TWIST技術在評估急性缺血性卒中側支循環中的應用價值

王思雨，艾中萍，吳倩倩，姜海龍，姜亮，陳國中，殷信道*

急性缺血性卒中是指由腦組織缺氧壞死繼而引起神經系統功能不同程度損傷的一種腦血管病，約占全部卒中的69.6%～70.8%[1-2]。研究顯示，腦側支循環影響卒中患者缺血半暗帶血供、梗死灶體積進展以及卒中復發和出血轉化的風險預測[3-4]，因此早期快速準確地評估側支循環對于指導急性缺血性卒中患者臨床治療方案的選擇和預后評估至關重要。

目前臨床上已有多種影像學檢查方法用于評估側支循環，數字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)是評估側支循環的“金標準”[5]，但檢查的適用性受到其侵入性和相關風險的限制[6]。常規對比增強磁共振血管成像(contrast enhanced magnetic resonance angiography，CE-MRA)可以評估側支循環[7-8]，然其存在一些技術上的局限性，比如對比劑峰值通過時間不同步、掃描時間延遲造成的靜脈血管污染圖像和低時間分辨率等[9]。近年來，隨著磁共振新技術的不斷發展，4D 磁共振血管成像(magnetic resonance angiography，MRA)在急性缺血性卒中患者的血管評估中受到臨床醫生的日益關注[10]。

時間分辨交叉隨機軌跡顯像(time-resolved angiography with interleaved stochastic trajectories，TWIST)技術是西門子系統的一種非侵入性的時間分辨4D MRA技術，它通過運用更為巧妙靈活的K空間采集策略，在犧牲了一點空間分辨率和圖像信噪比的前提下，提高時間分辨率以獲得動態血流信息[11-13]。Seeger等[14]研究顯示TWIST技術在診斷卒中患者血管狹窄診斷中具有高敏感性和高陰性預測價值。Le Bras等[15]研究顯示TWIST技術與DSA在診斷卒中患者血管狹窄位置上沒有顯著性差異。然而，目前僅有少數文獻報道過TWIST技術作為一種有用的卒中側支成像方法的可能性[16]，且缺乏與標準側支循環分級的對比。因此，本研究利用TWIST技術提供動態信息，以DSA 圖像和低灌注強度比值(hypoperfusion intensity ratio，HIR)[17]為參考進行對比研究，旨在探討磁共振TWIST技術在評估急性缺血性卒中患者側支循環中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象

回顧性分析2020年8月至2021年8月南京市第一醫院神經內科收治的28例急性缺血性卒中患者的一般臨床資料[男19例，女9例，年齡50～85 (67.85±8.63)歲]及影像資料。納入標準：(1) 48 h內行磁共振TWIST、灌注加權成像(perfusion weighted imaging，PWI)和DSA檢查；(2)經DSA檢查證實至少存在1支顱內動脈中重度狹窄或閉塞；(3) TWIST圖像滿足診斷要求，圖像質量評分≥2分。排除標準：(1) DSA檢查前已行腦血管重建手術；(2)并發顱內出血、占位、腫瘤、感染、血管畸形等其他腦梗死之外的疾病；(3)影像質量不合格或一般臨床資料不完整。本研究經南京醫科大學倫理委員會批準，免除受試者知情同意，批準文號：2019-664。

1.2 MRI掃描方法

所有患者均在西門子醫療系統的(Magnetom Prisma，德國) 3.0 T MRI 掃描設備上進行檢查，使用8 通道頭頸專用線圈，掃描序列包括PWI 和TWIST序列。具體參數如下：PWI：重復時間(repetition time，TR) 2000 ms，回波時間(echo time，TE) 30 ms，視野(field of view，FOV) 224 mm×224 mm，矩陣96×93，層厚4 mm，翻轉角(flip angle，FA) 90°，掃描時間88 s；TWIST：TR 2.72 ms，TE 0.99 ms，FOV 380 mm×332 mm，體素1.1 mm×1.1 mm×1.2 mm，層厚1.2 mm，A 區采樣密度15%，B 區采樣密度20%，并行采集技術為GRAPPA，加速因子為6，掃描時間73 s，共采集42期數據(第1期為蒙片期)。

1.3 影像分析

參考圖像質量評分標準對TWIST圖像進行圖像質量評分：1分：圖像質量差，有明顯的模糊或偽影，無法評價；2分：良好、足夠的血管邊界，用于診斷的足夠圖像質量；3分：優秀、清晰定義的血管邊界，具有高診斷可信度的圖像質量。DSA的側支循環分級參考美國介入與治療神經放射學學會/介入放射學學會(American Society of Interventional and Therapeutic Neuroradiology/Society of Interventional Radiology，ASITN/SIR)分級系統[18]。將41期TWIST圖像大致分為動脈期、靜脈期和靜脈晚期，TWIST圖像的側支循環分級參考改良的ASITN/SIR評分量表[19]：0分：在任何時相內，在缺血區域內沒有或僅有少量軟腦膜側支；1分：直至靜脈晚期才可在缺血區域內見到部分側支循環形成；2分：靜脈期以前可見缺血區域內部分側支循環形成；3分：靜脈晚期可見缺血區域內完全的側支循環形成；4分：在靜脈期以前可見完全的側支循環形成。根據TWIST圖像的側支循環分級將患者分為側支循環豐富組和側支循環不豐富組，ASITN/SIR分級3～4級表示側支循環豐富，0～2級表示側支循環不豐富。HIR定義為腦血流達峰時間(Tmax)＞10 s體積與Tmax＞6 s體積的比值[20]。其中Tmax＞6 s體積與Tmax＞10 s體積均由自動化軟件RAPID (iSchemia View，版本號：5.0.2)對灌注數據進行可視化處理與分析后生成。

1.4 統計學分析

本研究所有數據均由軟件IBM SPSS Statistics 25.0生成。計數資料以頻數和百分率表示，組間比較采用χ2檢驗；計量資料(符合正態分布)以±s表示，組間比較采用獨立樣本t檢驗。由2名具有5年以上工作經驗的影像科主治醫師分別對DSA和TWIST圖像的側支循環分級進行評分。Kappa系數用于分析側支循環分級在不同觀察者間的一致性。Spearman秩相關系數用于分析HIR與TWIST圖像的側支循環分級的相關性。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 磁共振TWIST 與DSA 圖像的側支循環分級結果比較

研究期間共納入28例急性缺血性卒中患者。磁共振TWIST (Kappa=0.826)和DSA (Kappa=0.856)圖像的側支循環分級在不同觀察者間均具有高度一致性。磁共振TWIST 和DSA 圖像的側支循環分級結果組間差異無統計學意義(χ2=0.865，P=0.929) (表1)。圖1、2 分別顯示了一例側支循環豐富和側支循環不豐富病例的PWI、磁共振TWIST和DSA圖像。

表1 磁共振TWIST和DSA圖像的側支循環量化分級結果比較Tab.1 Comparison of quantitative classification results of collateral circulation between magnetic resonance TWIST and DSA images

圖1 男，56歲，急性缺血性卒中患者，左側肢體乏力4 h入院。PWI圖像(1A)顯示HIR=0.0；磁共振TWIST動脈期(1B)、靜脈期(1C)和靜脈晚期(1D)圖像顯示右側大腦中動脈閉塞，靜脈期以前可見完全的側支循環形成，側支循環豐富，ASITN/SIR分級為4級；DSA早期造影(1E)和晚期造影(1F)圖像顯示右側大腦中動脈閉塞(箭頭)，側支循環豐富(虛線圓圈)，ASITN/SIR分級為4級。注：PWI：灌注加權成像；HIR：低灌注強度比值；TWIST：時間分辨交叉隨機軌跡顯像；ASITN/SIR：美國介入與治療神經放射學學會/介入放射學學會；DSA：數字減影血管造影。 圖2 男，78歲，急性缺血性卒中患者，右側肢體乏力8h入院。PWI圖像(2A)顯示HIR=0.7，磁共振TWIST動脈期(2B)、靜脈期(2C)和靜脈晚期(2D)圖像顯示左側頸內動脈末端閉塞，在任何時相內，在缺血區域內沒有或僅有少量軟腦膜側支，側支循環不豐富，ASITN/SIR分級為0級；DSA早期造影(2E)和晚期造影(2F)圖像顯示左側頸內動脈末端閉塞(箭頭)，側支循環不豐富，ASITN/SIR分級為0級。注：PWI：灌注加權成像；HIR：低灌注強度比值；TWIST：時間分辨交叉隨機軌跡顯像；ASITN/SIR：美國介入與治療神經放射學學會/介入放射學學會；DSA：數字減影血管造影。Fig. 1 Male, 56 years old, with acute ischemic stroke and left limb weakness for 4 h. Perfusion weighted imaging (PWI) image (1A) showed that hypoperfusion intensity ratio (HIR) was 0.0. Time-resolved with interleaved stochastic trajectories (TWIST) arterial phase (1B), venous phase (1C) and late venous phase (1D)images showed right middle cerebral artery occlusion.Complete collateral circulation was formed before venous phase,and the collateral circulation was abundant.The scores of American Society of Interventional and Therapeutic Neuroradiology/Society of Interventional Radiology (ASITN/SIR) was 4. Digital subtraction angiography (DSA) early angiography (1E) and late angiography (1F) images showed right middle cerebral artery occlusion (arrow) and abundant collateral circulation (dotted circle). The scores of ASITN/SIR was 4. Fig. 2 Male, 78 years old, with acute ischemic stroke and right limb weakness for 8 h. Perfusion weighted imaging (PWI) image (2A) showed that hypoperfusion intensity ratio (HIR) was 0.7. Time-resolved with interleaved stochastic trajectories (TWIST)arterial phase(2B),venous phase(2C)and late venous phase(2D)images showed left internal carotid artery end occlusion.In any phase,there were no or only a few pial collateral branches in the ischemic area, and the collateral circulation was insufficient. The scores of American Society of Interventional and Therapeutic Neuroradiology/Society of Interventional Radiology (ASITN/SIR) was 0. Digital subtraction angiography (DSA) early angiography (2E) and late angiography (2F)images showed left internal carotid artery end occlusion and insufficient collateral circulation.The scores of ASITN/SIR was 0.

2.2 兩組患者一般臨床資料和HIR 比較及相關性分析

與側支循環不豐富組(15例)相比，側支循環豐富組(13 例) HIR 更低(0.30±0.08 vs. 0.43±0.06，P＜0.001)，其他臨床資料差異均無統計學意義(P＞0.05) (表2)。相關分析顯示HIR 與TWIST 圖像的側支循環分級呈負相關(r=-0.882，P＜0.001) (圖3)。

表2 側支循環豐富組(3～4級)與側支循環不豐富組(0～2級)各參數之間比較Tab.2 Comparison of parameters between abundant collateral circulation group(score 3-4)and insufficient collateral circulation group(score 0-2)

圖3 TWIST 圖像的ASITN/SIR 分級與HIR 相關性散點圖。TWIST：時間分辨交叉隨機軌跡顯像；ASITN/SIR：美國介入與治療神經放射學學會/介入放射學學會；HIR：低灌注強度比值。Fig. 3 Scatter diagram of correlation between ASITN/SIR and HIR of TWIST images.TWIST:time-resolved with interleaved stochastic trajectories;ASITN/SIR: American Society of interventional and Therapeutic Neuroradiology/Society of Interventional Radiology; HIR: hypoperfusion intensity ratio.

3 討論

本研究通過TWIST技術與DSA和HIR在評估側支循環上的對比研究，首次系統地將TWIST技術應用于評價急性缺血性卒中患者的側支循環，結果顯示，磁共振TWIST 和DSA 圖像的側支循環分級結果組間差異無統計學意義；與側支循環不豐富組相比，側支循環豐富組HIR 更低，且HIR 與TWIST 圖像的側支循環分級呈負相關。

3.1 磁共振TWIST 與DSA 圖像的側支循環分級結果分析

TWIST 技術作為一種非侵入性的時間分辨4D MRA 技術，通過改變K 空間采集方式(由K 空間全采集轉變為K 空間中心填充采集)、應用半傅里葉采集以及兼容并行成像技術GRAPPA，從而獲得亞秒級的3D采集圖像，實現了比其他動態掃描方法更高的時間分辨率[21-22]。這種圖像采集方式不僅可獲得X，Y，Z三軸的3D-MRA圖像，加之有足夠的時間分辨率，而且可以在原有的三軸基礎上加上時間軸變量，得到多組不同時相的3D-MRA，即4D-MRA。本研究結果顯示，磁共振TWIST 和DSA 圖像的側支循環分級結果組間差異無統計學意義。TWIST 技術平均1.5 s 左右采集1 期圖像，僅需1 min 左右即可連續獲得41 期圖像，具有較高的時間分辨率和明顯的動靜脈時相。TWIST 技術不需要測試掃描延遲時間，即無需判斷對比劑到達峰值的時間，克服了CE-MRA 的掃描計時需求，徹底解決了靜脈污染問題，檢查成功率較高[23]；生成從動脈早期到靜脈晚期的血管造影圖像，其動態效果可以與DSA 相媲美，有利于對血管病變的評估[24-25]。Parmar等[26]研究顯示，使用4D-MRA對頭頸部血管進行造影檢查，能夠可視化血管增強的動脈期、靜脈期和靜脈晚期影像，獲得解剖學和時間信息，類似于DSA 的檢查效果，但沒有電離輻射暴露、碘化對比劑過敏或導管插入致動脈損傷等風險。Roh 等[16]對67例由單側頸內動脈或大腦中動脈M1段狹窄閉塞病變引起的急性缺血性卒中患者的TWIST 和動態磁敏感對比增強磁共振灌注(dynamic susceptibility contrast-enhanced magnetic resonance perfusion,DSC-MRP)數據進行分析，利用TWIST和DSC-MRP的動態信號分別生成多相MRA 側支圖和MRP 側支圖，通過與DSC-MRP 衍生的多相側支成像方法(MRP 側支圖)進行比較，驗證TWIST 的多相MRA 側支圖作為側支成像方法的應用價值。結果顯示，多相MRA 側支圖和MRP 側支圖對于側支循環分級具有良好一致性。研究表明，磁共振TWIST 生成的多相MRA 側支圖可以提供可靠的側支信息，是急性缺血性卒中患者側支循環成像的一種可行性方法。

3.2 TWIST圖像的側支循環與HIR的相關性分析

前期研究顯示，HIR 可以提示腦組織內低灌注嚴重程度和側支血流，是MRA側支循環的可靠指標，可作為評估側支循環以及判斷患者是否可行靜脈溶栓或機械取栓治療的可行性指標等[27-28]。本研究根據TWIST圖像的側支循環分級將患者分為側支循環豐富組和側支循環不豐富組，ASITN/SIR分級3～4級表示側支循環豐富，0～2級表示側支循環不豐富。本研究結果顯示，與側支循環不豐富組相比，側支循環豐富組HIR更低，且HIR與TWIST圖像的側支循環分級呈負相關。徐佳等[29]研究顯示低HIR 與豐富的側支循環密切相關，HIR＜0.4 是預測急性缺血性卒中患者良好側支循環的最佳臨界值。Guenego 等[30]研究顯示HIR 與DSA 的側支循環分級呈負相關，HIR＜0.4是預測良好側支循環的最佳臨界值。Lyndon 等[31]研究顯示HIR 與CT 血管造影的側支循環分級呈負相關，HIR 對于卒中治療前側支循環評估具有重要的指導意義，這與本研究的結果一致。

3.3 局限性

本研究有一定的局限性：(1)本研究納入的不同級別側支循環樣本量較少且不對等，可能會在一定程度上影響研究結果的可信度，會在后續研究中進一步加大樣本量，以驗證該研究；(2)血管欠清晰，這也是TWIST 序列的一個特征表現，未來對于優化TWIST參數的前瞻性研究將有助于進一步評估。

綜上所述，磁共振TWIST 技術可以無創、快速地提供動態信息并連續、穩定地完成純動靜脈時相成像，能夠實現急性缺血性卒中的無創側支循環成像，在側支循環診斷中具有較高的價值，有助于臨床治療決策的制訂。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無利益沖突。