下肢動脈硬化閉塞癥患者血管成形術(shù)后ASL及IVIM灌注與側(cè)支循環(huán)的比較分析

唐輝 所世騰 俞璐 胡穎 王嵇 周滟 路青

下肢動脈硬化閉塞癥（atherosclerosis obliterans,ASO）是外周性血管疾病中最常見的類型。常由骨骼肌慢性缺血導(dǎo)致跛行、靜息痛、壞疽等臨床表現(xiàn)［1］。但在臨床的診療中發(fā)現(xiàn)，有些患者表現(xiàn)出狹窄程度與臨床癥狀不相符的情況，即使大血管通暢也會出現(xiàn)肢體功能性缺血［2］。通過影像學(xué)檢查發(fā)現(xiàn)，這些患者都建立了良好的側(cè)支循環(huán)。良好的側(cè)支循環(huán)可以提供血流，起到保護(hù)缺血骨骼肌的作用［3］。經(jīng)皮腔內(nèi)血管成形術(shù)（percutaneous transluminal angioplasty, PTA）是治療ASO的一種普遍方法。其利用支架植入或球囊擴(kuò)張使閉塞或狹窄動脈開通而達(dá)到增加血流、影響患處側(cè)支動脈的目的［4］。側(cè)支動脈的變化會引起骨骼肌血流灌注的變化，患者癥狀的改善與否和下肢骨骼肌血流灌注直接相關(guān)。所以了解骨骼肌的灌注情況對評估治療效果有十分重要的價值。臨床上對下肢骨骼肌灌注評估采用超聲造影（contrast-enhanced ultrasound， CEUS），正電子發(fā)射斷層掃描（positron emission tomography， PET）［5］和CT灌注成像（CT perfusion imaging， CTP）［6］。然而，這些方法都有局限性。CEUS不能提供深層組織的信息，而且不能對組織灌注進(jìn)行絕對定量［7］。PET與CTP都是有創(chuàng)的，其通過肘部靜脈置留針將放射性示蹤劑或?qū)Ρ葎┳⑸淙胙褐?，對比劑的使用會增加下肢缺血疾病合并腎病患者的負(fù)擔(dān)，并且在同一部位重復(fù)掃描給患者帶來較大的輻射劑量。

動脈自旋標(biāo)記（arterial spin labeling， ASL）和體素內(nèi)不相干運(yùn)動（intravoxel incoherent motion，IVIM）都是不使用外源性對比劑測量組織灌注的無創(chuàng)MRI技術(shù)［8-9］。既往有研究表明，ASL可以反映下肢缺血性疾病患者下肢肌肉灌注情況［10-11］。之前有學(xué)者利用IVIM評估運(yùn)動和靜息狀態(tài)肌肉灌注的變化［9，12-13］，而在下肢缺血性疾病中研究較少，筆者之前的研究顯示IVIM能夠反映下肢缺血肌肉灌注的變化［14-15］。故筆者想利用磁共振ASL及IVIM成像技術(shù)評估ASO患者PTA術(shù)后側(cè)支循環(huán)對肌肉灌注的影響情況。

方法

1. 研究對象

本研究經(jīng)上海仁濟(jì)醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)。共納入28名ASO患者，其中男性19名，女性9名，平均年齡（73±7.5）歲。超聲或CT血管成像（CTA）顯示下肢動脈有閉塞或狹窄，患者踝肱指數(shù)（ankle brachial index， ABI）＜1。在納入的ASO患者中膝上動脈狹窄或閉塞的有5名，膝下動脈閉塞或狹窄的有18名，膝上合并膝下動脈狹窄或閉塞的有5名。

2. MRI檢查

采用HDxt 3.0 T MR（General Electric Healthcare，Waukesha， Wisconsin， USA）和8通道心臟線圈對所有患者PTA治療前后進(jìn)行小腿肌肉灌注成像。患者仰臥于檢查床上，腳先進(jìn)。在三平面定位像上以患者小腿肌肉最粗的層面為中心進(jìn)行掃描。ASL序列具體參數(shù)：TR/TE=4316 ms/9.4 ms；帶寬=62.5 kHz；掃描視野=32 cm×32 cm；層厚=5 mm；層數(shù)=12；采集次數(shù)=2；標(biāo)記后延遲時間=1525 ms［16］。單次自旋回波平面成像IVIM 掃描參數(shù)：TR/TE=2800 ms/70 ms；矩陣=192×192；掃描視野=32 cm×32 cm；層厚/層間隔=5 mm/0 mm；層數(shù)=12；采集次數(shù)=3；并行采集因子=2，b值=0、20、50、100、150、200、300、500、800 s/mm2。最后采集T1-weighted圖像作為圖像處理分析時的解剖圖像（TR/TE 4.1 ms/1.5 ms；翻轉(zhuǎn)角=12°；矩陣=320×320；掃描視野=32 cm×32 cm；層厚=5 mm；層數(shù)=12）。

3. PTA治療

所有患者在放射科介入室進(jìn)行PTA治療。數(shù)字減影血管造影（DSA）檢查治療由經(jīng)驗豐富的血管外科醫(yī)生進(jìn)行?；颊哐雠P位，逆行或順行穿刺將鞘引入股動脈，利用0.018或0.035英寸導(dǎo)絲和5F導(dǎo)管至患側(cè)小腿，然后進(jìn)行造影查看狹窄或閉塞動脈情況。利用導(dǎo)絲穿過病變部位，引入球囊對病變部位血管擴(kuò)張成形，然后置入支架，置入的支架適應(yīng)病變長度。再進(jìn)行造影查看血管是否通暢。

4. 圖像處理

利用Advantage workstation 4.4（General Electric Healthcare）工作站的軟件對ASL和IVIM采集得到的圖像進(jìn)行處理，以獲得血流灌注（BF）值，灌注分?jǐn)?shù)（f）值，純彌散系數(shù)（D）值和偽彌散系數(shù)（D*）值。在ASL、IVIM與T1解剖圖融合圖像上手動勾畫脛骨前肌、腓骨長肌、比目魚肌及腓腸肌邊界。勾畫時避開肌群外的骨質(zhì)及血管以免對數(shù)據(jù)造成影響。在DSA圖像上，參照磁共振掃描中心層面繪制分界線，使用手動計數(shù)方法記錄通過分界線以下的主干及側(cè)支動脈的數(shù)量。在計算側(cè)支數(shù)量時，調(diào)整窗寬、窗位，盡可能地將所有側(cè)支統(tǒng)計在內(nèi)。由2名年資5年以上的醫(yī)生分別單獨(dú)對數(shù)據(jù)進(jìn)行測量，計算側(cè)支數(shù)量時可以上下浮動3條側(cè)支。

5. 統(tǒng)計學(xué)分析

使用SPSS 20（International Business Machines，Armonk， New York， USA）對數(shù)據(jù)進(jìn)行統(tǒng)計處理。統(tǒng)計結(jié)果以平均值±標(biāo)準(zhǔn)差（正態(tài)分布）或中位數(shù)（四分位距）（偏態(tài)分布）表示。采用Spearman相關(guān)性檢驗分析術(shù)后ASL、IVIM參數(shù)變化與側(cè)支數(shù)目變化的相關(guān)性，采用Kruskal-Wallis檢驗分析術(shù)后ASL、IVIM參數(shù)變化在不同側(cè)支數(shù)目變化等級（減少、不變、增多）間的差異，組間兩兩比較采用Mann-WhitneyU檢驗。采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）對2名測量者測量的數(shù)據(jù)可信度和重復(fù)性進(jìn)行分析。ICC＜0.4表示信度較差，0.4＜ICC＜0.75表示信度較好，ICC＞0.75表示信度高。P＜0.05具有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié)果

所有患者在PTA術(shù)前1天及術(shù)后第3天完成了磁共振檢查?；颊咝g(shù)前各動脈的狹窄長度和狹窄程度詳見表1。

表1 術(shù)前各動脈狹窄長度和狹窄程度患者數(shù)量

28例患者經(jīng)球囊擴(kuò)張或支架植入術(shù)后，膝下三主干動脈的側(cè)支數(shù)量變化情況如表2所示。

表2 各動脈主干側(cè)支數(shù)量變化情況

Spearman相關(guān)性檢驗結(jié)果表明，PTA術(shù)后脛骨前肌的ASL-BF變化量與該肌肉的側(cè)支數(shù)量變化存在顯著正相關(guān)（ρ=0.42，P=0.03），而其他參數(shù)在其他肌肉的變化量均沒有顯示出與側(cè)支數(shù)量變化的顯著相關(guān)性（P＞0.05）。詳見表3。

表3 各肌肉參數(shù)變化與側(cè)支數(shù)量變化的相關(guān)性分析

將側(cè)支數(shù)量的變化按照等級分類，脛骨前肌的ASL-BF變化量在“增多、不變、減少”這3個等級分別為（1.2±3.7）、（0.6±3.8）、-（4.2±3.8）mL·（100 g）－1·min－1（P=0.02），兩兩比較結(jié)果顯示，脛骨前肌的ASL-BF變化量在側(cè)支“減少”和“不變”以及“減少”和“增多”間均存在顯著性差異（P=0.03、0.003，圖1）。2名測量者間ICC分別為BF值0.82、f值0.74、D值0.75和D*值0.77，表明數(shù)據(jù)測量信度為較好或高。

圖1 按側(cè)支3個等級兩兩比較脛骨前肌BF值

討論

本研究利用磁共振灌注成像技術(shù)ASL及IVIM對ASO患者PTA術(shù)前、術(shù)后小腿側(cè)支數(shù)量變化進(jìn)行相關(guān)性探究。通過分別測量膝下三支主干的側(cè)支數(shù)量，發(fā)現(xiàn)脛骨前肌ASL-BF變化量與該肌肉的側(cè)支數(shù)量變化存在相關(guān)性，而IVIM D值、D*值、f值與側(cè)支數(shù)量的變化沒有相關(guān)性。這在以往研究主干情況對肌肉灌注值影響的基礎(chǔ)上，更深入探討側(cè)支微循環(huán)的變化對肌肉灌注值的影響。

ASL作為無創(chuàng)的非侵入性技術(shù)可以對組織的灌注水平進(jìn)行定量評估。2014年Gr?zinger等［16］對10例ASO的患者在大腿部位采用袖帶加壓的方式測量PTA術(shù)前、術(shù)后小腿肌肉反應(yīng)性充血的ASL灌注值，結(jié)果顯示術(shù)后所有患者的峰值血流量增加，達(dá)峰時間縮短，提示小腿肌肉血流灌注得到改善。但是他只收集了髂動脈和股動脈狹窄的患者，討論了主干開通之后ASL灌注值的變化，忽視了小腿側(cè)支微循環(huán)對肌肉灌注的影響。我們研究發(fā)現(xiàn)，小腿動脈側(cè)支微循環(huán)情況與BF值具有相關(guān)性。術(shù)后側(cè)支數(shù)目增加時脛骨前肌BF值較術(shù)前高，這可能是由于脛前動脈作為脛骨前肌唯一的供血主干，術(shù)后主干血流量增加以及二三級側(cè)支數(shù)目的增加導(dǎo)致肌肉灌注值的增加，這一研究結(jié)果與Gr?zinger等研究顯示術(shù)后小腿前側(cè)肌群灌注值增加是一致的。原本在小腿肌群內(nèi)相互吻合的脛前、脛后動脈發(fā)出的側(cè)支，在主干開通后明顯減少，這可能是部分患者術(shù)后側(cè)支數(shù)量減少小腿肌肉BF值有降低趨勢的原因?；颊叩男g(shù)前造影（圖2A）顯示，脛前和腓動脈部分狹窄，脛后動脈閉塞。主干經(jīng)球囊擴(kuò)張后二三級分支增加（圖2B）。在術(shù)前術(shù)后磁共振ASL灌注圖（圖2C）顯示，術(shù)后肌肉灌注較術(shù)前高，同樣可以證實PTA術(shù)后側(cè)支的增加導(dǎo)致肌肉灌注值的增加。而在另一個病例中，術(shù)前膝以下動脈閉塞，小腿肌肉表層形成了豐富的膝周動脈網(wǎng)（圖3A），術(shù)后主干開通膝周側(cè)支循環(huán)減少（圖3B），小腿肌肉主要由主干動脈供血。在磁共振ASL灌注圖上可以看到，術(shù)前小腿灌注較豐富的是小腿前側(cè)肌群，而術(shù)后灌注較為豐富的是小腿內(nèi)側(cè)肌群（圖3C）。

圖2 同一患者在PTA術(shù)前、術(shù)后DSA和MR圖像A. 術(shù)前DSA，小腿主干脛前動脈狹窄；B. 術(shù)后DSA，主干動脈球囊擴(kuò)張后周圍的側(cè)支動脈增加；C. 患者術(shù)前、術(shù)后ASL和IVIM灌注圖的變化。

圖3 同一患者在PTA術(shù)前、術(shù)后DSA和MR圖像A. 術(shù)前DSA，腘動脈以下閉塞形成豐富的膝周側(cè)支循環(huán)網(wǎng)；B， 術(shù)后DSA，主干開通后側(cè)支較少；C. 患者術(shù)前、術(shù)后ASL和IVIM灌注圖的變化。

磁共振IVIM成像技術(shù)基于生物體內(nèi)的微觀運(yùn)動可以分為兩部分：一部分為細(xì)胞內(nèi)及細(xì)胞間的水分子彌散，另一部分為毛細(xì)血管內(nèi)的血流灌注。采用基于DWI的雙指數(shù)模型算法，可以很好地區(qū)分水分子的彌散運(yùn)動和毛細(xì)血管的灌注成分。在不注射對比劑的情況下，同時獲得反映組織內(nèi)水分子彌散和血流灌注的定量參數(shù)，包括純彌散系數(shù)（D），偽彌散系數(shù)（D*）及灌注分?jǐn)?shù)（f）。以往也有利用IVIM成像技術(shù)在諸多骨骼肌微循環(huán)灌注的研究［9，15，17］。而本次研究我們發(fā)現(xiàn)，IVIM各灌注值與側(cè)支數(shù)量的變化并不存在相關(guān)性。雖然我們在以往的研究中發(fā)現(xiàn)，IVIM的定量參數(shù)D值在PTA術(shù)后都有增高。這主要的原因可能是下肢動脈閉塞后行血管重建術(shù)、血管成形支架植入術(shù)治療對血管內(nèi)的斑塊進(jìn)行“撕裂”。小腿軟組織在經(jīng)過血流再灌注后，由于血管內(nèi)離子濃度升高對肌細(xì)胞造成損傷，或者是恢復(fù)動脈血流后，有毒性的自由基產(chǎn)生增多，使血管內(nèi)皮細(xì)胞損傷引起軟組織的水腫，而并不是側(cè)支數(shù)量的變化導(dǎo)致的增高。

本研究主要的局限性：（1）病例數(shù)較少。初步研究發(fā)現(xiàn)磁共振灌注成像ASL-BF值與側(cè)支循環(huán)具有相關(guān)性，但是下肢動脈閉塞情況復(fù)雜，今后需要擴(kuò)大病例數(shù)進(jìn)行研究。（2）只通過影像數(shù)據(jù)分析了下肢動脈硬化閉塞癥患者術(shù)前與術(shù)后的變化情況，未結(jié)合臨床數(shù)據(jù)如ABI、Rutherford分級，今后需要結(jié)合臨床數(shù)據(jù)加以研究。（3）未對患者進(jìn)行隨訪觀察。下肢動脈硬化閉塞治療后的術(shù)后情況與患者的生活質(zhì)量息息相關(guān)，今后需要對治療后的患者進(jìn)行隨訪觀察。

總結(jié)：本研究通過對ASO患者進(jìn)行術(shù)前與術(shù)后小腿肌肉磁共振灌注成像，發(fā)現(xiàn)脛骨前肌ASL灌注變化與小腿前側(cè)肌群側(cè)支數(shù)量的變化具有相關(guān)性。而IVIM不能很好地評價側(cè)支數(shù)量變化對肌肉灌注的影響。ASL為今后對ASO患者在術(shù)前術(shù)后的評估以及治療后的長期隨訪提供了一種無創(chuàng)方法。