3D-T1WI-MATRIX技術在下肢深靜脈血栓中的應用價值

鐘佳利，彭如臣，楊新穎，宋海龍，高會華

深靜脈血栓(deep vein thrombosis，DVT)是臨床中較為常見的由于血液在下肢深靜脈處的不正常凝結所引起的疾病，由于血液回流受阻，患者多會出現下肢腫脹、疼痛等癥狀。其并發癥包括肺動脈栓塞(pulmonary embolism，PE)和血栓后綜合征(post thrombosis syndrome，PTS)，可導致長期殘疾或死亡[1-2]。因此，早期診斷下肢深靜脈血栓，并及時制訂合理的診療方案對患者的康復和預后尤為重要[3-5]。但由于下肢深靜脈血栓沒有特別典型的臨床表現，現階段的診斷嚴重依賴客觀檢查如多普勒超聲檢查。超聲檢查作為一種簡便經濟的檢查手段，但其對小體積血栓的檢出率不高，且敏感性和特異性受檢查者經驗與手法的影響，從而導致超聲檢查對DVT的診斷價值具有一定的局限性，因此超聲檢查適用于DVT患者的篩查和初步檢測[6]。其他檢查方法如下肢靜脈造影檢查(deep vein thrombosis，DSA)為有創性檢查，CT下肢靜脈血管成像(computed tomography venography，CTV)與MRI下肢靜脈血管成像(contrast-enhanced MR venography，CE-MRV)雖為無創性檢查，但同樣需經靜脈注射對比劑以幫助成像[7-8]。因此尋求一種簡便，無創性的檢查，同時可以較好地顯示所有時期的血栓是現階段的研究熱點。磁共振直接血栓成像(magnetic resonance direct thrombus imaging，MR-DTI)是一種利用血栓的短T1效應直接成像的磁共振技術，無需注射釓對比劑即可清晰顯示下肢靜脈內的血栓，同時可以在一定程度上區分血栓所處的時期[9]。本研究中基于磁共振調制反轉角成像(modulated flip angle technique in refocused imaging with extended echo train，MATRIX)技術和此前較多應用的三維磁化準備快速梯度回波(magnetization prepared rapid acquisition gradient echo，MPRAGE)技術均基于MR-DTI原理進行成像，筆者將就兩者圖像信噪比、對比噪聲比、偽影，以及能否清晰顯示靜脈與周圍組織解剖結構并滿足臨床診斷需要進行深入探討。

1 材料與方法

1.1 研究對象

選取2018年2月至2018年10月來我院血管外科就診，經臨床表現，多普勒超聲檢查以及D-二聚體檢查確診為DVT的患者20例，其中男性12例，女性8例，年齡范圍35～84歲。所有患者均順利完成檢查得到清晰可用的磁共振影像。

1.2 研究儀器

(1)中國聯影公司uMR 770 3.0 T超導型磁共振儀。(2) 12通道相控陣體線圈，24通道相控陣脊柱線圈。

1.3 檢查方法及掃描參數

患者仰臥于檢查床，足先入，于下腹部纏繞束腹帶以減少腹部呼吸所產生的偽影，將體線圈覆蓋于下腹部至大腿中上段區域。先使用2D-PC-MRV確定下腔靜脈至股靜脈范圍，然后對患者進行冠狀位3D-T1WIMATRIX序列和冠狀位3D-T1WI-MPRAGR序列檢查，掃描范圍自下腔靜脈下段水平至股靜脈中下段水平，具體參數見表1。

1.4 圖像處理

所有圖像傳入聯影圖像后處理工作站(uWS-MR，中國，上海)，對MATRIX與MPRAGE的冠狀位圖像進行軸位多平面重建(multiplane reconstruction，MPR)，層厚1 mm，層間隔0 mm，以及曲面重建(cured planar reconstruction，CPR)，重建范圍下腔靜脈至股靜脈主干血管。

1.5 圖像質量的客觀評價

1.5.1 信噪比(SNR)的測量和計算方法

SNR=SI肌肉/SD噪聲，SI肌肉為股四頭肌信號值，感興趣區(region of interest，ROI)測量于軸位圖像股四頭肌區域，設定為圓形，大小10 mm2，SD噪聲測量于圖像兩側相位編碼方向上的空白區域，ROI設定為圓形，大小10 mm2，取背景噪聲的標準差作為計算值。

1.5.2 血栓-血液-對比噪聲比(CNR)的測量和計算方法

CNR=(SI血栓-SI血液)/SD噪聲，其中SI血栓為靜脈血栓最佳層面的信號值，ROI設定為圓形，大小10 mm2，SI血液為正常髂靜脈信號值，ROI設定為圓形，大小10 mm2，SD噪聲同1.5.1中測量值。

1.6 圖象質量的主觀評價

隱藏患者信息，將20例患者的MATRIX與MPRAGE序列的MRP軸位重建圖分成5個節段，分別為下腔靜脈段、髂總靜脈段、髂外靜脈段、股靜脈上段與股靜脈中下段，共200個片段。設計5分制評分表，由2名有經驗的影像科醫師獨立對圖像各片段的偽影情況、組織與血管解剖結構，以及能否滿足診斷需求進行主觀評分，意見不一致時，討論并達成統一意見，具體評分標準見表2。

表1 3D-T1WI-MATRIX、3D-T1WI-MPRAGE序列掃描參數Tab. 1 Imaging parameters of MATRIX and MPRAGE in the study

1.7 統計學分析

所有實驗數據均采用SPSS 21.0進行統計學分析，應用Wilcoxon配對秩和檢驗對圖像客觀與主觀評價結果進行比較，各數據均采用x±s，以P＜0.05認為差異具有統計學意義。

表2 圖像質量5分制主觀評價表Tab. 2 Five-point scale for subjective evaluation of image quality

表3 MATRIX與MPRAGE序列SNR與血栓-血液CNR結果比較(x±s)Tab. 3 Quantitative and statistical analysis results for the SNR and CNR comparison of MATRIX and MPRAGE (x±s)

2 結果

2.1 SNR的測量

20例DVT患者3D-T1WI-MATRIX和3D-T1WIMPRAGE序列圖像在大腿股四頭肌處的SNR結果(表3)，MATRIX序列的SNR明顯高于MPRAGE序列，兩者之間具有統計學意義(P＜0.05)。

表4 MATRIX與MPRAGE序列在下肢靜脈不同節段的圖像質量比較(x±s)Tab. 4 Quantitative and statistical analysis results for the subjective evaluation of image quality comparison of MATRIX and MPRAGE (x±s)

圖1 同一患者，女，51歲，右側髂外靜脈血栓，血管壁周圍血栓處于亞急性期，管腔中心血栓處于慢性期。1A、B為髂外靜脈冠狀位CPR重建圖同一層面的圖像。A：3D-T1WI-MPRAGE，見右側髂外靜脈血栓呈混雜信號(白箭)，對側髂外靜脈呈現中等信號(黑箭)，管腔中心的血栓信號與對側靜脈血液信號相近，不易區分；B：3D-T1WI-MATRIX，見右側髂外靜脈混雜信號(白箭)，對側髂外靜脈呈現低信號(黑箭)，由圖像可知右側髂靜脈內全部為血栓；C、D：分別為原始冠狀位3D-T1WI-MPRAGE與3D-T1WI-MATRIX的MPR軸位重建圖像以顯示血栓(白箭)與周圍組織結構關系 圖2 A、B分別為該患者原始冠狀位3D-T1WI-MPRAGE與3D-T1WI-MATRIX經MPR重建的下腔靜脈層面軸位圖像，A：MPRAGE序列，偽影較多，下腔靜脈周圍組織結構顯示不清(白箭)；B：MATRIX序列，偽影較少，下腔靜脈與髂動脈以及周圍組織空間結構顯示清晰(白箭)Fig. 1 show the same patient, female, 51 years old, with right external iliac vein thrombosis. The centre of the thrombosis shows chronic stage, while the periphery of the thrombosis shows sub-acute stage. Figure 1A and 1B are images of the same level of the coronary CPR reconstruction position of the external iliac vein. 1A:3D-T1WI-MPRAGE, it demonstrates mixed signal of the right iliac vein (white arrow) , and the opposite iliac vein is middle signal (black arrow) which is dif ficult to be differentiated from incompletely suppressed venous blood using MPRAGE. 1B: 3D-T1WI-MATRIX, it demonstrates mixed signal of the right iliac vein(white arrow), and the opposite iliac vein is low signal (black arrow): it can be inferred that thrombosis fill all part of the right iliac vein. 1C, D: Axial reconstruction of the original coronary 3D-T1WI-MPRAGE and 3D-T1WI-MATRIX images show the structural relationship between the thrombosis and the tissue around it.Fig. 2 Axial reconstruction of the original coronary 3D-T1WI-MPRAGE and 3D-T1WI-MATRIX images in inferior vena cava plane. 2A: MPRAGE sequence has obvious artifact, and tissue structures around inferior vena cava (white arrow) were unclear. 2B: MATRIX sequence has less artifact, and the spatial structure of the inferior vena cava, the iliac artery, and the surrounding tissue were clearly shown (white arrow).

2.2 CNR的測量

20例DVT患者3D-T1WI-MATRIX和3D-T1WIMPRAGE序列的血栓-血液-CNR結果(表3)，MATRIX序列的血栓-血液CNR明顯高于MPRAGE序列，兩者之間具有統計學意義(P＜0.05)。

2.3 圖像主觀評分結果

3D-T1WI-MATRIX和3D-T1WI-MPRAGE序列圖像的主觀評分結果(表4)，MATRIX序列在各個層面的評分均高于MPRAGE序列，其中在下腔靜脈、髂總靜脈、髂外靜脈、股靜脈中下段的評分差異具有統計學意義(P＜0.05)，在股靜脈上段的評分差異沒有統計學意義(P＞0.05)(圖1，2)。

3 討論

3.1 MATRIX技術臨床應用的優勢

目前，在臨床中應用較多的兩種磁共振檢查技術為對比劑增強靜脈血管成像(CE-MRV)和MPRAGE。前者經肘正中靜脈注射釓對比劑，經過一定時間的延遲后掃描感興趣區域以獲得下肢靜脈的影像，但該檢查不適用于重度腎功能不全或妊娠患者。研究表明，重度腎功能不全患者應用釓對比劑可引起腎源性系統性纖維化(nephrogenic systemic fibrosis，NSF)[10]。MPRAGE技術基于MR-DTI原理無需注射對比劑即可顯示下肢靜脈管腔內的血栓，在臨床DVT診斷中已經有了一定程度的應用[11]；但是，由于MPRAGE技術不能抑制血液信號，故而下肢靜脈內正常流動的血液在圖像上呈現中等信號，當血栓信號恰好與血液信號相近時，會對靜脈血栓與正常血液的分辨造成一定的困難。T1WI三維可變反轉角快速自旋回波技術(threedimensional fast spin echo，3D-FSE)作為一種高分辨磁共振成像技術在國內外均有較為廣泛的應用，主要見于顱腦、脊髓、四肢骨關節的研究，在下肢深靜脈血栓方面的研究國內較少見。由于該技術可以使流動的血液信號被抑制以實現黑血的效果，從而可以直接顯示靜脈管腔內的血栓[12-13]。然而，由于靜脈血流速度較慢，尤其是在已經發生嚴重靜脈血栓的管腔內，該技術仍然不能很好的抑制緩慢流動的血液信號，使得管腔內靜脈血液與血栓的鑒別出現一定的障礙。隨著技術的發展，提出了新的反轉角計算方法，MATRIX技術基于可變反轉角3D-FSE原理，利用迭代方法在反轉角數據庫中調制最優方案，可以獲得更好的信噪比與黑血能力。

3.2 MATRIX與MPRAGE技術

在本研究中，3D-T1WI-MATRIX序列與3D-T1WIMPRAGE序列用于無創性觀察DVT患者的血栓分布情況。靜脈血栓的短T1效應與血栓中高鐵血紅蛋白的含量呈線性相關。由于高鐵血紅蛋白的含量在血栓不同時期的含量不同，急性期含量較少，亞急性期含量升高，慢性期又下降。所以血栓不同時期，在T1WI序列中信號強度會有所變化[14]。MPRAGE具有極強的T1對比，對亞急性期的血栓顯示非常敏感。然而由于血液信號并沒有被抑制而呈現中等信號，可能與急性期或慢性期血栓信號相近，從而使血栓與血液的區分存在一定的局限性。Schmitz等[15]的研究表明MPRAGE序列可以獲得較為清晰的下肢靜脈血栓影像，但流動的血液，尤其是流速較慢的血液如果沒有被抑制，會對血栓的顯示產生干擾。同樣，Westerbeek等[16]的研究也表明，39例DVT患者經過6個月后隨訪MRI，MPRAGE序列結果全部為陰性，但是超聲檢查39例患者中仍有12例檢測到下肢靜脈血栓。猜測原因可能是由于血栓由亞急性期向慢性期轉變的過程中，血栓在MPRAGE序列中的信號強度逐漸下降，直至最后與正常血液信號差別不大，從而無法分辨血栓。在本研究中部分病例的血栓在MPRAGE序列中的顯示效果不佳，猜測也可能是由于同樣的原因，與以往研究結果相符。MATRIX技術也具有很強的T1對比，對亞急性期血栓具有極佳的顯示效果，同時，MATRIX序列基于3D-FSE與反轉角調制技術可以獲得較好的黑血效果，在DVT患者的血栓由亞急性期向慢性期轉變的過程中，血栓的T1信號逐漸下降，但由于血液信號被抑制，也可以使血栓得到清晰的顯示。Xie等[17]的研究在18例亞急性期至慢性期DVT患者中，將應用DANTE黑血技術的BTI序列就敏感性與特異性與MPRAGE進行對比，結果顯示BTI序列的敏感性與特異性(90.4%，99.0%)均高于MPRAGE序列(67.6%，97.4%)。在本研究中，MATRIX序列基于不同的黑血技術，但是黑血效果十分明顯，所有血栓均能得到清晰的顯示，其血栓-血液CNR為194.28±191.58，顯著高于MPRAGE序列的57.24±54.38，與實驗預期和以往研究相符。

在DVT患者的MR-DTI掃描上，國內外以往的研究主要集中在股靜脈與腘靜脈層面，因下腔靜脈至髂總靜脈區域呼吸運動與腸蠕動會在相位編碼方向上會產生較多的偽影，從而影響圖像質量，對診斷造成困難。但臨床中發生在下腔靜脈至髂靜脈處的血栓患者不在少數，如髂靜脈壓迫綜合征患者，由于髂靜脈處血液流動速度較慢，長時間會引發髂靜脈血栓[18]。且臨床上越靠近近心端的血栓，脫落導致肺栓塞的風險越高，故而下腔靜脈至髂靜脈的血栓能否清晰顯示具有很高的臨床價值。本研究著重掃描下腔靜脈至股靜脈范圍，結果顯示，在MPRAGE序列中的效果仍然不夠理想，20例患者在下腔靜脈處的圖像質量評分(1分8例，2分10例，3分2例)，在髂總靜脈處評分(1分1例，2分9例，3分8例，4分2例)基本不能滿足臨床要求。嘗試分析原因應該有三方面，首先是MPRAGE序列因流入增強效應，會使圖像上端的腹主動脈與髂總動脈上段呈現高信號，該高信號會在相位編碼方向上產生一定的搏動偽影，從而對觀察其周圍靜脈血管的管腔內結構產生一定的影響，而MATRIX為自旋回波序列，血液“流空”而呈現低信號，受該偽影影響較小；其次，在下腔靜脈與髂總靜脈層面SNR下降的原因在一定程度上來源于腸蠕動所產生的偽影，該偽影不像呼吸運動偽影那樣規律，更多的表現為一片的“噪點”，MPRAGE為小角度激發梯度回波序列，天然信號強度弱于自旋回波的MATRIX序列，所以腸蠕動偽影在MPRAGE序列中顯得較為明顯。第三，本研究中的兩種序列均為自由呼吸下掃描，序列SNR與偽影情況受呼吸運動影響較大，筆者在本研究中已經嘗試了一定的措施，如在下腹部纏繞束腹帶，訓練患者采用胸式呼吸，以盡可能地降低下腹部的呼吸運動，但MPRAGE序列由于信號強度較低等原因，效果仍不理想，在下腔靜脈至髂總靜脈層面，絕大多數患者都存在較大偽影，從而導致圖像評分下降。由此可知MPRAGE序列不適用于下腔靜脈至髂總靜脈層面的血栓掃描。而在MATRIX序列中，20例患者圖像質量評分在下腔靜脈水平(2分2例，3分14例，4分4例)，髂總靜脈水平(3分6例，4分10例，5分4例)，相較于MPRAGE序列具有較大的優勢。除前面所述原因外，MATRIX采用最新的迭代重建算法，通過迭代算法可以在一定程度上改善圖像質量，減輕偽影，使得下腔靜脈處的管腔與組織結構可以得到較為清晰的顯示。

MATRIX技術診斷DVT也具有一定的局限性：(1)相較于超聲檢查，磁共振檢查掃描時間較長，雖然掃描范圍已經做了盡可能的擴大，但仍然不能覆蓋整個下肢部分。(2)下肢靜脈造影檢查作為診斷DVT的金標準，雖然具有一定的創傷性與輻射性，但在MATRIX技術無法明確診斷血栓時，還需進行介入造影檢查。(3) MATRIX序列在下腔靜脈至髂總靜脈層面的評分仍然不高，隨著快速成像技術的發展，如多層采集技術與壓縮感知技術等，未來將嘗試進一步縮短掃描時間，使患者能在屏氣的時間內完成掃描，以進一步減輕腸蠕動與呼吸運動所產生的偽影。(4)由于病例數較少，我們無法準確衡量不同時期的血栓在MATRIX序列上的信號表現，將在后續的研究中探究。

綜上所述，磁共振MATRIX技術無需注射對比劑，簡便快捷，相較于MPRAGE技術，SNR更高，偽影更少，組織解剖結構顯示更清晰，黑血效果更好，在DVT的診斷上具有很高的臨床可用性。

利益沖突：無。