3D-T1WI-MATRIX技术在下肢深静脉血栓中的应用价值

钟佳利，彭如臣，杨新颖，宋海龙，高会华

深静脉血栓(deep vein thrombosis，DVT)是临床中较为常见的由于血液在下肢深静脉处的不正常凝结所引起的疾病，由于血液回流受阻，患者多会出现下肢肿胀、疼痛等症状。其并发症包括肺动脉栓塞(pulmonary embolism，PE)和血栓后综合征(post thrombosis syndrome，PTS)，可导致长期残疾或死亡[1-2]。因此，早期诊断下肢深静脉血栓，并及时制订合理的诊疗方案对患者的康复和预后尤为重要[3-5]。但由于下肢深静脉血栓没有特别典型的临床表现，现阶段的诊断严重依赖客观检查如多普勒超声检查。超声检查作为一种简便经济的检查手段，但其对小体积血栓的检出率不高，且敏感性和特异性受检查者经验与手法的影响，从而导致超声检查对DVT的诊断价值具有一定的局限性，因此超声检查适用于DVT患者的筛查和初步检测[6]。其他检查方法如下肢静脉造影检查(deep vein thrombosis，DSA)为有创性检查，CT下肢静脉血管成像(computed tomography venography，CTV)与MRI下肢静脉血管成像(contrast-enhanced MR venography，CE-MRV)虽为无创性检查，但同样需经静脉注射对比剂以帮助成像[7-8]。因此寻求一种简便，无创性的检查，同时可以较好地显示所有时期的血栓是现阶段的研究热点。磁共振直接血栓成像(magnetic resonance direct thrombus imaging，MR-DTI)是一种利用血栓的短T1效应直接成像的磁共振技术，无需注射钆对比剂即可清晰显示下肢静脉内的血栓，同时可以在一定程度上区分血栓所处的时期[9]。本研究中基于磁共振调制反转角成像(modulated flip angle technique in refocused imaging with extended echo train，MATRIX)技术和此前较多应用的三维磁化准备快速梯度回波(magnetization prepared rapid acquisition gradient echo，MPRAGE)技术均基于MR-DTI原理进行成像，笔者将就两者图像信噪比、对比噪声比、伪影，以及能否清晰显示静脉与周围组织解剖结构并满足临床诊断需要进行深入探讨。

1 材料与方法

1.1 研究对象

选取2018年2月至2018年10月来我院血管外科就诊，经临床表现，多普勒超声检查以及D-二聚体检查确诊为DVT的患者20例，其中男性12例，女性8例，年龄范围35～84岁。所有患者均顺利完成检查得到清晰可用的磁共振影像。

1.2 研究仪器

(1)中国联影公司uMR 770 3.0 T超导型磁共振仪。(2) 12通道相控阵体线圈，24通道相控阵脊柱线圈。

1.3 检查方法及扫描参数

患者仰卧于检查床，足先入，于下腹部缠绕束腹带以减少腹部呼吸所产生的伪影，将体线圈覆盖于下腹部至大腿中上段区域。先使用2D-PC-MRV确定下腔静脉至股静脉范围，然后对患者进行冠状位3D-T1WIMATRIX序列和冠状位3D-T1WI-MPRAGR序列检查，扫描范围自下腔静脉下段水平至股静脉中下段水平，具体参数见表1。

1.4 图像处理

所有图像传入联影图像后处理工作站(uWS-MR，中国，上海)，对MATRIX与MPRAGE的冠状位图像进行轴位多平面重建(multiplane reconstruction，MPR)，层厚1 mm，层间隔0 mm，以及曲面重建(cured planar reconstruction，CPR)，重建范围下腔静脉至股静脉主干血管。

1.5 图像质量的客观评价

1.5.1 信噪比(SNR)的测量和计算方法

SNR=SI肌肉/SD噪声，SI肌肉为股四头肌信号值，感兴趣区(region of interest，ROI)测量于轴位图像股四头肌区域，设定为圆形，大小10 mm2，SD噪声测量于图像两侧相位编码方向上的空白区域，ROI设定为圆形，大小10 mm2，取背景噪声的标准差作为计算值。

1.5.2 血栓-血液-对比噪声比(CNR)的测量和计算方法

CNR=(SI血栓-SI血液)/SD噪声，其中SI血栓为静脉血栓最佳层面的信号值，ROI设定为圆形，大小10 mm2，SI血液为正常髂静脉信号值，ROI设定为圆形，大小10 mm2，SD噪声同1.5.1中测量值。

1.6 图象质量的主观评价

隐藏患者信息，将20例患者的MATRIX与MPRAGE序列的MRP轴位重建图分成5个节段，分别为下腔静脉段、髂总静脉段、髂外静脉段、股静脉上段与股静脉中下段，共200个片段。设计5分制评分表，由2名有经验的影像科医师独立对图像各片段的伪影情况、组织与血管解剖结构，以及能否满足诊断需求进行主观评分，意见不一致时，讨论并达成统一意见，具体评分标准见表2。

表1 3D-T1WI-MATRIX、3D-T1WI-MPRAGE序列扫描参数Tab. 1 Imaging parameters of MATRIX and MPRAGE in the study

1.7 统计学分析

所有实验数据均采用SPSS 21.0进行统计学分析，应用Wilcoxon配对秩和检验对图像客观与主观评价结果进行比较，各数据均采用x±s，以P＜0.05认为差异具有统计学意义。

表2 图像质量5分制主观评价表Tab. 2 Five-point scale for subjective evaluation of image quality

表3 MATRIX与MPRAGE序列SNR与血栓-血液CNR结果比较(x±s)Tab. 3 Quantitative and statistical analysis results for the SNR and CNR comparison of MATRIX and MPRAGE (x±s)

2 结果

2.1 SNR的测量

20例DVT患者3D-T1WI-MATRIX和3D-T1WIMPRAGE序列图像在大腿股四头肌处的SNR结果(表3)，MATRIX序列的SNR明显高于MPRAGE序列，两者之间具有统计学意义(P＜0.05)。

表4 MATRIX与MPRAGE序列在下肢静脉不同节段的图像质量比较(x±s)Tab. 4 Quantitative and statistical analysis results for the subjective evaluation of image quality comparison of MATRIX and MPRAGE (x±s)

图1 同一患者，女，51岁，右侧髂外静脉血栓，血管壁周围血栓处于亚急性期，管腔中心血栓处于慢性期。1A、B为髂外静脉冠状位CPR重建图同一层面的图像。A：3D-T1WI-MPRAGE，见右侧髂外静脉血栓呈混杂信号(白箭)，对侧髂外静脉呈现中等信号(黑箭)，管腔中心的血栓信号与对侧静脉血液信号相近，不易区分；B：3D-T1WI-MATRIX，见右侧髂外静脉混杂信号(白箭)，对侧髂外静脉呈现低信号(黑箭)，由图像可知右侧髂静脉内全部为血栓；C、D：分别为原始冠状位3D-T1WI-MPRAGE与3D-T1WI-MATRIX的MPR轴位重建图像以显示血栓(白箭)与周围组织结构关系 图2 A、B分别为该患者原始冠状位3D-T1WI-MPRAGE与3D-T1WI-MATRIX经MPR重建的下腔静脉层面轴位图像，A：MPRAGE序列，伪影较多，下腔静脉周围组织结构显示不清(白箭)；B：MATRIX序列，伪影较少，下腔静脉与髂动脉以及周围组织空间结构显示清晰(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的测量

20例DVT患者3D-T1WI-MATRIX和3D-T1WIMPRAGE序列的血栓-血液-CNR结果(表3)，MATRIX序列的血栓-血液CNR明显高于MPRAGE序列，两者之间具有统计学意义(P＜0.05)。

2.3 图像主观评分结果

3D-T1WI-MATRIX和3D-T1WI-MPRAGE序列图像的主观评分结果(表4)，MATRIX序列在各个层面的评分均高于MPRAGE序列，其中在下腔静脉、髂总静脉、髂外静脉、股静脉中下段的评分差异具有统计学意义(P＜0.05)，在股静脉上段的评分差异没有统计学意义(P＞0.05)(图1，2)。

3 讨论

3.1 MATRIX技术临床应用的优势

目前，在临床中应用较多的两种磁共振检查技术为对比剂增强静脉血管成像(CE-MRV)和MPRAGE。前者经肘正中静脉注射钆对比剂，经过一定时间的延迟后扫描感兴趣区域以获得下肢静脉的影像，但该检查不适用于重度肾功能不全或妊娠患者。研究表明，重度肾功能不全患者应用钆对比剂可引起肾源性系统性纤维化(nephrogenic systemic fibrosis，NSF)[10]。MPRAGE技术基于MR-DTI原理无需注射对比剂即可显示下肢静脉管腔内的血栓，在临床DVT诊断中已经有了一定程度的应用[11]；但是，由于MPRAGE技术不能抑制血液信号，故而下肢静脉内正常流动的血液在图像上呈现中等信号，当血栓信号恰好与血液信号相近时，会对静脉血栓与正常血液的分辨造成一定的困难。T1WI三维可变反转角快速自旋回波技术(threedimensional fast spin echo，3D-FSE)作为一种高分辨磁共振成像技术在国内外均有较为广泛的应用，主要见于颅脑、脊髓、四肢骨关节的研究，在下肢深静脉血栓方面的研究国内较少见。由于该技术可以使流动的血液信号被抑制以实现黑血的效果，从而可以直接显示静脉管腔内的血栓[12-13]。然而，由于静脉血流速度较慢，尤其是在已经发生严重静脉血栓的管腔内，该技术仍然不能很好的抑制缓慢流动的血液信号，使得管腔内静脉血液与血栓的鉴别出现一定的障碍。随着技术的发展，提出了新的反转角计算方法，MATRIX技术基于可变反转角3D-FSE原理，利用迭代方法在反转角数据库中调制最优方案，可以获得更好的信噪比与黑血能力。

3.2 MATRIX与MPRAGE技术

在本研究中，3D-T1WI-MATRIX序列与3D-T1WIMPRAGE序列用于无创性观察DVT患者的血栓分布情况。静脉血栓的短T1效应与血栓中高铁血红蛋白的含量呈线性相关。由于高铁血红蛋白的含量在血栓不同时期的含量不同，急性期含量较少，亚急性期含量升高，慢性期又下降。所以血栓不同时期，在T1WI序列中信号强度会有所变化[14]。MPRAGE具有极强的T1对比，对亚急性期的血栓显示非常敏感。然而由于血液信号并没有被抑制而呈现中等信号，可能与急性期或慢性期血栓信号相近，从而使血栓与血液的区分存在一定的局限性。Schmitz等[15]的研究表明MPRAGE序列可以获得较为清晰的下肢静脉血栓影像，但流动的血液，尤其是流速较慢的血液如果没有被抑制，会对血栓的显示产生干扰。同样，Westerbeek等[16]的研究也表明，39例DVT患者经过6个月后随访MRI，MPRAGE序列结果全部为阴性，但是超声检查39例患者中仍有12例检测到下肢静脉血栓。猜测原因可能是由于血栓由亚急性期向慢性期转变的过程中，血栓在MPRAGE序列中的信号强度逐渐下降，直至最后与正常血液信号差别不大，从而无法分辨血栓。在本研究中部分病例的血栓在MPRAGE序列中的显示效果不佳，猜测也可能是由于同样的原因，与以往研究结果相符。MATRIX技术也具有很强的T1对比，对亚急性期血栓具有极佳的显示效果，同时，MATRIX序列基于3D-FSE与反转角调制技术可以获得较好的黑血效果，在DVT患者的血栓由亚急性期向慢性期转变的过程中，血栓的T1信号逐渐下降，但由于血液信号被抑制，也可以使血栓得到清晰的显示。Xie等[17]的研究在18例亚急性期至慢性期DVT患者中，将应用DANTE黑血技术的BTI序列就敏感性与特异性与MPRAGE进行对比，结果显示BTI序列的敏感性与特异性(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术，但是黑血效果十分明显，所有血栓均能得到清晰的显示，其血栓-血液CNR为194.28±191.58，显著高于MPRAGE序列的57.24±54.38，与实验预期和以往研究相符。

在DVT患者的MR-DTI扫描上，国内外以往的研究主要集中在股静脉与腘静脉层面，因下腔静脉至髂总静脉区域呼吸运动与肠蠕动会在相位编码方向上会产生较多的伪影，从而影响图像质量，对诊断造成困难。但临床中发生在下腔静脉至髂静脉处的血栓患者不在少数，如髂静脉压迫综合征患者，由于髂静脉处血液流动速度较慢，长时间会引发髂静脉血栓[18]。且临床上越靠近近心端的血栓，脱落导致肺栓塞的风险越高，故而下腔静脉至髂静脉的血栓能否清晰显示具有很高的临床价值。本研究着重扫描下腔静脉至股静脉范围，结果显示，在MPRAGE序列中的效果仍然不够理想，20例患者在下腔静脉处的图像质量评分(1分8例，2分10例，3分2例)，在髂总静脉处评分(1分1例，2分9例，3分8例，4分2例)基本不能满足临床要求。尝试分析原因应该有三方面，首先是MPRAGE序列因流入增强效应，会使图像上端的腹主动脉与髂总动脉上段呈现高信号，该高信号会在相位编码方向上产生一定的搏动伪影，从而对观察其周围静脉血管的管腔内结构产生一定的影响，而MATRIX为自旋回波序列，血液“流空”而呈现低信号，受该伪影影响较小；其次，在下腔静脉与髂总静脉层面SNR下降的原因在一定程度上来源于肠蠕动所产生的伪影，该伪影不像呼吸运动伪影那样规律，更多的表现为一片的“噪点”，MPRAGE为小角度激发梯度回波序列，天然信号强度弱于自旋回波的MATRIX序列，所以肠蠕动伪影在MPRAGE序列中显得较为明显。第三，本研究中的两种序列均为自由呼吸下扫描，序列SNR与伪影情况受呼吸运动影响较大，笔者在本研究中已经尝试了一定的措施，如在下腹部缠绕束腹带，训练患者采用胸式呼吸，以尽可能地降低下腹部的呼吸运动，但MPRAGE序列由于信号强度较低等原因，效果仍不理想，在下腔静脉至髂总静脉层面，绝大多数患者都存在较大伪影，从而导致图像评分下降。由此可知MPRAGE序列不适用于下腔静脉至髂总静脉层面的血栓扫描。而在MATRIX序列中，20例患者图像质量评分在下腔静脉水平(2分2例，3分14例，4分4例)，髂总静脉水平(3分6例，4分10例，5分4例)，相较于MPRAGE序列具有较大的优势。除前面所述原因外，MATRIX采用最新的迭代重建算法，通过迭代算法可以在一定程度上改善图像质量，减轻伪影，使得下腔静脉处的管腔与组织结构可以得到较为清晰的显示。

MATRIX技术诊断DVT也具有一定的局限性：(1)相较于超声检查，磁共振检查扫描时间较长，虽然扫描范围已经做了尽可能的扩大，但仍然不能覆盖整个下肢部分。(2)下肢静脉造影检查作为诊断DVT的金标准，虽然具有一定的创伤性与辐射性，但在MATRIX技术无法明确诊断血栓时，还需进行介入造影检查。(3) MATRIX序列在下腔静脉至髂总静脉层面的评分仍然不高，随着快速成像技术的发展，如多层采集技术与压缩感知技术等，未来将尝试进一步缩短扫描时间，使患者能在屏气的时间内完成扫描，以进一步减轻肠蠕动与呼吸运动所产生的伪影。(4)由于病例数较少，我们无法准确衡量不同时期的血栓在MATRIX序列上的信号表现，将在后续的研究中探究。

综上所述，磁共振MATRIX技术无需注射对比剂，简便快捷，相较于MPRAGE技术，SNR更高，伪影更少，组织解剖结构显示更清晰，黑血效果更好，在DVT的诊断上具有很高的临床可用性。

利益冲突：无。