馮 飛FENG Fei

王 麗2WANG Li

陳漢威2CHEN Hanwei

戚玉龍1QI Yulong

劉德祥2LIU Dexiang

黃 益2HUANG Yi

唐郁寬2TANG Yukuan

張 娜3ZHANG Na

手動(dòng)脈非增強(qiáng)磁共振血管成像的初步臨床應(yīng)用

馮 飛1FENG Fei

王 麗2WANG Li

陳漢威2CHEN Hanwei

戚玉龍1QI Yulong

劉德祥2LIU Dexiang

黃 益2HUANG Yi

唐郁寬2TANG Yukuan

張 娜3ZHANG Na

目的初步探討基于血流敏感散相（FSD）和平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)（SSFP）的非增強(qiáng)磁共振血管成像（NCE-MRA）技術(shù)在顯示類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者手動(dòng)脈的臨床應(yīng)用價(jià)值。資料與方法22例類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者采用1.5T成像系統(tǒng)進(jìn)行手動(dòng)脈NCE-MRA和增強(qiáng)磁共振血管成像（CE-MRA）檢查。對(duì)手動(dòng)脈（劃分為腕部、掌部和指部3個(gè)血管節(jié)段）的圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分，并對(duì)圖像信噪比（SNR）、對(duì)比度噪聲比（CNR）和血管邊緣銳利度進(jìn)行測(cè)量。將NCE-MRA和CE-MRA的圖像質(zhì)量和測(cè)量值進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)比較。結(jié)果22例患者24只手均成功完成NCE-MRA和動(dòng)態(tài)CE-MRA檢查。72個(gè)血管節(jié)段中，NCE-MRA有69個(gè)動(dòng)脈節(jié)段的圖像質(zhì)量具有診斷意義，明顯高于CE-MRA（96%比83%，P＜0.05）。此外，NCE-MRA在手動(dòng)脈各個(gè)部位的圖像質(zhì)量以及SNR、CNR和血管銳利度均優(yōu)于CE-MRA（P＜0.05）。結(jié)論 NCE-MRA能清楚地顯示手動(dòng)脈的各個(gè)分支，圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于動(dòng)態(tài)CE-MRA，對(duì)手動(dòng)脈病變的診斷具有較好的臨床應(yīng)用潛力。

關(guān)節(jié)炎，類(lèi)風(fēng)濕；磁共振成像；手動(dòng)脈；血流敏感散相；平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)

增強(qiáng)磁共振血管造影（contrast-enhanced MR angiography, CE-MRA）是目前手動(dòng)脈成像的主要方法，然而CE-MRA手動(dòng)脈造影需要采用動(dòng)態(tài)增強(qiáng)血管成像技術(shù)以減少靜脈偽影的干擾[1,2]，因而其空間分辨率受到一定的限制。此外，含釓類(lèi)造影劑在腎功能不全的患者中可能引起腎源性系統(tǒng)纖維化的致命并發(fā)癥[3]，限制了CE-MRA在合并有腎功能損傷患者的應(yīng)用。近年來(lái)，不使用造影劑的非增強(qiáng)磁共振血管成像技術(shù)（noncontrast-enhanced MR angiography, NCE-MRA）開(kāi)始應(yīng)用于外周動(dòng)脈成像[4-8]，其中基于血流敏感散相（fow sensitive dephasing, FSD）和平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)（steadystate free precession, SSFP）的血管成像技術(shù)在外周動(dòng)脈顯示了較好的圖像質(zhì)量和臨床應(yīng)用潛力[9,10]。目前，NCE-MRA在手部應(yīng)用的報(bào)道很少，本文通過(guò)類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者手動(dòng)脈NCE-MRA與CE-MRA的對(duì)比研究，初步探討該技術(shù)在手動(dòng)脈成像的臨床應(yīng)用價(jià)值，試圖為患者提供一個(gè)不需要使用造影劑的手動(dòng)脈成像方法。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 本文為單中心的前瞻性研究。連續(xù)納入北京大學(xué)深圳醫(yī)院22例類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者，其中男4例，女18例；年齡26～57歲，平均（40±9）歲；診斷標(biāo)準(zhǔn)采用1987年美國(guó)風(fēng)濕病學(xué)會(huì)ACR發(fā)布的標(biāo)準(zhǔn)判斷，病程6周～6個(gè)月，平均2.8個(gè)月。22例患者中，2例同時(shí)進(jìn)行雙側(cè)手動(dòng)脈MRI血管成像，其余患者隨機(jī)掃描單側(cè)手，共獲取24只手的圖像資料。所有的患者均簽署知情同意書(shū)。排除標(biāo)準(zhǔn)包括MRI檢查常規(guī)禁忌證，包括安裝心臟起搏器、幽閉恐懼癥等以及腎功能不全患者（腎小球率過(guò)濾＜30 ml/min）。

1.2 掃描技術(shù)及方法 MRI掃描儀為Siemens 1.5 T成像系統(tǒng)（MAGNETOM Avanto, Siemens Healthcare, Erlangen, Germany）。所有患者均采取俯臥位，手放于頭上并手掌向下。單手掃描采用8通道膝線圈，雙手同時(shí)掃描使用12通道體線圈。MRI檢查包括常規(guī)MRI掃描T1WI和T2WI，之后分別進(jìn)行NCE-MRA和CE-MRA掃描。

本研究NCE-MRA技術(shù)的基本原理是：采用心電門(mén)控和SSFP（TureFISP）成像技術(shù)，在心臟舒張期和收縮期分別采集動(dòng)靜脈均為高信號(hào)的“亮血”圖像和動(dòng)脈為低信號(hào)而靜脈為高信號(hào)的“黑血”圖像，兩者進(jìn)行減影即可得到只有動(dòng)脈的血管圖像（圖1）。舒張期動(dòng)脈和靜脈由于流速比較慢均呈現(xiàn)高信號(hào)（亮血），而收縮期動(dòng)脈血流速度遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于靜脈，此時(shí)在SSFP序列前加上準(zhǔn)備脈沖FSD，對(duì)流速較快的動(dòng)脈血流信號(hào)進(jìn)行抑制，就會(huì)得到動(dòng)脈低信號(hào)而靜脈仍為高信號(hào)的黑血圖像。FSD對(duì)血流信號(hào)的抑制能力取決于磁場(chǎng)梯度一階矩（frst-order gradient moment [m1]）和血流速度。因此，選取一個(gè)適當(dāng)?shù)膍1值，就能利用動(dòng)靜脈血流速度的差別，在最大抑制動(dòng)脈血流信號(hào)的同時(shí)盡量保留靜脈的血流信號(hào)，以產(chǎn)生最好的減影效果和圖像質(zhì)量。

手動(dòng)脈NCE-MRA掃描的方法是，首先進(jìn)行手部2D TOF掃描，在手掌中部水平測(cè)量動(dòng)脈血流峰值的觸發(fā)延遲時(shí)間（150～200 ms）并選取最佳m1值（30～50 mT/ms2/m），然后實(shí)施NCE-MRA成像序列，分別采集以FSD為準(zhǔn)備脈沖的SSFP黑心序列和以T2為準(zhǔn)備脈沖的SSFP亮血序列。掃描范圍包含腕關(guān)節(jié)和手指末端，成像參數(shù)為：TR/TE=3.8/1.9 ms, 矩陣288× 288 mm，視野280 mm×280 mm，F(xiàn)OV phase=80%，層厚1 mm，像素體積=0.9×0.9×0.9 mm3，一次采集層數(shù)40，采集時(shí)間3～5 min（取決于心率）。動(dòng)態(tài)增強(qiáng)MRA掃描采用時(shí)間分辨隨機(jī)軌道血管成像技術(shù)：肘靜脈注射Gd-DTPA對(duì)比劑20 ml（Magnevist, Schering AG, Berlin, Germany，劑量0.2 mmol/kg），速度

圖1 基于FSD-SSFP的NCE-MRA脈沖序列。A.收縮期施加FSD準(zhǔn)備脈沖獲取“黑血”；B.舒張期施加T2準(zhǔn)備脈沖獲取“亮血”

2 ml/s，隨后以相同速度追加注射20 ml生理鹽水。動(dòng)態(tài)掃描在注射造影劑后隨即開(kāi)始，每3秒完成1次采集，共重復(fù)16～20次。掃描參數(shù)：TR/TE=2.8/1.4，翻轉(zhuǎn)角度=25°，視野=310 mm×310 mm，矩陣=284×256，層厚2 mm，共25～30層，插值重建為1 mm層厚。像素體積=1.1×1.2×2.0 mm3，帶寬=790 Hz/pixel，并行采集加速因子＝2。

1.3 圖像質(zhì)量評(píng)估 所有原始圖像轉(zhuǎn)移到工作站，以最大強(qiáng)度投影重建完整的手部動(dòng)脈NCE-MRA及CE-MRA圖像。圖像質(zhì)量的定性評(píng)價(jià)由2名放射科副主任醫(yī)師各自獨(dú)立完成。為避免重復(fù)記憶的影響，兩種成像技術(shù)的圖像間隔4周按隨機(jī)順序進(jìn)行評(píng)估。圖像質(zhì)量評(píng)估的血管劃分上，由于手動(dòng)脈在內(nèi)外方向上的圖像質(zhì)量相近，因此，手動(dòng)脈由近至遠(yuǎn)分成腕部、掌部和手指部3個(gè)血管節(jié)段進(jìn)行圖像質(zhì)量評(píng)估，每個(gè)節(jié)段內(nèi)包含的動(dòng)脈分支有：①腕部：尺動(dòng)脈和橈動(dòng)脈遠(yuǎn)端；②掌部：掌動(dòng)脈弓、指掌側(cè)總動(dòng)脈、拇主要?jiǎng)用}等位于掌部?jī)?nèi)的主要?jiǎng)用}；③手指部：拇指掌側(cè)動(dòng)脈、食指動(dòng)脈、指掌側(cè)固有動(dòng)脈等分布于手指的主要?jiǎng)用}。每個(gè)節(jié)段的圖像質(zhì)量按照4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行半定量評(píng)估：1分：動(dòng)脈無(wú)清楚輪廓或邊緣；2分：動(dòng)脈有比較清楚的輪廓，伴有中度的靜脈或軟組織偽影，圖像有診斷意義；3分：動(dòng)脈有清楚的輪廓和對(duì)比度，伴有輕度的靜脈或軟組織偽影；4分：動(dòng)脈輪廓清晰銳利，無(wú)或伴有少許靜脈偽影。圖像質(zhì)量位于兩者之間時(shí)可以取0.5分。

圖像質(zhì)量的定量測(cè)量包括信噪比（signal to noise ratio, SNR）、對(duì)比噪聲比（contrast to noise ratio, CNR）和血管邊緣銳利度由1名MRI物理師獨(dú)立完成。分別選取腕部和掌部的兩支固定動(dòng)脈（尺動(dòng)脈和橈動(dòng)脈遠(yuǎn)側(cè)段、掌淺弓和掌側(cè)固有動(dòng)脈）的橫斷面進(jìn)行信號(hào)強(qiáng)度和血管邊緣銳利度的測(cè)量，以背景空氣的標(biāo)準(zhǔn)偏差為噪聲計(jì)算SNR，測(cè)量鄰近肌肉信號(hào)強(qiáng)度計(jì)算CNR。血管邊緣銳利度的測(cè)量方法首先將原始橫斷面圖進(jìn)行4倍的線性插值，畫(huà)出經(jīng)過(guò)血管腔的直線的信號(hào)強(qiáng)度曲線，計(jì)算出該信號(hào)強(qiáng)度曲線最大值和最小值的差值，取該差值的20%和80%的點(diǎn)對(duì)應(yīng)的橫坐標(biāo)的距離，對(duì)曲線兩邊的這一距離求平均后求倒數(shù)則為要測(cè)的血管邊緣銳利度[11]。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 19.0軟件，NCE-MRA和CE-MRA圖像質(zhì)量的比較采用Wilcoxon配對(duì)符號(hào)秩和檢驗(yàn)，SNR及CNR的比較采用獨(dú)立樣本配對(duì)t檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 可診斷血管節(jié)段 22個(gè)患者24只手均成功完成NCE-MRA和動(dòng)態(tài)CE-MRA檢查。按整只手計(jì)算，NCE-MRA能清楚顯示手動(dòng)脈各個(gè)分支有21例（21/24，92%）（圖2）。按腕部、掌部和手指部3個(gè)血管節(jié)段計(jì)算，兩種血管成像技術(shù)各獲取72個(gè)血管節(jié)段。72個(gè)血管節(jié)段中，NCE-MRA有69個(gè)（96%）動(dòng)脈節(jié)段的圖像質(zhì)量具有診斷意義。3個(gè)節(jié)段圖像失敗的原因中，嚴(yán)重軟組織和靜脈偽影干擾1個(gè)，見(jiàn)于掌部。嚴(yán)重SNR不足2個(gè)，均發(fā)生于手指部。CE-MRA有60個(gè)（83%）動(dòng)脈節(jié)段的圖像質(zhì)量具有診斷意義，12個(gè)失敗的原因中，嚴(yán)重軟組織偽影2個(gè)，分別見(jiàn)于腕部和掌部各1個(gè)。嚴(yán)重SNR不足10個(gè)，均見(jiàn)于手指部的動(dòng)脈。在具有診斷作用的血管節(jié)段數(shù)量上，NCE-MRA顯著高于動(dòng)態(tài)CE-MRA（96%比83%，P＜0.05）。

圖2 女，46歲，類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者NCE-MRA（A）和CEMRA（B）手動(dòng)脈成像的最大強(qiáng)度投影圖像。A. NCE-MRA能清楚顯示手動(dòng)脈的各個(gè)分支，手掌兩側(cè)可以看到一些淺表靜脈（箭），但與動(dòng)脈可以清楚分辨；腕部和掌部可以看到一定程度的軟組織偽影，但由于動(dòng)脈血管有較高的信噪比，亦不影響動(dòng)脈的顯示和診斷。B. CE-MRA手指部動(dòng)脈圖像的SNR不足是影響圖像質(zhì)量的主要原因，手指末端軟組織強(qiáng)化和靜脈偽影也比較常見(jiàn)（箭）

2.2 圖像質(zhì)量、SNR、CNR及血管邊緣銳利度的比較NCE-MRA在手動(dòng)脈各個(gè)部位的圖像質(zhì)量評(píng)分高于CEMRA，腕部：（4.0±0.2）分比（3.5±0.3）分，P＜0.05；掌部：（3.6±0.2）分比（2.3±0.4）分，P＜0.05；手指部：（2.5±0.2）分比（1.1±0.3）分，P＜0.05。手動(dòng)脈NCE-MRA的SNR、CNR和血管邊緣銳利度均優(yōu)于CE-MRA，SNR：57.0±13.3比14.8±4.1，P＜0.05；CNR：54.0±12.7比13.2±3.7，P＜0.05；血管銳利度：1.10±0.10比0.89±0.09，P＜0.05。見(jiàn)表1。

3 討論

外周動(dòng)脈NCE-MRA的研究始于2000年[12]，早期方法采用基于半傅里葉轉(zhuǎn)換的三維快速自旋回波成像技術(shù)，可獲取具有良好SNR的下肢動(dòng)脈圖像[4]。但當(dāng)動(dòng)脈存在嚴(yán)重狹窄，血流速度過(guò)快或血流紊亂時(shí)，自旋回波因其固有技術(shù)特性容易產(chǎn)生信號(hào)丟失，導(dǎo)致對(duì)血管狹窄程度的高估[5]。針對(duì)自旋回波血管成像技術(shù)這一不足，F(xiàn)an等[9]采用更加快速和信號(hào)穩(wěn)定的SSFP序列進(jìn)行血流信號(hào)的采集，并加以T2準(zhǔn)備脈沖，更加顯著提高了動(dòng)脈血流信號(hào)。同時(shí)，以FSD作為準(zhǔn)備脈沖，可以在多個(gè)方向上施加動(dòng)脈血流抑制梯度，使其更加適用于走向比較復(fù)雜的手部和足部動(dòng)脈[10,13]。本研究中，NCE-MRA 96%的血管節(jié)段可用于診斷，明顯優(yōu)于本研究采用的動(dòng)態(tài)CE-MRA成像技術(shù)和文獻(xiàn)報(bào)道的傳統(tǒng)增強(qiáng)血管造影方法[14]，NCE-MRA較高的圖像質(zhì)量歸于SSFP極好的SNR和較高的空間分辨率。與CE-MRA相比，NCE-MRA不受造影劑動(dòng)脈首次通過(guò)時(shí)間的限制，可以適當(dāng)增加掃描時(shí)間提高圖像的空間分辨率。本研究中，NCE-MRA的像素體積達(dá)到了各向同性0.9 mm3，明顯高于外周動(dòng)脈動(dòng)態(tài)CE-MRA的現(xiàn)有技術(shù)[14]，或接近于文獻(xiàn)報(bào)道的高分辨CE-MRA手動(dòng)脈造影[15]，但這種方法顯然不能有效克服靜脈污染的問(wèn)題。此外，由于手動(dòng)脈管腔的直徑一般在1～2 mm，而且走行紆曲，因此，實(shí)現(xiàn)亞毫米各向同性的空間分辨率對(duì)提高手動(dòng)脈病變的診斷準(zhǔn)確性有重要的潛在作用。

表1 NCE-MRA與CE-MRA手動(dòng)脈圖像質(zhì)量的對(duì)比分析

CE-MRA對(duì)手指部動(dòng)脈的顯示有較大困難，本研究中，僅有58%的指部血管節(jié)段的圖像質(zhì)量達(dá)到診斷要求。導(dǎo)致圖像失敗的主要原因是嚴(yán)重SNR不足，可能與動(dòng)脈末端的血流速度慢和灌注量偏低有關(guān)，尤其在遠(yuǎn)端動(dòng)脈發(fā)生狹窄的情況下，血管造影的圖像質(zhì)量會(huì)進(jìn)一步下降[16]。

影響NCE-MRA圖像質(zhì)量的主要因素有動(dòng)脈血流速度和靜脈偽影。從NCE-MRA的成像原理可以看到，產(chǎn)生最佳減影效果和獲取高質(zhì)量圖像的關(guān)鍵在于最大抑制動(dòng)脈血流信號(hào)的同時(shí)盡量保留靜脈的血流信號(hào)。因此，除了適合的m1值外，保證黑血和亮血的采集分別處于動(dòng)脈流速的峰值和舒張中期非常重要。本研究以2D TOF通過(guò)目測(cè)血流信號(hào)最強(qiáng)的圖像選取采集黑血的觸發(fā)延遲時(shí)間，以保證FSD對(duì)動(dòng)脈血流信號(hào)的最大抑制，將靜脈偽影降到最低。本研究中仍然存在一定的靜脈污染，但靜脈偽影主要出現(xiàn)在手掌的淺表部位，其原因是由于這些靜脈血流速度較快甚至接近于動(dòng)脈，因此，在黑血采集過(guò)程中這些靜脈的信號(hào)也會(huì)被FSD抑制，從而導(dǎo)致了減影后這些靜脈圖像仍然存在。但是，由于這些靜脈偽影比較淺表，基本不影響動(dòng)脈圖像的顯示，或可以通過(guò)后處理軟件進(jìn)行消除。軟組織偽影也可以產(chǎn)生一定程度的干擾，但由于SSFP產(chǎn)生的血流信號(hào)具有極好的SNR，因此，本研究中手部的軟組織偽影基本不影響手動(dòng)脈的顯示和診斷。

本項(xiàng)研究的局限性主要為病例數(shù)較少，不能全面分析和客觀評(píng)價(jià)影響NCE-MRA圖像質(zhì)量的因素。另一方面，由于缺少常規(guī)X線血管造影作為對(duì)照的“金標(biāo)準(zhǔn)”，本研究未評(píng)估NCE-MRA診斷類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎患者手動(dòng)脈病變的準(zhǔn)確性。此外，血管圖像質(zhì)量應(yīng)該進(jìn)行分層分析，以進(jìn)一步明確圖像質(zhì)量差異是來(lái)自病變還是技術(shù)本身。考慮到本研究雖然將類(lèi)風(fēng)濕患者作為研究對(duì)象，但目前的患者較少發(fā)生血管狹窄或閉塞，因此，血管病變的影響因素相對(duì)較小，如果采用X線血管造影作為“金標(biāo)準(zhǔn)”或增加正常健康者作對(duì)照，可減少因血管病變引起誤差。由于目前臨床上少有手動(dòng)脈X線血管造影，進(jìn)一步的研究中將收集更多的病例，如雷諾病等并增加健康對(duì)照組，更加全面地分析和評(píng)價(jià)NCE-MRA在手動(dòng)脈的臨床診斷價(jià)值。同時(shí)，采用更加先進(jìn)的血流信號(hào)抑制技術(shù)[17]，進(jìn)一步減少靜脈偽影的影響。

基于FSD和SSFP的非增強(qiáng)血管成像技術(shù)能清楚顯示手動(dòng)脈的各個(gè)分支，圖像質(zhì)量?jī)?yōu)于動(dòng)態(tài)CE-MRA，同時(shí)具有較高的SNR和空間分辨率，對(duì)手動(dòng)脈病變的診斷具有較好的臨床應(yīng)用潛力。

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（本文編輯 馮 婕）

Non-contrast-enhanced MR Angiography of Hand: Preliminary Clinical Experience

PurposeTo assess the clinical application of non-contrast-enhanced MR angiography (NCE-MRA) using flow sensitive dephasing (FSD) prepared steady-state free precession (SSFP) for displaying hand arteries of patients with rheumatoid arthritis.Materials and MethodsTwenty-two patients with rheumatoid arthritis were recruited in this study. All the patients undertook hand NCE-MRA and three-dimensional dynamic CE-MRA on a 1.5T MR scanner. The informed consent was obtained from each subject. Image quality was assessed independently by two experienced radiologists at three arterial segments (wrist arteries, palm arteries, and fnger arteries) with a four-point scale. Signal to noise ratio (SNR), contrast to noise ratio (CNR), and vessel sharpness were evaluated by a magnetic resonance physicist. The results and image quality were statistically compared between the two MRA techniques.ResultsTwenty-two patients of 24 hands successfully underwent NCE-MRA and CE-MRA scan. Among 72 vascular segments, 69 segments of NCE-MRA were diagnostic, which was higher than that of CE-MRA (96% vs 83%, P＜0.05). Otherwise, the image quality, SNR, CNR and vessel sharpness of NCEMRA were all superior to those of CE-MRA (P＜0.05).ConclusionNCE-MRA using FSD-prepared SSFP allows clear depiction of the hand arterial tree, and the image quality is superior to that of dynamic CE-MRA. It is a potential tool for evaluating the disease of hand arteries.

Arthritis, rheumatoid; Magnetic resonance imaging; Artery of hand; Flowsensitive dephasing; Balance steady-state free precession

1. 北京大學(xué)深圳醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科 廣東深圳518036

2. 廣州市番禺區(qū)中心醫(yī)院放射科 廣東廣州511400

3. 中國(guó)科學(xué)院深圳先進(jìn)技術(shù)研究院生物醫(yī)學(xué)成像研究中心 廣東深圳 518055

陳漢威

Department of Radiology, Central Hospital of Panyu District in Guangzhou City, Guangzhou 511400, China

Address Correspondence to: CHEN Hanwei E-mail: docterwei@sina.com

R593.22；R445.2

2014-09-15

修回日期：2014-10-16

中國(guó)醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志

2014年 第22卷 第11期：830-833，837

Chinese Journal of Medical Imaging 2014 Volume 22(11): 830-833, 837

10.3969/j.issn.1005-5185.2014.11.008