血管與斑塊內(nèi)出血同時(shí)成像序列對(duì)Willis環(huán)完整性的評(píng)價(jià)

陳亞倫，何樂，陳慧軍，趙錫海，陳振森，唐玲*

1.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬大學(xué)城醫(yī)院，重慶 401331；2.清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)影像研究中心，北京 100084；

卒中嚴(yán)重危害人類健康，居疾病死亡原因的第2位[1]。良好的側(cè)支循環(huán)可以減少梗死灶容積、改善卒中預(yù)后，降低復(fù)發(fā)風(fēng)險(xiǎn)[2-4]。而Willis環(huán)作為主要的顱內(nèi)側(cè)支循環(huán)途徑，其完整性與腦卒中的預(yù)后相關(guān)[2,4]。因此，評(píng)價(jià)Willis環(huán)的健康狀況對(duì)于選擇腦卒中治療方案十分重要。

非造影增強(qiáng)血管與斑塊內(nèi)出血同時(shí)成像（simultaneous non-contrast angiography and intra-plaque hemorrhage，SNAP）是一種黑血成像技術(shù)，不僅能評(píng)估血管壁的動(dòng)脈粥樣硬化斑塊和識(shí)別斑塊內(nèi)出血，還能作為一種非對(duì)比增強(qiáng)的磁共振血管造影（MRA）技術(shù)[5]。目前，三維時(shí)間飛躍法磁共振血管成像（three-dimensional time of flight，TOF）作為一種非對(duì)比增強(qiáng)MRA技術(shù)，常用于評(píng)估顱內(nèi)血管的狹窄程度[6]，其與 DSA具有良好的一致性[7]，也用于評(píng)價(jià)大腦Willis環(huán)的完整性[8-9]。與TOF技術(shù)相比，SNAP技術(shù)可以更好地顯示顱內(nèi)小血管[10]，在Willis環(huán)評(píng)估中具有很大潛力，且目前國內(nèi)外相關(guān)研究鮮有報(bào)道。此外，顱內(nèi)血管管壁斑塊的評(píng)估已成為學(xué)術(shù)界的研究熱點(diǎn)，目前常用黑血 T1WI的各向同性的高分辨率快速自旋回波（volumetric isotropic turbo spin echo acquisition，VISTA）[11]技術(shù)進(jìn)行評(píng)估，而SNAP技術(shù)還有可能對(duì) Willis環(huán)血管上的斑塊進(jìn)行評(píng)估。因此，本研究通過比較SNAP和TOF對(duì)Willis環(huán)完整性的評(píng)估能力及 SNAP和 VISTA技術(shù)對(duì)Willis環(huán)血管斑塊的評(píng)估能力，探討SNAP在腦卒中的臨床應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 患者資料來源于清華大學(xué)生物醫(yī)學(xué)影像研究中心，收集于2014年3月至2016年10月，并經(jīng)診治考慮為腦血管病患者。本研究為前瞻性研究。入組標(biāo)準(zhǔn)：①年齡>18歲；②首發(fā)缺血性腦卒中的癥狀性患者；③經(jīng)超聲檢查排除頸動(dòng)脈斑塊導(dǎo)致的卒中；④經(jīng)顱多普勒超聲檢查發(fā)現(xiàn)大腦中動(dòng)脈狹窄；⑤在腦卒中發(fā)作2周到3個(gè)月內(nèi)可進(jìn)行MRI檢查；⑥患者一般情況良好。排除標(biāo)準(zhǔn)：①幽閉恐懼癥；②存在MRI檢查的禁忌證（血管支架、心臟起搏器、體內(nèi)存在金屬或磁性植入物）；③心房顫動(dòng)、瓣膜疾病等有可能產(chǎn)生心源性血栓的疾病；④有心臟、呼吸或肝腎功能衰竭者。本研究通過倫理委員會(huì)審核（項(xiàng)目編號(hào)20140009），且所有受試者知情同意。共納入62例患者，男38例，女24例；年齡40~73歲，平均（58.2±8.9）歲；40例患有高血壓，29例患有糖尿病。

1.2 儀器與方法 患者均行頭部 MRI掃描，采用Philips Achieva 3.0T MR掃描儀和32通道頭部接收線圈，針對(duì)Willis環(huán)進(jìn)行以下成像：①3D TOF成像序列產(chǎn)生MRA；②3D SNAP序列黑血血管壁成像。TOF成像掃描參數(shù)：TR 25.0 ms，TE 3.5 ms，反轉(zhuǎn)角20°，視野180 mm×180 mm×83 mm，矩陣256 mm×256 mm×120 mm。SNAP成像掃描參數(shù)：TR 10.0 ms，TE 5.5 ms，反轉(zhuǎn)角11°，視野160 mm×160 mm×60 mm，矩陣200 mm×200 mm×150 mm。對(duì)其中15例患者進(jìn)行3D T1 VISTA序列的掃描，掃描參數(shù)：TR 800.0 ms，TE 20.0 ms，反轉(zhuǎn)角90°，視野200 mm×181 mm×40 mm，矩陣200 mm×200 mm×133 mm。

1.3 圖像分析及完整性評(píng)價(jià) 由 1名有2年以上相關(guān)工作經(jīng)驗(yàn)的神經(jīng)內(nèi)科醫(yī)師對(duì) MRI圖像進(jìn)行判讀，采用盲法閱片。所有圖像后處理和判讀分析均在Philips圖像處理工作站上進(jìn)行。①使用3D TOF進(jìn)行Willis環(huán)完整性評(píng)價(jià)：首先使用最大強(qiáng)度投影法對(duì)3D TOF圖像進(jìn)行處理，產(chǎn)生Willis環(huán)的MRA，進(jìn)而評(píng)估Willis環(huán)的完整性。②使用3D SNAP黑血成像進(jìn)行 Willis環(huán)評(píng)價(jià)：由于在 SNAP圖像中存在相位信息，而且只有血是負(fù)值，因此可以使用最小強(qiáng)度投影法對(duì)3D SNAP圖像進(jìn)行處理，產(chǎn)生Willis環(huán)的MRA圖像，進(jìn)而判斷Willis環(huán)的完整性。完整的Willis環(huán)包括雙側(cè)大腦前動(dòng)脈交通前段 A1、雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈終端（the internal carotid artery，ICA）、大腦前交通動(dòng)脈（anterior communicating artery，ACoA）、雙側(cè)大腦后動(dòng)脈交通前段P1、基底動(dòng)脈（basilar artery，BA）和雙側(cè)后交通動(dòng)脈（posterior communicating artery，PCoA）。本研究中判斷Willis環(huán)上各血管是否存在的標(biāo)準(zhǔn)是當(dāng)血管的起始端和終端在相應(yīng)MRA上均能夠顯示時(shí)，認(rèn)為該血管存在[12]。研究血管主要包括雙側(cè)大腦前動(dòng)脈A1、ACoA、雙側(cè)大腦后動(dòng)脈P1和PCoA。進(jìn)而，完整的Willis環(huán)定義為構(gòu)成Willis環(huán)的上述所有血管均存在，否則定義Willis環(huán)不完整。同時(shí)，為了研究使用SNAP序列和TOF序列進(jìn)行Willis環(huán)完整性評(píng)估的可重復(fù)性，在第一次判讀2周后，再對(duì)所有患者的TOF和SNAP圖像進(jìn)行二次判讀，判讀標(biāo)準(zhǔn)同第一次相同。③在15例進(jìn)行VISTA成像的患者中，使用SNAP及VISTA成像對(duì)Willis環(huán)血管壁斑塊進(jìn)行評(píng)價(jià)：判斷組成Willis環(huán)血管管壁是否有增厚或高信號(hào)存在，如有增厚或高信號(hào)存在，則判定為有斑塊。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 20.0軟件，計(jì)量資料以±s表示，采用Kappa一致性檢驗(yàn)比較SNAP和TOF的一致性。在可重復(fù)性研究中也使用Kappa一致性檢驗(yàn)，Kappa值>0.7表示有較高的可重復(fù)性。P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 使用SNAP和TOF進(jìn)行Willis環(huán)完整性評(píng)估的可重復(fù)性 SNAP和TOF判斷Willis環(huán)的完整性均有較高的可重復(fù)性（Kappa值=0.815、0.816）；SNAP和 TOF對(duì)組成 Willis環(huán)的不同血管 LA1、RA1、LP1、RP1、LPCoA的可重復(fù)性均較高；對(duì)于RPCoA，SNAP圖像判讀的可重復(fù)性高于 TOF圖像；而對(duì)AcoA的圖像判讀可重復(fù)性均處于中等水平（表1）。

表1 SNAP和TOF兩次判讀結(jié)果的一致性檢驗(yàn)結(jié)果

2.2 用SNAP和TOF進(jìn)行Willis環(huán)完整性評(píng)估的一致性比較 在兩次判讀的結(jié)果中（表2），使用SNAP對(duì)Willis環(huán)整體完整性的判讀與使用TOF的判讀結(jié)果均具有較高的一致性（Kappa值=0.701、0.742）。而在Willis各組成血管的判讀中，用SNAP和用TOF判讀完全一致的血管包括 LA1、RA1、LP1和 RP1（Kappa值=1.000）。而使用兩種成像技術(shù)判讀的結(jié)果一致性較高的血管包括LPCoA（Kappa值=0.852、0.848）和 RPCoA（Kappa值=0.796、0.796）。在 ACoA血管有無的判斷上，使用SNAP和TOF的兩次判讀結(jié)果一致性均稍低（Kappa值=0.680、0.714）。圖1~3展示了代表性的SNAP和TOF對(duì)Willis環(huán)完整性及各血管的成像進(jìn)行判斷的對(duì)比圖，其中圖 1顯示W(wǎng)illis環(huán)的各血管均存在并在SNAP和TOF中均可看到的實(shí)例，而圖2和圖3顯示使用兩種成像在血管判斷上出現(xiàn)不同的情況。

表2 SNAP和TOF對(duì)構(gòu)成Willis環(huán)的各血管及完整性的一致性評(píng)估（支）

圖1 SNAP和TOF Willis環(huán)血管成像結(jié)果一致的典型代表圖。A為使用最小強(qiáng)度投影法對(duì)SNAP圖像處理產(chǎn)生的MRA圖像；B為A圖的翻轉(zhuǎn)圖；C為使用最大強(qiáng)度投影法對(duì)TOF圖像處理產(chǎn)生的MRA圖像

圖2 ACoA在TOF上可見，在SNAP上不可見的典型圖。A為使用最小強(qiáng)度投影法對(duì)SNAP圖像處理產(chǎn)生的MRA圖像；B為A的反轉(zhuǎn)圖，A、B中箭示ACoA的位置，由于一端不清楚，被判定為ACoA不存在；C為使用最大強(qiáng)度投影法對(duì)TOF圖像處理產(chǎn)生的MRA圖像，箭示ACoA可見，被判定為存在；D、E為SNAP的原始圖像，箭示ACoA確實(shí)不清

圖3 PCoA在TOF上不可見，在SNAP上可見的典型圖。A為使用最小強(qiáng)度投影法對(duì)SNAP圖像處理產(chǎn)生的MRA圖像；B為A的反轉(zhuǎn)圖，A、B中箭示PCoA的位置，由于顯示清楚，被判定為PCoA存在；C為使用最大強(qiáng)度投影法對(duì)TOF圖像處理產(chǎn)生的MRA圖像，箭示PCoA不可見，被判定為不存在

2.3 三維SNAP黑血成像及三維VISTA序列對(duì)Willis環(huán)血管壁斑塊的評(píng)價(jià) SNAP和VISTA對(duì)Willis環(huán)血管壁斑塊的評(píng)估結(jié)果一致。15例患者中，9例發(fā)現(xiàn)有斑塊存在，共發(fā)現(xiàn) 16處斑塊，9處（56.2%）分布于大腦后動(dòng)脈P1段，7個(gè)（43.8%）斑塊分布于大腦后動(dòng)脈與基底動(dòng)脈的交界處。圖4為 SNAP和 VISTA成像顯示 P1段及 P1段與基底動(dòng)脈交界處斑塊的典型圖，盡管SNAP圖像可以看到血管壁的增厚變化，但少于 VISTA圖像所見。

圖4 SNAP（A）和VISTA（B）成像顯示P1段及P1段與基底動(dòng)脈交界處的斑塊典型圖。箭示斑塊存在位置：A、B中的箭頭顯示P1段上的斑塊位置，小圖中箭頭顯示在血管的橫截面圖上對(duì)應(yīng)位置可見血管壁增厚；箭示P1段與基底動(dòng)脈交界處的斑塊位置，小圖中箭示在血管的橫截面圖上對(duì)應(yīng)位置可見血管壁增厚

3 討論

大腦Willis環(huán)作為主要的顱內(nèi)側(cè)支循環(huán)途徑[13]，其狀態(tài)與卒中的發(fā)生、進(jìn)展和結(jié)局有較強(qiáng)的相關(guān)性。新提出的SNAP MRA作為一種新的非對(duì)比增強(qiáng)MRA技術(shù)[5]，具有廣闊的臨床應(yīng)用前景，其在顱內(nèi)動(dòng)脈中的研究已有報(bào)道[10]，但在評(píng)估Willis環(huán)完整性方面目前鮮有研究。本研究采用SNAP和TOF技術(shù)對(duì)62例患者的Willis環(huán)完整性情況進(jìn)行評(píng)估比較，發(fā)現(xiàn)SNAP與TOF具有較高的一致性，并可評(píng)價(jià)各個(gè)Willis環(huán)上各血管的有無，并且重復(fù)性較好。

在顯示W(wǎng)illis環(huán)的各血管方面，尤其是LPCoA、RPCoA、LA1、RA1、LP1和RP1血管，SNAP和TOF的成像結(jié)果一致性較好（Kappa值>0.79）。SNAP評(píng)價(jià)Willis環(huán)各血管可重復(fù)性也較好（除ACoA外，其他所有血管Kappa值>0.81）。既往研究發(fā)現(xiàn)，與TOF相比，SNAP能更好地顯示較小的血管[10]；本研究發(fā)現(xiàn) SNAP在 Willis環(huán)的顯示上與 TOF較為接近。SNAP技術(shù)顯示部分小血管的性能較好，而在ACoA中，SNAP技術(shù)顯示的血管不如TOF，其可能原因是由于SNAP是基于翻轉(zhuǎn)恢復(fù)的成像技術(shù)，其血液的對(duì)比度理論上雖不易受到血流的影響，但是MR本身的不完美導(dǎo)致其成像效果會(huì)受到影響。首先，在靠近鼻腔、口腔等存在空洞的組織附近 B1場不均勻?qū)е?80o翻轉(zhuǎn)不夠，會(huì)降低其血管顯示的對(duì)比度；其次，由于MR的B1場大小有限，會(huì)存在一部分在180o翻轉(zhuǎn)區(qū)域外的血流流進(jìn)成像區(qū)域，導(dǎo)致其血管顯示問題；此外，血管中一部分較慢的血流無法流出成像區(qū)域，會(huì)受到多次翻轉(zhuǎn)脈沖的激發(fā)，也會(huì)導(dǎo)致對(duì)比度降低，這種情況特別是在Willis環(huán)的小交通動(dòng)脈中會(huì)存在。值得注意的是，在對(duì)ACoA血管的判斷上，使用SNAP和TOF的判讀結(jié)果一致性在所有Willis環(huán)的血管中最低，而且不管是SNAP還是TOF，使用其非對(duì)比增強(qiáng)圖像評(píng)價(jià) ACoA血管有無的可重復(fù)性在所有血管中最差。上述結(jié)果表明ACoA血管的評(píng)估對(duì)于SNAP和 TOF均存在一定的困難。這可能是由于ACoA血管本身直徑較小，從而導(dǎo)致SNAP和TOF技術(shù)對(duì)ACoA的成像不清晰。進(jìn)一步提高SNAP技術(shù)的分辨率有可能改善ACoA血管的成像質(zhì)量，但這樣需要更多的重復(fù)掃描來保持信噪比。

作為一種黑血MRI技術(shù)，SNAP技術(shù)較傳統(tǒng)的影像學(xué)方法具有更多優(yōu)勢。它不需要平行采集即可以到達(dá)較高的分辨率水平，并且可以進(jìn)一步優(yōu)化。與對(duì)比增強(qiáng)MRA相比，不需要注射對(duì)比劑[14]。另外，通過相敏重建[15]，SNAP技術(shù)能夠最優(yōu)化以實(shí)現(xiàn)血管腔內(nèi)信號(hào)始終作為負(fù)信號(hào)呈現(xiàn)，而其他組織為正信號(hào)呈現(xiàn)。因此，SNAP技術(shù)不需要進(jìn)行背景抑制，這也避免了額外的圖像相減步驟以及其所可能帶來的不匹配等問題[16]。本研究結(jié)果證明SNAP技術(shù)作為一種非對(duì)比增強(qiáng)MRA技術(shù)在Willis環(huán)評(píng)估中的有效性，進(jìn)一步拓展了SNAP技術(shù)在顱內(nèi)血管中的應(yīng)用。

更重要的是，作為一種黑血成像技術(shù)，SNAP技術(shù)能夠評(píng)價(jià)Willis環(huán)上血管的有無。本研究使用常用于評(píng)估顱內(nèi)血管斑塊的VISTA序列[11]作為對(duì)比，盡管SNAP技術(shù)優(yōu)化的是低T1值組織的對(duì)比度，其對(duì)一般血管壁成像的對(duì)比度并不好，因此在SNAP圖像上管壁的增厚情況小于在VISTA圖像看見的增厚情況。但本研究結(jié)果表明，在評(píng)價(jià)Willis環(huán)有無血管斑塊上，SNAP和 VISTA序列高度一致，初步證明了SNAP序列還能同時(shí)評(píng)估 Willis環(huán)血管管壁上的斑塊。因此，該成像技術(shù)的多功能性使其有望成為評(píng)估顱內(nèi)動(dòng)脈粥樣硬化患者危險(xiǎn)因素的首要影像學(xué)工具。

本研究的局限性在于：未應(yīng)用對(duì)比增強(qiáng)的MRA、CTA或 DSA進(jìn)行比較分析，這是因?yàn)檫@些檢查有創(chuàng)，而且對(duì)比劑會(huì)對(duì)腎功能有損害的患者造成不良影響，本研究中心不具備條件進(jìn)行相關(guān)成像。另外，本研究樣本量較小。針對(duì)上述不足，在后續(xù)研究中應(yīng)增大樣本量、運(yùn)用多種技術(shù)手段及組織學(xué)或臨床“金標(biāo)準(zhǔn)”進(jìn)行比較分析，更加充分地探索SNAP技術(shù)的應(yīng)用價(jià)值。

總之，本研究證實(shí)SNAP作為一項(xiàng)新的非對(duì)比增強(qiáng)黑血血管成像技術(shù)具有評(píng)估 Willis環(huán)完整性的能力，并表明SNAP技術(shù)有可能進(jìn)行Willis環(huán)血管斑塊的評(píng)價(jià)，進(jìn)一步擴(kuò)展了SNAP技術(shù)在顱內(nèi)血管評(píng)估中的應(yīng)用。

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