磁共振血管成像評估頸動脈狹窄的研究進(jìn)展

張浩南，宋清偉*，張欽和，張楠，宋宇

作者單位：1.大連醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院放射科，大連116011；2.四川大學(xué)華西第二醫(yī)院放射科，成都610041

缺血性腦卒中(ischemic stroke，IS)是指腦供血不足導(dǎo)致的腦組織壞死，具有高致殘率、高死亡率等特點。頸動脈血管狹窄是引發(fā)IS 的主要原因[1]。早發(fā)現(xiàn)，早治療可顯著降低缺血性腦卒中的致死率和致殘率。影像學(xué)檢查是臨床評估頸動脈狹窄的重要方式，方法包括：頸動脈血管超聲(cervical vascular ultrasound，CVUS)、CT 血管成像(CT angiography，CTA)、數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)以及磁共振血管成像(magnetic resonance angiography，MRA)等。由于CVUS檢查受操作者主觀影響大，CTA存在對比劑過敏風(fēng)險，DSA 創(chuàng)傷較大等缺點，其臨床應(yīng)用受到了一定的限制。MRA 以分辨率高、多平面成像、無輻射等優(yōu)勢在對頸動脈狹窄的評估方面起著重要作用。以往研究表明MRA 診斷頸動脈狹窄具有良好的可行性和可重復(fù)性[2-3]。MRA 通過多序列的掃描，可以對動脈管腔的形態(tài)、狹窄程度、斑塊的結(jié)構(gòu)及成分進(jìn)行準(zhǔn)確評估。筆者擬對MRA及MR快速成像技術(shù)在頸動脈狹窄評估方面的應(yīng)用及其研究進(jìn)展予以綜述。

1 MRA技術(shù)

1.1 時間飛躍法磁共振血管成像(time of flight magnetic resonance angiography，TOF-MRA)

TOF-MRA基于血液的流入增強效應(yīng)，無需對比劑即可完成人體內(nèi)血管成像[4]。該技術(shù)最先由Hinshaw等[5]應(yīng)用于磁共振成像，常用的TOF-MRA 成像技術(shù)包括：二維(two dimensional，2D)和三維(three dimensional，3D) TOF-MRA。2D-TOF-MRA常采用T1 加權(quán)GRE 序列，對掃描區(qū)域逐層激勵和采集，然后對連續(xù)多層的圖像數(shù)據(jù)進(jìn)行后處理，完成血管成像。其優(yōu)點是掃描速度快、對流動高度敏感，但對與采集層面平行方向的血流不敏感、易受患者運動影響而產(chǎn)生截斷偽影。3D-TOF-MRA采用層塊激勵采集的方法，將采集的原始數(shù)據(jù)利用最大密度投影法重建獲得血管圖像，具有采集范圍大、信噪比高、信號丟失少、空間分辨率高等優(yōu)點[6]。Zhang 等[7]研究表明3D-TOF-MRA 與DSA 在評估管腔狹窄等級時沒有明顯差異，但TOF-MRA成像易受渦流的影響而導(dǎo)致信號丟失，從而過度評估血管狹窄的程度。Weber等[8]對比41 例懷疑有頸動脈狹窄的受檢者的3D-TOF-MRA 和對比增強磁共振血管成像(contrast enhanced MRA，CE-MRA)的圖像，研究結(jié)果表明3D-TOF-MRA 和CE-MRA 均是檢測近端頸動脈重度狹窄(70%～99%)的可靠方法，但3D-TOF-MRA由于受偽影影響而易誤將重度狹窄診斷為完全閉塞。

1.2 CE-MRA

CE-MRA 通過靜脈注射順磁性對比劑使血液T1 值縮短，采用快速、高權(quán)重的T1WI 序列進(jìn)行成像。血液與周圍組織由于T1 值存在差異而形成對比，常用于頸部血管病變的診斷[9]。但Tartari 等[10]研究表明CE-MRA 圖像空間分辨率較低，相比DSA 可能會過度評估狹窄程度。陸建平等[11]通過增加對比劑的濃度、改進(jìn)注射速率等方式提升圖像的對比度和信噪比，突出了動脈血管的顯示，提高了輕中度血管狹窄診斷的準(zhǔn)確率。然而釓對比劑可能引發(fā)過敏反應(yīng)等并發(fā)癥[12]，且腎功能受損的患者無法進(jìn)行該項檢查。

1.3 零回波時間動脈自旋標(biāo)記MR 血管成像(zero echo time arterial spin labeling magnetic resonance angiography，zTE-ASL-MRA)

zTE 技術(shù)是回波時間為零的MR 成像技術(shù)。其射頻是在梯度場的爬升之后施加的，射頻結(jié)束后不再進(jìn)行梯度切換，立刻讀取信號。zTE-ASL-MRA技術(shù)無需注射對比劑，可以選擇性地對目標(biāo)血管顯像。該技術(shù)依靠血液內(nèi)被標(biāo)記的氫質(zhì)子成像，血管形態(tài)、血流方向和速度等血流狀態(tài)不會影響血管的信號強度[13]。重要的是，zTE 技術(shù)信號采集的TE 時間為零，該技術(shù)不僅可降低磁敏感偽影，還可減少渦流效應(yīng)造成的偽影及信號缺失[14]。Irie 等[15]研究表明，zTE-MRA 技術(shù)較TOF-MRA 在評價顱內(nèi)動脈瘤介入術(shù)后療效方面更有優(yōu)勢。翟茂雄等[16]以CE-MRA 為參考標(biāo)準(zhǔn)，對比發(fā)現(xiàn)zTE-MRA 技術(shù)較3D-TOF-MRA 可以更好地顯示頸內(nèi)動脈虹吸部。然而，過短TE 可能會導(dǎo)致掃描線圈以及床墊等物體顯影，影響診斷結(jié)果。且zTE 成像時帶寬很寬，特殊吸收率值明顯升高。

1.4 四維相位對比磁共振血管成像(four dimensional flow magnetic resonance angiography，4D-Flow-MRA)

傳統(tǒng)相位對比磁共振血管成像(phase contrast magnetic resonance angiography，PC-MRA)采用雙極梯度場對流體進(jìn)行編碼，并對多個方向進(jìn)行編碼成像。4D-Flow-MRA作為一種新興MRI 技術(shù)，其可以同時在三個相互垂直的方向進(jìn)行相位編碼，一次掃描即可獲得包括解剖結(jié)構(gòu)、可視化以及定量血流動力學(xué)信息的圖像，并獲得血液流速、剪切力、壓差[17]等參數(shù)。相關(guān)文獻(xiàn)表明，4D-Flow-MRA技術(shù)在復(fù)雜的血流動力學(xué)條件下依然具有很好的可重復(fù)性，結(jié)果可靠[18]。Harloff 等[19]使用4D-Flow-MRA 技術(shù)研究外翻頸動脈內(nèi)膜切除術(shù)對頸動脈血流動力學(xué)的影響，研究表明術(shù)后頸內(nèi)動脈收縮期剪切力和振蕩剪切指數(shù)顯著降低。Schrauben 等[20]應(yīng)用4D-Flow-MRA 技術(shù)對頸內(nèi)動脈病變進(jìn)行評估，其認(rèn)為可以預(yù)測腦卒中或癡呆。然而，4D-Flow-MRA 掃描時間長、圖像分辨率低。其測量數(shù)據(jù)易受噪聲及渦流的影響出現(xiàn)偏差。

1.5 黑血(black blood，BB)技術(shù)

BB 技術(shù)通過施加飽和脈沖使血液無信號，以改善血管壁的可視化，并可評估動脈硬化斑塊的形態(tài)和成分[21]。斑塊的纖維帽常呈T1WI、T2WI 上等低信號，增強掃描時在T2WI 上呈偏心性明顯強化。鈣化成分在T1WI、T2WI 上均為低信號。而含脂肪較多的斑塊在T1WI 上呈高信號，抑脂后信號明顯降低，T2WI 上呈高信號。而內(nèi)含出血的斑塊，T1WI 上呈明顯的高信號[22]。汪振佳等[23]對比分析懷疑頸內(nèi)動脈閉塞患者的BB-T1WI和DSA圖像，結(jié)果表明BB技術(shù)可以很好地診斷頸動脈閉塞病變，并且能清晰地顯示頸動脈急、慢性閉塞病變特征。Wu 等[24]開發(fā)了一種深度形態(tài)學(xué)輔助診斷網(wǎng)絡(luò)，用于自動分割頸動脈管壁，并能在BB-T1WI 上自動診斷頸動脈粥樣硬化。但BB 技術(shù)掃描時間長、易受患者不自主運動及呼吸運動影響產(chǎn)生偽影，影響后續(xù)圖像診斷。

1.6 磁共振同時非增強血管成像和斑塊內(nèi)出血成像(simultaneous noncontrast angiography and intraplaque hemorrhage imaging，SNAP)

SNAP 技術(shù)利用參考掃描來還原反轉(zhuǎn)恢復(fù)T1 加權(quán)圖像的真實相位，將靜態(tài)組織和頸動脈腔的極性重建為正負(fù)。這種額外的極性對比可用于頸動脈腔的成像[25]。該技術(shù)由Wang等[26]提出。SNAP 技術(shù)因反轉(zhuǎn)脈沖之間的間隔較長(約2 s)，受湍流的影響較小，且一次掃描可以得到反轉(zhuǎn)恢復(fù)的亮血圖、質(zhì)子密度加權(quán)的亮血圖和黑血圖，常用于觀察血管內(nèi)動脈粥樣硬化形態(tài)、成分以及出血情況。多項研究表明，SNAP技術(shù)獲得的非增強MRA 圖像與3D-TOF-MRA 以及CE-MRA 在評估管腔狹窄方面一致性好[27-28]。Zhang等[29]開發(fā)了一種基于機器學(xué)習(xí)的算法來分割SNAP 圖像上的斑塊成分，并驗證了其可行性。另外，SNAP 技術(shù)也可應(yīng)用于斑塊內(nèi)出血和壁內(nèi)血腫的診斷。陸艷等[30]研究表明，SNAP 技術(shù)與T1WI-BB、T2WI-BB 以及PDWI-VISTA 相比，可以更好地識別壁內(nèi)血腫。但該技術(shù)對磁共振設(shè)備軟硬件的要求相對較高，限制了其臨床的推廣。

2 MR快速成像技術(shù)

MRA可根據(jù)不同需求實現(xiàn)個體化序列掃描的選擇。然而，多序列的疊加難免會延長檢查時間。對于腦部供血不足的患者，配合欠佳，掃描成功率較低，在保證圖像質(zhì)量的前提下縮短掃描時間具有重要臨床意義。

2.1 敏感性編碼技術(shù)(sensitivity encoding，SENSE)

SENSE 技術(shù)最先由Pruessmann 提出[31]，該技術(shù)利用多通道相控陣線圈并行采集的方式，使K 空間內(nèi)采集位置距離增加，減少K 空間的采樣密度，達(dá)到縮短掃描時間的目的。通過減少相位編碼的數(shù)目，SENSE 技術(shù)可將采集速度提高1.5～3.0 倍。Sumi 等[32]將SENSE 與3D-TOF-MRA、3D-PC-MRA 以及3D平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動序列相結(jié)合，對頸外動脈及其分支進(jìn)行評估。研究結(jié)果表明，結(jié)合SENSE的3D-PC-MRA對頸外動脈及其二級分支的顯示最佳。然而，SENSE 技術(shù)采集過程中，會出現(xiàn)一些無法避免的偽影，例如幻影樣偽影、混疊偽影、卷積偽影等，影響圖像質(zhì)量。

2.2 壓縮感知技術(shù)(compressed sensing，CS)

2007 年，Lustig 等[33]首先將CS 理論應(yīng)用于MR 成像。CS采用隨機化數(shù)字稀疏采樣方式，在遠(yuǎn)小于Nyquist 采樣頻率的條件下獲取信號的離散樣本，然后通過非線性重建算法重建獲得圖像。在保證圖像質(zhì)量的前提下，可以明顯縮短掃描時間[34]。相關(guān)研究表明，對比SENSE、CS 可在保證圖像質(zhì)量的前提下，進(jìn)一步提高成像速度[35-36]。將MRA 不同序列與CS 結(jié)合，可顯著提高掃描成功率。Li等[37]將CS與3D-TOF-MRA相結(jié)合，當(dāng)加速因子為4 時，掃描時間較常規(guī)序列縮短70%(90 s 與300 s)，且圖像質(zhì)量能夠滿足臨床診斷。Yuan 等[38]將CS 應(yīng)用于BB-T2WI mapping 序列，結(jié)果表明結(jié)合CS 的BB-T2WI mapping 具有準(zhǔn)確T2 測量值和良好的可重復(fù)性。然而，隨著CS 加速倍數(shù)的增加，圖像質(zhì)量也會有所下降。目前將CS 與MRA相結(jié)合的研究較少，其他序列與CS的結(jié)合，尋找適應(yīng)于臨床的最佳加速倍數(shù)是未來主要研究方向。

綜上所述，MRA以無創(chuàng)性、無電離輻射、操作簡單、多序列分析、重復(fù)性較高等優(yōu)點被廣泛應(yīng)用于評估頸動脈狹窄。其通過多序列的掃描，可以很好地描述血管壁形態(tài)、頸動脈狹窄程度以及動脈粥樣硬化斑塊成分。臨床上可根據(jù)患者的具體病情及需求，制定對應(yīng)的個體化掃描方案，提高檢出率。對MRA 序列進(jìn)行優(yōu)化，尤其是基于CS的MRA成像技術(shù)，可以大大地縮短掃描時間，提高掃描成功率，具有很好的臨床價值及科研潛力。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。