快速与标准三维时间飞跃法MRA在颅内动脉成像的对比研究

冯飞，赵武贻，李中华，戴懿，朱熠，邓灵波，邹立秋*

1.北京大学深圳医院医学影像科，深圳 518036

2.西门子深圳磁共振有限公司，深圳518057

标准的颅内三维时间飞跃法(3D time of flight，3D TOF)磁共振血管成像(magnetic resonance angiography，MRA)是评价颅内血管病变的一种可靠的方法，临床上已被广泛应用[1-2]。但采集时间长，成像时间需要5～7 min，不适于大范围扫描。许多患者因各种原因不能配合而未能完成检查。在标准3D TOF序列基础上，快速三维时间飞跃法(3D Fast-TOF)MRA优化参数，在施加一次饱和脉冲时，进行4次K空间采集，明显缩短了扫描时间，将扫描时间降至约3 min。本研究的目的是比较3D Fast-TOF MRA序列与标准3D TOF MRA序列的图像质量、伪影及显示血管各级分支、信噪比等，探讨3D Fast-TOF MRA序列的临床应用的可行性。

1 资料与方法

本研究得到医院学术伦理审查委员会批准，扫描前签署知情同意书。

1.1 研究对象

本研究收集2014年9月至2014年10月对临床上怀疑颅内动脉病变的34例检查者进行标准的TOF MRA序列扫描后，加扫3D Fast-TOF MRA序列。2例不能同时顺利完成3D Fast-TOF MRA和标准 3D TOF MRA扫描，1例由于运动伪影、图像质量较差，未纳入统计。共31例检查者顺利完成扫描，男15例，女16例，年龄18～83岁，平均(51.48±20.06)岁。排除标准包括MRI 检查禁忌证，包括安装心脏起搏器、幽闭恐惧症及颅内手术史等。

1.2 扫描方法

采用Siemens 3.0 T MAGNETOM Spectra MR扫描机。采用16通道头颈联合线圈，所有患者均采取仰卧位。MRI 检查包括常规MRI 扫描头部T1WI、T2WI和FLAIR序列，之后分别进行快速3D TOF MRA序列和标准3D TOF MRA序列扫描，扫描参数见表1。

1.3 图像后处理及评价

使用Sygno工作站，经最大强度投影(maximum intensity projection，MIP)重建、图像分割及图像分析。

图像质量评分标准，采用5级分法对图像质量进行评分[3]：5分：图像质量好，动脉边缘锐利，无图像模糊或伪影，完全符合诊断要求；4分：图像质量良好，动脉边缘较锐利，信号较均匀，图像轻度模糊或伪影，符合诊断要求；3分：图像质量一般，动脉结构能够辨认，图像中度模糊或伪影，不影响诊断分析；2分：图像质量差，动脉血管轮廓不清，大致能够辨认，信号不均，但有明显伪影，不符合诊断要求；1分：图像质量极差，动脉血管显示不清，图像模糊、伪影很多，完全不能用于诊断。

颈内动脉分支评分标准：动脉主干显示为1分，一级分支显示为2分，二级分支(豆纹动脉)显示为3分，三级分支显示为4分。

信号测量，分别在3D Fast-TOF MRA图像及标准3D TOF MRA原始图像上测量基底动脉中段的信号强度(signal intensity，SI)、同层脑干的信号强度(SIm)及同层水平的背景噪声标准差(SDn)。计算信噪比(signal-to-noise ratio,SNR；SNR=SI/SDn)和对比噪声比(contrast-to-noise ratio,CNR；CNR=(SI-SIm)/SDn)[3]。

表1 标准3D TOF MRA序列与快速3D TOF MRA扫描参数Tab.1 Acquisition parameters for standard 3D-TOF MRA and fast 3D-TOF MRA

1.4 统计学分析

应用SPSS 19.0统计学软件进行统计分析。采用配对t检验比较3D Fast-TOF及标准TOF序列的颈内动脉分支显示情况、图像质量(包括伪影)及SNR、CNR。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

研究的34例检查者在两种检查中，2例不能同时完成Fast-TOF MRA及C-TOF MRA扫描，1例由于运动伪影、图像质量较差，未纳入统计。共31例顺利完成扫描(图1)。

3D Fast-TOF MRA序列扫描时间约3.31 min，标准扫描序列扫描时间约5.28 min。两组颈内动脉分支显示评分、图像(包括伪影)评分、信噪比、对比噪声比结果见表2。3D Fast-TOF在颈内动脉分支显示评分高于标准 3D TOF，二者有明显统计学意义(P＜0.05)。

表2 颈内动脉分支显示评分、图像质量、伪影评分及信噪比、对比噪声比Tab.2 Scores of depiction of carotid artery,image quality,SNR and CNR

所有31例检查中，快速TOF有26例显示豆纹动脉，标准TOF有21例显示豆纹动脉。经t检验，两组间的图像质量、SNR、CNR差异无统计学意义(P＞0.05)。

图1 45岁，女性患者，A～C为标准3D TOF序列图像，D～F为快速3D TOF图像。A、D为基底动脉中段水平轴位图像；B、E为横轴位MIP投影图像；C、F显示左侧豆纹动脉图像 图2 3D TOF施加静脉饱和脉冲图。A：标准3D TOF序列图为一个饱和脉冲(蓝色框内)紧跟着一个k空间数据(黄色框内)采集脉冲；B：快速3D TOF序列图为一个饱和脉冲紧跟着4个k空间数据(黄色框内)采集脉冲Fig.1 T1-Weighted gradient-echo in a 45-years-old female patient.A—C,standard 3D-TOF image; D—F,fast 3D-TOF image.Axial image in the middle segment of basilar artery(A,D); Transverse MIP Image(B,E); Left lenticulostriate artery(C,F).Fig.2 Venous saturation pulse of 3D TOF.A:Venous saturation pulse(blue box)followed by one k space data(yellow box)of standard 3D TOF sequence; B:Venous saturation pulse(blue box)followed by four k space data(yellow box)of Fast 3D TOF sequence.

3 讨论

3DTOF技术是利用“流入增强效应”成像。采用小角度梯度回波，静态组织在短TR脉冲反复激励下，质子受到抑制、趋于饱和，如颅内的脑脊液、灰质及白质信号，图像显示为明显低信号；而快速流动的血液流入扫描层面，成像过程中经历的射频脉冲个数少而没被饱和，仍保持完整的自旋，能产生较强的信号，与静态组织形成信号对比；层面越薄，TR时间越短，背景抑制越好，从而不需要注射增强对比剂便可以对血管成像[4-6]。在显示颅内脑血管解剖、评估颅内血管病变等3D TOF MR是一种可靠的、无创伤性的检查手段[7-8]，也应用于其他部位的血管病变的检查[9]。但对颅内动脉成像时，为了去除流动静脉信号，需要采用静脉抑制技术[10-11]。传统TOF静脉信号抑制序列如图2A所示，图中在采集每一个k空间数据采集之前(黄色框内脉冲)，都在远心端区域施加一个静脉饱和脉冲(蓝色框内脉冲)，它激发了成像区域以外，靠近远心端的颅顶区域信号，再通过损毁梯度饱和颅顶区域所有组织信号，包括其中静脉信号[1，12]。经过一小段时间后，一般为几毫秒，对感兴趣区进行扫描，由于静脉血液一般从远心端的颅顶流入感兴趣区，所以此时感兴趣区中静脉血液为刚刚饱和过的静脉血，成像显示为低信号，最后得到图像只剩下动脉信号，从而达到动脉血管成像目的。但由于静脉饱和脉冲加上损毁梯度时间比较长，且每采集一个k空间数据，都必须施加一次静脉饱和脉冲，所以成像时间比较长，需要5～7 min，许多患者因各种原因不能配合而完成检查。基于被饱和的静脉信号恢复需要一段时间的事实，因为血液组织的T1值一般为1～3 s，从饱和到信号恢复需要几百毫秒。序列如图2B所示，每施加一次静脉饱和脉冲，紧跟着多个k空间采集激发脉冲，本图例显示为4个，从而节省了静脉饱和脉冲数量，缩短了总体扫描时间，同时不降低图像质量。满足静脉抑制要求，是本研究的目的。本文采用快速三维时间飞跃法(Fast-TOF)MRA，在施加一次饱和脉冲后，进行多次k空间采集，明显缩短了扫描时间，将扫描时间降至约3 min。

本研究中，3DFast-TOF MRA与标准3DTOF MRA相比，3D Fast-TOF MRA在重新设计扫描序列后明显缩短扫描时间，扫描时间为3.31 min；在显示颅内动脉分支优于标准的TOF序列，而二者的图像质量、信噪比和对比噪声比等无明显差异。从扫描参数比较，二者在矩阵、体素及图像后处理技术等基本相同。

本研究显示3D Fast-TOF MRA基于标准的3D TOF MRA序列，在图像空间分辨率、信噪比、对比噪声比无明显改变下，在每次施加静脉饱和脉冲后施加了4次k空间数据采集脉冲，明显缩短扫描时间，提高工作效率。

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