時間-空間標記反轉脈沖非對比增強血管成像技術對腎動脈的診斷價值

曹代榮，黃宏杰，張宇陽，高小建，馮其金

作者單位：

福建醫科大學附屬第一醫院影像科，福州 350005

腎動脈狹窄(renal arterial stenosis，RAS)是 繼發性高血壓以及慢性腎功能不全的重要原因之一，早期診斷、早期治療能夠顯著改善腎動脈狹窄患者的預后[1]。數字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)是診斷RAS的金標準，但存在侵襲性、輻射劑量大、并發癥發生率高等缺點，通常不應用于臨床篩查[2]。超聲檢查簡單易行，但敏感性低、易受操作者依賴，且不適用于肥胖和腸氣較多的患者。目前，CT血管造影(computed tomography angiography，CTA)和對比增強磁共振血管造影(contrast-enhanced magnetic resonance angiography，CE-MRA)廣泛應用于RAS患者的診斷[3-4]。然而，CTA存在電離輻射，碘對比劑是中重度腎功能不全的相對禁忌證，且存在過敏反應的風險[5]。磁共振增強使用的釓對比劑相對較安全，但應用于嚴重腎功能不全的患者可能導致不可逆的腎源性系統性纖維化(nephrogenic systemic fibrosis，NSF)[6-7]。因此，安全、準確的腎動脈篩查方法是目前影像學研究的熱點。

傳統的非對比增強磁共振血管造影(noncontrast-enhanced MRA，NCE-MRA)技術包括時間飛躍(time of flight，TOF)技術和相位對比(phase contrast，PC)技術[8]。三維TOF MRA僅適用于快速血流的成像，對血流方向與選擇層面相垂直的血管顯示良好，但腎動脈遠端分支纖細、血流速度減慢且方向多變，常顯示較差容易出現假性狹窄；三維PC MRA能夠解決上述不足，但其主要缺點為掃描時間長、對患者運動敏感、需要事先確定流速編碼[8]。時間-空間標記反轉脈沖(timespatial labeling inversion pulse，Time-SLIP)技術是一種新型的NCE-MRA技術，具有無創、無輻射、無需注射釓對比劑、掃描時間較快、血管-背景對比度高等諸多優點，目前已有研究將其應用于腎動脈顯影[9-16]。本研究以320排CTA和DSA為診斷標準，評價Time-SLIP非對比增強腎動脈成像技術對RAS的診斷價值。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本研究經本院倫理委員會批準，所有受檢者均已簽署知情同意書。共納入我院2014年11月至2017年11月36例臨床可疑腎動脈狹窄的患者，年齡15～84歲[男19例，女17例，平均年齡(47.0±15.1)歲]。排除標準為常規MRI、增強CT檢查和DSA檢查的禁忌證，例如幽閉恐懼癥、非磁共振兼容體內金屬異物、妊娠狀態、中重度腎功能損傷[GFR＜30 ml/(min·1.73 m2)]及含碘對比劑過敏史等。Time-SLIP MRA掃描與320排CTA、DSA檢查的間隔小于10 d，且2次檢查期間未進行針對腎動脈狹窄的介入或外科手術治療。

1.2 檢查方法

1.2.1 Time-SLIP非對比增強腎動脈成像技術

患者取仰臥位，頭先進，掃描前進行均勻呼吸訓練。應用1.5 T MR掃描儀(Vantage MRT-1503，Altas；Toshiba Medical Systems，Otawara-shi，Japan)，使用Atlas Speeder體部線圈。先根據預定位像采集屏氣橫斷位及冠狀位二維穩態自由進動(steady state free procession，SSFP)圖像，參數如下：TR=4.4 ms，TE=2.2 ms，反轉角(flip angle，FA)=75°，視野(field of view，FOV) 340 mm×340 mm，矩陣 224×256，層厚6 mm，激勵次數1次。再以SSFP圖像為定位像，掃描冠狀位呼吸激發Time-SLIP MRA序列。Time-SLIP序列掃描框定位情況：掃描范圍(S1)以雙腎為中心，Time-SLIP脈沖(S2)上緣位于兩腎上緣水平連線，預飽和脈沖(S3)上緣置于雙腎下極下方用于抑制下腔靜脈血流。掃描參數如下：TR=5.2 ms，TE=2.6 ms，FA=120°，FOV 350 mm×350 mm，矩陣 256×256，層厚2.5 mm，激勵次數1次；相位編碼方向，左右方向；并行采集因子，2(相位編碼方向)；黑血反轉時間(black blood inversion time，BBTI)，1100～1600 ms不等；帶寬，781 Hz/pixel；采用呼吸門控技術，每個呼吸末采集；采集時間取決于患者的呼吸及掃描層數，4～7 min。使用INTRANSENSE TETHYS 1.12工作站對原始數據進行處理，以最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)重建技術為主，結合多平面重建(multiplanar reformation，MPR)。

1.2.2 腎動脈CTA檢查

使用320排容積CT掃描儀(Acquilion ONE，Toshiba Medical Systems，Otawara-shi，Japan)對患者進行腎動脈CTA檢查。患者取仰臥位，掃描腹部正側位相定位，讓患者屏氣對其進行平掃掃描，范圍包括左肝下緣至髂嵴連線水平。掃描參數如下：管電壓120 kV，管電流為300～350 MA，320 mm×0.5 mm探測器準直Range160 mm、轉速0.5 s/rot、FOV-M進行掃描。動脈期、靜脈期掃描范圍同平掃。用雙筒高壓注射器經右前臂靜脈注入非離子型碘對比劑(碘佛醇 350 mgI/ml)，劑量1.5 ml/kg，流速5 mL/s，使用自動追蹤對比劑技術，觸發點放置于雙腎水平腹主動脈，當觸發點CT值達到120 Hu時觸發掃描。掃描后自動使用容積方式重建數據包，使用Vetra工作站行MIP、MPR和容積再現(volume rendering，VR)等后處理技術進行腎動脈CTA圖像重建。

1.2.3 腎動脈DSA檢查

DSA采用雙平面數字減影系統(Infinix-i，Toshiba Medical Systems，Otawara-shi，Japan)。采用改良Seldinger技術經右側股動脈穿刺插管，將5 F豬尾巴管超選擇性插管至腎動脈開口處，以4～5 ml/s的流率注射非離子型對比劑(碘佛醇 350 mgI/ml)觀察腎動脈的形態；采用正面及雙側面投照。

1.3 圖像評價

由兩名高年資放射科醫師在不知道其他影像學檢查結果的情況下，分別評估Time-SLIP MRA、CTA和DSA的原始圖像及重建圖像，診斷不一致時通過共同審閱最終達成一致。

1.3.1 腎動脈分支數

記錄每名患者Time-SLIP MRA、CTA和DSA的腎動脈主干數目，有無副腎動脈及其開口位置、數目。

1.3.2 腎動脈圖像質量評價

采用3分法評價腎動脈顯示情況作為判斷MRA和CTA圖像質量的指標。3分(圖像質量優秀)：腎動脈主干-分支均顯影良好；2分(圖像質量良好)：腎動脈主干顯影良好，遠端分支信號減弱；1分：圖像質量差，腎動脈主干及分支均顯影淺淡、信號模糊[14，16]。圖像質量≥2分即達到臨床診斷要求。

1.3.3 腎動脈狹窄程度分析

狹窄程度的計算方法：(1-L/R)×100%，其中L為最窄處的管腔直徑，R為狹窄遠心端相對正常管腔直徑；若單側腎動脈出現多處狹窄，則取狹窄最明顯處為該腎動脈的狹窄程度。將腎動脈狹窄程度分為5級：1級，狹窄程度＜20%；2級，狹窄程度為20%～49%；3級，狹窄程度為50%～74%；4級，狹窄程度為75%～99%；5級，管腔閉塞。其中，狹窄程度≥50%定義為明顯狹窄[15]。若患者同時行CTA和DSA檢查，以DSA檢查結果為標準。

1.4 統計學分析

應用SPSS 18.0統計學軟件進行統計分析，使用配對t檢驗比較Time-SLIP MRA與CTA腎動脈圖像質量評分、Time-SLIP MRA與CTA和DSA腎動脈的狹窄程度；使用非參數Wilcoxon秩和檢驗比較正常組腎動脈與狹窄組腎動脈Time-SLIP MRA圖像質量評分。計算Time-SLIP MRA診斷RAS及明顯RAS的敏感度、特異度、準確率、陽性預測值和陰性預測值。使用Spearman等級相關分析評估MRA與CTA/DSA狹窄程度的相關性，相關系數≥0.7為高度相關，0.4≤相關系數＜0.7為中度相關，相關系數＜0.4為低度相關。采用Bland-Altman分析評價Time-SLIP MRA診斷腎動脈狹窄的系統偏倚[16]。P＜0.05表示差異有統計學意義。

2 結果

36例患者均順利完成Time-SLIP非對比增強腎動脈檢查，其中27例接受CTA檢查，7例完成DSA檢查，2例同時完成CTA及DSA檢查。Time-SLIP MRA共顯示了36例患者共71支主腎動脈(1名患者因腎腫瘤行左腎切除)和12支副腎動脈(左側9支、右側3支)，與CTA/DSA顯示結果一致。36例患者中，臨床診斷高血壓患者32例、腎功能不全患者13例。15例患者經CTA/DSA確診為RAS，14例RAS患者確診為高血壓，6例合并腎功能不全；共5例RAS患者行DSA下球囊擴張+支架植入術，術前平均血壓為(180±29)/(91±9) mmHg，術后隨訪6～12個月不等，平均血壓為(145±18)/(77±12) mmHg。

圖1 男，51歲。CTA的MIP圖(A)及VR圖(B)和Time-SLIP MRA的MIP圖(C)顯示雙側正常腎動脈，雙側主腎動脈及分支血管均顯示清楚、管壁光整 圖2 男，50歲。CTA的MIP圖(A)和Time-SLIP MRA的MIP圖(B)均顯示右腎動脈起始處輕度狹窄(箭) 圖3 女，84歲，左腎切除術后。DSA圖像(A)和Time-SLIP MRA的MIP圖(B)均顯示右腎動脈起始處明顯狹窄(箭)，NCE-MRA狹窄遠段血管顯影良好 圖4 男，37歲。CTA的MIP圖(A)顯示左腎動脈上段分支(箭)重度狹窄，狹窄段后方血管稍擴張。Time-SLIP MRA的MIP圖(B)可觀察到相應區域信號缺失(箭)，狹窄范圍較CTA及DSA明顯增大，遠端分支血管信號顯示尚可(短箭)Fig. 1 Images in a 51-year-old man. Both CTA (A: MIP image, B: VR image) and Time-SLIP MRA (C: MIP image) demonstrate normal renal arteries. Renal arteries were clearly visualized in both techniques. Fig. 2 Images in a 50-year-old man. Both CTA (A: MIP image) and Time-SLIP MRA (B: MIP image) reveal a proximal right renal artery mild stenosis (arrow). Fig. 3 Images in a 84-year-old woman with left nephrectomy. Both DSA (A)and Time- SLIP MRA (B: MIP image) demonstrate a proximal right renal artery severe stenosis (arrow). Fig. 4 Images in a 37-year-old man. Both CTA (A:MIP image) show a severe stenosis in left upper branch renal artery (arrow). Signal loss can be seen in larger part in MIP image of Time-SLIP MRA (arrow, B),with moderate remaining distal flow (short arrow, B).

圖5 Time-SLIP MRA與CTA/DSA評估腎動脈狹窄程度的線性回歸及Spearman相關系數，兩者顯示高度相關(n=16) 圖6 Bland-Altman散點圖表明，與CTA/DSA比較，Time-SLIP MRA輕度高估腎動脈的狹窄程度(虛線：平均偏倚，3.31%)。實線：平均值±1.96標準差(n=16)Fig. 5 Correlation plot for Time- SLIP MRA vs. CTA/DSA data. This shows good agreement between Time-SLIP MRA and CTA/DSA throughout the range of stenosis (n=16). Fig. 6 Bland-Altman plot shows small overestimation of degree of stenosis [dashed line (mean bias, 3.31%)] by Time-SLIP MRA. Solid lines show mean±1.96 SD (n=16).

腎動脈的MRA圖像質量評分：優秀的有51支(72%)(圖1)，良好的有17支(24%)，差的有3支(4%)；達到診斷要求腎動脈數占總數的96%；3例圖像質量差的病例中，2例為明顯狹窄，1例將正常腎動脈誤診為輕度狹窄。其中58支腎動脈同時完成CTA和NCE-MRA檢查，CTA組圖像質量評分為2.93±0.26，Time-SLIP MRA組圖像質量評分為2.67±0.56，差異有統計學意義(P＜0.001)，CTA組圖像質量明顯優于NCE-MRA組。以CTA/DSA為診斷標準，正常組與狹窄組腎動脈MRA圖像質量評分分別為2.71±0.56、2.47±0.64，差異無統計學意義(P=0.079)。

Time-SLIP MRA評價腎動脈狹窄結果：0級55例，1級0例，2級6例，3級6例，4級1例，5級3例；CTA/DSA評價腎動脈狹窄結果：0級56例，1級2例，2級4例，3級4例，4級4例，5級1例；兩種方法顯示RAS程度的分級見表1。15例腎動脈狹窄，14例位于腎動脈主干，1例位于腎動脈1級分支，未發現多發狹窄。Time-SLIP MRA與CTA/DSA診斷RAS及明顯RAS的結果分別見表2、3，圖2～4。以CTA/DSA為參照標準，Time-SLIP MRA檢出RAS的敏感度、特異度、準確率、陽性預測值、陰性預測值分別為100%、98.2%、98.6%、93.8%、100%；Time-SLIP MRA檢出明顯RAS的敏感度、特異度、準確率、陽性預測值、陰性預測值分別為90%、98.4%、97.2%、90%、98.4%。

表1 Time-SLIP MRA和CAT/DSA對71支腎動脈狹窄程度評價的分級比較Tab.1 Comparison of time-SLIP MRA and CTA/DSA in grading renal artery stenosis

表2 Time-SLIP MRA和CTA/DSA對腎動脈狹窄的診斷結果Tab.2 Diagnosis of renal artery stenosis (RAS) for 71 patients

表3 Time-SLIP MRA和CTA/DSA對明顯腎動脈狹窄的診斷結果Tab.3 Diagnosis of obvious renal artery stenosis (RAS) for 71 patients

Time-SLIP MRA與CTA/DSA診斷腎動脈的平均狹窄程度分別為(58.6±27.3)%、(55.3±30.2)%，兩者間差異無統計學意義(P＞0.05)。Time-SLIP MRA與CTA/DSA評估腎動脈狹窄程度的Spearman相關系數r=0.959(P＜0.01)(圖5)，表明兩者在定量評估腎動脈狹窄程度方面呈高度相關。Bland-Altman分析表明，與CTA/DSA比較，Time-SLIP MRA輕度高估腎動脈的狹窄程度[平均偏倚為(3.31±10.04)%]，見圖6。

3 討論

3.1 Time-SLIP MRA技術

Time-SLIP非對比增強腎動脈成像技術以SSFP序列為基礎，結合非選擇性反轉脈沖、選擇性標記脈沖、呼吸門控技術和脂肪抑制技術等進行血管成像。在數據采集前使用一組空間選擇性反轉脈沖對采集范圍腎實質、腎動脈及鄰近的組織結構信號進行反轉，未被空間選擇性反轉脈沖激發的新鮮血液流入反轉區時，呈明顯高信號；同時在雙腎下極下緣施加一組非選擇性預飽和脈沖以抑制流入的下腔靜脈血流信號。從而實現腹主動脈和腎動脈與背景之間的顯著信號對比。

研究設計上，本研究將320排動態容積CT和DSA數據合并作為診斷標準。因為國內外研究均表明CTA是診斷RAS的可靠手段，其診斷敏感性和特異性與DSA具有高度一致性[4，17]，CTA已逐步取代DSA在RAS診斷中的應用。320排容積CT采用容積掃描，掃描時間短、輻射劑量低，且能更清楚地顯示副腎動脈、主腎動脈及其遠端分支。Time-SLIP MRA采用冠狀位成像，具有大FOV、利于副腎動脈檢出、兩側腎高度不一致時方便觀察等優勢，對可疑狹窄病例進行橫軸位MPR重建。

3.2 Time-SLIP MRA診斷腎動脈狹窄

目前，關于Time-SLIP非對比增強腎動脈成像技術研究集中在可重復性和可靠性等方面。曹代榮等[11]研究報道Time-SLIP MRA對正常腎動脈主干及其分支顯示具有很高的可重復性。陳憲等[9]對Time-SLIP MRA與CE-MRA進行比較研究表明，Time-SLIP MRA腎動脈圖像信噪比高，且靜脈污染少。有學者[10，16，18]以CTA或DSA作為參考標準，Time-SLIP MRA診斷RAS的敏感度為78%～100%、特異度為88%～97%，其他廠商的NCE-MRA技術，如流入反轉恢復(inflow-sensitive inversion recovery，IFIR)技術、真穩態進動快速成像(true fast imaging with steady state procession，True FISP)技術的原理與Time-SLIP技術類似，均以SSFP序列為基礎；既往研究[19-20]使用IFIR MRA評價腎動脈狹窄程度，敏感性為92%～100%，特異性為98%～99%；Tao等[21]Meta分析結果顯示，與參考標準CE-MRA對比，基于SSFP序列的NCE-MRA診斷RAS的敏感性和特異性分別為88%和94%。本研究結果與既往研究結果類似。

Time-SLIP MRA在RAS及明顯RAS診斷方面，均具有很高的敏感度、特異度及準確率，且Time-SLIP MRA與CTA和DSA對狹窄程度的定量評估呈高度相關。但Time-SLIP技術同樣存在高估腎動脈狹窄的問題[平均偏倚為(3.31±10.04)%]，這一結果與既往研究類似[14，16]。筆者認為導致Time-SLIP技術輕度高估腎動脈狹窄程度的原因主要包括以下兩點：其原因一可能是狹窄區域血流速度加快，狹窄段后方血管腔擴張導致流速相對減慢，血液湍流引起失相位，使得血流信號減低甚至無信號[16，22]。本研究中2例Time-SLIP MRA圖像質量不佳均經CTA或DSA證實為腎動脈主干明顯狹窄，遠端分支顯影不佳。但這一特點也具有一定臨床意義，既往研究表明自旋失相位的程度與跨狹窄處的壓力梯度相關[23]。因此，失相位的嚴重程度能夠側面反映血流動力學的變化，若在動脈狹窄處及下方失相位明顯，則高度提示該處狹窄可能導致明顯的血流動力學改變。原因之二可能是由于狹窄組腎動脈成像質量相對較差，本研究出現1例因圖像質量差而將正常腎動脈誤診為輕度狹窄，這可能是呼吸節律不規則或者BBTI時間選擇不恰當所致，出現過度診斷的傾向。當圖像質量不佳時，Time-SLIP MRA能夠更改參數并重復掃描，獲得較佳的圖像質量，這也是Time-SLIP MRA較CTA及CE-MRA的另一優勢。

3.3 Time-SLIP MRA圖像質量評價

圖像質量方面，本研究結果顯示非對比MRA具有較高的圖像質量，在同時進行Time-SLIP MRA和CTA檢查的患者中，Time-SLIP MRA圖像質量雖然低于CTA，但仍基本滿足臨床診斷要求，僅3例(4%)圖像質量評分為差。此外，副腎動脈是臨床最常見的腎血管解剖變異；副腎動脈可引起難治性高血壓，且增大治療難度[24-25]。本研究中，非對比MRA無遺漏副腎動脈，表明Time-SLIP技術具有較高的圖像分辨率及信噪比，對于細小血管成像能力優。但本組中并未出現副腎動脈狹窄的病例，Time-SLIP技術對于狹窄副腎動脈的檢出仍需進一步證實。

本研究存在以下不足：首先，陽性病例數相對較少，這有待進一步大樣本的臨床應用研究。其次，本研究未進行橫軸面采集，橫軸位掃描層厚小、空間分辨率更高，但額外采集橫軸位圖像會導致掃描時間加倍。

綜上所述，Time-SLIP非對比腎動脈成像技術可以獲得質量良好的腎動脈圖像，診斷腎動脈狹窄與CTA、DSA具有高度一致性，是一種安全、無創的檢查方法，可作為可疑腎動脈狹窄患者的臨床首選篩查方法，尤其適用于腎功能不全患者。