基于杂合型ASL改进静音MRA在脑血管成像中的价值初探

傅剑雄，施斌斌，孙骏，叶靖，张洪英

脑血管疾病是因颅内血液循环障碍而造成脑组织损害的一组疾病，临床较为常见[1]。流行病学研究资料显示，近年来脑血管病发病率逐渐升高，且发病年龄呈现年轻化趋势[1-3]，其早期诊治及预后判断已经成为备受关注的公共卫生问题。因此通过影像学准确判定脑血管形态以及血流动力学的改变，对病变的分类、治疗和预后将具有重要的指导意义。随着神经影像诊断技术的发展，尤其是数字减影血管造影、CT 血管造影(computed tomography angiography，CTA)、磁共振血管成像(magnetic resonance angiography，MRA)的出现，使脑血管疾病的检出率得到很大提高，为临床诊断和治疗提供了可靠的依据。

作为一种无损伤性血管成像方法，MRA 具有无辐射、可重复、易操作等优势，随着近几年MRA技术的不断发展，MRA 成像质量大大提高，临床应用越来越广泛。其中，静音MRA 作为一种新型非侵入性MRA 成像技术，在脑血管病诊断、动脉瘤栓塞术后随访等方面得到应用[4-9]。然而，Holdsworth 等[10]通过对比图像质量发现于静音MRA图像上血管信号欠均匀，造成边缘模糊效应以及流空效应的出现。Qu 等[11]初步提出基于杂合动脉自旋标记(arterial spin labeling，ASL)脉冲标记技术改进的静音MRA，并对其成像原理进行了分析。但该杂合型静音MRA 能否实现颅内动脉的稳定成像，并进一步减少血流相关伪影，尚未见文献证实。因此本研究围绕杂合型静音MRA序列，通过比较改进后的采集噪声、图像质量，为杂合型静音MRA 技术的临床应用提供可靠的理论依据。此外，通过对复杂血流动力学改变病例[动静脉畸形(arteriovenous malformation，AVM)]的研究，进一步探讨杂合型静音MRA技术的临床应用价值。

1 材料与方法

1.1 一般资料

纳入健康志愿者24 名(男13 名，女11 名)，年龄20～66 (43.51±12.83)岁。为了初步验证改进型静音MRA在复杂血流动力学改变病例成像中的可行性，本研究另回顾性纳入在一周内经CTA检查证实的AVM患者5 例(男3 例，女2 例)，年 龄23～50 (33.47±17.54)岁。受试者排除标准：(1)MRI 检查禁忌证者，如心脏起搏器等金属植入物、早期妊娠女性、幽闭恐惧症等；(2)既往史包含其他颅脑病变，如颅脑术后、脑肿瘤、颅内感染、颅脑外伤等疾病；(3)肾小球滤过率＜60 mL/(min·1.73 m2)，严重肾功能不全者；(4)年龄＜18 岁。本研究经过本单位医学伦理委员会批准(批准文号：2019KY-026)，免除受试者知情同意。

1.2 MRA检查设备及成像参数

连续型静音MRA 以及杂合型静音MRA 均使用3.0 T磁共振(Discovery 750W，美国通用公司)成像系统扫描，24通道头颈联合线圈。连续型静音MRA序列仅采用默认连续型ASL (continuous-ASL，c-ASL)技术进行血流标记，运用零回波时间(zero echo time，ZTE)采集技术，扫描参数：TR 862 ms，TE 0 ms，视野(field of view，FOV) 180 mm×180 mm，矩阵166×166，采集层数332，层厚1.2 mm，矢状位，扫描时长5 min 48 s；杂合型静音MRA序列采用杂合型ASL技术(c-ASL联合脉冲式ASL技术标记)进行血流标记[11]：在原有c-ASL标记后，通过设置反转时间直接加入射频脉冲，以保证标记所有流入成像区的血液信号。采用ZTE技术采集图像，扫描参数：TR 862 ms，TE 0 ms，反转脉冲和反转时间分别为1380 ms、100 ms，翻转角度3°，FOV 180 mm×180 mm，矩阵166×166，采集层数332，层厚1.2 mm，矢状位，扫描时长5 min 44 s。

1.3 MRA噪声的主观评估及客观测量

所有MRA 检查过程中，连续型静音MRA 与杂合型静音MRA 按照随机顺序进行扫描。扫描间隔为5 min。在每个序列扫描结束后，受试者采用5 分法[12]对扫描序列噪声进行主观评分：0 分，无噪声(感觉舒适)；2分，轻度噪声(轻微不舒适)；3分，中度噪声(中度不舒适)；4 分，重度噪声(重度不舒适，但能够承受)；5分，极重度噪声(难以承受或拒绝检查)。

在背景环境(未扫描)、连续型静音MRA 扫描以及杂合型静音MRA 扫描过程中对3 种扫描模式的噪声进行声强测定[13]。3 种模式下将分贝仪(型号AS804，SMART SENSOR，中国广东)放置于距离主磁体1 m 处，分别在不同的方位重复测量5 次，每次测量持续30 s。记录测量结果并取平均值。

1.4 MRA图像质量评分及信噪比测定

上述两种MRA 原始数据发送至后处理工作站(ADW 4.6，美国通用公司)，由1名影像医师(医师A，工作年限10 年)对图像进行血管成像后处理，以最大信号强度投影法(maximum intensity project，MIP)和容积再现技术(volume rendering，VR)处理得到脑血管图像并进行后续图像质量及信噪比评估。将颅内动脉进行分段[14]：包括颈内动脉(C1～7 段)、大脑中动脉(M1～2 段)、大脑前动脉(A1～2 段)、椎动脉(VA 段)、基底动脉(BA 段)及大脑后动脉(P1～2 段)，共15 段。由2 名神经放射专家(专家B，工作年限20 年；专家C，工作年限25 年)采用随机、双盲法分别对两种MRA 原始图像的多个节段进行图像质量(image quality，IQ)的主观评分以及信噪比测量。IQ 按照Likert 量表(5 分)评定[15]：1 分，图像质量差，血流伪影严重，无法诊断；2分，图像质量不佳，血流伪影大，影响诊断；3 分，图像质量满意，血流伪影较少，可用于诊断；4 分，图像质量良好，血流伪影少，满足诊断；5 分，图像质量优秀，无血流伪影，诊断明确。取各个节段两次评估的平均值作为相应节段血管IQ值。两位专家同时对上述各个节段进行信噪比(signal-to-noise ratio，SNR)测量[16]：SNR=(血管平均信号强度－脑组织平均信号强度)/气体平均信号强度，在轴位原始图像上放大血管并紧贴血管内径处勾画感兴趣区，完成1次血管信号强度测量，然后复制相同大小感兴趣区分别移至脑组织及气体处，完成脑组织及气体信号强度测量。各节段均测量6次，然后取各节段测量的平均值代入SNR 公式得到相应节段血管成像信噪比。两名专家进行图像质量评分及信噪比测定间期为6周。

1.5 脑血管疾病病例成像分析

本研究纳入了5 例经CTA 检查证实的AVM 患者，以患者的CTA图像为参照标准，上述两名专家分别对比分析连续型静音MRA 及杂合型静音MRA 两种成像方法对病灶(供血动脉、瘤巢、引流静脉)的IQ。

1.6 统计学分析

采用SPSS 21.0软件对数据进行统计学分析，采用Kolmogorov-Smirnov 方法检测数据的正态性分布，符合正态分布的计量资料以均数±标准差()表示，组间比较采用配对样本t检验；非正态分布的计量资料以中位数表示，组间比较采用Wilcoxon 符号秩和检验。计数资料或等级资料以频数表示，组间比较采用Wilcoxon 符号秩和检验。MRA 图像质量评分及信噪比测定的观察者间一致性分析分别采用Kappa 一致性检验和组内相关系数(intraclass correlation coeficient，ICC)检验；采用单因素方差分析对噪声的客观评分进行统计学分析。P＜0.05认为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 降噪特性比较

在两种MRA 检查过程中，受试者对两种MRA 扫描噪声的主观评分差异无统计学意义(连续型静音MRA，1.28±0.54；杂合型静音MRA，1.26±0.39；P=0.24)。3 种不同扫描模式下的声强差异均无统计学意义(背景环境，55.27±2.45；连续型静音MRA，56.24±2.81；杂合型静音MRA，55.94±3.17；P=0.37)。

2.2 图像质量评分及信噪比测定

两种MRA 各节段IQ 值及信噪比测量结果见表1。两名观察者对两种MRA 图像的质量评分及信噪比测定均高度一致性(杂合型，Kappa：0.95，ICC：0.94；连续型，Kappa：0.92，ICC：0.92)。颅内动脉所有测量节段中，颈内动脉C1～4段于杂合型静音MRA的IQ评分以及SNR 均高于连续型静音MRA 图像(P＜0.05)；杂合型静音MRA 于颈内动脉C5 段及大脑中动脉M1 段SNR高于连续型静音MRA 成像(P＜0.05)。两种MRA 在其余节段的IQ 评分以及SNR 差异均不具有统计学意义(P＞0.05)。杂合型静音MRA 成像血管信号均匀度高，并且血管边缘的模糊效应及血管中心的流空效应均有所减低(图1)。

图1 健康受试者(男，57岁)两种静音MRA图像对比。连续型静音MRA的MIP图像(A)可见明显管壁边缘模糊伪影(红色箭)以及血管中心信号(蓝色箭)，于VR图像(B)对应部位可见血管边缘毛糙，部分影响诊断。杂合型静音MRA的MIP图像(C)部分边缘模糊伪影(红色箭)以及血管中心信号(蓝色箭)减少，血流信号均匀度增高，于VR图像(D)对应部位可见血管表面光滑，满足诊断 图2 AVM 两种静音MRA 图像对比。A、B：AVM 患者(男，46岁)，病灶位于右侧大脑前动脉A2 段，瘤巢约22 mm×12 mm。A、B 分别为连续型静音MRA 和杂合型静音MRA 的VR 图像。C、D：左侧大脑中动脉AVM 患者(男，35 岁)，病灶位于左侧大脑中动脉M2 段，瘤巢约26 mm×24 mm。C、D 分别为连续型静音MRA 和杂合型静音MRA 的MIP 图像。AVM 瘤巢部分小血管(蓝色箭)在杂合型静音MRA上显示完整度较好，信号强度较高(红色箭)，而在连续型静音MRA上显示欠清(蓝色箭)，信号强度较低(红色箭)Fig.1 Comparison between two MRAs of a healthy subject (male,57 years old).Edge blurring artifact (red arrow) and vascular center signal (blue arrow) can be obviously observed on MIP image (A) of continuous slient-MRA,as well as coarse blood vessel edge on the VR image (B).Reduced edge blurring artifact (red arrow) and vascular center signal (blue arrow) can be found on MIP image of hybrid silent-MRA (C),along with higher signal uniformity.On the VR image of hybrid silent-MRA(D),the surface of blood is smooth and satisfies the diagnosis.Fig.2 Comparison between two MRAs for AVM.A,B:One AVM patient(male,46 years old)with lesion located in the anterior cerebral artery A1 segment,nidus is 22 mm×12 mm.A and B are the VR image of continuous slient-MRA and hybrid slient-MRA,respectively.C,D:One AVM patients(male,35 years old)with lesion located in the left middle cerebral artery M2 segment,nidus is 26 mm×24 mm.C and D are the MIP image of continuous slient-MRA and hybrid slient-MRA,respectively.The small vessels of the AVM nidus(blue arrow)show better integrity and higher signal intensity on hybrid slient-MRA(red arrow),while they show less clarity(blue arrow)and lower signal intensity on continuous slient-MRA(red arrow).

表1 两种磁共振血管成像各节段图像质量值及信噪比测量结果Tab.1 IQ values and SNR of each segment measured by the two MRAs

2.3 病例成像特征分析

两种静音MRA 图像均能显示AVM 病灶。相比静音MRA 图像，杂合型静音MRA 对供血动脉、引流静脉的细节显示清楚，血流信号较高，对于瘤巢内畸形小血管显像的完整度好(图2)。

3 讨论

杂合型ASL 通过整合不同ASL 技术优势以提高成像质量，并根据不同目的进行灵活的技术糅合[13]。本研究中，基于杂合型ASL 改进的静音MRA 保持了固有的降噪特性，具备可行性。在颅内血管成像中的成像质量稳定，在颈内动脉C1～4节段的图像质量优于静音MRA，并且血管边缘模糊效应及血管中心的流空效应明显减低。同时，杂合型静音MRA 对于AVM 病灶中复杂血流成像具备一定的显像优势，一定程度上提升了AVM畸形血管团的细节显示能力。

3.1 杂合型ASL-MRA的技术应用

随着ASL 技术的发展，杂合型ASL 技术整合并优化了标记策略，成为ASL 成像研究的热点。基于ASL的MRA 成像研究证实对颈内动脉所得到的血管成像及血流动力学信息几乎与DSA 相仿[17]。在此基础上，Robson 等[13]首次将杂合型ASL 应用于ASL-MRA，并验证了其在颅内动脉显像中的可行性。Lim 等[14]进一步采用杂合型ASL-MRA 对脑缺血患者进行脑动脉成像评估，研究证实对于颈内动脉的岩段和海绵段成像质量，杂合型ASL-MRA 明显优于TOF MRA。本研究通过改进静音MRA原有的连续型标记方式，在保持静音MRA 低噪特性的基础上，通过杂合型ASL 将成像区域下方的血流进行脉冲标记，使得在标记范围内进入成像区域的所有血液最大程度被高效标记。静音MRA 能够稳定地整合杂合型ASL 标记策略，提升入颅动脉血的标记效率，直接转化为脑血流信号的积累，从而便于获得更高的图像质量以及信噪比[18]。

3.2 杂合型静音MRA的成像分析

虽然静音MRA 基于ASL 技术进行动态血管成像，血液信号不易受到血管迂曲走行以及湍流等血流因素的影响[19]，但边缘模糊效应以及中心流空伪影等在ASL-MRA 成像研究中常被提及[18]。此种血流相关伪影可能源自动脉血层流现象的影响，以近段血管尤为明显，导致成像质量下降。与以往相关报道一致，本研究中，近段血管于连续型静音MRA图像上也存在相关伪影。而杂合型静音MRA 图像质量优于静音MRA，这得益于杂合型静音MRA 通过整合ASL 标记方式，对所有流入成像区域的血液进行高效率标记，从而一定程度上避免了因血流流速不同而造成的信号伪影。此外，尽管研究发现相较于TOF MRA，连续型静音MRA 更有助于精确评估颅内血管病灶[15，20-21]，但文献报道由于采用c-ASL 标记，连续型静音MRA 难以完成入颅血流的长时间标记，进而造成血管整体的信号均匀度降低。本研究发现杂合型静音MRA 实现了标记血流信号的持续流入，在保证远端血管显影的同时，其图像信噪比也获得提升，整体血管信号均匀度高于静音MRA，进一步拓宽了静音MRA 技术的临床应用。

3.3 杂合型静音MRA在AVM成像中的可行性

本研究通过对脑动静脉畸形的初步成像后发现，杂合型静音MRA 对于AVM 畸形血管团的细节显示方面具备一定的成像优势。AVM 是脑血管发育障碍而引起的脑局部血管数量和结构异常，并对正常脑血流产生影响。Moon 等[22]首次个案报道了连续型静音MRA 在AVM 成像的应用，证实连续型静音MRA 对畸形血管团的显示与常规DSA有很好的相关性，能够清楚地显示AVM 瘤巢和邻近的引流静脉，并推断静音MRA 可作为DSA 的替代检查技术。本研究中，杂合型静音MRA 及连续型静音MRA 图像上均可见畸形血管团。但相较连续型静音MRA，杂合型静音MRA 对AVM供血动脉、瘤巢及引流静脉的细节显示更为清楚，分析主要与杂合型静音MRA长时间连续高效标记有关。因此，笔者推断杂合型静音MRA序列能够一定程度上提升静音MRA在AVM成像中的细节显示能力。

本研究也存在一些局限性。首先，本研究旨在初步验证杂合型静音MRA成像的可行性，纳入脑血管病例单一，后续研究亟待探讨该技术在多种脑血管疾病中的应用价值。其次，虽然本研究结果显示了杂合型静音MRA序列的降噪特性以及成像效果，但对于该序列未进行技术层面详尽的原理分析。最后，在近段脑动脉成像中，杂合型MRA 图像质量得到提升，但如何提高分支小血管的信噪比仍是ASL-MRA研究亟需解决的问题。

综上，本研究通过优化血流标记策略改进静音MRA，在保证原有序列降噪特征的同时，通过提供长时间高效率标记的入颅血流信号，降低了管壁边缘模糊以及血管中心流空等血流伪影，提升了脑血管整体的信号均匀度。同时，杂合型静音MRA 在AVM 畸形血管团细节的显示方面具备一定的成像优势，为该技术其他脑血管疾病临床诊断研究中提供了一定的理论参照。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。