基于雜合型ASL改進靜音MRA在腦血管成像中的價值初探

傅劍雄，施斌斌，孫駿，葉靖，張洪英

腦血管疾病是因顱內(nèi)血液循環(huán)障礙而造成腦組織損害的一組疾病，臨床較為常見[1]。流行病學研究資料顯示，近年來腦血管病發(fā)病率逐漸升高，且發(fā)病年齡呈現(xiàn)年輕化趨勢[1-3]，其早期診治及預后判斷已經(jīng)成為備受關注的公共衛(wèi)生問題。因此通過影像學準確判定腦血管形態(tài)以及血流動力學的改變，對病變的分類、治療和預后將具有重要的指導意義。隨著神經(jīng)影像診斷技術的發(fā)展，尤其是數(shù)字減影血管造影、CT 血管造影(computed tomography angiography，CTA)、磁共振血管成像(magnetic resonance angiography，MRA)的出現(xiàn)，使腦血管疾病的檢出率得到很大提高，為臨床診斷和治療提供了可靠的依據(jù)。

作為一種無損傷性血管成像方法，MRA 具有無輻射、可重復、易操作等優(yōu)勢，隨著近幾年MRA技術的不斷發(fā)展，MRA 成像質(zhì)量大大提高，臨床應用越來越廣泛。其中，靜音MRA 作為一種新型非侵入性MRA 成像技術，在腦血管病診斷、動脈瘤栓塞術后隨訪等方面得到應用[4-9]。然而，Holdsworth 等[10]通過對比圖像質(zhì)量發(fā)現(xiàn)于靜音MRA圖像上血管信號欠均勻，造成邊緣模糊效應以及流空效應的出現(xiàn)。Qu 等[11]初步提出基于雜合動脈自旋標記(arterial spin labeling，ASL)脈沖標記技術改進的靜音MRA，并對其成像原理進行了分析。但該雜合型靜音MRA 能否實現(xiàn)顱內(nèi)動脈的穩(wěn)定成像，并進一步減少血流相關偽影，尚未見文獻證實。因此本研究圍繞雜合型靜音MRA序列，通過比較改進后的采集噪聲、圖像質(zhì)量，為雜合型靜音MRA 技術的臨床應用提供可靠的理論依據(jù)。此外，通過對復雜血流動力學改變病例[動靜脈畸形(arteriovenous malformation，AVM)]的研究，進一步探討雜合型靜音MRA技術的臨床應用價值。

1 材料與方法

1.1 一般資料

納入健康志愿者24 名(男13 名，女11 名)，年齡20～66 (43.51±12.83)歲。為了初步驗證改進型靜音MRA在復雜血流動力學改變病例成像中的可行性，本研究另回顧性納入在一周內(nèi)經(jīng)CTA檢查證實的AVM患者5 例(男3 例，女2 例)，年 齡23～50 (33.47±17.54)歲。受試者排除標準：(1)MRI 檢查禁忌證者，如心臟起搏器等金屬植入物、早期妊娠女性、幽閉恐懼癥等；(2)既往史包含其他顱腦病變，如顱腦術后、腦腫瘤、顱內(nèi)感染、顱腦外傷等疾?。?3)腎小球濾過率＜60 mL/(min·1.73 m2)，嚴重腎功能不全者；(4)年齡＜18 歲。本研究經(jīng)過本單位醫(yī)學倫理委員會批準(批準文號：2019KY-026)，免除受試者知情同意。

1.2 MRA檢查設備及成像參數(shù)

連續(xù)型靜音MRA 以及雜合型靜音MRA 均使用3.0 T磁共振(Discovery 750W，美國通用公司)成像系統(tǒng)掃描，24通道頭頸聯(lián)合線圈。連續(xù)型靜音MRA序列僅采用默認連續(xù)型ASL (continuous-ASL，c-ASL)技術進行血流標記，運用零回波時間(zero echo time，ZTE)采集技術，掃描參數(shù)：TR 862 ms，TE 0 ms，視野(field of view，F(xiàn)OV) 180 mm×180 mm，矩陣166×166，采集層數(shù)332，層厚1.2 mm，矢狀位，掃描時長5 min 48 s；雜合型靜音MRA序列采用雜合型ASL技術(c-ASL聯(lián)合脈沖式ASL技術標記)進行血流標記[11]：在原有c-ASL標記后，通過設置反轉(zhuǎn)時間直接加入射頻脈沖，以保證標記所有流入成像區(qū)的血液信號。采用ZTE技術采集圖像，掃描參數(shù)：TR 862 ms，TE 0 ms，反轉(zhuǎn)脈沖和反轉(zhuǎn)時間分別為1380 ms、100 ms，翻轉(zhuǎn)角度3°，F(xiàn)OV 180 mm×180 mm，矩陣166×166，采集層數(shù)332，層厚1.2 mm，矢狀位，掃描時長5 min 44 s。

1.3 MRA噪聲的主觀評估及客觀測量

所有MRA 檢查過程中，連續(xù)型靜音MRA 與雜合型靜音MRA 按照隨機順序進行掃描。掃描間隔為5 min。在每個序列掃描結束后，受試者采用5 分法[12]對掃描序列噪聲進行主觀評分：0 分，無噪聲(感覺舒適)；2分，輕度噪聲(輕微不舒適)；3分，中度噪聲(中度不舒適)；4 分，重度噪聲(重度不舒適，但能夠承受)；5分，極重度噪聲(難以承受或拒絕檢查)。

在背景環(huán)境(未掃描)、連續(xù)型靜音MRA 掃描以及雜合型靜音MRA 掃描過程中對3 種掃描模式的噪聲進行聲強測定[13]。3 種模式下將分貝儀(型號AS804，SMART SENSOR，中國廣東)放置于距離主磁體1 m 處，分別在不同的方位重復測量5 次，每次測量持續(xù)30 s。記錄測量結果并取平均值。

1.4 MRA圖像質(zhì)量評分及信噪比測定

上述兩種MRA 原始數(shù)據(jù)發(fā)送至后處理工作站(ADW 4.6，美國通用公司)，由1名影像醫(yī)師(醫(yī)師A，工作年限10 年)對圖像進行血管成像后處理，以最大信號強度投影法(maximum intensity project，MIP)和容積再現(xiàn)技術(volume rendering，VR)處理得到腦血管圖像并進行后續(xù)圖像質(zhì)量及信噪比評估。將顱內(nèi)動脈進行分段[14]：包括頸內(nèi)動脈(C1～7 段)、大腦中動脈(M1～2 段)、大腦前動脈(A1～2 段)、椎動脈(VA 段)、基底動脈(BA 段)及大腦后動脈(P1～2 段)，共15 段。由2 名神經(jīng)放射專家(專家B，工作年限20 年；專家C，工作年限25 年)采用隨機、雙盲法分別對兩種MRA 原始圖像的多個節(jié)段進行圖像質(zhì)量(image quality，IQ)的主觀評分以及信噪比測量。IQ 按照Likert 量表(5 分)評定[15]：1 分，圖像質(zhì)量差，血流偽影嚴重，無法診斷；2分，圖像質(zhì)量不佳，血流偽影大，影響診斷；3 分，圖像質(zhì)量滿意，血流偽影較少，可用于診斷；4 分，圖像質(zhì)量良好，血流偽影少，滿足診斷；5 分，圖像質(zhì)量優(yōu)秀，無血流偽影，診斷明確。取各個節(jié)段兩次評估的平均值作為相應節(jié)段血管IQ值。兩位專家同時對上述各個節(jié)段進行信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)測量[16]：SNR=(血管平均信號強度－腦組織平均信號強度)/氣體平均信號強度，在軸位原始圖像上放大血管并緊貼血管內(nèi)徑處勾畫感興趣區(qū)，完成1次血管信號強度測量，然后復制相同大小感興趣區(qū)分別移至腦組織及氣體處，完成腦組織及氣體信號強度測量。各節(jié)段均測量6次，然后取各節(jié)段測量的平均值代入SNR 公式得到相應節(jié)段血管成像信噪比。兩名專家進行圖像質(zhì)量評分及信噪比測定間期為6周。

1.5 腦血管疾病病例成像分析

本研究納入了5 例經(jīng)CTA 檢查證實的AVM 患者，以患者的CTA圖像為參照標準，上述兩名專家分別對比分析連續(xù)型靜音MRA 及雜合型靜音MRA 兩種成像方法對病灶(供血動脈、瘤巢、引流靜脈)的IQ。

1.6 統(tǒng)計學分析

采用SPSS 21.0軟件對數(shù)據(jù)進行統(tǒng)計學分析，采用Kolmogorov-Smirnov 方法檢測數(shù)據(jù)的正態(tài)性分布，符合正態(tài)分布的計量資料以均數(shù)±標準差()表示，組間比較采用配對樣本t檢驗；非正態(tài)分布的計量資料以中位數(shù)表示，組間比較采用Wilcoxon 符號秩和檢驗。計數(shù)資料或等級資料以頻數(shù)表示，組間比較采用Wilcoxon 符號秩和檢驗。MRA 圖像質(zhì)量評分及信噪比測定的觀察者間一致性分析分別采用Kappa 一致性檢驗和組內(nèi)相關系數(shù)(intraclass correlation coeficient，ICC)檢驗；采用單因素方差分析對噪聲的客觀評分進行統(tǒng)計學分析。P＜0.05認為差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 降噪特性比較

在兩種MRA 檢查過程中，受試者對兩種MRA 掃描噪聲的主觀評分差異無統(tǒng)計學意義(連續(xù)型靜音MRA，1.28±0.54；雜合型靜音MRA，1.26±0.39；P=0.24)。3 種不同掃描模式下的聲強差異均無統(tǒng)計學意義(背景環(huán)境，55.27±2.45；連續(xù)型靜音MRA，56.24±2.81；雜合型靜音MRA，55.94±3.17；P=0.37)。

2.2 圖像質(zhì)量評分及信噪比測定

兩種MRA 各節(jié)段IQ 值及信噪比測量結果見表1。兩名觀察者對兩種MRA 圖像的質(zhì)量評分及信噪比測定均高度一致性(雜合型，Kappa：0.95，ICC：0.94；連續(xù)型，Kappa：0.92，ICC：0.92)。顱內(nèi)動脈所有測量節(jié)段中，頸內(nèi)動脈C1～4段于雜合型靜音MRA的IQ評分以及SNR 均高于連續(xù)型靜音MRA 圖像(P＜0.05)；雜合型靜音MRA 于頸內(nèi)動脈C5 段及大腦中動脈M1 段SNR高于連續(xù)型靜音MRA 成像(P＜0.05)。兩種MRA 在其余節(jié)段的IQ 評分以及SNR 差異均不具有統(tǒng)計學意義(P＞0.05)。雜合型靜音MRA 成像血管信號均勻度高，并且血管邊緣的模糊效應及血管中心的流空效應均有所減低(圖1)。

圖1 健康受試者(男，57歲)兩種靜音MRA圖像對比。連續(xù)型靜音MRA的MIP圖像(A)可見明顯管壁邊緣模糊偽影(紅色箭)以及血管中心信號(藍色箭)，于VR圖像(B)對應部位可見血管邊緣毛糙，部分影響診斷。雜合型靜音MRA的MIP圖像(C)部分邊緣模糊偽影(紅色箭)以及血管中心信號(藍色箭)減少，血流信號均勻度增高，于VR圖像(D)對應部位可見血管表面光滑，滿足診斷 圖2 AVM 兩種靜音MRA 圖像對比。A、B：AVM 患者(男，46歲)，病灶位于右側(cè)大腦前動脈A2 段，瘤巢約22 mm×12 mm。A、B 分別為連續(xù)型靜音MRA 和雜合型靜音MRA 的VR 圖像。C、D：左側(cè)大腦中動脈AVM 患者(男，35 歲)，病灶位于左側(cè)大腦中動脈M2 段，瘤巢約26 mm×24 mm。C、D 分別為連續(xù)型靜音MRA 和雜合型靜音MRA 的MIP 圖像。AVM 瘤巢部分小血管(藍色箭)在雜合型靜音MRA上顯示完整度較好，信號強度較高(紅色箭)，而在連續(xù)型靜音MRA上顯示欠清(藍色箭)，信號強度較低(紅色箭)Fig.1 Comparison between two MRAs of a healthy subject (male,57 years old).Edge blurring artifact (red arrow) and vascular center signal (blue arrow) can be obviously observed on MIP image (A) of continuous slient-MRA,as well as coarse blood vessel edge on the VR image (B).Reduced edge blurring artifact (red arrow) and vascular center signal (blue arrow) can be found on MIP image of hybrid silent-MRA (C),along with higher signal uniformity.On the VR image of hybrid silent-MRA(D),the surface of blood is smooth and satisfies the diagnosis.Fig.2 Comparison between two MRAs for AVM.A,B:One AVM patient(male,46 years old)with lesion located in the anterior cerebral artery A1 segment,nidus is 22 mm×12 mm.A and B are the VR image of continuous slient-MRA and hybrid slient-MRA,respectively.C,D:One AVM patients(male,35 years old)with lesion located in the left middle cerebral artery M2 segment,nidus is 26 mm×24 mm.C and D are the MIP image of continuous slient-MRA and hybrid slient-MRA,respectively.The small vessels of the AVM nidus(blue arrow)show better integrity and higher signal intensity on hybrid slient-MRA(red arrow),while they show less clarity(blue arrow)and lower signal intensity on continuous slient-MRA(red arrow).

表1 兩種磁共振血管成像各節(jié)段圖像質(zhì)量值及信噪比測量結果Tab.1 IQ values and SNR of each segment measured by the two MRAs

2.3 病例成像特征分析

兩種靜音MRA 圖像均能顯示AVM 病灶。相比靜音MRA 圖像，雜合型靜音MRA 對供血動脈、引流靜脈的細節(jié)顯示清楚，血流信號較高，對于瘤巢內(nèi)畸形小血管顯像的完整度好(圖2)。

3 討論

雜合型ASL 通過整合不同ASL 技術優(yōu)勢以提高成像質(zhì)量，并根據(jù)不同目的進行靈活的技術糅合[13]。本研究中，基于雜合型ASL 改進的靜音MRA 保持了固有的降噪特性，具備可行性。在顱內(nèi)血管成像中的成像質(zhì)量穩(wěn)定，在頸內(nèi)動脈C1～4節(jié)段的圖像質(zhì)量優(yōu)于靜音MRA，并且血管邊緣模糊效應及血管中心的流空效應明顯減低。同時，雜合型靜音MRA 對于AVM 病灶中復雜血流成像具備一定的顯像優(yōu)勢，一定程度上提升了AVM畸形血管團的細節(jié)顯示能力。

3.1 雜合型ASL-MRA的技術應用

隨著ASL 技術的發(fā)展，雜合型ASL 技術整合并優(yōu)化了標記策略，成為ASL 成像研究的熱點?；贏SL的MRA 成像研究證實對頸內(nèi)動脈所得到的血管成像及血流動力學信息幾乎與DSA 相仿[17]。在此基礎上，Robson 等[13]首次將雜合型ASL 應用于ASL-MRA，并驗證了其在顱內(nèi)動脈顯像中的可行性。Lim 等[14]進一步采用雜合型ASL-MRA 對腦缺血患者進行腦動脈成像評估，研究證實對于頸內(nèi)動脈的巖段和海綿段成像質(zhì)量，雜合型ASL-MRA 明顯優(yōu)于TOF MRA。本研究通過改進靜音MRA原有的連續(xù)型標記方式，在保持靜音MRA 低噪特性的基礎上，通過雜合型ASL 將成像區(qū)域下方的血流進行脈沖標記，使得在標記范圍內(nèi)進入成像區(qū)域的所有血液最大程度被高效標記。靜音MRA 能夠穩(wěn)定地整合雜合型ASL 標記策略，提升入顱動脈血的標記效率，直接轉(zhuǎn)化為腦血流信號的積累，從而便于獲得更高的圖像質(zhì)量以及信噪比[18]。

3.2 雜合型靜音MRA的成像分析

雖然靜音MRA 基于ASL 技術進行動態(tài)血管成像，血液信號不易受到血管迂曲走行以及湍流等血流因素的影響[19]，但邊緣模糊效應以及中心流空偽影等在ASL-MRA 成像研究中常被提及[18]。此種血流相關偽影可能源自動脈血層流現(xiàn)象的影響，以近段血管尤為明顯，導致成像質(zhì)量下降。與以往相關報道一致，本研究中，近段血管于連續(xù)型靜音MRA圖像上也存在相關偽影。而雜合型靜音MRA 圖像質(zhì)量優(yōu)于靜音MRA，這得益于雜合型靜音MRA 通過整合ASL 標記方式，對所有流入成像區(qū)域的血液進行高效率標記，從而一定程度上避免了因血流流速不同而造成的信號偽影。此外，盡管研究發(fā)現(xiàn)相較于TOF MRA，連續(xù)型靜音MRA 更有助于精確評估顱內(nèi)血管病灶[15，20-21]，但文獻報道由于采用c-ASL 標記，連續(xù)型靜音MRA 難以完成入顱血流的長時間標記，進而造成血管整體的信號均勻度降低。本研究發(fā)現(xiàn)雜合型靜音MRA 實現(xiàn)了標記血流信號的持續(xù)流入，在保證遠端血管顯影的同時，其圖像信噪比也獲得提升，整體血管信號均勻度高于靜音MRA，進一步拓寬了靜音MRA 技術的臨床應用。

3.3 雜合型靜音MRA在AVM成像中的可行性

本研究通過對腦動靜脈畸形的初步成像后發(fā)現(xiàn)，雜合型靜音MRA 對于AVM 畸形血管團的細節(jié)顯示方面具備一定的成像優(yōu)勢。AVM 是腦血管發(fā)育障礙而引起的腦局部血管數(shù)量和結構異常，并對正常腦血流產(chǎn)生影響。Moon 等[22]首次個案報道了連續(xù)型靜音MRA 在AVM 成像的應用，證實連續(xù)型靜音MRA 對畸形血管團的顯示與常規(guī)DSA有很好的相關性，能夠清楚地顯示AVM 瘤巢和鄰近的引流靜脈，并推斷靜音MRA 可作為DSA 的替代檢查技術。本研究中，雜合型靜音MRA 及連續(xù)型靜音MRA 圖像上均可見畸形血管團。但相較連續(xù)型靜音MRA，雜合型靜音MRA 對AVM供血動脈、瘤巢及引流靜脈的細節(jié)顯示更為清楚，分析主要與雜合型靜音MRA長時間連續(xù)高效標記有關。因此，筆者推斷雜合型靜音MRA序列能夠一定程度上提升靜音MRA在AVM成像中的細節(jié)顯示能力。

本研究也存在一些局限性。首先，本研究旨在初步驗證雜合型靜音MRA成像的可行性，納入腦血管病例單一，后續(xù)研究亟待探討該技術在多種腦血管疾病中的應用價值。其次，雖然本研究結果顯示了雜合型靜音MRA序列的降噪特性以及成像效果，但對于該序列未進行技術層面詳盡的原理分析。最后，在近段腦動脈成像中，雜合型MRA 圖像質(zhì)量得到提升，但如何提高分支小血管的信噪比仍是ASL-MRA研究亟需解決的問題。

綜上，本研究通過優(yōu)化血流標記策略改進靜音MRA，在保證原有序列降噪特征的同時，通過提供長時間高效率標記的入顱血流信號，降低了管壁邊緣模糊以及血管中心流空等血流偽影，提升了腦血管整體的信號均勻度。同時，雜合型靜音MRA 在AVM 畸形血管團細節(jié)的顯示方面具備一定的成像優(yōu)勢，為該技術其他腦血管疾病臨床診斷研究中提供了一定的理論參照。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。