ZTE-MRA 与TOF-MRA 对脑动脉狭窄诊断价值对比研究

齐欣，沙琳，吕建波，潘缘逸

脑血管疾病是引起人类残疾甚至死亡的主要疾病之一，血管重度狭窄甚至闭塞时则可能引起缺血性脑梗死[1]。因此对其准确地定位责任血管，定制精准的医疗方案受到临床的高度关注。

时间飞跃法磁共振血管成像(time of fight MR angiography，TOF-MRA)是目前最常用的MRA 技术，笔者工作中发现其存在假阳性率较高、百叶窗伪影等缺陷。零回波时间磁共振血管成像(zero echo time MR angiography，ZTE-MRA)是一种结合了动脉自旋标记(arterial spin labeling，ASL)技术及零回波时间对比技术的新型MRA[2]。本研究旨在对比研究ZTE-MRA 与TOF-MRA 对脑动脉狭窄的诊断价值，比较两者的图像质量及对脑动脉狭窄的诊断准确性，从而为临床提供更精准的脑动脉狭窄MRA评估方法。

1 材料与方法

1.1 研究对象

选取2018 年11 月至2019 年1 月就诊于大连医科大学附属第二医院神经内科及神经外科，拟诊断脑动脉狭窄的患者19 例，平均年龄(49.3±14.3)岁，男11 例，女8 例。若同一患者有两处及两处以上血管狭窄，则分别单独作为病灶进行评价。患者均行ZTE-MRA、TOF-MRA 及DSA 检查。本研究为回顾性研究，经过本单位医学伦理委员会批准(批准文号：2020第054号)，经伦理委员会批准可免除受试者知情同意。

1.2 入组与排除标准

入组标准：患者因临床症状怀疑脑动脉狭窄，需通过影像学进行诊断者。排除标准：患者具有磁共振成像检查禁忌证，包括幽闭恐怖症、体内有顺磁性异物或电子植入物等；患者有DSA 手术禁忌证，包括对对比剂过敏，严重心、肝、肾功能不全等；妊娠状态；患者精神状态不佳或者有其他严重疾病，不能积极配合医护人员进行检查者。

1.3 检查方法

采用GE Discovery MR 750W 3.0 T磁共振扫描仪及8通道正交头颈联合线圈，进行MRI检查，扫描序列包括TOF-MRA及ZTE-MRA。扫 描 参 数：TOF-MRA：TR 19.0 ms，TE 3.43 ms，FOV 246 mm×22 mm，反 转 角20°，层 厚：1.2 mm，带 宽41.67 kHz，扫描时间：4 min 48 s；ZTE-MRA：TR 862.5 ms，TE 0 ms，FOV 200 mm×200 mm，反转角3°，带宽31.20 kHz，扫描时间：5 min 28 s。DSA图像采用Philips DSA造影机进行手术造影。本研究所有患者均先进行定位图像采集后再进行扫描。

1.4 图像分析与后处理

将扫描所得的ZTE-MRA 及TOF-MRA 原始图像传输至后处理工作站(GE公司AW4.6版)，利用最大强度投影技术对原始图像进行重建。ZTE-MRA及TOF-MRA的重建图像及原始图像由两位主治以上在脑血管诊断方面经验丰富的影像科医师在后处理工作站中独自阅片，对图像的质量进行主观评价(采用评分法)，以及客观评价即计算图像的信噪比，意见不一致时协商达到一致。观察动脉有无狭窄、确定狭窄部位及评估狭窄程度(动脉狭窄评判标准采用北美症状性颈动脉内膜切除试验法)。规定：若同一血管内存在多处斑块或狭窄，测量狭窄最严重部位的直径，只记为一处狭窄。对动脉狭窄程度的诊断需在ZTE-MRA 及TOF-MRA 相同重建角度进行，以便进行对比。以上观察内容及评价方法如下：

1.4.1 图像主观评分

按以下标准对图像打分：(1)血管显示好、主干及其分支轮廓显示比较清晰、无伪影，可以做出明确诊断，评为优，记2 分；(2)血管显示尚可，主干轮廓显示欠清晰，分支显示不清或有少许伪影但可得出诊断，评为良，记1分；(3)血管显示差，主干及其分支完全显示不清，或者存在严重的伪影，无法做出诊断，评为差，记0分。

1.4.2 图像客观评分

选取一侧颈内动脉C2 段(岩段)，旋转角度至颈内动脉C2 段为最大层面时于血管中心位置选择一个等大类圆形ROI，分别测量两种MRA 的噪声及信号强度，计算信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)值。SNR=信号强度/噪声。若一次ROI 内具有较大伪影，则选取相应另一侧血管进行测量。分别计算出ZTE-MRA及TOF-MRA的SNR的平均值。

1.4.3 血管狭窄程度评估

血管狭窄程度评估参考北美症状性颈动脉内膜切除试验法(The North American Symptomatic Carotid Endarterectomy Trial，NASCET)。

规定：狭窄程度＜25%为一级狭窄，25%≤狭窄程度＜50%为二级狭窄，50%≤狭窄程度＜75%为三级狭窄，75%≤狭窄程度＜100%为四级狭窄，MRA所判定的狭窄程度与DSA结果在同一狭窄等级则为正确。

1.5 统计学方法

采用SPSS 22.0统计学软件，图像质量评分及SNR值根据是否为正态分布进行配对t检验或秩和检验；DSA结果作为金标准，以是否检出狭窄为判断标准，计算两种方法的敏感度、特异度；对ZTE-MRA、TOF-MRA 与DSA 对血管狭窄诊断结果的一致性采取Kappa分析。当0.40≤Kappa值≤0.69，血管狭窄诊断的结果为低度一致；0.70≤Kappa 值≤0.89，为中度一致；0.90≤Kappa 值≤1.00，为高度一致。将两种MRA 对狭窄程度的检出情况分为1～2级、3～4级与DSA结果进行统计学检验。规定统计学检验结果在P＜0.05时具有统计学意义。

2 结果

2.1 图像质量

ZTE-MRA 显示图像中，评分为优16 例、良2 例、差1 例，优秀图像占比为84%；16 例图像显示良好，血管显示清楚，主干及细小血管分支显示清晰，可以做出明确诊断；3 例病例图像动脉主干轮廓显示欠清，末端分支显示不清。TOF-MRA所得图像中，评分为优秀14例，良3例、差2例，优秀图像占比为74%，14例图像显示良好，血管主干及分支显示清楚，可以做出明确诊断；5 例图像出现了明显的百叶窗伪影，其中2 例图像伪影较严重，影响诊断(图1)。两种检查方法在图像质量的比较上差异无统计学意义(P=0.583)。ZTE-MRA 及TOF-MRA 的SNR 平均值分别为14.2 及19.4，对两者进行独立样本的秩和检验，两者间差异无统计学意义(P=0.175)。

2.2 对脑动脉狭窄的诊断

本研究19 个病例中，重点分析了双侧颈内动脉、双侧大脑中动脉、双侧大脑前动脉、双侧大脑后动脉、双侧椎动脉及基底动脉，共209条动脉。DSA诊断狭窄共21处，ZTE-MRA图像上显示动脉狭窄共25 处，DSA 同样为阳性的有21 处，DSA 为阴性的有4 处，ZTE-MRA 诊断脑动脉狭窄敏感度为100%，特异度为98%，对两种方法狭窄检出率的一致性进行检验，Kappa 值为0.898，具有非常好的一致性；TOF-MRA图像显示动脉狭窄共26 处，DSA 也为阳性的有18 处，DSA 为阴性的有8 处，TOF-MRA诊断脑动脉狭窄敏感度为85%，特异度为96%。对两种方法狭窄检出率的一致性进行检验，Kappa 值为0.776，具有较好的一致性。

2.3 对血管狭窄程度分级的诊断

用Fisher 确切概率法将脑动脉狭窄分为两组进行统计检验，1～2 级、3～4 级狭窄各为一组。ZTE-MRA 诊断的25 处 动 脉 狭 窄 中，1～2 级 动 脉 狭 窄 为14 处，8 例 与DSA 结果相符，准确度57%；诊断3～4 级动脉狭窄11 处，9 处与DSA 结果相符，准确度81%。TOF-MRA 诊断的共26 处狭窄中，1～2 级动脉狭窄13 处，6 例与DSA 结果相符，准确度46%；诊断3～4 级动脉狭窄13 处，4 处与DSA 结果相符，准确度31%。两种成像方法在诊断1～2 级动脉狭窄差异无统计学意义(P=0.427)，诊断3～4 级动脉狭窄差异具有统计学意义(P=0.017)。

3 讨论

颅内动脉狭窄所导致的缺血性脑血管疾病是神经系统的常见病及多发病，动脉狭窄的早期筛查及诊断对临床决策具有重大价值。目前临床常用的动脉狭窄检查方法众多[3]，DSA作为诊断的金标准具有不可取代的地位。其具有高度的敏感性及特异性，能清晰地显示血管狭窄的部位、程度，还可评估脑血管侧支代偿情况，为临床诊疗提供了可靠依据。因其存在多方面的限制，DSA并不适用于脑动脉狭窄的筛查和反复随访，如高造价、有创性操作及对比剂过敏风险等。

3.1 ZTE-MRA与TOF-MRA结果分析

磁共振血管成像具有多方位成像、图像直观清晰、无辐射伤害、操作方便快捷等优点。本研究结果显示，相比TOF-MRA，ZTE-MRA 具有较高的敏感性和特异性，尤其对3～4 级的动脉狭窄显示更为准确，TOF 技术成像时往往由于3～4 级狭窄的血管内血流状态复杂，丢失信号而夸大狭窄程度。而ZTE 技术在信号丢失之前已完成采集，保证了血管图像的准确性(图2)。对于血流状态复杂的血管部位，如虹吸部，ZTE-MRA的显示明显优于TOF-MRA。本研究中，TOF-MRA 共有3 例椎动脉病灶位于由于成像范围之外而未显示，但血管狭窄已达到闭塞的程度，TOF-MRA过小的成像范围十分不利于正确的临床决策。Arai等[4]研究显示，对于微动静脉畸形(直径＜10 mm)的检出，ZTE-MRA 的检出率与DSA 具有很好的一致性，而TOF-MRA的准确度仅为40%。ZTE-MRA成像范围广，成像效率高，一次扫描便可覆盖大范围的头颈部血管，避免病灶的遗漏。本研究中3 例TOF-MRA 遗漏的椎动脉病灶均在ZTE-MRA 上得到精准成像。

ZTE-MRA 的信噪比高于TOF-MRA，但两者的SNR 差异无统计学意义，可能是本研究样本量太少所致。本研究中TOF-MRA共有5 例出现了较严重的百叶窗伪影，不利于容积边缘血管的显示，而ZTE-MRA的减影技术使得来自于背景的干扰完全被去除，如血管瘤内的血栓或脑室内的积血，使血管成像更为精确，同时也避免了TOF-MRA由于容积内成像和背景抑制脉冲产生的慢血流饱和效应，ZTE-MRA 对慢血流的显示明显优于TOF技术。Shang 等[5]通过随访25 例接受血管内栓塞术的窄颈动脉瘤患者，证实了ZTE-MRA在显示载瘤动脉和评估闭塞状态方面优于TOF-MRA。ZTE-MRA 对于脑动脉瘤、脑血管畸形的诊断及随访具有重要的临床意义[6-7]。

本研究发现有3 例患者的ZTE-MRA 图像质量不佳，对于分支血管显示欠清。3 例患者年龄均在79 岁以上，均有多处血管闭塞，考虑由于患者年龄较大，闭塞血管较多，因此血流速度缓慢，导致血流标记不充分而未显影。

3.2 TOF-MRA参数分析

目前临床上应用最为广泛的磁共振血管成像技术是TOF-MRA。该技术基于血液的流入增强效应，利用静止组织中的质子与流动血液中的质子被射频脉冲差别性地激发而形成磁共振信号的对比。

本研究应用的TOF-MRA 均采用3D-TOF 技术。3D-TOF 扫描时并非以层面而是以容积为单位对血管进行激发和采集的[8]。3D-TOF 成像的缺点在于：①容积内血流更容易受到多次激发而饱和，因此TOF-MRA 在显示如动脉瘤、动静脉畸形等血流速度较慢的病灶时，与DSA 结果往往差别较大[9]；②TOF-MRA的原理为假设血管内血流状态一直为平流状态，因此成像过程中复杂的血流状态会导致磁场的不均匀，质子相位发散并丢失信号，如迂曲的颈内动脉虹吸段、血管狭窄及分叉等部位，相应血管的信号丢失往往导致TOF-MRA夸大血管狭窄的程度；③为减轻容积内慢血流饱和效应，TOF-MRA 将容积分为几个较薄的层块单独进行采集，再进行重叠成像，因此会带来百叶窗伪影；④为了实现血流与背景组织间的最佳对比，TOF-MRA采用成像层面与血流方向相垂直的成像方案，导致了该方案成像效率低，成像范围过小，容易遗漏病灶。

3.3 ZTE-MRA参数分析

ZTE-MRA 是一种结合了ASL 技术及ZTE 技术的新型MRA。ASL 技术主要原理为用选择性反转脉冲标记流动血液中的质子作为内源性示踪剂进行血管显影，与不被标记的背景组织形成对比，不使用外源性对比剂即可达到类似DSA 的血管造影信息。ASL 技术首先通过射频脉冲改变成像区域外动脉质子的磁化率来标记质子[10]，等待适当的流入时间(反转时间)后，已标记质子流入未受标记的静态背景组织中，此时进行图像采集可得到具有对比的“标记像”，无标记血流时的无对比成像称为“控制像”[11]，两者进行加权相减即可得到背景透明的血管造影图[12]，因此理论上ZTE-MRA具有更高的图像质量和信噪比。

零回波时间成像技术[13]本质上是依托回波时间作为图像的对比。ZTE-MRA的采集脉冲利用3D螺旋K空间填充方式[14]，同时结合快速射频切换的数字微切线圈，达到零回波时间的信号采集[15]。通过在射频脉冲激励之前设置读出梯度场，梯度编码在被激发时立即开始读取[16]，所以实际的回波时间为零，因此信号在强度最大时已被采集，明显减少了质子的失相位，减少了信号的丢失[17]。

ZTE-MRA 读取数据之后，在一个非常短的TR 间期之后即可开始下一次激励，因此可使用连续梯度磁场扫描，无需关闭TR 间期的梯度磁场，明显降低了扫描噪音[18-19]，因此又称作Silent-MRA。相较TOF-MRA 极大地提高了患者检查的舒适度，确保了检查的顺利完成。

除动脉狭窄外，由于在慢血流和磁敏感伪影方面的优势，ZTE-MRA 较TOF-MRA 更精准地评价动脉瘤、动静脉畸形及金属弹簧线圈植入术后的血管。Moon 等[20]报道采用超短回波时间MRA评价动静脉畸形较TOF技术更为精确，可以清晰地显示病灶本身及其引流静脉。Satoh 等[21]通过随访进行血管内治疗的动脉瘤患者，发现TOF-MRA 由于金属伪影的存在，不能准确的显示瘤颈部，而ZTE-MRA可以清晰地显示术后区域的瘤颈及载瘤动脉。Irie 等[22]对采用支架植入治疗的颅内动脉瘤患者进行随访，分别进行TOF-MRA 及ZTE-MRA 成像，发现ZTE-MRA 能更精确地显示植入支架后的血管。金属弹簧线圈植入后的血管，由于金属的磁敏感效应，TOF 技术成像时局部信号丢失严重，无法评估疗效，而零回波时间可以克服磁敏感伪影的干扰，清晰地显示术后的血管，这对患者的术后随访具有重要意义。

3.4 小结与展望

本研究的不足之处在于样本量过少，会对统计分析造成一定的偏倚，因此需要更大样本量的实验来证实本研究的结论。

综上所述，ZTE-MRA 对脑动脉狭窄的诊断与DSA 结果具有良好的一致性，较TOF-MRA 诊断脑动脉狭窄更为准确，尤其是3～4 级脑动脉狭窄的血管，ZTE-MRA 诊断更为准确。ZTE-MRA具有成像范围广、背景干扰小、对慢血流敏感、避免磁敏感伪影、无检查噪音等优点，因此具有广泛的临床应用价值。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。