頭頸部血管磁共振SNAP技術的應用與進展

張煜堃，常佩佩，劉娜，苗延巍

2020 年發表的《中國腦血管病影像應用指南2019》指出腦血管病已成為我國首位死亡病因，也是單病種致殘率最高的疾病，給社會帶來沉重的負擔。早期發現責任血管病變及程度，及早干預、治療對于腦血管疾病患者的預后有重要的意義。頭頸部血管影像技術是評估腦血管疾病的主要方法，包括血管超聲、數字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)、CT 血管造影(CT angiography，CTA)、磁共振血管造影(magnetic resonance angiography，MRA)、高分辨血管壁磁共振成像(high resolution vessel wall MRI，HRVW MRI)等[1]。其中，HRVW MRI是新興的血管成像技術，不僅可以進行管腔成像，而且能夠直觀顯示管壁結構，是目前唯一可在體進行頭頸部血管壁成像的無創檢查技術[2-3]。磁共振同步非對比劑血管成像和斑塊內出血成像(simultaneous non-contrast angiography and intraplaque hemorrhage，SNAP)技術為HRVW MRI中眾多序列之一，相比其他顱頸部血管MRI 技術，SNAP 具有覆蓋范圍廣、空間分辨率高、同時獲得固定多對比圖像集及掃描時間較短的優勢，在顱內和頸部血管有很大的應用潛力和研究價值。本文擬對SNAP 技術原理、臨床應用及其研究進展予以綜述。

1 SNAP技術原理與優勢

SNAP 的脈沖序列如圖1 所示，由相位敏感反轉恢復序列(slab-selective phase-sensitive inversion-recovery，SPI)演變而來[4]。首先由180°反轉脈沖(inversion pulse，IR)將所有組織信號反轉；緊接著兩組連續的、不同激勵翻轉角(flip angel，FA)：α 角、θ 角的反轉脈沖渦輪場回波(inversion pulse turbo field echo，IR-TFE)和參考采集渦輪場回波(reference acquisition turbo field echo，Ref-TFE)進行血液質子信號的抑制，形成黑血成像，其中α角大于θ 角。這兩個回波分別獲得重T1WI 效果的反轉恢復(inversion recovery，IR)圖像和質子密度加權效果的Ref(reference acquisition)圖像，Ref圖作為參考圖估計背景相位后進行相位校正[5-6]。IR圖和Ref圖像經過相位敏感重組生成黑血校正CR (corrected real)圖像。將CR圖像中的所有血管周圍組織的正極信號設為零，所有動脈腔的負極信號進行絕對值處理，即生成明亮血流造影圖像(MRA圖)。因為只顯示負極信號，此MRA 圖像不會受到背景組織的污染。由于Ref 圖的腔-壁對比度較低，可將Ref圖與MRA圖結合進一步生成具有高腔-壁對比的SNAP血液圖像(Ref2圖)[7]。SNAP能夠獲得5種自然配準的不同對比的圖像，即IR 圖、Ref 圖、CR 圖、MRA 圖和Ref2 圖[8]。并且這5 幅圖像是由具有相同線圈靈敏度的IR圖和Ref圖進行相敏重組來計算加權比的，所以圖像強度不受線圈靈敏度偏差影響[9]。此外，為了便于疾病檢查還可以對SNAP圖像進行彩色編碼以及三維最大強度投影(maximum intensity projection，MIP)，從多個投影角度顯示和評估病變。

圖1 常規同步非對比劑血管成像和斑塊內出血成像脈沖序列的示意圖[4,8]。1A：IRTR 為兩個IRs 之間的延遲時間，時間較長；TI 為IR 脈沖與IR-TFE 采集中心的延遲時間，該點采集到的脈沖回波信息填充到線性K 空間的中心；1B：IR 板為層面選擇性的，其覆蓋面積大于成像采集板面積。IR 板由IR-TFE 采集，成像板由Ref-TFE 采集。IR：反轉恢復；IRTR：反轉恢復時間；TI：反轉時間；IR-TFE：反轉脈沖渦輪場回波；Ref-TFE：參考采集渦輪場回波。Fig. 1 Schematic diagram of SNAP sequence[4,8]. 1A: IRTR was the delay time between two IRs, which was long; TI was the delay time between IR pulse and IR-TFE acquisition center, and the pulse echo information collected at this point filled the center of K space;1B:IR plate was layer selective and its coverage area was larger than imaging plate. IR plate was acquired by IR-TFE, and imaging plate was acquired by Ref-TFE. IR: inversion recovery; IRTR: inversion recovery repetition; TI:inversion time; IR-TFE: inversion pulse turbo field echo; Ref-TFE:reference acquisition turbo field echo.

2 SNAP在頸部血管病變的臨床應用與進展

2.1 頸動脈狹窄

SNAP 技術可以對頸動脈狹窄(carotid stenosis)進行評估，通過MIP 重建可以得到大范圍的血管造影圖像，即SNAP MRA，提高了頸動脈檢查的時間效率。相對于時間飛躍法MRA(time-of-flight MRA，TOF-MRA)、SNAP MRA不易受流動相關偽影的影響[8,10]，原因是：第一，SNAP 序列中兩個連續的IR 脈沖之間的周期較長(大約2 s)，為新鮮血液填充提供了充足的時間，有利于頸動脈疾病中具有挑戰性的血流模式的顯示，如湍流或擾動流(通常見于頸動脈小球或狹窄下游)；第二，采用冠狀面成像，當平面外部的搏動性血液流入時，血液信號不會在心動周期中發生變化；第三，通過調整SNAP 序列的FA 和反轉時間(inversion time，TI)，靜態組織和動脈腔的極性分別重組為正極和負極。這種額外的極性對比有利于頸動脈管腔的描繪。然而，與其他MRA技術一樣，SNAP也不能避免體素內失相位，這可能會導致在湍流存在時信號丟失；也會發生動、靜脈同時顯示，因此需要在MIP 重建期間裁剪掉靜脈信號[8,11]。此外，一些研究[8,10]發現SNAP MRA 測量的管腔面積大于TOF-MRA測量值，但是當管腔面積為＜20 mm2時，SNAP MRA 測得的管腔面積比TOF-MRA 小。提示在管腔嚴重狹窄時，SNAP 圖像可能高估管腔狹窄程度。

目前SNAP 技術已經達到與對比增強(contrast-enhanced，CE) MRA 技術相當的分辨率，無需并行采集，并且技術在不斷改進[12]。相比CE MRA，SNAP技術不需要對比劑注入，采集不受首次通過時間的限制，可以更靈活地用于高分辨率采集；SNAP MRA不包含未抑制背景信號，后處理簡單實用[8]。

總之，SNAP 技術有潛力成為顯示頸動脈狹窄新的MRA 方法，但是其成像穩定性和臨床實用性仍需進一步的驗證。

2.2 頸動脈粥樣硬化

頸動脈粥樣硬化的斑塊具有不同成分，包括斑塊內出血(intraplaque hemorrhage，IPH)、富脂壞死核心(lipid-rich necroticcore，LRNC)、近腔鈣化(juxtaluminal calcification，JCA)、潰瘍(nulceration，UL)和纖維組織(fibrous tissue，FT)等。

2.2.1 IPH的檢測

半數頸動脈粥樣硬化患者的斑塊中存在IPH[13]。IPH的出現會導致腦血管缺血事件的風險增加4～12倍[13-15]，被認為是臨床采取手術干預的一個重要因素[16]。因此，對IPH進行定性和定量評估有助于腦血管事件風險分級和優化患者管理。IPH成分能夠縮短T1弛豫時間，在T1加權圖像上呈現高信號。SNAP技術具有重T1WI 屬性，通過選擇適當的TI 和FA 可以獲得最大的IPH-壁和壁-腔對比度[8]，對頸動脈IPH 檢出的敏感性高于其他血管成像技術[8,10,17-19]。Li等[18]以組織學檢查作為參照，分別探究SNAP 技術、T1 加權三維磁化強度預備梯度回波(magnetization prepared rapid acquisition gradient echo，MP-RAGE)技術與組織學改變的關系，結果顯示在識別IPH 方面，SNAP 成像比MP-RAGE 成像更符合組織學改變，特別是對于較小的IPH；在定量IPH面積方面，SNAP成像與MP-RAGE成像相比，與組織學表現的一致性更好，偏差更小。值得注意的是，MRI 和組織學測量IPH 區域的偏差隨IPH 面積增大而增大，因為較大的IPH 信號受斑塊內其他成分的影響更明顯。斑塊內鈣化成分會導致IPH 在SNAP 和MP-RAGE 上信號強度下降，低估IPH 面積[20]；斑塊內脂質成分可能導致IPH 的高信號增加，面積被高估[21]。

不同階段的IPH存在顯著異質性，特別是在無癥狀患者中。定量分析T1 信號有助于了解IPH 的異質性，并可能成為監測IPH進展的生物標志物[22]。為了更好地定量檢測IPH，Qi等[23]設計了GOAL-SNAP 技術，通過引入三維金角徑向K 空間采樣，采用滑動窗重構對不同TI 圖像進行體素T1 擬合。與現有的SNAP 技術相比，GOAL-SNAP 成像可以產生更多定量的、可重復的生物標志物，用于描述IPH 并監測其進展。此外，由于人工定量檢測IPH 不僅費時，而且對于區域邊界不規則、不明顯的IPH容易產生測量誤差，Liu等[9]提出半自動化的IPH量化分割方法，以減少人工誤差和繁雜的勾畫工作。

目前，SNAP 不僅僅應用于頸動脈病變，Kim 等[24]采用單個SNAP序列實現了一站式評估頸動脈和椎基底動脈上IPH的可能性。同時，與其他技術結合，SNAP技術進一步擴展了應用領域。Lee等[25]將SNAP與時間平均壁面剪切應力(time-averaged wall shearstress，WSS)分析聯合應用，分析了血流動力學和形態學因素共同對IPH 的影響，發現與無IPH 的頸動脈相比，有IPH的頸動脈組具有較高的壁面剪應力和較小的頸動脈分叉角。Chen 等[5]對SNAP 技術進行優化，推出快速SNAP 序列，采用任意的K 空間填充順序和低分辨率的Ref-TFE 采集進行相敏重組，在頸動脈成像中與常規SNAP具有相似的IPH檢測性能，但減少了37.5%的掃描時間，提高了成像效率。

2.2.2 斑塊其他成分的檢測

除了IPH，斑塊內LRNC、JCA、FT、UL 也會影響斑塊穩定性[26-27]。與常規多對比成像相比，SNAP 成像對斑塊成分的識別具有良好一致性和高度重復性[7]。由于IPH 被確認是LRNC的一部分[28]，LRNC 在SNAP 圖像上表現為等或高信號，取決于IPH 擴散到LRNC 的數量或時間[29]。JCA 在Ref 和Ref2 圖像上表現為低信號，但在CR 圖像上呈中等信號[7]。UL 在SNAP 序列中表現為斑塊表面的凹凸不平，可以在Ref圖、CR圖中見到管腔中相應的血流信號延伸至斑塊內部[30]。此外，研究發現SNAP成像在識別JCA和UL方面與常規多對比成像也有很好的一致性，并且也有利于JCA 和UL 的鑒別[7,30]。基于SNAP 技術檢測出的斑塊形態學及信號特征可以對斑塊成分進行分割，Zhang 等[28]開發了一種基于機器學習的算法，在單一的SNAP圖像上識別并分割出斑塊成分，包括LRNC (含或不含有IPH)、CA、FT。

如上所述，SNAP 技術對頸動脈粥樣硬化斑塊中IPH 的檢測效能可以與組織學檢查相媲美，對其余成分的檢測也有一定的特異性。通過對頸部SNAP技術的改進和優化，SNAP對斑塊的評價更加全面，效率更高。但是優化過的SNAP 技術只是停留在理論層面，并未廣泛地應用于臨床。

2.3 頭頸動脈夾層

頭頸動脈夾層(craniocervical artery dissection，CCAD)是導致青年性卒中的最常見原因之一，約占10%～25%[31-32]。CCAD 的直接影像學征象為雙腔、壁內血腫及內膜瓣，間接征象為動脈瘤樣擴張、血管狹窄或閉塞[33]。其中，壁內血腫被認為是CCAD 的是關鍵標志。一些研究認為，如果顱頸動脈閉塞但沒有壁內血腫的證據，則不能診斷為夾層，除非夾層壁完全再通[34]。

一些研究[33-35]發現SNAP是檢出顱內動脈夾層壁內血腫的最敏感序列，其信號強度明顯高于其他高分辨MRI 序列；并且，SNAP序列對顱內動脈夾層的其他征象的檢測也具有優勢。此外，CE MRA 對顱內動脈夾層中的雙腔征、內膜瓣征最敏感，其總診斷效率略高于SNAP。因此，將SNAP結合CE MRA聯合應用會明顯提高顱內動脈夾層檢出率及準確性。

頸動脈夾層常發生于頸動脈和椎動脈，顱外段比顱內段更容易發生夾層。研究發現SNAP 技術對頸動脈夾層壁內血腫的檢測比常規黑血序列更有優勢，并與頸部血管超聲具有較高的一致性[36-37]。

由此可見，SNAP 技術對CCAD 診斷具有較高的敏感性和特異性。

3 SNAP技術在顱內動脈病變的臨床應用與進展

多項研究發現[38-40]，與TOF-MRA 相比，SNAP MRA 對顱內動脈狹窄的檢出具有相似效能；雖然SNAP 和TOF 對比度都是隨血流速度的增加而增加，但SNAP 圖像對比度對血流速的敏感性高于TOF-MRA，SNAP 可能是檢測腦血流動力學變化更敏感的技術；SNAP MRA對顱內動脈遠端的顯示較好，但對近端的顯示較差。但是，Gould 等[41]研究卻發現TOF-MRA 中血管長度明顯大于SNAP MRA 中血管長度，即TOF 圖像對遠端顱內動脈遠端的顯示效果較好，其原因還需要進一步研究。

與頸動脈不同，顱內動脈管壁更薄，走行更彎曲，分支更多，背景組織(灰質、白質和腦脊液)更復雜。顱內動脈小分支因彎曲或分叉走行，信號衰減較強，信噪比較低[42]。常規SNAP MRA較適用于頸部動脈成像，近年來一系列針對顱內動脈成像的SNAP MRA優化策略得到嘗試。Xiong等[42]對常規SNAP序列中的掃描參數(TI和FA)進行優化，提出了4D SNAP MRA技術，采用不同TIs的SNAP進行掃描，獲得不同血流通過時間的血流擴散區域圖。進一步使用敏感性編碼技術和壓縮感知技術，4D SNAP MRA可以在5 min內獲得各向同性的、分辨率為1 mm的8個時相的動態MRA。4D SNAP MRA可以提供更詳細的大腦血流動力學信息(血液隨時間擴散區域和大腦血液循環總體狀態)。Chen等[43]提出改良SNAP (iSNAP)序列，由脈沖動脈自旋標記和3D黃金角徑向采集技術[32]組成。在優化數據共享策略下，采用K 空間加權圖像對比度方法[44]重組圖像可以得到腦動態MRA (dMRA)、靜態MRA (sMRA)、血管壁圖像和T1WI腦結構圖像。與已有序列相比，iSNAP序列所采集的圖像在定性和定量評價方面均具有優勢。與4D-TRANCE (time-resolved angiography non-contrastenhanced sequence)相比，iSNAP-dMRA 具有相似的動態管腔信號和遠端動脈的顯示能力，并能夠靈活地平衡空間和時間分辨率，而不易受動脈運動偽影的影響。iSNAP-血管壁成像(vessel wall imaging，VWI)比常規SNAP 有更好的血管壁-腦脊液對比。聯合使用iSNAP-MRA 和iSNAP-VWI 可以獲得與T1W-容積、各向同性快速自旋回波采集(volume, isotropic turbo spin echo acquisition，VISTA)序列相似的動脈病變描述能力。

近期，有研究利用iCafe 工具對TOF 及SNAP 顯示的血管進行追蹤、分割和標記，實現精準量化分析[45]。Gould 等[41]對頸動脈粥樣硬化和狹窄患者進行頭部MRI 掃描[包括TOF、SNAP、動脈自旋標記(arterial spin labeling，ASL)、相位對比法MRA (phase contrast MRA，PC MRA)]，發現全腦TOF 和SNAP 測量的血管長度均與全腦ASL 和3D PC MRA 血流測量值相關，且SNAP血管長度相關性更高；同時，SNAP的血管長度半球不對稱指數與ASL 腦血流半球不對稱指數也存在顯著相關性。這提示TOF和SNAP上的血管長度均可作為腦血流的替代指標，并且SNAP 序列對血流狀態的顯示有更高的敏感性；同時，SNAP 血管長度在識別半球血流不對稱性方面也具有一定潛力。Xiong 等[46]也利用SNAP MRA 和偽連續式ASL(pseudo-continuous arterial spin labeling，pCASL)圖像進一步研究左旋多巴對帕金森患者腦動脈和血流的影響。

總之，頭部SNAP技術可以同時獲得血管壁圖和MRA圖，提供了豐富的診斷信息。但該技術仍處于探索開發的階段，成像的可重復性低，缺乏臨床標準化參數。

綜上所述，SNAP 技術具有覆蓋范圍廣、空間分辨率高、可同時獲得固定多對比圖像、掃描時間較短的優勢，在頸動脈及動脈狹窄可視化、頸動脈粥樣硬化斑塊成分量化評估和動脈夾層壁內血腫檢出方面的應用已經較為成熟；在顱內動脈疾病的應用正在嘗試，但是目前尚缺乏統一、成熟的顱內SNAP成像標準，成像技術也需不斷改進。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。