顱頸部高分辨率MRA：常規黑血序列與SNAP序列的比較

陸艷， 黃仁軍， 李勇剛

隨著醫學影像技術的發展，高分辨率磁共振成像(high resolution magnetic resonance imaging，HR-MRI)能夠提供動脈的管腔和管壁信息，成為評價顱頸動脈管壁及管腔的可行方法。近年來二維(two-dimensional,2D)及三維(three-dimensional,3D)黑血技術的運用越來越廣泛，包括黑血(black blood，BB)的T1WI及T2WI序列和3D可變再聚焦翻轉角序列(3D variable refocusing flip angle sequences)等[1]。非對比增強血管成像和斑塊內出血成像(simultaneous noncontrast angiography and intraplaque hemorrhage imaging，SNAP)技術是一種新型的管壁成像技術，是一種具有多重對比的成像序列，一次掃描可以生成灰血參照(reference,Ref)、黑血校正(corrected real，CR)和亮血MRA共3個圖像集[2]，從而能同時獲得血管狹窄程度及血管管壁情況的影像信息，尤其對斑塊內出血(intraplaque hemorrhage，IPH)顯示具有很高的敏感度和特異度。Li等[3]的研究結果顯示在評估顱頸動脈夾層管腔狹窄和壁內血腫時，所有壁內血腫均在SNAP序列上顯示良好，SNAP序列與多序列MRI間具有較好的一致性，并節省了50%的掃描時間。本研究通過比較SNAP序列、T1WI-BB、T2WI-BB和質子加權各項同性容積采集快速自旋回波(proton density weighted imaging-volume isotropic turbo-spin-echo acquisition，PDWI-VISTA)序列的圖像質量，旨在探討SNAP序列在頭頸部血管病變中的臨床應用價值。

材料與方法

1.臨床資料

2017年7月-2017年12月對有癥狀且經顱多普勒(transcranial doppler，TCD)發現有血管腔狹窄的45例患者行顱頸動脈(頸內動脈、椎動脈和大腦中動脈)的 HR-MRI 檢查，男35例，女10例，平均年齡(57.2±12.6)歲。

2.檢查方法

使用Philips Achieva 3.0T磁共振儀和8通道頭頸聯合線圈進行MRI檢查。首先采用三維時間飛躍法(three dimensional-time of flight，3D-TOF)行頭顱常規MRA，掃描參數：TR 27 ms，TE 6.9 ms，翻轉角20°，視野240 mm×160 mm，矩陣320×256，掃描時間2 min 40 s。然后根據3D-TOF MRA源圖像和最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)重組圖像上顯示的單側或雙側頸內動脈或椎動脈的狹窄部位，分別采用4個序列(SNAP、T1WI-BB、T2WI-BB及VISTA-PDWI)行HR-MRI 檢查。①T1WI-BB 序列：TR 1000 ms，TE 20 ms，翻轉角90°，視野10 cm×10 cm，矩陣168×166，掃描時間 6 min 56 s；②T2WI-BB 序列：TR 3000 ms，TE 40 ms，翻轉角90°，視野10 cm×10 cm，矩陣168×166，掃描時間 6 min 56 s；③VISTA-PDWI序列：TR 2000 ms，TE 39 ms，翻轉角90°，視野16 cm×16 cm，矩陣400×352，掃描時間4 min 18 s；④SNAP序列：TR 10 ms，TE 4.9 ms，翻轉角90°，視野16 cm×16 cm，矩陣200×196，掃描時間3 min 30 s。

3.圖像分析方法

由兩位神經影像醫師在工作站上共同對常規MRI、MRA和HR-MRI的圖像質量進行客觀評價。如果血管的管腔和外壁同時顯示清晰，則進行下一步分析，否則不納入本研究范圍。

圖1 正常左側頸內動脈。a)VISTA-PDWI序列冠狀面圖像，顯示左側頸內動脈水平段(箭)，血管壁呈等～高信號；b)圖a的局部放大圖像，在頸內動脈管壁勾畫ROI；c)SNAP序列冠狀面圖像，顯示左側頸內動脈水平段(箭)，血管壁呈稍高信號；d)圖c的局部放大圖像，在頸內動脈管壁勾畫ROI；e)T1WI-BB序列橫軸面圖像，顯示左側頸內動脈水平段(箭)，血管壁呈稍高信號；f)圖e的局部放大圖像，在頸內動脈管壁勾畫ROI；g)T2WI-BB序列橫軸面圖像，顯示左側頸內動脈水平段(箭)，血管壁呈稍高信號；h)圖g的局部放大圖像，在頸內動脈管壁勾畫ROI。

分別在4個HR-MRI序列(SNAP序列選取第二個黑血校正集)的圖像上，測量頸內動脈和椎動脈管腔及血管壁的信號強度值(signal intensity，SI)，保證同一支血管在各序列圖像上選取的ROI的大小和位置相同，管壁ROI大小約0.002 cm2；同時選擇各ROI同層面的頸部肌肉或腦實質區域，測量其CT值和標準差(signal standard deviation，SD)，以SD作為背景噪聲。各部位由同一位醫師測量3次，取平均值。然后按照下列公式計算管腔及管壁的信噪比(signal to noise ratio，SNR)、管壁與管腔的信號差異噪聲比(signal difference to noise ratio，SDNR)及管壁與管腔的對比噪聲比(contrast noise ratio，CNR)：

(1)

(2)

(3)

對存在壁內血腫的患者，按照上述方法分別測量血腫和管腔的信號值，根據公式計算出血腫與管腔的SDNR和CNR。

4.數據處理和統計學方法

使用SPSS 17.0(IBM)統計軟件進行統計學分析。采用單因素方差分析對4個序列圖像上顱頸動脈的管腔、管壁的SNR，以及管壁與管腔、血腫與管腔(對存在壁內血腫的患者)的SDNR、CNR進行比較，建議水準α = 0.05。以P<0.001為差異有高度統計學意義，進一步采用Student-Newman-Keulsq檢驗分別對4個序列的各項參數進行兩兩比較。

結 果

45例患者中成像血管為頸內動脈(圖1～2)18例，椎動脈(圖3)10例，大腦中動脈(圖4)17例。其中20例患者的顱頸部血管(頸內動脈13例，椎動脈7例)在SNAP圖像上顯示管壁內可見偏心性弧形明顯高信號區，結合內膜瓣及"雙腔征"等特點高度提示為壁內血腫(圖3)。根據其T1和T2信號特征，診斷為超急性期7例、亞急性晚期12例及慢性期1例。

1.四個序列上管腔和管壁圖像質量的比較

四個序列圖像上血管腔和血管壁的各項參數測量結果見表1。

表1 四個序列圖像上管腔和管壁各項參數測量結果

四個序列圖像上顱頸部血管的管腔和管壁的SNR比較，差異均有高度統計學意義(F=243.182，P<0.001；F=201.303，P<0.001)，且以SNAP序列上管腔和管壁的SNR值最高。四個序列之間管壁與管腔SDNR的差異有高度統計學意義(F=12.948，P<0.001)，以T1WI-BB序列上的均值最高。四個序列之間管壁與管腔CNR的差異無統計學意義(F=3.657，P=0.014)。

圖2 正常左側頸總動脈。a)VISTA-PDWI序列冠狀面圖像，顯示血管壁呈稍高信號(箭)；b)SNAP序列冠狀面圖像，顯示血管壁呈稍高信號(箭)；c)為T1WI-BB序列圖像，管壁在T1WI-BB序列上呈等信號(箭)；d)T2WI-BB序列圖像，管壁在T2WI-BB序列上呈等信號(箭)。 圖3 左側椎動脈狹窄合并壁內血腫。a)VISTA-PDWI序列，顯示左側椎動脈管壁內高信號灶(箭)；b)SNAP序列，顯示壁內血腫呈高信號(箭)；c)T1WI-BB序列，顯示壁內血腫呈高信號(箭)；d)T2WI-BB序列，顯示壁內血腫呈高信號(白箭)。

進一步對組間差異有高度統計學意義的3個參數采用q檢驗進行組間兩兩比較，結果顯示：SNAP序列上管腔和管壁的SNR與其它3個序列間的差異均有統計學意義(管腔SNR：P=0.0003，P=0.0002，P=0.0005；管壁SNR：P=0.0002，P=0.0001，P=0.0001)；而T1WI-BB、T2WI-BB及VISTA-PDWI序列之間進行兩兩比較，管腔和管壁SNR的差異均無統計學意義(管腔SNR：P=0.908，P=0.729，P=0.818；管壁SNR：P=0.635，P=0.103，P=0.247)；管壁與管腔SDNR在SNAP序列與T1WI-BB和VISTA-PDWI之間差異具有統計學意義(P=0.004，P=0.003)，在VISTA-PDWI與T1WI-BB和T2WI-BB之間差異亦具有統計學意義(P=0.0001，P=0.0001)，而在SNAP序列與T2WI-BB之間、及T1WI-BB與T2WI-BB之間差異無統計學意義(P=0.156，P=0.134)。

2.四個序列上血腫成像質量的比較

對4個序列圖像上血腫(20例)的SNR進行比較，差異有高度統計學意義(F=120.536，P<0.001)，且以SNAP序列上的SNR均值最高。四個序列之間血腫與管腔CNR的差異有高度統計學意義(F=10.848，P<0.001)，且以SNAP序列上的CNR均值最高。四個序列之間血腫與管腔SDNR的差異有統計學意義(F=2.764，P=0.048)，以SNAP序列上的SDNR均值最高。

進一步采用q檢驗進行組間兩兩比較，結果顯示：SNAP序列上血腫的SNR及血腫與管腔CNR分別與T1WI-BB、T2WI-BB及VISTA-PDWI進行比較，差異均有統計學意義(SNR：P=0.0008，P=0.0009，P=0.0004；CNR：P=0.0002，P=0.0003，P=0.0005)；而在T1WI-BB、T2WI-BB及VISTA-PDWI序列之間進行兩兩比較，差異均無統計學意義(SNR：P=0.0975，P=0.403，P=0.386；CNR：P=0.919，P=0.730，P=0.655)。

討 論

SNR、SDNR及CNR是評價圖像質量的客觀指標[4-6]。改善圖像質量主要可通過提高組織的信號強度和降低噪聲來提高SNR，MR設備的場強越高，圖像的SNR越高[7]。SNR越高表示組織信號成分越多，解剖結構清晰度越高。影響SNR的掃描參數主要有TR、TE、視野、層厚及激勵次數等[8]。SDNR反映的是不同組織的信號強度的相對差異，它是評價圖像質量的另一項指標。由于受噪聲的影響較大，單純通過組織的信號強度的差異尚不能真實反映圖像的對比度，所以常采用SDNR來反映圖像的對比度。CNR指不同組織信噪比的差異，也可以反映組織的對比度。影響MRI對比度的因素主要有脈沖序列、成像參數(TR、TE、TI、翻轉角度等)及對比劑等[9]。本研究結果顯示，SNAP序列與T1WI-BB、T2WI-BB及PDWI-VISTA序列之間的管腔SNR及管壁SNR的差異具有高度統計學意義，且SNAP序列的管腔SNR及管壁SNR均值最高，說明SNAP序列不僅可以清晰顯示血管管壁及管腔的結構，而且縮短了掃描時間。但T1WI-BB序列的SDNR及CNR優于SNAP序列，表明SNAP序列較T1WI-BB序列在圖像對比度方面即管壁與管腔的對比方面仍有一定欠缺。在圖像質量眾多參數指標中，在保證足夠SNR時，獲得最佳的對比度更為重要，因為它會直接影響對病變的檢出率[8]。因此，還需要優化SNAP序列的相關參數以提高管壁與管腔的對比度，進一步發揮其血管壁成像的優勢。

圖4 正常右側大腦中動脈。a)VISTA-PDWI序列冠狀面圖像，顯示右側大腦中動脈M1段，血管壁呈稍高信號(箭)；b)SNAP序列冠狀面圖像，顯示右側大腦中動脈M1段，血管壁呈稍高信號(箭)；c)T1WI-BB序列矢狀面圖像，顯示右側大腦中動脈M1段，血管壁呈等信號(箭)；d)T2WI-BB序列矢狀面圖像，顯示右側大腦中動脈M1段，血管壁呈稍高信號(箭)。

顱頸部動脈夾層是中青年發生缺血性腦卒中最常見的病因[10]。SNAP序列具有較大的縱向覆蓋率和較短的掃描時間，單次掃描能同時獲得管壁和非對比增強MRA圖像，在診斷顱頸部動脈夾層(craniocervical artery dissection,CCAD)中具有能替代其它序列的潛力，并且使得診斷效率提高[3]。此外，SNAP技術不需要注射對比劑，因此可用于不耐受靜脈注射或禁用釓對比劑(例如妊娠或腎功能衰竭)的患者。對壁內血腫一類的出血信號，目前多采用傳統的多對比技術聯合經典的磁化準備快速采集梯度回波(magnetisation-prepared rapid acquisition gradient-echo sequence，MP-RAGE)序列，但這項技術對管腔內血流的抑制效果欠佳，SNAP序列以層塊選擇性相位敏感反轉恢復(slab-selective phase-sensitive inversion-recovery,SPI)序列作為基礎，可降低對血液T1值估計和序列參數設置準確性的要求，并可通過增加管腔、管壁及出血三者間的信號對比度，來提高對出血的顯示能力。Li等[11]對比分析了MP-RAGE與SNAP成像在表征頸動脈斑塊內出血(intra-plaque hemorrhage IPH)中的有效性，發現SNAP能發現更多的斑塊內出血，尤其是斑塊內小出血灶。Shu等[12]的研究結果顯示，SNAP序列的亮血圖像與對比增強MRA對判斷管腔狹窄率具有較高的一致性。Wang等[13]的研究表明，SNAP-MRA與TOF-MRA在定量測量頸動脈管腔面積方面具有高度相關性(組內相關系數值為0.96，95%置信區間為0.94～0.97)。SNAP不僅可以評價血管腔的狹窄程度，還能同時檢出壁內血腫。本研究中20例壁內血腫患者，包括超急性期7例、亞急性晚期12例和慢性期1例，SNAP序列在顯示壁內血腫的成像質量上明顯優于其它3個序列，但對于血腫分期仍需結合常規黑血序列。另外，也說明SNAP可以輔助常規黑血序列用于評價顱頸部動脈夾層，并提高診斷效率。

本研究的局限性：首先，本研究的樣本量較小；其次，SNAP及PDWI-VISTA序列為三維冠狀面成像，而T1WI-BB及T2WI-BB為二維橫軸面成像，存在幾種序列參數不一致及成像方向不一致的問題，會造成一定的誤差，但本研究中都是在原始圖像上進行測量及比較的；第三，由于研究中主要通過客觀性指標(SNR、SDNR及CNR)來評價圖像質量，但各序列的分辨率有差異，SNAP序列的體素大于其它序列，這可能會影響到圖像的SNR及CNR；第四，顱頸部尤其是顱內血管的管壁較薄，測量誤差較大，會對結果造成一定的影響，而且數據測量可能會受到主觀因素的影響，因此需要進一步進行更大樣本量的研究去證實；第五，本研究沒有使用訂制的線圈，可能對圖像質量產生影響；最后，本研究通過特征性的影像表現診斷了20例壁內血腫，并沒有病理結果，需要后續的臨床復查及病理驗證。

總之，SNAP序列僅用一次掃描即可獲得MRA和血管壁圖像，且不需要注射對比劑，能夠節省大量檢查時間。本研究結果顯示SNAP序列上管腔和管壁的SNR明顯優于其它3個序列，SNAP序列在識別壁內血腫方面較其它3個序列具有優勢，表明了SNAP序列在臨床實踐中具有實用性；此外，SNAP序列在圖像對比度等其它相關參數方面還有待于進一步優化，在一些復雜情況下可能需要多序列MR成像技術，從而為臨床全面評估顱頸動脈病變患者的血管腔和血管壁的情況提供更全面的信息，指導下一步治療。