3D-T1WI-MATRIX技術(shù)在下肢深靜脈血栓中的應用價值

鐘佳利，彭如臣，楊新穎，宋海龍，高會華

深靜脈血栓(deep vein thrombosis，DVT)是臨床中較為常見的由于血液在下肢深靜脈處的不正常凝結(jié)所引起的疾病，由于血液回流受阻，患者多會出現(xiàn)下肢腫脹、疼痛等癥狀。其并發(fā)癥包括肺動脈栓塞(pulmonary embolism，PE)和血栓后綜合征(post thrombosis syndrome，PTS)，可導致長期殘疾或死亡[1-2]。因此，早期診斷下肢深靜脈血栓，并及時制訂合理的診療方案對患者的康復和預后尤為重要[3-5]。但由于下肢深靜脈血栓沒有特別典型的臨床表現(xiàn)，現(xiàn)階段的診斷嚴重依賴客觀檢查如多普勒超聲檢查。超聲檢查作為一種簡便經(jīng)濟的檢查手段，但其對小體積血栓的檢出率不高，且敏感性和特異性受檢查者經(jīng)驗與手法的影響，從而導致超聲檢查對DVT的診斷價值具有一定的局限性，因此超聲檢查適用于DVT患者的篩查和初步檢測[6]。其他檢查方法如下肢靜脈造影檢查(deep vein thrombosis，DSA)為有創(chuàng)性檢查，CT下肢靜脈血管成像(computed tomography venography，CTV)與MRI下肢靜脈血管成像(contrast-enhanced MR venography，CE-MRV)雖為無創(chuàng)性檢查，但同樣需經(jīng)靜脈注射對比劑以幫助成像[7-8]。因此尋求一種簡便，無創(chuàng)性的檢查，同時可以較好地顯示所有時期的血栓是現(xiàn)階段的研究熱點。磁共振直接血栓成像(magnetic resonance direct thrombus imaging，MR-DTI)是一種利用血栓的短T1效應直接成像的磁共振技術(shù)，無需注射釓對比劑即可清晰顯示下肢靜脈內(nèi)的血栓，同時可以在一定程度上區(qū)分血栓所處的時期[9]。本研究中基于磁共振調(diào)制反轉(zhuǎn)角成像(modulated flip angle technique in refocused imaging with extended echo train，MATRIX)技術(shù)和此前較多應用的三維磁化準備快速梯度回波(magnetization prepared rapid acquisition gradient echo，MPRAGE)技術(shù)均基于MR-DTI原理進行成像，筆者將就兩者圖像信噪比、對比噪聲比、偽影，以及能否清晰顯示靜脈與周圍組織解剖結(jié)構(gòu)并滿足臨床診斷需要進行深入探討。

1 材料與方法

1.1 研究對象

選取2018年2月至2018年10月來我院血管外科就診，經(jīng)臨床表現(xiàn)，多普勒超聲檢查以及D-二聚體檢查確診為DVT的患者20例，其中男性12例，女性8例，年齡范圍35～84歲。所有患者均順利完成檢查得到清晰可用的磁共振影像。

1.2 研究儀器

(1)中國聯(lián)影公司uMR 770 3.0 T超導型磁共振儀。(2) 12通道相控陣體線圈，24通道相控陣脊柱線圈。

1.3 檢查方法及掃描參數(shù)

患者仰臥于檢查床，足先入，于下腹部纏繞束腹帶以減少腹部呼吸所產(chǎn)生的偽影，將體線圈覆蓋于下腹部至大腿中上段區(qū)域。先使用2D-PC-MRV確定下腔靜脈至股靜脈范圍，然后對患者進行冠狀位3D-T1WIMATRIX序列和冠狀位3D-T1WI-MPRAGR序列檢查，掃描范圍自下腔靜脈下段水平至股靜脈中下段水平，具體參數(shù)見表1。

1.4 圖像處理

所有圖像傳入聯(lián)影圖像后處理工作站(uWS-MR，中國，上海)，對MATRIX與MPRAGE的冠狀位圖像進行軸位多平面重建(multiplane reconstruction，MPR)，層厚1 mm，層間隔0 mm，以及曲面重建(cured planar reconstruction，CPR)，重建范圍下腔靜脈至股靜脈主干血管。

1.5 圖像質(zhì)量的客觀評價

1.5.1 信噪比(SNR)的測量和計算方法

SNR=SI肌肉/SD噪聲，SI肌肉為股四頭肌信號值，感興趣區(qū)(region of interest，ROI)測量于軸位圖像股四頭肌區(qū)域，設(shè)定為圓形，大小10 mm2，SD噪聲測量于圖像兩側(cè)相位編碼方向上的空白區(qū)域，ROI設(shè)定為圓形，大小10 mm2，取背景噪聲的標準差作為計算值。

1.5.2 血栓-血液-對比噪聲比(CNR)的測量和計算方法

CNR=(SI血栓-SI血液)/SD噪聲，其中SI血栓為靜脈血栓最佳層面的信號值，ROI設(shè)定為圓形，大小10 mm2，SI血液為正常髂靜脈信號值，ROI設(shè)定為圓形，大小10 mm2，SD噪聲同1.5.1中測量值。

1.6 圖象質(zhì)量的主觀評價

隱藏患者信息，將20例患者的MATRIX與MPRAGE序列的MRP軸位重建圖分成5個節(jié)段，分別為下腔靜脈段、髂總靜脈段、髂外靜脈段、股靜脈上段與股靜脈中下段，共200個片段。設(shè)計5分制評分表，由2名有經(jīng)驗的影像科醫(yī)師獨立對圖像各片段的偽影情況、組織與血管解剖結(jié)構(gòu)，以及能否滿足診斷需求進行主觀評分，意見不一致時，討論并達成統(tǒng)一意見，具體評分標準見表2。

表1 3D-T1WI-MATRIX、3D-T1WI-MPRAGE序列掃描參數(shù)Tab. 1 Imaging parameters of MATRIX and MPRAGE in the study

1.7 統(tǒng)計學分析

所有實驗數(shù)據(jù)均采用SPSS 21.0進行統(tǒng)計學分析，應用Wilcoxon配對秩和檢驗對圖像客觀與主觀評價結(jié)果進行比較，各數(shù)據(jù)均采用x±s，以P＜0.05認為差異具有統(tǒng)計學意義。

表2 圖像質(zhì)量5分制主觀評價表Tab. 2 Five-point scale for subjective evaluation of image quality

表3 MATRIX與MPRAGE序列SNR與血栓-血液CNR結(jié)果比較(x±s)Tab. 3 Quantitative and statistical analysis results for the SNR and CNR comparison of MATRIX and MPRAGE (x±s)

2 結(jié)果

2.1 SNR的測量

20例DVT患者3D-T1WI-MATRIX和3D-T1WIMPRAGE序列圖像在大腿股四頭肌處的SNR結(jié)果(表3)，MATRIX序列的SNR明顯高于MPRAGE序列，兩者之間具有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。

表4 MATRIX與MPRAGE序列在下肢靜脈不同節(jié)段的圖像質(zhì)量比較(x±s)Tab. 4 Quantitative and statistical analysis results for the subjective evaluation of image quality comparison of MATRIX and MPRAGE (x±s)

圖1 同一患者，女，51歲，右側(cè)髂外靜脈血栓，血管壁周圍血栓處于亞急性期，管腔中心血栓處于慢性期。1A、B為髂外靜脈冠狀位CPR重建圖同一層面的圖像。A：3D-T1WI-MPRAGE，見右側(cè)髂外靜脈血栓呈混雜信號(白箭)，對側(cè)髂外靜脈呈現(xiàn)中等信號(黑箭)，管腔中心的血栓信號與對側(cè)靜脈血液信號相近，不易區(qū)分；B：3D-T1WI-MATRIX，見右側(cè)髂外靜脈混雜信號(白箭)，對側(cè)髂外靜脈呈現(xiàn)低信號(黑箭)，由圖像可知右側(cè)髂靜脈內(nèi)全部為血栓；C、D：分別為原始冠狀位3D-T1WI-MPRAGE與3D-T1WI-MATRIX的MPR軸位重建圖像以顯示血栓(白箭)與周圍組織結(jié)構(gòu)關(guān)系 圖2 A、B分別為該患者原始冠狀位3D-T1WI-MPRAGE與3D-T1WI-MATRIX經(jīng)MPR重建的下腔靜脈層面軸位圖像，A：MPRAGE序列，偽影較多，下腔靜脈周圍組織結(jié)構(gòu)顯示不清(白箭)；B：MATRIX序列，偽影較少，下腔靜脈與髂動脈以及周圍組織空間結(jié)構(gòu)顯示清晰(白箭)Fig. 1 show the same patient, female, 51 years old, with right external iliac vein thrombosis. The centre of the thrombosis shows chronic stage, while the periphery of the thrombosis shows sub-acute stage. Figure 1A and 1B are images of the same level of the coronary CPR reconstruction position of the external iliac vein. 1A:3D-T1WI-MPRAGE, it demonstrates mixed signal of the right iliac vein (white arrow) , and the opposite iliac vein is middle signal (black arrow) which is dif ficult to be differentiated from incompletely suppressed venous blood using MPRAGE. 1B: 3D-T1WI-MATRIX, it demonstrates mixed signal of the right iliac vein(white arrow), and the opposite iliac vein is low signal (black arrow): it can be inferred that thrombosis fill all part of the right iliac vein. 1C, D: Axial reconstruction of the original coronary 3D-T1WI-MPRAGE and 3D-T1WI-MATRIX images show the structural relationship between the thrombosis and the tissue around it.Fig. 2 Axial reconstruction of the original coronary 3D-T1WI-MPRAGE and 3D-T1WI-MATRIX images in inferior vena cava plane. 2A: MPRAGE sequence has obvious artifact, and tissue structures around inferior vena cava (white arrow) were unclear. 2B: MATRIX sequence has less artifact, and the spatial structure of the inferior vena cava, the iliac artery, and the surrounding tissue were clearly shown (white arrow).

2.2 CNR的測量

20例DVT患者3D-T1WI-MATRIX和3D-T1WIMPRAGE序列的血栓-血液-CNR結(jié)果(表3)，MATRIX序列的血栓-血液CNR明顯高于MPRAGE序列，兩者之間具有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)。

2.3 圖像主觀評分結(jié)果

3D-T1WI-MATRIX和3D-T1WI-MPRAGE序列圖像的主觀評分結(jié)果(表4)，MATRIX序列在各個層面的評分均高于MPRAGE序列，其中在下腔靜脈、髂總靜脈、髂外靜脈、股靜脈中下段的評分差異具有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)，在股靜脈上段的評分差異沒有統(tǒng)計學意義(P＞0.05)(圖1，2)。

3 討論

3.1 MATRIX技術(shù)臨床應用的優(yōu)勢

目前，在臨床中應用較多的兩種磁共振檢查技術(shù)為對比劑增強靜脈血管成像(CE-MRV)和MPRAGE。前者經(jīng)肘正中靜脈注射釓對比劑，經(jīng)過一定時間的延遲后掃描感興趣區(qū)域以獲得下肢靜脈的影像，但該檢查不適用于重度腎功能不全或妊娠患者。研究表明，重度腎功能不全患者應用釓對比劑可引起腎源性系統(tǒng)性纖維化(nephrogenic systemic fibrosis，NSF)[10]。MPRAGE技術(shù)基于MR-DTI原理無需注射對比劑即可顯示下肢靜脈管腔內(nèi)的血栓，在臨床DVT診斷中已經(jīng)有了一定程度的應用[11]；但是，由于MPRAGE技術(shù)不能抑制血液信號，故而下肢靜脈內(nèi)正常流動的血液在圖像上呈現(xiàn)中等信號，當血栓信號恰好與血液信號相近時，會對靜脈血栓與正常血液的分辨造成一定的困難。T1WI三維可變反轉(zhuǎn)角快速自旋回波技術(shù)(threedimensional fast spin echo，3D-FSE)作為一種高分辨磁共振成像技術(shù)在國內(nèi)外均有較為廣泛的應用，主要見于顱腦、脊髓、四肢骨關(guān)節(jié)的研究，在下肢深靜脈血栓方面的研究國內(nèi)較少見。由于該技術(shù)可以使流動的血液信號被抑制以實現(xiàn)黑血的效果，從而可以直接顯示靜脈管腔內(nèi)的血栓[12-13]。然而，由于靜脈血流速度較慢，尤其是在已經(jīng)發(fā)生嚴重靜脈血栓的管腔內(nèi)，該技術(shù)仍然不能很好的抑制緩慢流動的血液信號，使得管腔內(nèi)靜脈血液與血栓的鑒別出現(xiàn)一定的障礙。隨著技術(shù)的發(fā)展，提出了新的反轉(zhuǎn)角計算方法，MATRIX技術(shù)基于可變反轉(zhuǎn)角3D-FSE原理，利用迭代方法在反轉(zhuǎn)角數(shù)據(jù)庫中調(diào)制最優(yōu)方案，可以獲得更好的信噪比與黑血能力。

3.2 MATRIX與MPRAGE技術(shù)

在本研究中，3D-T1WI-MATRIX序列與3D-T1WIMPRAGE序列用于無創(chuàng)性觀察DVT患者的血栓分布情況。靜脈血栓的短T1效應與血栓中高鐵血紅蛋白的含量呈線性相關(guān)。由于高鐵血紅蛋白的含量在血栓不同時期的含量不同，急性期含量較少，亞急性期含量升高，慢性期又下降。所以血栓不同時期，在T1WI序列中信號強度會有所變化[14]。MPRAGE具有極強的T1對比，對亞急性期的血栓顯示非常敏感。然而由于血液信號并沒有被抑制而呈現(xiàn)中等信號，可能與急性期或慢性期血栓信號相近，從而使血栓與血液的區(qū)分存在一定的局限性。Schmitz等[15]的研究表明MPRAGE序列可以獲得較為清晰的下肢靜脈血栓影像，但流動的血液，尤其是流速較慢的血液如果沒有被抑制，會對血栓的顯示產(chǎn)生干擾。同樣，Westerbeek等[16]的研究也表明，39例DVT患者經(jīng)過6個月后隨訪MRI，MPRAGE序列結(jié)果全部為陰性，但是超聲檢查39例患者中仍有12例檢測到下肢靜脈血栓。猜測原因可能是由于血栓由亞急性期向慢性期轉(zhuǎn)變的過程中，血栓在MPRAGE序列中的信號強度逐漸下降，直至最后與正常血液信號差別不大，從而無法分辨血栓。在本研究中部分病例的血栓在MPRAGE序列中的顯示效果不佳，猜測也可能是由于同樣的原因，與以往研究結(jié)果相符。MATRIX技術(shù)也具有很強的T1對比，對亞急性期血栓具有極佳的顯示效果，同時，MATRIX序列基于3D-FSE與反轉(zhuǎn)角調(diào)制技術(shù)可以獲得較好的黑血效果，在DVT患者的血栓由亞急性期向慢性期轉(zhuǎn)變的過程中，血栓的T1信號逐漸下降，但由于血液信號被抑制，也可以使血栓得到清晰的顯示。Xie等[17]的研究在18例亞急性期至慢性期DVT患者中，將應用DANTE黑血技術(shù)的BTI序列就敏感性與特異性與MPRAGE進行對比，結(jié)果顯示BTI序列的敏感性與特異性(90.4%，99.0%)均高于MPRAGE序列(67.6%，97.4%)。在本研究中，MATRIX序列基于不同的黑血技術(shù)，但是黑血效果十分明顯，所有血栓均能得到清晰的顯示，其血栓-血液CNR為194.28±191.58，顯著高于MPRAGE序列的57.24±54.38，與實驗預期和以往研究相符。

在DVT患者的MR-DTI掃描上，國內(nèi)外以往的研究主要集中在股靜脈與腘靜脈層面，因下腔靜脈至髂總靜脈區(qū)域呼吸運動與腸蠕動會在相位編碼方向上會產(chǎn)生較多的偽影，從而影響圖像質(zhì)量，對診斷造成困難。但臨床中發(fā)生在下腔靜脈至髂靜脈處的血栓患者不在少數(shù)，如髂靜脈壓迫綜合征患者，由于髂靜脈處血液流動速度較慢，長時間會引發(fā)髂靜脈血栓[18]。且臨床上越靠近近心端的血栓，脫落導致肺栓塞的風險越高，故而下腔靜脈至髂靜脈的血栓能否清晰顯示具有很高的臨床價值。本研究著重掃描下腔靜脈至股靜脈范圍，結(jié)果顯示，在MPRAGE序列中的效果仍然不夠理想，20例患者在下腔靜脈處的圖像質(zhì)量評分(1分8例，2分10例，3分2例)，在髂總靜脈處評分(1分1例，2分9例，3分8例，4分2例)基本不能滿足臨床要求。嘗試分析原因應該有三方面，首先是MPRAGE序列因流入增強效應，會使圖像上端的腹主動脈與髂總動脈上段呈現(xiàn)高信號，該高信號會在相位編碼方向上產(chǎn)生一定的搏動偽影，從而對觀察其周圍靜脈血管的管腔內(nèi)結(jié)構(gòu)產(chǎn)生一定的影響，而MATRIX為自旋回波序列，血液“流空”而呈現(xiàn)低信號，受該偽影影響較??；其次，在下腔靜脈與髂總靜脈層面SNR下降的原因在一定程度上來源于腸蠕動所產(chǎn)生的偽影，該偽影不像呼吸運動偽影那樣規(guī)律，更多的表現(xiàn)為一片的“噪點”，MPRAGE為小角度激發(fā)梯度回波序列，天然信號強度弱于自旋回波的MATRIX序列，所以腸蠕動偽影在MPRAGE序列中顯得較為明顯。第三，本研究中的兩種序列均為自由呼吸下掃描，序列SNR與偽影情況受呼吸運動影響較大，筆者在本研究中已經(jīng)嘗試了一定的措施，如在下腹部纏繞束腹帶，訓練患者采用胸式呼吸，以盡可能地降低下腹部的呼吸運動，但MPRAGE序列由于信號強度較低等原因，效果仍不理想，在下腔靜脈至髂總靜脈層面，絕大多數(shù)患者都存在較大偽影，從而導致圖像評分下降。由此可知MPRAGE序列不適用于下腔靜脈至髂總靜脈層面的血栓掃描。而在MATRIX序列中，20例患者圖像質(zhì)量評分在下腔靜脈水平(2分2例，3分14例，4分4例)，髂總靜脈水平(3分6例，4分10例，5分4例)，相較于MPRAGE序列具有較大的優(yōu)勢。除前面所述原因外，MATRIX采用最新的迭代重建算法，通過迭代算法可以在一定程度上改善圖像質(zhì)量，減輕偽影，使得下腔靜脈處的管腔與組織結(jié)構(gòu)可以得到較為清晰的顯示。

MATRIX技術(shù)診斷DVT也具有一定的局限性：(1)相較于超聲檢查，磁共振檢查掃描時間較長，雖然掃描范圍已經(jīng)做了盡可能的擴大，但仍然不能覆蓋整個下肢部分。(2)下肢靜脈造影檢查作為診斷DVT的金標準，雖然具有一定的創(chuàng)傷性與輻射性，但在MATRIX技術(shù)無法明確診斷血栓時，還需進行介入造影檢查。(3) MATRIX序列在下腔靜脈至髂總靜脈層面的評分仍然不高，隨著快速成像技術(shù)的發(fā)展，如多層采集技術(shù)與壓縮感知技術(shù)等，未來將嘗試進一步縮短掃描時間，使患者能在屏氣的時間內(nèi)完成掃描，以進一步減輕腸蠕動與呼吸運動所產(chǎn)生的偽影。(4)由于病例數(shù)較少，我們無法準確衡量不同時期的血栓在MATRIX序列上的信號表現(xiàn)，將在后續(xù)的研究中探究。

綜上所述，磁共振MATRIX技術(shù)無需注射對比劑，簡便快捷，相較于MPRAGE技術(shù)，SNR更高，偽影更少，組織解剖結(jié)構(gòu)顯示更清晰，黑血效果更好，在DVT的診斷上具有很高的臨床可用性。

利益沖突：無。