快速與標準三維時間飛躍法MRA在顱內動脈成像的對比研究

馮飛，趙武貽，李中華，戴懿，朱熠，鄧靈波，鄒立秋*

1.北京大學深圳醫院醫學影像科，深圳 518036

2.西門子深圳磁共振有限公司，深圳518057

標準的顱內三維時間飛躍法(3D time of flight，3D TOF)磁共振血管成像(magnetic resonance angiography，MRA)是評價顱內血管病變的一種可靠的方法，臨床上已被廣泛應用[1-2]。但采集時間長，成像時間需要5～7 min，不適于大范圍掃描。許多患者因各種原因不能配合而未能完成檢查。在標準3D TOF序列基礎上，快速三維時間飛躍法(3D Fast-TOF)MRA優化參數，在施加一次飽和脈沖時，進行4次K空間采集，明顯縮短了掃描時間，將掃描時間降至約3 min。本研究的目的是比較3D Fast-TOF MRA序列與標準3D TOF MRA序列的圖像質量、偽影及顯示血管各級分支、信噪比等，探討3D Fast-TOF MRA序列的臨床應用的可行性。

1 資料與方法

本研究得到醫院學術倫理審查委員會批準，掃描前簽署知情同意書。

1.1 研究對象

本研究收集2014年9月至2014年10月對臨床上懷疑顱內動脈病變的34例檢查者進行標準的TOF MRA序列掃描后，加掃3D Fast-TOF MRA序列。2例不能同時順利完成3D Fast-TOF MRA和標準 3D TOF MRA掃描，1例由于運動偽影、圖像質量較差，未納入統計。共31例檢查者順利完成掃描，男15例，女16例，年齡18～83歲，平均(51.48±20.06)歲。排除標準包括MRI 檢查禁忌證，包括安裝心臟起搏器、幽閉恐懼癥及顱內手術史等。

1.2 掃描方法

采用Siemens 3.0 T MAGNETOM Spectra MR掃描機。采用16通道頭頸聯合線圈，所有患者均采取仰臥位。MRI 檢查包括常規MRI 掃描頭部T1WI、T2WI和FLAIR序列，之后分別進行快速3D TOF MRA序列和標準3D TOF MRA序列掃描，掃描參數見表1。

1.3 圖像后處理及評價

使用Sygno工作站，經最大強度投影(maximum intensity projection，MIP)重建、圖像分割及圖像分析。

圖像質量評分標準，采用5級分法對圖像質量進行評分[3]：5分：圖像質量好，動脈邊緣銳利，無圖像模糊或偽影，完全符合診斷要求；4分：圖像質量良好，動脈邊緣較銳利，信號較均勻，圖像輕度模糊或偽影，符合診斷要求；3分：圖像質量一般，動脈結構能夠辨認，圖像中度模糊或偽影，不影響診斷分析；2分：圖像質量差，動脈血管輪廓不清，大致能夠辨認，信號不均，但有明顯偽影，不符合診斷要求；1分：圖像質量極差，動脈血管顯示不清，圖像模糊、偽影很多，完全不能用于診斷。

頸內動脈分支評分標準：動脈主干顯示為1分，一級分支顯示為2分，二級分支(豆紋動脈)顯示為3分，三級分支顯示為4分。

信號測量，分別在3D Fast-TOF MRA圖像及標準3D TOF MRA原始圖像上測量基底動脈中段的信號強度(signal intensity，SI)、同層腦干的信號強度(SIm)及同層水平的背景噪聲標準差(SDn)。計算信噪比(signal-to-noise ratio,SNR；SNR=SI/SDn)和對比噪聲比(contrast-to-noise ratio,CNR；CNR=(SI-SIm)/SDn)[3]。

表1 標準3D TOF MRA序列與快速3D TOF MRA掃描參數Tab.1 Acquisition parameters for standard 3D-TOF MRA and fast 3D-TOF MRA

1.4 統計學分析

應用SPSS 19.0統計學軟件進行統計分析。采用配對t檢驗比較3D Fast-TOF及標準TOF序列的頸內動脈分支顯示情況、圖像質量(包括偽影)及SNR、CNR。以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

研究的34例檢查者在兩種檢查中，2例不能同時完成Fast-TOF MRA及C-TOF MRA掃描，1例由于運動偽影、圖像質量較差，未納入統計。共31例順利完成掃描(圖1)。

3D Fast-TOF MRA序列掃描時間約3.31 min，標準掃描序列掃描時間約5.28 min。兩組頸內動脈分支顯示評分、圖像(包括偽影)評分、信噪比、對比噪聲比結果見表2。3D Fast-TOF在頸內動脈分支顯示評分高于標準 3D TOF，二者有明顯統計學意義(P＜0.05)。

表2 頸內動脈分支顯示評分、圖像質量、偽影評分及信噪比、對比噪聲比Tab.2 Scores of depiction of carotid artery,image quality,SNR and CNR

所有31例檢查中，快速TOF有26例顯示豆紋動脈，標準TOF有21例顯示豆紋動脈。經t檢驗，兩組間的圖像質量、SNR、CNR差異無統計學意義(P＞0.05)。

圖1 45歲，女性患者，A～C為標準3D TOF序列圖像，D～F為快速3D TOF圖像。A、D為基底動脈中段水平軸位圖像；B、E為橫軸位MIP投影圖像；C、F顯示左側豆紋動脈圖像 圖2 3D TOF施加靜脈飽和脈沖圖。A：標準3D TOF序列圖為一個飽和脈沖(藍色框內)緊跟著一個k空間數據(黃色框內)采集脈沖；B：快速3D TOF序列圖為一個飽和脈沖緊跟著4個k空間數據(黃色框內)采集脈沖Fig.1 T1-Weighted gradient-echo in a 45-years-old female patient.A—C,standard 3D-TOF image; D—F,fast 3D-TOF image.Axial image in the middle segment of basilar artery(A,D); Transverse MIP Image(B,E); Left lenticulostriate artery(C,F).Fig.2 Venous saturation pulse of 3D TOF.A:Venous saturation pulse(blue box)followed by one k space data(yellow box)of standard 3D TOF sequence; B:Venous saturation pulse(blue box)followed by four k space data(yellow box)of Fast 3D TOF sequence.

3 討論

3DTOF技術是利用“流入增強效應”成像。采用小角度梯度回波，靜態組織在短TR脈沖反復激勵下，質子受到抑制、趨于飽和，如顱內的腦脊液、灰質及白質信號，圖像顯示為明顯低信號；而快速流動的血液流入掃描層面，成像過程中經歷的射頻脈沖個數少而沒被飽和，仍保持完整的自旋，能產生較強的信號，與靜態組織形成信號對比；層面越薄，TR時間越短，背景抑制越好，從而不需要注射增強對比劑便可以對血管成像[4-6]。在顯示顱內腦血管解剖、評估顱內血管病變等3D TOF MR是一種可靠的、無創傷性的檢查手段[7-8]，也應用于其他部位的血管病變的檢查[9]。但對顱內動脈成像時，為了去除流動靜脈信號，需要采用靜脈抑制技術[10-11]。傳統TOF靜脈信號抑制序列如圖2A所示，圖中在采集每一個k空間數據采集之前(黃色框內脈沖)，都在遠心端區域施加一個靜脈飽和脈沖(藍色框內脈沖)，它激發了成像區域以外，靠近遠心端的顱頂區域信號，再通過損毀梯度飽和顱頂區域所有組織信號，包括其中靜脈信號[1，12]。經過一小段時間后，一般為幾毫秒，對感興趣區進行掃描，由于靜脈血液一般從遠心端的顱頂流入感興趣區，所以此時感興趣區中靜脈血液為剛剛飽和過的靜脈血，成像顯示為低信號，最后得到圖像只剩下動脈信號，從而達到動脈血管成像目的。但由于靜脈飽和脈沖加上損毀梯度時間比較長，且每采集一個k空間數據，都必須施加一次靜脈飽和脈沖，所以成像時間比較長，需要5～7 min，許多患者因各種原因不能配合而完成檢查。基于被飽和的靜脈信號恢復需要一段時間的事實，因為血液組織的T1值一般為1～3 s，從飽和到信號恢復需要幾百毫秒。序列如圖2B所示，每施加一次靜脈飽和脈沖，緊跟著多個k空間采集激發脈沖，本圖例顯示為4個，從而節省了靜脈飽和脈沖數量，縮短了總體掃描時間，同時不降低圖像質量。滿足靜脈抑制要求，是本研究的目的。本文采用快速三維時間飛躍法(Fast-TOF)MRA，在施加一次飽和脈沖后，進行多次k空間采集，明顯縮短了掃描時間，將掃描時間降至約3 min。

本研究中，3DFast-TOF MRA與標準3DTOF MRA相比，3D Fast-TOF MRA在重新設計掃描序列后明顯縮短掃描時間，掃描時間為3.31 min；在顯示顱內動脈分支優于標準的TOF序列，而二者的圖像質量、信噪比和對比噪聲比等無明顯差異。從掃描參數比較，二者在矩陣、體素及圖像后處理技術等基本相同。

本研究顯示3D Fast-TOF MRA基于標準的3D TOF MRA序列，在圖像空間分辨率、信噪比、對比噪聲比無明顯改變下，在每次施加靜脈飽和脈沖后施加了4次k空間數據采集脈沖，明顯縮短掃描時間，提高工作效率。

[References]

[1]Li ML.Advance of cerebral magnetic resonance angiography at 3.0 T.Chin J Magn Reson Imaging,2013,4(4):309-313.李明利.3.0 T MR 血管成像的臨床應用進展.磁共振成像,2013,4(4):309-313.

[2]Zheng L,Zhang LJ,Lu L,et al.Three Dimensional Time-of fl ight MR Angiography in the detection of intracranial aneurysms.Clin Radiol,2011,30(9):1256-1259.鄭玲,張龍江,路莉,等.三維時間飛躍法MR血管成像檢出顱內動脈瘤的研究.臨床放射學雜志,2011,30(9):1256-1259.

[3]Zou LQ,Liu XY,Liu X,et al.A study of arteries prepared balanced steady-state free precession foot by sensitive dephasing MR Angiography in diabetes.Zhonghua Fang She Xue Za Zhi,2011,45(8):757-761.鄒立秋,劉曉怡,劉新,等.平衡穩態自由進動序.列非增強MRA在糖尿病患者足部動脈成像中的應用研究.中華放射學雜志,2011,45(8):757-761.

[4]Choi CG,Lee DH,Lee JH,et al.Detection of intracranial athrosclerostic steno-occlusive disease with 3D time-of-fl ight magnetic resonance angiography with sensitivity encoding at 3.0 T.AJNR Am J Neuroradiol,2007,28(3):439-446.

[5]Willinek WA,Born M,Simon B,et al.Time-of-flight MR Angiography:comparison of 3.0 T imaging and 1.5 T imaging-initial experience.Radiology,2003,229(3):913-920.

[6]Akashi T,Taoka T,Ochi T,et al.Branching pattern of lenticulostriate arteries observed by MR angiography at 3.0 T.Jpn J Radiol,2012,30(4):331-335.

[7]Gu XL,Li MH,Li YD,et al.Comparison of three dimensional timeof-fl ight MR angiography at 3.0 T MR and DSA in the detection of intracranial aneurysms.Zhonghua Fang She Xue Za Zhi,2013,47(1):49-54.顧秀玲,李明華,李永東,等.3.0 T MR三維時間飛躍法MR血管成像與DSA檢出顱內動脈瘤的比較.中華放射學雜志,2013,47(1):49-54.

[8]Liu J,Zhou BJ.Anatomy of the cerebral arterial circle and its appearance on magnetic resonance angiography.Acta Anatomica Sinica,2014,45(2):257-262.劉建,周播江.大腦動脈環的解剖及在磁共振血管成像上的應用.解剖學報,2014,45(2):257-262.

[9]Zhang W,Xu JR,Lu Q,et al.High resolution MR angiography of digital arteries in systemic sclerosis patients on 3.0 T:preliminary study.Chin J Magn Reson Imaging,2011,2(2):85-89.張薇,許建榮,路清,等.硬皮病患者手指高分辨率MR血管成像的研究初探.磁共振成像,2011,2(2):85-89.

[10]Shahzad R,Younas F.Detection and characterization of intracranial aneurysms:magnetic resonance angiography versus digital subtraction angriography.J Coll Physicians Surg Pak,2011,21(6):325-329.

[11]Tang PH,Hui F,Sitoh YY.Intracranial aneurysm detection with 3 T magnetic resonance angiography.Acad Med Singapore,2007,36(6):388-393.

[12]Habibi R,Krishnam MS,Lohan DG,et a1.High-spatial-resolution lower extremity MR angiography at 3.0 T：contrast agent dose comparison study.Radiology,2008,248(2):680-692.