用于流速較快的頭頸血管MRA顯像和下肢血管顯影中，而不再用于腎動脈檢查。

圖1 TOF MRA和DSA圖像對比

2.2 PC MRA

隨著磁共振梯度系統(tǒng)的不斷完善，科學家們于1989年利用雙極梯度即大小相等，持續(xù)時間相同，方向相反的梯度場，記錄流動所致的宏觀橫向磁化矢量的相位變化，抑制背景，突顯血管信號，這種技術(shù)就是相位對比MRA（Phase Contrast MRA，PC MRA）。

PC MRA記錄的是流動血液的相位變化，在施加雙極梯度場期間，流動質(zhì)子的相位變化與流速有關(guān)，流動越快，相位變化越明顯，利用獲得的相位差來顯示血管影像即得到PC MRA的圖像。同時，可通過流速編碼梯度場調(diào)整觀察流動質(zhì)子的相位變化，檢測出流動質(zhì)子的流動方向、流動速度和流量等信息。PC MRA能反映最大相位變化是180°，如果流速編碼設置超過180°會誤判為反向血流，如果流速編碼明顯小于實際流速，流體的相位變化太小，與靜止組織無法區(qū)別，故選擇合適的流速編碼十分關(guān)鍵。一般將其設置為靶血管最大流速的120%最佳。除了流速編碼大小設置很重要，對于流速編碼的方向選擇也是有規(guī)律的，只有沿著流速編碼方向的流動質(zhì)子才會產(chǎn)生相位變化，如果血管垂直于編碼方向，在PC MRA上無法觀察。

PC MRA技術(shù)得到的圖像一般有3組，以頭顱PCA MRA為例，圖2A代表FFEM梯度回波的幅度圖，提供所有解剖信息，包括靜止的背景軟組織以及流動的組織信息，如血管、腦脊液；圖2B代表PCAM相位對比血管成像的幅度圖，僅提供有流動的組織信息，該圖像可通過最大密度投影顯示動脈、靜脈MRAMRV圖像，信號越強，流動越快，反之越慢，PCA幅度圖僅與流速有關(guān)，不包含血流方向信息；圖2C代表PCAP相位對比血管成像的相位圖，提供流速、流向及定量信息，與流速編碼方向相同的正向血流表現(xiàn)為高信號，且信號越強流速越快，與流速編碼方向相反的反向血流表現(xiàn)為低信號，流速越大，信號越低，故PCA相位圖主要用于觀察血流方向、流速和流量的定量分析。

圖2 PC MRA圖像

肺動脈PCA MRA，見圖3。圖3A沒有流動方向信息，流動的所有動脈都顯示高信號，背景靜止組織為低信號；圖3B中背景靜止組織為中等信號，正向血流——升主動脈和肺動脈為高信號，反向血流——降主動脈則顯示為低信號。

圖3 肺動脈PCA MRA

PC MRA對比TOF MRA的優(yōu)勢：① 背景組織抑制好，有利于小血管的顯影；② 有利于慢血流的顯示，適用于靜脈的檢查；③ 可進行血流定量分析。劣勢：① 成像時間長；② 對于血管湍流和血管走行方向改變引起的失相位敏感。

科學家們利用PC MRA的方法研究腎動脈曾有少量報道[20-21]，病例4是Silverman等[20]學者利用PCA MRA和DSA對比研究腎動脈狹窄，結(jié)果顯示PC MRA方法對于腎動脈主干的顯示效果尚可，可作為一種評估高血壓患者腎動脈狹窄的初步無創(chuàng)的篩查手段（圖4）。同時也指出PC MRA的缺點，掃描時間過長，而且易受到被檢者呼吸運動影響，且對于流速編碼的速度選擇要求高。由于PC MRA技術(shù)的局限性，對于腎動脈非對比劑PC MRA的相關(guān)研究也逐漸減少。

圖4 PCA MRA和DSA對比研究腎動脈狹窄

2.3 流入B-SSFP MRA

流入增強的平衡式自由穩(wěn)態(tài)進動配合翻轉(zhuǎn)恢復的MRA（Inflow Balance-SSFP with IR Saturation MRA）技術(shù)是近十年非對比增強腎動脈MRA技術(shù)中研究最多且最受到學者們關(guān)注的一種Non-CE MRA技術(shù)。

該技術(shù)是基于Balance-SSFP平衡式自由穩(wěn)態(tài)進動序列自身特性，利用其權(quán)重取決于T2/T1的比值，血液的T2值較長，T2/T1比值較大，因此，血液和軟組織形成較好的對比，圖像上呈現(xiàn)出明顯的高信號，達到無需對比劑血管顯像的效果。在此基礎上，再配合翻轉(zhuǎn)恢復脈沖（Inversion Recovery Saturation Pulse，IR Saturation），進一步抑制背景軟組織和靜脈。各大廠家中該序列名各不相同，但基本原理是相似的。

（1）基本原理：在感興趣區(qū)施加一個或多個180°射頻脈沖，這些飽和脈沖將背景軟組織和靜脈血飽和，而新鮮流入的動脈血未被飽和。選擇一個適當?shù)姆D(zhuǎn)時間，背景組織幾乎完全被飽和，此時立即利用三維的b-SSFP序列采集血液信號（圖5）。

圖5 流入b-SSFP MRA成像原理示意圖

（2）門控技術(shù)：為減輕上腹部以及胸廓、心臟的運動干擾，一般會配合呼吸門控技術(shù)和心電門控技術(shù)。

（3）壓脂技術(shù)：各大廠家又會在此技術(shù)基礎上，做細微的差別和衍生優(yōu)化，例如，在b-SSFP序列采集之前加一個壓脂脈沖，如頻率選擇壓脂（SPIR）、水激發(fā)壓脂或者Dixon水質(zhì)分離壓脂技術(shù)（圖6），這些方法是為了背景脂肪抑制更徹底，以保證血管顯影效果更好。

圖6 流入b-SSFP MRA成像衍生示意圖

由于該技術(shù)對腎動脈的顯示較TOF MRA和PCA MRA清晰且成熟，為此近些年相關(guān)的研究很多，如腎動脈狹窄的研究、腎移植術(shù)前供體腎動脈的評估、腎移植術(shù)后腎動脈的評估等。

2.3.1 腎動脈狹窄評估

Albert 等[22]學者通過探討包括美國、歐洲以及亞洲人群在內(nèi)的多中心研究結(jié)果顯示利用Time-SLIP方法對比CTA評估腎動脈狹窄，其敏感性、特異性及準確率分別是74%、93%和90%，與CTA的顯示結(jié)果對比無統(tǒng)計學差異，類似這種技術(shù)腎動脈狹窄顯像的對比研究[23-28]均顯示Inflow Balance-SSFP with IR Saturation這種非對比增強的MRA技術(shù)具有顯著的可靠性，并有望成為替代以往DSA、CTA或CE-MRA有創(chuàng)、需要對比劑的血管顯影手段，尤其是對于合并有腎功能損害的患者。Wyttenbach等[29]利用SSFP MRA和CE-MRA對比評估腎動脈狹窄，其研究結(jié)果對比CE-MRA，SSFP MRA技術(shù)對于≥50%的RAS具有高敏感性和可重復性，但對于有RAS的患者，SSFP MRA在部分病人中存在評估過度現(xiàn)象，可能與近端腎動脈狹窄會導致遠端血流質(zhì)子失相位加速有關(guān)。因此，利用MR的方法來評估RAS的手段時，建議可先利用 SSFP MRA技術(shù)篩查，如結(jié)果正常則無需進一步做其他檢查，如有明顯腎動脈狹窄，可進一步加做檢查和治療。

2.3.2 腎移植供體術(shù)前腎動脈評估

活體腎移植已成為晚期腎衰竭患者最有效的一種治療手段，由于腎動脈解剖變異的高發(fā)生率，其中多腎動脈發(fā)生率高達19%～40%，近端分支發(fā)生率10%左右[30-31]，合并有多腎動脈的供體會增加外科手術(shù)的并發(fā)癥。更關(guān)鍵的是副腎動脈和腎動脈早分支的出現(xiàn)以及腎靜脈系統(tǒng)的變異將會影響腎供體的選擇[32-33]。因此，術(shù)前準確的評估腎動脈解剖分支、數(shù)量、有無腎動脈早分支以及腎靜脈的位置尤為關(guān)鍵[30-31]。

早期的一些研究表明SSFP MRA的技術(shù)可替代CEMRA判斷動脈粥樣硬化性腎動脈狹窄[34-35]，但是對于腎移植供體研究的作用尚待探討，主要是由于其有限的視場（Field of View，F(xiàn)OV）會導致副腎動脈評估失準[36]。之后的一些學者通過將非對比劑增強的SSFP MRA技術(shù)和CE-MRA比較研究，考慮到SSFP MRA的FOV限制，使用高分辨的軸位和冠狀位BFFE SSFP序列得到大FOV準確的血管定位圖，然后利用此圖來定位，掃描SSFP-MRA，SSFP MRA與CE-MRA成像對比研究，見圖7[37]。研究結(jié)果顯示，對于腎動脈主干CE-MRA的效果好，對于遠端的分支顯示，SSFPMRA顯示優(yōu)于CE-MRA，且整體SSFP-MRA不論是對于腎動脈主干還是副腎動脈、腎動脈近端早分支的顯示均可以保持在穩(wěn)定、高質(zhì)量水平（病例5～7），此結(jié)果與之前Lanzman和Braghetti等[26,38]的研究幾乎是一致的。

圖7 SSFP MRA與CE-MRA成像對比研究

2.3.3 腎移植受體術(shù)后腎動脈評估

移植后腎動脈狹窄（Transplant Renal Artery Stenosis，TRAS）是腎移植后高發(fā)的并發(fā)癥，也易引起高血壓和移植腎功能不全。腎移植受體中有高達23%的患者會出現(xiàn)TRAS，且最好發(fā)于吻合口處[39-40]，還有部分發(fā)生在腎動脈主干處[41]。

非對比劑增強的MRA評估移植腎動脈狹窄最初是利用PCA[42]和TOF[43]的方法，PCA十分耗時，原因是由于回波時間和流速編碼值需要不斷的調(diào)整以適用于狹窄的血管帶來的湍流的影響。TOF法MRA由于飽和效應對于外周腎動脈的顯示不佳[44]，常出現(xiàn)在有湍流的血管中，而移植腎一般位于髂窩中，對于移植血管常會出現(xiàn)飽和效應產(chǎn)生偽影[45]。

SSFP MRA技術(shù)可得到持續(xù)良好的血管信號，由于該序列本身利用3個方法的平衡梯度去流動補償，此外該技術(shù)對比取決于T2/T1的比值，故對比度好，信噪比高，掃描時間適中，且不會受到血流流速太大的影響。另外，對比其他非對比劑增強的MRA技術(shù)，利用SSFP-MRA評估TRAS的突出優(yōu)勢為由于移植腎大多位于髂窩，而此部位對于呼吸運動不敏感，無需呼吸門控來減少呼吸運動偽影，極大地縮短了掃描時間。

Lanzman等[26]利用SSFP MRA對腎移植術(shù)后腎動脈進行評估，結(jié)果發(fā)現(xiàn)其對≥50%以上TRAS的評估敏感性為100%，特異性為88%，與類似的研究結(jié)果[43,46-48]一致。因此可認為，對于可疑腎移植術(shù)后有TRAS且對造影劑過敏或不適用的患者，SSFP MRA是一種安全可靠有潛力的檢查手段（病例8和9，圖8）。

Coenegrachts等[49]的研究指出，SSFP MRA對于部分病例有過度評估的現(xiàn)象，提示SSFP MRA可能會過度評估狹窄程度。此外，利用施加翻轉(zhuǎn)脈沖的SSFP-MRA技術(shù)的另一個缺點是翻轉(zhuǎn)脈沖將背景抑制，導致靜脈無法清晰顯示。靜脈相關(guān)的并發(fā)癥，如腎靜脈血栓、腎靜脈狹窄也是腎移植術(shù)后會出現(xiàn)的并發(fā)癥之一，盡管其發(fā)生率并不高[50-51]。

圖8 SSFP MRA與DSA成像對比研究

3 小結(jié)

目前，非對比增強的MRA成像技術(shù)對于腎動脈狹窄的評估研究已取得了很大進展，尤其是近幾年研究最多的SSFP MRA技術(shù)，有望成為一種無創(chuàng)、準確且安全的腎動脈狹窄評估的檢查手段，尤其是對伴有腎功能不全的患者具有廣闊的臨床應用前景。

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Development of Non-contrast Enhancement MR Angiography for Renal Artery

ZHANG Wan-shi1, YU Li-fang2
1. Department of MRI, Air Force General Hospital of PLA, Beijing 100036, China; 2. Shanghai United Imaging Healthcare Co.,ltd., Shanghai 201807, China

Due to the fact that patients with renal artery stenosis are always associated with renal insuffi ciency, people begin to pay more and more attention to the incidence and harmfulness of renal artery stenosis. Therefore, it is necessary to find a reliable, safe, and noninvasive way to diagnose this disease accurately. In this article, we compare the advantages and disadvantages of various MR angiography of renal artery. The paper specifically focuses on the development of non-contrast enhancement MR angiography for renal artery in order to help to guide the clinical practice.

renal artery stenosis; magnetic resonance imaging; angiography; contrast agents

R6

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2016.01.002

1674-1633(2016)01-0006-07

2015-11-17

張挽時，教授，空軍總醫(yī)院放射科主任醫(yī)師，北美放射協(xié)會（RSNA）會員。

通訊作者郵箱：cjr.zhangwanshi@vip.163.com