ZTE-MRA 與TOF-MRA 對腦動脈狹窄診斷價值對比研究

齊欣，沙琳，呂建波，潘緣逸

腦血管疾病是引起人類殘疾甚至死亡的主要疾病之一，血管重度狹窄甚至閉塞時則可能引起缺血性腦梗死[1]。因此對其準確地定位責任血管，定制精準的醫(yī)療方案受到臨床的高度關注。

時間飛躍法磁共振血管成像(time of fight MR angiography，TOF-MRA)是目前最常用的MRA 技術，筆者工作中發(fā)現(xiàn)其存在假陽性率較高、百葉窗偽影等缺陷。零回波時間磁共振血管成像(zero echo time MR angiography，ZTE-MRA)是一種結(jié)合了動脈自旋標記(arterial spin labeling，ASL)技術及零回波時間對比技術的新型MRA[2]。本研究旨在對比研究ZTE-MRA 與TOF-MRA 對腦動脈狹窄的診斷價值，比較兩者的圖像質(zhì)量及對腦動脈狹窄的診斷準確性，從而為臨床提供更精準的腦動脈狹窄MRA評估方法。

1 材料與方法

1.1 研究對象

選取2018 年11 月至2019 年1 月就診于大連醫(yī)科大學附屬第二醫(yī)院神經(jīng)內(nèi)科及神經(jīng)外科，擬診斷腦動脈狹窄的患者19 例，平均年齡(49.3±14.3)歲，男11 例，女8 例。若同一患者有兩處及兩處以上血管狹窄，則分別單獨作為病灶進行評價?；颊呔衂TE-MRA、TOF-MRA 及DSA 檢查。本研究為回顧性研究，經(jīng)過本單位醫(yī)學倫理委員會批準(批準文號：2020第054號)，經(jīng)倫理委員會批準可免除受試者知情同意。

1.2 入組與排除標準

入組標準：患者因臨床癥狀懷疑腦動脈狹窄，需通過影像學進行診斷者。排除標準：患者具有磁共振成像檢查禁忌證，包括幽閉恐怖癥、體內(nèi)有順磁性異物或電子植入物等；患者有DSA 手術禁忌證，包括對對比劑過敏，嚴重心、肝、腎功能不全等；妊娠狀態(tài)；患者精神狀態(tài)不佳或者有其他嚴重疾病，不能積極配合醫(yī)護人員進行檢查者。

1.3 檢查方法

采用GE Discovery MR 750W 3.0 T磁共振掃描儀及8通道正交頭頸聯(lián)合線圈，進行MRI檢查，掃描序列包括TOF-MRA及ZTE-MRA。掃 描 參 數(shù)：TOF-MRA：TR 19.0 ms，TE 3.43 ms，F(xiàn)OV 246 mm×22 mm，反 轉(zhuǎn) 角20°，層 厚：1.2 mm，帶 寬41.67 kHz，掃描時間：4 min 48 s；ZTE-MRA：TR 862.5 ms，TE 0 ms，F(xiàn)OV 200 mm×200 mm，反轉(zhuǎn)角3°，帶寬31.20 kHz，掃描時間：5 min 28 s。DSA圖像采用Philips DSA造影機進行手術造影。本研究所有患者均先進行定位圖像采集后再進行掃描。

1.4 圖像分析與后處理

將掃描所得的ZTE-MRA 及TOF-MRA 原始圖像傳輸至后處理工作站(GE公司AW4.6版)，利用最大強度投影技術對原始圖像進行重建。ZTE-MRA及TOF-MRA的重建圖像及原始圖像由兩位主治以上在腦血管診斷方面經(jīng)驗豐富的影像科醫(yī)師在后處理工作站中獨自閱片，對圖像的質(zhì)量進行主觀評價(采用評分法)，以及客觀評價即計算圖像的信噪比，意見不一致時協(xié)商達到一致。觀察動脈有無狹窄、確定狹窄部位及評估狹窄程度(動脈狹窄評判標準采用北美癥狀性頸動脈內(nèi)膜切除試驗法)。規(guī)定：若同一血管內(nèi)存在多處斑塊或狹窄，測量狹窄最嚴重部位的直徑，只記為一處狹窄。對動脈狹窄程度的診斷需在ZTE-MRA 及TOF-MRA 相同重建角度進行，以便進行對比。以上觀察內(nèi)容及評價方法如下：

1.4.1 圖像主觀評分

按以下標準對圖像打分：(1)血管顯示好、主干及其分支輪廓顯示比較清晰、無偽影，可以做出明確診斷，評為優(yōu)，記2 分；(2)血管顯示尚可，主干輪廓顯示欠清晰，分支顯示不清或有少許偽影但可得出診斷，評為良，記1分；(3)血管顯示差，主干及其分支完全顯示不清，或者存在嚴重的偽影，無法做出診斷，評為差，記0分。

1.4.2 圖像客觀評分

選取一側(cè)頸內(nèi)動脈C2 段(巖段)，旋轉(zhuǎn)角度至頸內(nèi)動脈C2 段為最大層面時于血管中心位置選擇一個等大類圓形ROI，分別測量兩種MRA 的噪聲及信號強度，計算信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)值。SNR=信號強度/噪聲。若一次ROI 內(nèi)具有較大偽影，則選取相應另一側(cè)血管進行測量。分別計算出ZTE-MRA及TOF-MRA的SNR的平均值。

1.4.3 血管狹窄程度評估

血管狹窄程度評估參考北美癥狀性頸動脈內(nèi)膜切除試驗法(The North American Symptomatic Carotid Endarterectomy Trial，NASCET)。

規(guī)定：狹窄程度＜25%為一級狹窄，25%≤狹窄程度＜50%為二級狹窄，50%≤狹窄程度＜75%為三級狹窄，75%≤狹窄程度＜100%為四級狹窄，MRA所判定的狹窄程度與DSA結(jié)果在同一狹窄等級則為正確。

1.5 統(tǒng)計學方法

采用SPSS 22.0統(tǒng)計學軟件，圖像質(zhì)量評分及SNR值根據(jù)是否為正態(tài)分布進行配對t檢驗或秩和檢驗；DSA結(jié)果作為金標準，以是否檢出狹窄為判斷標準，計算兩種方法的敏感度、特異度；對ZTE-MRA、TOF-MRA 與DSA 對血管狹窄診斷結(jié)果的一致性采取Kappa分析。當0.40≤Kappa值≤0.69，血管狹窄診斷的結(jié)果為低度一致；0.70≤Kappa 值≤0.89，為中度一致；0.90≤Kappa 值≤1.00，為高度一致。將兩種MRA 對狹窄程度的檢出情況分為1～2級、3～4級與DSA結(jié)果進行統(tǒng)計學檢驗。規(guī)定統(tǒng)計學檢驗結(jié)果在P＜0.05時具有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 圖像質(zhì)量

ZTE-MRA 顯示圖像中，評分為優(yōu)16 例、良2 例、差1 例，優(yōu)秀圖像占比為84%；16 例圖像顯示良好，血管顯示清楚，主干及細小血管分支顯示清晰，可以做出明確診斷；3 例病例圖像動脈主干輪廓顯示欠清，末端分支顯示不清。TOF-MRA所得圖像中，評分為優(yōu)秀14例，良3例、差2例，優(yōu)秀圖像占比為74%，14例圖像顯示良好，血管主干及分支顯示清楚，可以做出明確診斷；5 例圖像出現(xiàn)了明顯的百葉窗偽影，其中2 例圖像偽影較嚴重，影響診斷(圖1)。兩種檢查方法在圖像質(zhì)量的比較上差異無統(tǒng)計學意義(P=0.583)。ZTE-MRA 及TOF-MRA 的SNR 平均值分別為14.2 及19.4，對兩者進行獨立樣本的秩和檢驗，兩者間差異無統(tǒng)計學意義(P=0.175)。

2.2 對腦動脈狹窄的診斷

本研究19 個病例中，重點分析了雙側(cè)頸內(nèi)動脈、雙側(cè)大腦中動脈、雙側(cè)大腦前動脈、雙側(cè)大腦后動脈、雙側(cè)椎動脈及基底動脈，共209條動脈。DSA診斷狹窄共21處，ZTE-MRA圖像上顯示動脈狹窄共25 處，DSA 同樣為陽性的有21 處，DSA 為陰性的有4 處，ZTE-MRA 診斷腦動脈狹窄敏感度為100%，特異度為98%，對兩種方法狹窄檢出率的一致性進行檢驗，Kappa 值為0.898，具有非常好的一致性；TOF-MRA圖像顯示動脈狹窄共26 處，DSA 也為陽性的有18 處，DSA 為陰性的有8 處，TOF-MRA診斷腦動脈狹窄敏感度為85%，特異度為96%。對兩種方法狹窄檢出率的一致性進行檢驗，Kappa 值為0.776，具有較好的一致性。

2.3 對血管狹窄程度分級的診斷

用Fisher 確切概率法將腦動脈狹窄分為兩組進行統(tǒng)計檢驗，1～2 級、3～4 級狹窄各為一組。ZTE-MRA 診斷的25 處 動 脈 狹 窄 中，1～2 級 動 脈 狹 窄 為14 處，8 例 與DSA 結(jié)果相符，準確度57%；診斷3～4 級動脈狹窄11 處，9 處與DSA 結(jié)果相符，準確度81%。TOF-MRA 診斷的共26 處狹窄中，1～2 級動脈狹窄13 處，6 例與DSA 結(jié)果相符，準確度46%；診斷3～4 級動脈狹窄13 處，4 處與DSA 結(jié)果相符，準確度31%。兩種成像方法在診斷1～2 級動脈狹窄差異無統(tǒng)計學意義(P=0.427)，診斷3～4 級動脈狹窄差異具有統(tǒng)計學意義(P=0.017)。

3 討論

顱內(nèi)動脈狹窄所導致的缺血性腦血管疾病是神經(jīng)系統(tǒng)的常見病及多發(fā)病，動脈狹窄的早期篩查及診斷對臨床決策具有重大價值。目前臨床常用的動脈狹窄檢查方法眾多[3]，DSA作為診斷的金標準具有不可取代的地位。其具有高度的敏感性及特異性，能清晰地顯示血管狹窄的部位、程度，還可評估腦血管側(cè)支代償情況，為臨床診療提供了可靠依據(jù)。因其存在多方面的限制，DSA并不適用于腦動脈狹窄的篩查和反復隨訪，如高造價、有創(chuàng)性操作及對比劑過敏風險等。

3.1 ZTE-MRA與TOF-MRA結(jié)果分析

磁共振血管成像具有多方位成像、圖像直觀清晰、無輻射傷害、操作方便快捷等優(yōu)點。本研究結(jié)果顯示，相比TOF-MRA，ZTE-MRA 具有較高的敏感性和特異性，尤其對3～4 級的動脈狹窄顯示更為準確，TOF 技術成像時往往由于3～4 級狹窄的血管內(nèi)血流狀態(tài)復雜，丟失信號而夸大狹窄程度。而ZTE 技術在信號丟失之前已完成采集，保證了血管圖像的準確性(圖2)。對于血流狀態(tài)復雜的血管部位，如虹吸部，ZTE-MRA的顯示明顯優(yōu)于TOF-MRA。本研究中，TOF-MRA 共有3 例椎動脈病灶位于由于成像范圍之外而未顯示，但血管狹窄已達到閉塞的程度，TOF-MRA過小的成像范圍十分不利于正確的臨床決策。Arai等[4]研究顯示，對于微動靜脈畸形(直徑＜10 mm)的檢出，ZTE-MRA 的檢出率與DSA 具有很好的一致性，而TOF-MRA的準確度僅為40%。ZTE-MRA成像范圍廣，成像效率高，一次掃描便可覆蓋大范圍的頭頸部血管，避免病灶的遺漏。本研究中3 例TOF-MRA 遺漏的椎動脈病灶均在ZTE-MRA 上得到精準成像。

ZTE-MRA 的信噪比高于TOF-MRA，但兩者的SNR 差異無統(tǒng)計學意義，可能是本研究樣本量太少所致。本研究中TOF-MRA共有5 例出現(xiàn)了較嚴重的百葉窗偽影，不利于容積邊緣血管的顯示，而ZTE-MRA的減影技術使得來自于背景的干擾完全被去除，如血管瘤內(nèi)的血栓或腦室內(nèi)的積血，使血管成像更為精確，同時也避免了TOF-MRA由于容積內(nèi)成像和背景抑制脈沖產(chǎn)生的慢血流飽和效應，ZTE-MRA 對慢血流的顯示明顯優(yōu)于TOF技術。Shang 等[5]通過隨訪25 例接受血管內(nèi)栓塞術的窄頸動脈瘤患者，證實了ZTE-MRA在顯示載瘤動脈和評估閉塞狀態(tài)方面優(yōu)于TOF-MRA。ZTE-MRA 對于腦動脈瘤、腦血管畸形的診斷及隨訪具有重要的臨床意義[6-7]。

本研究發(fā)現(xiàn)有3 例患者的ZTE-MRA 圖像質(zhì)量不佳，對于分支血管顯示欠清。3 例患者年齡均在79 歲以上，均有多處血管閉塞，考慮由于患者年齡較大，閉塞血管較多，因此血流速度緩慢，導致血流標記不充分而未顯影。

3.2 TOF-MRA參數(shù)分析

目前臨床上應用最為廣泛的磁共振血管成像技術是TOF-MRA。該技術基于血液的流入增強效應，利用靜止組織中的質(zhì)子與流動血液中的質(zhì)子被射頻脈沖差別性地激發(fā)而形成磁共振信號的對比。

本研究應用的TOF-MRA 均采用3D-TOF 技術。3D-TOF 掃描時并非以層面而是以容積為單位對血管進行激發(fā)和采集的[8]。3D-TOF 成像的缺點在于：①容積內(nèi)血流更容易受到多次激發(fā)而飽和，因此TOF-MRA 在顯示如動脈瘤、動靜脈畸形等血流速度較慢的病灶時，與DSA 結(jié)果往往差別較大[9]；②TOF-MRA的原理為假設血管內(nèi)血流狀態(tài)一直為平流狀態(tài)，因此成像過程中復雜的血流狀態(tài)會導致磁場的不均勻，質(zhì)子相位發(fā)散并丟失信號，如迂曲的頸內(nèi)動脈虹吸段、血管狹窄及分叉等部位，相應血管的信號丟失往往導致TOF-MRA夸大血管狹窄的程度；③為減輕容積內(nèi)慢血流飽和效應，TOF-MRA 將容積分為幾個較薄的層塊單獨進行采集，再進行重疊成像，因此會帶來百葉窗偽影；④為了實現(xiàn)血流與背景組織間的最佳對比，TOF-MRA采用成像層面與血流方向相垂直的成像方案，導致了該方案成像效率低，成像范圍過小，容易遺漏病灶。

3.3 ZTE-MRA參數(shù)分析

ZTE-MRA 是一種結(jié)合了ASL 技術及ZTE 技術的新型MRA。ASL 技術主要原理為用選擇性反轉(zhuǎn)脈沖標記流動血液中的質(zhì)子作為內(nèi)源性示蹤劑進行血管顯影，與不被標記的背景組織形成對比，不使用外源性對比劑即可達到類似DSA 的血管造影信息。ASL 技術首先通過射頻脈沖改變成像區(qū)域外動脈質(zhì)子的磁化率來標記質(zhì)子[10]，等待適當?shù)牧魅霑r間(反轉(zhuǎn)時間)后，已標記質(zhì)子流入未受標記的靜態(tài)背景組織中，此時進行圖像采集可得到具有對比的“標記像”，無標記血流時的無對比成像稱為“控制像”[11]，兩者進行加權相減即可得到背景透明的血管造影圖[12]，因此理論上ZTE-MRA具有更高的圖像質(zhì)量和信噪比。

零回波時間成像技術[13]本質(zhì)上是依托回波時間作為圖像的對比。ZTE-MRA的采集脈沖利用3D螺旋K空間填充方式[14]，同時結(jié)合快速射頻切換的數(shù)字微切線圈，達到零回波時間的信號采集[15]。通過在射頻脈沖激勵之前設置讀出梯度場，梯度編碼在被激發(fā)時立即開始讀取[16]，所以實際的回波時間為零，因此信號在強度最大時已被采集，明顯減少了質(zhì)子的失相位，減少了信號的丟失[17]。

ZTE-MRA 讀取數(shù)據(jù)之后，在一個非常短的TR 間期之后即可開始下一次激勵，因此可使用連續(xù)梯度磁場掃描，無需關閉TR 間期的梯度磁場，明顯降低了掃描噪音[18-19]，因此又稱作Silent-MRA。相較TOF-MRA 極大地提高了患者檢查的舒適度，確保了檢查的順利完成。

除動脈狹窄外，由于在慢血流和磁敏感偽影方面的優(yōu)勢，ZTE-MRA 較TOF-MRA 更精準地評價動脈瘤、動靜脈畸形及金屬彈簧線圈植入術后的血管。Moon 等[20]報道采用超短回波時間MRA評價動靜脈畸形較TOF技術更為精確，可以清晰地顯示病灶本身及其引流靜脈。Satoh 等[21]通過隨訪進行血管內(nèi)治療的動脈瘤患者，發(fā)現(xiàn)TOF-MRA 由于金屬偽影的存在，不能準確的顯示瘤頸部，而ZTE-MRA可以清晰地顯示術后區(qū)域的瘤頸及載瘤動脈。Irie 等[22]對采用支架植入治療的顱內(nèi)動脈瘤患者進行隨訪，分別進行TOF-MRA 及ZTE-MRA 成像，發(fā)現(xiàn)ZTE-MRA 能更精確地顯示植入支架后的血管。金屬彈簧線圈植入后的血管，由于金屬的磁敏感效應，TOF 技術成像時局部信號丟失嚴重，無法評估療效，而零回波時間可以克服磁敏感偽影的干擾，清晰地顯示術后的血管，這對患者的術后隨訪具有重要意義。

3.4 小結(jié)與展望

本研究的不足之處在于樣本量過少，會對統(tǒng)計分析造成一定的偏倚，因此需要更大樣本量的實驗來證實本研究的結(jié)論。

綜上所述，ZTE-MRA 對腦動脈狹窄的診斷與DSA 結(jié)果具有良好的一致性，較TOF-MRA 診斷腦動脈狹窄更為準確，尤其是3～4 級腦動脈狹窄的血管，ZTE-MRA 診斷更為準確。ZTE-MRA具有成像范圍廣、背景干擾小、對慢血流敏感、避免磁敏感偽影、無檢查噪音等優(yōu)點，因此具有廣泛的臨床應用價值。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。