顱頸部高分辨率MRA：常規(guī)黑血序列與SNAP序列的比較

陸艷， 黃仁軍， 李勇剛

隨著醫(yī)學(xué)影像技術(shù)的發(fā)展，高分辨率磁共振成像(high resolution magnetic resonance imaging，HR-MRI)能夠提供動(dòng)脈的管腔和管壁信息，成為評(píng)價(jià)顱頸動(dòng)脈管壁及管腔的可行方法。近年來(lái)二維(two-dimensional,2D)及三維(three-dimensional,3D)黑血技術(shù)的運(yùn)用越來(lái)越廣泛，包括黑血(black blood，BB)的T1WI及T2WI序列和3D可變?cè)倬劢狗D(zhuǎn)角序列(3D variable refocusing flip angle sequences)等[1]。非對(duì)比增強(qiáng)血管成像和斑塊內(nèi)出血成像(simultaneous noncontrast angiography and intraplaque hemorrhage imaging，SNAP)技術(shù)是一種新型的管壁成像技術(shù)，是一種具有多重對(duì)比的成像序列，一次掃描可以生成灰血參照(reference,Ref)、黑血校正(corrected real，CR)和亮血MRA共3個(gè)圖像集[2]，從而能同時(shí)獲得血管狹窄程度及血管管壁情況的影像信息，尤其對(duì)斑塊內(nèi)出血(intraplaque hemorrhage，IPH)顯示具有很高的敏感度和特異度。Li等[3]的研究結(jié)果顯示在評(píng)估顱頸動(dòng)脈夾層管腔狹窄和壁內(nèi)血腫時(shí)，所有壁內(nèi)血腫均在SNAP序列上顯示良好，SNAP序列與多序列MRI間具有較好的一致性，并節(jié)省了50%的掃描時(shí)間。本研究通過(guò)比較SNAP序列、T1WI-BB、T2WI-BB和質(zhì)子加權(quán)各項(xiàng)同性容積采集快速自旋回波(proton density weighted imaging-volume isotropic turbo-spin-echo acquisition，PDWI-VISTA)序列的圖像質(zhì)量，旨在探討SNAP序列在頭頸部血管病變中的臨床應(yīng)用價(jià)值。

材料與方法

1.臨床資料

2017年7月-2017年12月對(duì)有癥狀且經(jīng)顱多普勒(transcranial doppler，TCD)發(fā)現(xiàn)有血管腔狹窄的45例患者行顱頸動(dòng)脈(頸內(nèi)動(dòng)脈、椎動(dòng)脈和大腦中動(dòng)脈)的 HR-MRI 檢查，男35例，女10例，平均年齡(57.2±12.6)歲。

2.檢查方法

使用Philips Achieva 3.0T磁共振儀和8通道頭頸聯(lián)合線圈進(jìn)行MRI檢查。首先采用三維時(shí)間飛躍法(three dimensional-time of flight，3D-TOF)行頭顱常規(guī)MRA，掃描參數(shù)：TR 27 ms，TE 6.9 ms，翻轉(zhuǎn)角20°，視野240 mm×160 mm，矩陣320×256，掃描時(shí)間2 min 40 s。然后根據(jù)3D-TOF MRA源圖像和最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)重組圖像上顯示的單側(cè)或雙側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈或椎動(dòng)脈的狹窄部位，分別采用4個(gè)序列(SNAP、T1WI-BB、T2WI-BB及VISTA-PDWI)行HR-MRI 檢查。①T1WI-BB 序列：TR 1000 ms，TE 20 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，視野10 cm×10 cm，矩陣168×166，掃描時(shí)間 6 min 56 s；②T2WI-BB 序列：TR 3000 ms，TE 40 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，視野10 cm×10 cm，矩陣168×166，掃描時(shí)間 6 min 56 s；③VISTA-PDWI序列：TR 2000 ms，TE 39 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，視野16 cm×16 cm，矩陣400×352，掃描時(shí)間4 min 18 s；④SNAP序列：TR 10 ms，TE 4.9 ms，翻轉(zhuǎn)角90°，視野16 cm×16 cm，矩陣200×196，掃描時(shí)間3 min 30 s。

3.圖像分析方法

由兩位神經(jīng)影像醫(yī)師在工作站上共同對(duì)常規(guī)MRI、MRA和HR-MRI的圖像質(zhì)量進(jìn)行客觀評(píng)價(jià)。如果血管的管腔和外壁同時(shí)顯示清晰，則進(jìn)行下一步分析，否則不納入本研究范圍。

圖1 正常左側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈。a)VISTA-PDWI序列冠狀面圖像，顯示左側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈水平段(箭)，血管壁呈等～高信號(hào)；b)圖a的局部放大圖像，在頸內(nèi)動(dòng)脈管壁勾畫ROI；c)SNAP序列冠狀面圖像，顯示左側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈水平段(箭)，血管壁呈稍高信號(hào)；d)圖c的局部放大圖像，在頸內(nèi)動(dòng)脈管壁勾畫ROI；e)T1WI-BB序列橫軸面圖像，顯示左側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈水平段(箭)，血管壁呈稍高信號(hào)；f)圖e的局部放大圖像，在頸內(nèi)動(dòng)脈管壁勾畫ROI；g)T2WI-BB序列橫軸面圖像，顯示左側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈水平段(箭)，血管壁呈稍高信號(hào)；h)圖g的局部放大圖像，在頸內(nèi)動(dòng)脈管壁勾畫ROI。

分別在4個(gè)HR-MRI序列(SNAP序列選取第二個(gè)黑血校正集)的圖像上，測(cè)量頸內(nèi)動(dòng)脈和椎動(dòng)脈管腔及血管壁的信號(hào)強(qiáng)度值(signal intensity，SI)，保證同一支血管在各序列圖像上選取的ROI的大小和位置相同，管壁ROI大小約0.002 cm2；同時(shí)選擇各ROI同層面的頸部肌肉或腦實(shí)質(zhì)區(qū)域，測(cè)量其CT值和標(biāo)準(zhǔn)差(signal standard deviation，SD)，以SD作為背景噪聲。各部位由同一位醫(yī)師測(cè)量3次，取平均值。然后按照下列公式計(jì)算管腔及管壁的信噪比(signal to noise ratio，SNR)、管壁與管腔的信號(hào)差異噪聲比(signal difference to noise ratio，SDNR)及管壁與管腔的對(duì)比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)：

(1)

(2)

(3)

對(duì)存在壁內(nèi)血腫的患者，按照上述方法分別測(cè)量血腫和管腔的信號(hào)值，根據(jù)公式計(jì)算出血腫與管腔的SDNR和CNR。

4.數(shù)據(jù)處理和統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

使用SPSS 17.0(IBM)統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。采用單因素方差分析對(duì)4個(gè)序列圖像上顱頸動(dòng)脈的管腔、管壁的SNR，以及管壁與管腔、血腫與管腔(對(duì)存在壁內(nèi)血腫的患者)的SDNR、CNR進(jìn)行比較，建議水準(zhǔn)α = 0.05。以P<0.001為差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，進(jìn)一步采用Student-Newman-Keulsq檢驗(yàn)分別對(duì)4個(gè)序列的各項(xiàng)參數(shù)進(jìn)行兩兩比較。

結(jié) 果

45例患者中成像血管為頸內(nèi)動(dòng)脈(圖1～2)18例，椎動(dòng)脈(圖3)10例，大腦中動(dòng)脈(圖4)17例。其中20例患者的顱頸部血管(頸內(nèi)動(dòng)脈13例，椎動(dòng)脈7例)在SNAP圖像上顯示管壁內(nèi)可見(jiàn)偏心性弧形明顯高信號(hào)區(qū)，結(jié)合內(nèi)膜瓣及"雙腔征"等特點(diǎn)高度提示為壁內(nèi)血腫(圖3)。根據(jù)其T1和T2信號(hào)特征，診斷為超急性期7例、亞急性晚期12例及慢性期1例。

1.四個(gè)序列上管腔和管壁圖像質(zhì)量的比較

四個(gè)序列圖像上血管腔和血管壁的各項(xiàng)參數(shù)測(cè)量結(jié)果見(jiàn)表1。

表1 四個(gè)序列圖像上管腔和管壁各項(xiàng)參數(shù)測(cè)量結(jié)果

四個(gè)序列圖像上顱頸部血管的管腔和管壁的SNR比較，差異均有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=243.182，P<0.001；F=201.303，P<0.001)，且以SNAP序列上管腔和管壁的SNR值最高。四個(gè)序列之間管壁與管腔SDNR的差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=12.948，P<0.001)，以T1WI-BB序列上的均值最高。四個(gè)序列之間管壁與管腔CNR的差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=3.657，P=0.014)。

圖2 正常左側(cè)頸總動(dòng)脈。a)VISTA-PDWI序列冠狀面圖像，顯示血管壁呈稍高信號(hào)(箭)；b)SNAP序列冠狀面圖像，顯示血管壁呈稍高信號(hào)(箭)；c)為T1WI-BB序列圖像，管壁在T1WI-BB序列上呈等信號(hào)(箭)；d)T2WI-BB序列圖像，管壁在T2WI-BB序列上呈等信號(hào)(箭)。 圖3 左側(cè)椎動(dòng)脈狹窄合并壁內(nèi)血腫。a)VISTA-PDWI序列，顯示左側(cè)椎動(dòng)脈管壁內(nèi)高信號(hào)灶(箭)；b)SNAP序列，顯示壁內(nèi)血腫呈高信號(hào)(箭)；c)T1WI-BB序列，顯示壁內(nèi)血腫呈高信號(hào)(箭)；d)T2WI-BB序列，顯示壁內(nèi)血腫呈高信號(hào)(白箭)。

進(jìn)一步對(duì)組間差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義的3個(gè)參數(shù)采用q檢驗(yàn)進(jìn)行組間兩兩比較，結(jié)果顯示：SNAP序列上管腔和管壁的SNR與其它3個(gè)序列間的差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(管腔SNR：P=0.0003，P=0.0002，P=0.0005；管壁SNR：P=0.0002，P=0.0001，P=0.0001)；而T1WI-BB、T2WI-BB及VISTA-PDWI序列之間進(jìn)行兩兩比較，管腔和管壁SNR的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(管腔SNR：P=0.908，P=0.729，P=0.818；管壁SNR：P=0.635，P=0.103，P=0.247)；管壁與管腔SDNR在SNAP序列與T1WI-BB和VISTA-PDWI之間差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.004，P=0.003)，在VISTA-PDWI與T1WI-BB和T2WI-BB之間差異亦具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.0001，P=0.0001)，而在SNAP序列與T2WI-BB之間、及T1WI-BB與T2WI-BB之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.156，P=0.134)。

2.四個(gè)序列上血腫成像質(zhì)量的比較

對(duì)4個(gè)序列圖像上血腫(20例)的SNR進(jìn)行比較，差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=120.536，P<0.001)，且以SNAP序列上的SNR均值最高。四個(gè)序列之間血腫與管腔CNR的差異有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=10.848，P<0.001)，且以SNAP序列上的CNR均值最高。四個(gè)序列之間血腫與管腔SDNR的差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(F=2.764，P=0.048)，以SNAP序列上的SDNR均值最高。

進(jìn)一步采用q檢驗(yàn)進(jìn)行組間兩兩比較，結(jié)果顯示：SNAP序列上血腫的SNR及血腫與管腔CNR分別與T1WI-BB、T2WI-BB及VISTA-PDWI進(jìn)行比較，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(SNR：P=0.0008，P=0.0009，P=0.0004；CNR：P=0.0002，P=0.0003，P=0.0005)；而在T1WI-BB、T2WI-BB及VISTA-PDWI序列之間進(jìn)行兩兩比較，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(SNR：P=0.0975，P=0.403，P=0.386；CNR：P=0.919，P=0.730，P=0.655)。

討 論

SNR、SDNR及CNR是評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的客觀指標(biāo)[4-6]。改善圖像質(zhì)量主要可通過(guò)提高組織的信號(hào)強(qiáng)度和降低噪聲來(lái)提高SNR，MR設(shè)備的場(chǎng)強(qiáng)越高，圖像的SNR越高[7]。SNR越高表示組織信號(hào)成分越多，解剖結(jié)構(gòu)清晰度越高。影響SNR的掃描參數(shù)主要有TR、TE、視野、層厚及激勵(lì)次數(shù)等[8]。SDNR反映的是不同組織的信號(hào)強(qiáng)度的相對(duì)差異，它是評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量的另一項(xiàng)指標(biāo)。由于受噪聲的影響較大，單純通過(guò)組織的信號(hào)強(qiáng)度的差異尚不能真實(shí)反映圖像的對(duì)比度，所以常采用SDNR來(lái)反映圖像的對(duì)比度。CNR指不同組織信噪比的差異，也可以反映組織的對(duì)比度。影響MRI對(duì)比度的因素主要有脈沖序列、成像參數(shù)(TR、TE、TI、翻轉(zhuǎn)角度等)及對(duì)比劑等[9]。本研究結(jié)果顯示，SNAP序列與T1WI-BB、T2WI-BB及PDWI-VISTA序列之間的管腔SNR及管壁SNR的差異具有高度統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，且SNAP序列的管腔SNR及管壁SNR均值最高，說(shuō)明SNAP序列不僅可以清晰顯示血管管壁及管腔的結(jié)構(gòu)，而且縮短了掃描時(shí)間。但T1WI-BB序列的SDNR及CNR優(yōu)于SNAP序列，表明SNAP序列較T1WI-BB序列在圖像對(duì)比度方面即管壁與管腔的對(duì)比方面仍有一定欠缺。在圖像質(zhì)量眾多參數(shù)指標(biāo)中，在保證足夠SNR時(shí)，獲得最佳的對(duì)比度更為重要，因?yàn)樗鼤?huì)直接影響對(duì)病變的檢出率[8]。因此，還需要優(yōu)化SNAP序列的相關(guān)參數(shù)以提高管壁與管腔的對(duì)比度，進(jìn)一步發(fā)揮其血管壁成像的優(yōu)勢(shì)。

圖4 正常右側(cè)大腦中動(dòng)脈。a)VISTA-PDWI序列冠狀面圖像，顯示右側(cè)大腦中動(dòng)脈M1段，血管壁呈稍高信號(hào)(箭)；b)SNAP序列冠狀面圖像，顯示右側(cè)大腦中動(dòng)脈M1段，血管壁呈稍高信號(hào)(箭)；c)T1WI-BB序列矢狀面圖像，顯示右側(cè)大腦中動(dòng)脈M1段，血管壁呈等信號(hào)(箭)；d)T2WI-BB序列矢狀面圖像，顯示右側(cè)大腦中動(dòng)脈M1段，血管壁呈稍高信號(hào)(箭)。

顱頸部動(dòng)脈夾層是中青年發(fā)生缺血性腦卒中最常見(jiàn)的病因[10]。SNAP序列具有較大的縱向覆蓋率和較短的掃描時(shí)間，單次掃描能同時(shí)獲得管壁和非對(duì)比增強(qiáng)MRA圖像，在診斷顱頸部動(dòng)脈夾層(craniocervical artery dissection,CCAD)中具有能替代其它序列的潛力，并且使得診斷效率提高[3]。此外，SNAP技術(shù)不需要注射對(duì)比劑，因此可用于不耐受靜脈注射或禁用釓對(duì)比劑(例如妊娠或腎功能衰竭)的患者。對(duì)壁內(nèi)血腫一類的出血信號(hào)，目前多采用傳統(tǒng)的多對(duì)比技術(shù)聯(lián)合經(jīng)典的磁化準(zhǔn)備快速采集梯度回波(magnetisation-prepared rapid acquisition gradient-echo sequence，MP-RAGE)序列，但這項(xiàng)技術(shù)對(duì)管腔內(nèi)血流的抑制效果欠佳，SNAP序列以層塊選擇性相位敏感反轉(zhuǎn)恢復(fù)(slab-selective phase-sensitive inversion-recovery,SPI)序列作為基礎(chǔ)，可降低對(duì)血液T1值估計(jì)和序列參數(shù)設(shè)置準(zhǔn)確性的要求，并可通過(guò)增加管腔、管壁及出血三者間的信號(hào)對(duì)比度，來(lái)提高對(duì)出血的顯示能力。Li等[11]對(duì)比分析了MP-RAGE與SNAP成像在表征頸動(dòng)脈斑塊內(nèi)出血(intra-plaque hemorrhage IPH)中的有效性，發(fā)現(xiàn)SNAP能發(fā)現(xiàn)更多的斑塊內(nèi)出血，尤其是斑塊內(nèi)小出血灶。Shu等[12]的研究結(jié)果顯示，SNAP序列的亮血圖像與對(duì)比增強(qiáng)MRA對(duì)判斷管腔狹窄率具有較高的一致性。Wang等[13]的研究表明，SNAP-MRA與TOF-MRA在定量測(cè)量頸動(dòng)脈管腔面積方面具有高度相關(guān)性(組內(nèi)相關(guān)系數(shù)值為0.96，95%置信區(qū)間為0.94～0.97)。SNAP不僅可以評(píng)價(jià)血管腔的狹窄程度，還能同時(shí)檢出壁內(nèi)血腫。本研究中20例壁內(nèi)血腫患者，包括超急性期7例、亞急性晚期12例和慢性期1例，SNAP序列在顯示壁內(nèi)血腫的成像質(zhì)量上明顯優(yōu)于其它3個(gè)序列，但對(duì)于血腫分期仍需結(jié)合常規(guī)黑血序列。另外，也說(shuō)明SNAP可以輔助常規(guī)黑血序列用于評(píng)價(jià)顱頸部動(dòng)脈夾層，并提高診斷效率。

本研究的局限性：首先，本研究的樣本量較??；其次，SNAP及PDWI-VISTA序列為三維冠狀面成像，而T1WI-BB及T2WI-BB為二維橫軸面成像，存在幾種序列參數(shù)不一致及成像方向不一致的問(wèn)題，會(huì)造成一定的誤差，但本研究中都是在原始圖像上進(jìn)行測(cè)量及比較的；第三，由于研究中主要通過(guò)客觀性指標(biāo)(SNR、SDNR及CNR)來(lái)評(píng)價(jià)圖像質(zhì)量，但各序列的分辨率有差異，SNAP序列的體素大于其它序列，這可能會(huì)影響到圖像的SNR及CNR；第四，顱頸部尤其是顱內(nèi)血管的管壁較薄，測(cè)量誤差較大，會(huì)對(duì)結(jié)果造成一定的影響，而且數(shù)據(jù)測(cè)量可能會(huì)受到主觀因素的影響，因此需要進(jìn)一步進(jìn)行更大樣本量的研究去證實(shí)；第五，本研究沒(méi)有使用訂制的線圈，可能對(duì)圖像質(zhì)量產(chǎn)生影響；最后，本研究通過(guò)特征性的影像表現(xiàn)診斷了20例壁內(nèi)血腫，并沒(méi)有病理結(jié)果，需要后續(xù)的臨床復(fù)查及病理驗(yàn)證。

總之，SNAP序列僅用一次掃描即可獲得MRA和血管壁圖像，且不需要注射對(duì)比劑，能夠節(jié)省大量檢查時(shí)間。本研究結(jié)果顯示SNAP序列上管腔和管壁的SNR明顯優(yōu)于其它3個(gè)序列，SNAP序列在識(shí)別壁內(nèi)血腫方面較其它3個(gè)序列具有優(yōu)勢(shì)，表明了SNAP序列在臨床實(shí)踐中具有實(shí)用性；此外，SNAP序列在圖像對(duì)比度等其它相關(guān)參數(shù)方面還有待于進(jìn)一步優(yōu)化，在一些復(fù)雜情況下可能需要多序列MR成像技術(shù)，從而為臨床全面評(píng)估顱頸動(dòng)脈病變患者的血管腔和血管壁的情況提供更全面的信息，指導(dǎo)下一步治療。