3.0T非對比劑肝門靜脈磁共振血管成像技術研究

姚斐斐 YAO Feifei

程敬亮 CHENG Jingliang

楊子濤 YANG Zitao

李 瑩 LI Ying

魯果果 LU Guoguo

能夠提供清晰的肝門靜脈形態(tài)學信息，對于確定肝臟腫瘤手術、膽道手術及經頸靜脈肝內門體靜脈分流術的操作方案，觀察肝硬化門靜脈高壓患者的門靜脈系統及側支循環(huán)情況等具有重要意義[1]。顯示血管的傳統方法包括數字減影血管造影（DSA）、CT血管造影（CTA）和對比增強磁共振血管造影（contrastenhanced magnetic resonance angiography, CE-MRA）。DSA和CTA圖像分辨率高，但均需使用大劑量含碘對比劑[2]，故不適用于對碘過敏者及凝血功能障礙者。肝門靜脈CE-MRA已經廣泛應用于臨床診斷[3,4]，然而其仍然存在一些缺點：首先，大多數肝門靜脈CE-MRA技術為了獲得高質量圖像，要求患者能夠屏住呼吸長達十幾秒，這對于聽力不佳、屏氣能力不好的患者都是很大的挑戰(zhàn)；其次，外源性對比劑導致的過敏反應和腎臟代謝負擔加重都不容忽視[5]。非對比增強磁共振血管造影（non-contrast-enhanced MRA, NCE-MRA）采用人體內血液作為天然對比劑，在患者自由呼吸狀態(tài)下實現血管成像，成為臨床關注的熱點。伍兵等[6]、邢金子等[1]和Shimada等[7]均在1.5T MR掃描儀上成功實現了非對比劑肝臟門靜脈血管成像。在MRI領域，場強與信噪比呈正相關。本研究擬探討在3.0T高場MR掃描儀上實現非對比劑肝門靜脈血管成像的可行性，并對反轉時間（TI）這一重要參數的設置進行優(yōu)化。從而為臨床醫(yī)師了解患者門靜脈系統的解剖和變異、評估肝移植手術前后門靜脈血供變化等提供信噪比更高、圖像更細膩的門靜脈影像學信息。

1 資料與方法

1.1 研究對象 隨機選取2013-03～05無肝臟病史的10名健康志愿者在鄭州大學第一附屬醫(yī)院磁共振科行MRI檢查，由操作人員向志愿者詳細解釋檢查的內容、步驟及注意事項，所有受檢者均簽署知情同意書。其中男4例，女6例；年齡24～59歲，平均（47±10）歲。所有受檢者行MRI檢查前6 h內禁食、禁水，掃描過程中保持均勻平靜呼吸。

圖1 IFIR標記脈沖結合FIESTA亮血成像原理

IR脈沖A將其所覆蓋區(qū)域組織的磁化矢量反轉180°，紅色邊框A區(qū)域內組織（主要是肝實質）的縱向磁化矢量從反向（與主磁場相反方向）最大逐漸變小到0，然后從0開始到正向（與主磁場同向）逐漸增大到最大。黃色邊框IR脈沖B將標記感興趣區(qū)（ROI）上游的血液。A、B兩區(qū)域相交的組織由于連續(xù)受到2個180°脈沖的激發(fā)，因此仍保持較大的縱向磁化矢量。標記脈沖與成像采集之間有一段時間的延遲，即TI。TI的延遲有2個目的：一是用來等待標記氫質子流入成像區(qū)域；二是等待背景組織信號磁化矢量恢復到0點。

1.2.2 儀器 采用GE 3.0T Discovery MR750掃描儀，8通道相控陣體線圈。首先掃描一個未放置IR標記脈沖帶的冠狀面FIESTA序列作為定位像。該定位像4～5層即可，范圍包括主動脈、肝門靜脈、脾靜脈等，以便于放置反轉脈沖帶。肝門靜脈血管成像序列掃描參數：TR 3.9 ms，TE 1.9 ms，翻轉角50°，視野380 mm×342 mm，層厚2.0 mm，相位方向加速因子2.0，矩陣192×320，采集像素大小 1.98 mm×1.07 mm×2.00 mm，重建像素大小0.99 mm×0.54 mm×1.00 mm，反轉恢復延遲時間BSP TI 1200～1800 ms，掃描時間3～4 min，觸發(fā)點為15%，觸發(fā)窗口為40。

1.3 圖像觀察 掃描完成后，將原始數據傳輸到2臺GE ADW 4.5工作站上。由2位有經驗的放射科醫(yī)師觀

1.2 MRI掃描

1.2.1 技術原理 本文將流入反轉恢復（IFIR）標記脈沖帶與三維穩(wěn)態(tài)采集快速成像（three-dimensional fast imaging employing steady state acquisition, 3D FIESTA）序列相結合，選擇性地顯示肝臟門靜脈，其成像原理見圖1。IR標記脈沖帶A、B放置位置見圖2。察10名志愿者在不同TI下的最大密度投影（MIP），分析不同TI設定對門靜脈遠端分支顯示級別的影響。門靜脈主干的1級分支為左、右門靜脈，2級分支為左、右門靜脈的段血管，3級、4級、5級分支（段后血管及其分支）依次類推。對顯示的血管分支級別有爭議處，2位醫(yī)師協商達成一致。

圖2 IR標記脈沖帶A、B放置位置

1.4 定量評估 由于成像序列采用并行采集技術，背景噪聲的標準偏差不能用來計算圖像的信噪比（SNR）[8]。為了定量評估TI值對門靜脈和肝實質之間對比的影響，以肝實質作為參考組織，比較血管和肝實質之間的相對信號強度值，相對信號強度=（血管信號強度－肝實質信號強度）/血管信號強度[9]。在冠狀位原始圖像上手動放置肝實質、門靜脈主干、門靜脈右支和左支的ROI。肝實質ROI放置在靠近門靜脈且信號均勻處，同時要注意避開血管和有明顯偽影的地方。門靜脈主干ROI放置在門靜脈左、右支分叉處。門靜脈右支的ROI放置在門靜脈右支的前、后支分叉處。門靜脈左支的ROI放置在左支矢狀部。4個ROI均手動繪制3次取平均值。將測得的數據代入相對信號強度計算公式，得到10名志愿者在TI分別為1200、1400、1600、1800 ms時門靜脈主干、右支、左支的相對信號強度值。

1.5 統計學方法 采用SPSS 17.0軟件，計量資料比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD法，P＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

2.1 不同TI對門靜脈遠端分支顯示的影響 采用本文的方法對10名志愿者均成功實現了非對比劑肝門靜脈血管成像。圖3為同一名志愿者在不同TI設定下肝門靜脈的MIP圖，隨著TI增加，肝實質的信號強度逐漸增大。TI由1200～1600 ms，門靜脈遠端分支的信號強度逐漸增強。

圖3 女，37歲，肝門靜脈成像MIP圖。A～D. TI設定值依次為1200、1400、1600、1800 ms，隨著TI增加，肝實質的信號強度逐漸增強

2位醫(yī)師評估不同TI設定下能顯示3級分支以上的志愿者數見表1。4種TI值設定下，均能成功顯示門靜脈3級以下分支。TI=1200 ms時對4級以上分支的顯示效果不如TI=1400 ms、1600 ms，TI=1600 ms時5級分支的顯示不如1400 ms穩(wěn)定，TI=1800 ms時，門靜脈4級、5級分支顯示情況均較差。

表1 10名志愿者不同TI值肝門靜脈遠端分支級別顯示比較

醫(yī)師在評定血管分支顯示級別時發(fā)現，2名志愿者門靜脈MIP圖中出現膽道系統與門靜脈相互重疊，可能與膽道系統液體成分有關。見圖4。

圖4 膽道系統在門靜脈MIP圖上重疊（箭示膽囊）

2.2 不同TI對門靜脈與肝實質之間信號強度比的影響按前文所述方法，求出10名志愿者在不同TI（1200、1400、1600、1800 ms）下門靜脈主干、右支、左支相對信號強度的平均值和標準差。TI分別為1200、1400、1600、1800 ms時門靜脈主干、左支和右支平均相對信號強度見圖5。當TI=1400 ms時，門靜脈血管信號和周圍背景組織（肝實質）信號之間達到最好的平衡，從而得到最高的血管相對信號強度。當TI=1800 ms時，肝實質的縱向磁化矢量恢復過多，惡化了門靜脈與肝臟之間的對比。不同TI下門靜脈主干和左支相對信號強度差異有統計學意義（P＜0.05、P＜0.01），提示TI值對門靜脈主干和左支相對信號強度的影響有顯著差異；而不同TI下門靜脈右支相對信號強度差異無統計學意義（P＞0.05）。

圖5 門靜脈血管與肝實質相對信號強度比

3 討論

肝臟門靜脈系統解剖是臨床實施肝膽外科手術之前必須評估的一項重要內容。目前DSA、CTA、CEMRA等用于門靜脈血管造影時均有突出的缺點：DSA為有創(chuàng)檢查，CTA使患者可能出現電離輻射和大劑量碘劑導致的過敏反應，CE-MRA使用的釓劑可能會導致腎纖維化等不良后果。為此，本研究提供了非對比劑門靜脈血管造影的成像方法，并對重要技術參數TI進行優(yōu)化。

將IFIR標記脈沖帶與FIESTA序列相結合選擇性地顯示肝門靜脈的研究并不少見，但多采用1.5T MRI掃描儀。為了追求更高的圖像信噪比，3.0T高場MRI越來越多地應用于臨床。與1.5T MRI相比，在3.0T下半固態(tài)組織的T1弛豫時間明顯延長了30%左右[10]，磁共振血管成像和動脈自旋標記技術將從中受益。T1延長一方面可以改善背景信號的抑制，另一方面可以使更多的不飽和自旋質子進入成像層面，從而使信號增強[11]。本研究通過設置不同的TI，比較門靜脈遠端分支顯示級別及血管相對信號強度，發(fā)現在TI=1400 ms時成像效果最好。TI=1200 ms時對4級以上分支的顯示效果不如TI=1400 ms、1600 ms，其原因可能是TI不夠長，標記的血液尚未充分流入門靜脈遠端分支；TI=1600 ms時5級分支的顯示不如1400 ms穩(wěn)定，其原因可能是血液流動過程中質子失相位造成信號降低。TI=1800 ms時，門靜脈4級、5級分支顯示情況均較差，其原因可能是長TI下流動血液質子失相位嚴重加劇，導致4級以上血管信號強度過低而無法清楚地顯示血管結構。

與CE-MRA相比，本文采用的非對比劑肝門靜脈血管成像技術的優(yōu)點是：門靜脈血管與肝實質的對比度更好，因為CE-MRA在門靜脈期肝實質信號已經有了明顯提高；不使用造影劑降低了患者的醫(yī)療負擔；技術工作者不必為抓特定的期相而擔心，可以對患者進行重復檢查；采用呼吸觸發(fā)技術，患者可以在自由呼吸狀態(tài)下舒適地完成檢查。

本研究的局限性在于：利用血液的高T2/T1比特性，采用FIESTA序列進行門靜脈成像易出現膽道系統與門靜脈相互重疊。對此，診斷醫(yī)師可以將3D MIP圖與冠狀位的原始圖像結合起來觀察，克服此類問題。另外，本研究樣本量小，且均為健康志愿者；未將成像結果與標準的CE-MRA或CTA進行比較，將在后續(xù)研究中進一步完善。

總之，在3.0T高場MRI掃描儀上進行非對比劑肝門靜脈血管成像是可行的，當TI=1400 ms時可以獲得較好的圖像質量。

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