ZTE-MRA评估颅内动脉粥样硬化性狭窄的可行性研究

夏莹莹 张 超 于 可 嵇 昀 王文亮 徐 凯

脑卒中是全球死亡及致残的主要原因，其引起的心脑血管疾病已成为危害我国居民健康的首要死因之一［1］。颅内动脉粥样硬化性狭窄（intracranial atherosclerotic stenosis，ICAS）是缺血性卒中最常见的病因之一，当血管狭窄程度超过70%时，可能会危及生命［2］。因此，ICAS 的早期诊断、血管狭窄程度的准确评估显得尤为重要。目前，多种影像学方法已用于ICAS 的评估，包括CT 血管成像（CT angiography，CTA），磁共振血管成像（magnetic resonance angiography，MRA）和数字减影血管造影（digital subtraction angiography，DSA），对于脑血管病的临床诊疗起到重要作用。

DSA 是公认的评估脑血管疾病的金标准，但属于有创性操作、价格昂贵，尚无法作为常规的临床检查方法。CTA 对血管狭窄的诊断具有较高的灵敏度（97%）和特异度（99.5%），但辐射风险和造影剂的使用限制了其作为可广泛应用的筛查工具。传统的3D 时间飞跃法（time-of-flight，TOF）-MRA（TOFMRA），安全无辐射，已广泛应用于脑血管疾病的筛查。然而，3D TOF-MRA 主要是利用血液的流入增强效应形成MRI 信号，成像容易受到血流、局部场强不均等因素影响，所以易产生假阳性、假阴性［3］。

近年出现的零回波时间-MRA（zero-echo time MRA，ZTE-MRA）技术，是利用血液作为天然的内源性对比剂，具有信噪比高、磁化率伪影小、噪声低、成像质量稳定等优点。有报道ZTE-MRA 已用于脑动静脉畸形、烟雾病以及对支架置入后的血管进行评估等［4-5］。本研究以DSA 作为参考标准，旨在研究TOF-MRA 和ZTE-MRA 对血管狭窄评估的精确性以及对ICAD的成像质量差异。

方 法

1. 临床资料

参考脑动脉粥样硬化中国诊断标准［6］，本研究共纳入175 例徐州医科大学附属医院于2017 年1 月至2019 年9 月收治的ICAD 患者，其中女性63例，平均年龄为（67.95±8.12）岁，男性112 例，平均年龄为（68.18±7.96）岁，均分别进行了ZTE-MRA 和TOFMRA 检查。受试者排除标准：①MRI 诊断有脑内异常，包括外伤，感染，动脉瘤或烟雾病；②有MRI检查禁忌证，包括幽闭恐惧症，植入金属和铁磁异物者；③接受过颈内动脉球囊扩张或支架治疗的患者。

所有ICAD 患者中，41 例在MRA 检查后的24 h进行了DSA 检查，包括18 例女性，平均年龄为（60.1±4.43） 岁，23 例男性，平均年龄为（60.7±4.70）岁。DSA 检查的纳入标准：①严重狭窄且有支架治疗指征；②与狭窄程度不符的明显的临床症状（例如轻度和中度血管狭窄）；③无DSA检查禁忌证。

2. MR检查设备及成像参数

所有MRI 检查均使用3T MR 扫描仪（Discovery 750 W，GE Healthcare，美国），24 通道头颈联合线圈，扫描技术及参数如下。ZTE-MRA：FOV 200 mm×200 mm，FA 3°；矩阵166×166；TR 1 157 ms；TE 16 μs；层数332；层厚0.6 mm；扫描时间411 s。TOF-MRA：FOV 220 mm×220 mm；矩阵512×192；FA 15°；TR 20 ms；TE 3.4 ms；层数172；层厚0.5 mm；层数3；层厚46 mm；扫描时间281 s。

3. DSA

DSA 由介入放射科医生使用血管造影机（Allura Xper FD20，Philips Medical Systems，阿姆斯特丹，荷兰）进行检查。使用4 F Headhunter 导管穿刺股动脉，逆行插管至主动脉弓，并导引至颈动脉或椎动脉。对于颈内动脉，以4 mL/s 的速率注射7 mL 非离子型造影剂（Ioversol，恒瑞药业，江苏，中国）。对于椎动脉，以3 mL/s 的速率注入6 mL 造影剂。图像矩阵和FOV分别为1 024×1 024和170 mm×170 mm。

4. 图像评估

使用GE ADW 4.6 工作站评估原始图像、最大密度投影（maximal intensity projection，MIP）及容积再现（volume rendering，VR）图像的磁敏感伪影和血流信号强度。使用4分量表（4=无信号丢失；3=少量信号丢失；2=中度信号丢失，图像质量受损；1=严重信号丢失，无法进行图像评估）反映ZTE-MRA和TOF-MRA磁敏感伪影对信号的影响［7］。以DSA作为参考标准，采用4 分量表［8-9］对ZTE-MRA 和TOFMRA 图像的血流信号质量进行评分：4=图像质量优异，等同于DSA；3=图像质量良好，伪影很小；2=图像质量差，结构隐约可见或明显模糊；1=不可见。由2 名经验丰富的放射科医生（每位都有2 年以上的脑血管疾病诊断经验）作为评阅者独立分析图像质量。选择双侧颈内动脉（internal carotid artery，ICA）作为图像质量评价感兴趣动脉，选择血管狭窄最严重的部位作为狭窄测量的感兴趣区域（region of interest，ROI），每个ROI测量2次，然后取平均值作为每位评阅者的最终结果。

根据北美症状性颈动脉内膜剥脱术试验，血管狭窄分为4个程度：轻度狭窄（管腔狭窄＜50%）；中度狭窄（管腔狭窄50%～69%）；严重狭窄（管腔狭窄≥70%）以及完全闭塞。

5. 统计学分析

使用SPSS 18.0 软件进行统计分析。首先使用kappa 检验评估评阅者之间对ZTE-MRA 和TOF-MRA图像的磁敏感伪影强度和血流信号显示效果评价的一致性，同时对狭窄测量进行一致性评估；如果存在不一致的情况，会再邀请一位高年资医生对图像进行评阅，然后重复上述一致性检验步骤，取一致性较好的两者作为最终评价。采用多个配对样本的非参数检验计算ZTE-MRA、TOF-MRA 和DSA 之间评估血管狭窄程度的组间差异，以P＜0.05 为差异有统计学意义。然后，采用kappa（κ）检验分别评估ZTE-MRA 和TOF-MRA 与DSA 的诊断一致性，显著性阈值P=0.05。最后，使用Wilcoxon 秩和检验评估ZTE-MRA和TOF-MRA 图像感兴趣动脉的磁敏感伪影强度和血流信号方面的差异。通过ROC曲线计算ZTE-MRA和TOF-MRA的诊断灵敏度、特异度和准确度。

结 果

经DSA 检查的41 例患者中，3 种检查方法发现大脑前、中和后动脉共计93 处狭窄。评阅者对狭窄测量的结果具有一致性（κ=0.80）。图1 显示了TOFMRA/ZTE-MRA 和DSA 对颅内血管狭窄的诊断比较。ZTE-MRA 比TOF-MRA 具有更高的诊断特异度（分别为78%、67%）和准确度（分别为96%、94%），两种方法的诊断灵敏度相当（100%）。然而，TOFMRA 过高评估血管狭窄程度（P＜0.05）。此外，kappa检验显示ZTE-MRA和DSA图像在评估ICAS患者狭窄严重程度方面具有较好的一致性（κ=0.80）。

评阅者对175 例患者的ZTE-MRA 和TOF-MRA图像质量的评估具有一致性（κ=0.78）。对双侧ICA的磁敏感伪影评分，ZTE-MRA 明显高于TOF-MRA图 像（平 均 值 分 别 为3.03±0.98、2.72±1.09；P=0.017；图2A）。以DSA 作为参考标准，双侧ICA 的血流信号强度评分，ZTE-MRA 明显高于TOF-MRA（平均值分别为3.63±0.49、3.07±0.82；P＜0.001），评分最高的受试者人数分别为26 和15（图2B）。典型病例影像见图3-图4。

讨 论

本研究中，我们探讨了ZTE-MRA 诊断ICAS 的可行性。我们发现，ZTE-MRA 对ICAD 血管狭窄程度的评估与“金标准”DSA 的结果高度一致，并且表现出较TOF-MRA 更高的诊断特异度和准确度。此外，我们发现相较于TOF-MRA，ZTE-MRA 在ICAD成像方面具有更优异的诊断性能，其优势表现为更高的信号强度，更少的伪影和更强的动脉血流信号。

DSA 作为ICAS 诊断的“金标准”，可以实时成像，血管分辨率高，能够清晰显示血管狭窄的部位、程度以及提供脑血管的血流动力学信息，但是其有创性及造影剂的使用限制了对脑血管狭窄的筛查与随访。ZTE-MRA 作为一种新的血管成像技术，是基于动脉自旋标记（arterial spin labeling，ASL）的连续血管造影方法，其依赖于颅内动脉的血流流入以及来自颈动脉的标记血流，因此不会受到血流方向的限制［10］，对湍流或血管扭曲亦不敏感。另外，ZTEMRA 通过标记与非标记动脉血的减影生成图像，可以生成背景几乎为零的血管造影图像，所以进一步增强了血流信号对比。基于以上优势，ZTE-MRA 在评估ICAD患者血管狭窄严重程度方面，相较于DSA即使存在一定程度的高估，但仍表现出高度一致性。

同时，在应用TOF-MRA 技术对ICAS 患者进行成像时，由于血管狭窄区域的脑血流在速度或血流方向上不稳定，重复的RF 脉冲通常会使异常血流过度饱和，所以当血液流动不规则时，会出现MR 信号减弱缺失或伪影，从而导致TOF-MRA 的信号强度较低，这是本研究中TOF-MRA 过高评估血管狭窄程度的原因［11］。所以，尽管在某些情况下，相对于DSA，ZTE-MRA 会高估狭窄程度，但与TOF-MRA 相比，其仍表现出更高的诊断特异度，并且可以更加准确地区分大脑前、中和后动脉的血管狭窄程度。

本研究不包括对基底动脉（basilar artery，BA）狭窄的评估，这主要是由于BA 狭窄的发生率很低。有报道显示，我国大脑前、中和后动脉狭窄的总发生率显著高于BA（分别为80%，5.2%）［12］。但是，在ZTE-MRA和TOF-MRA中纳入BA可以对血管狭窄进行更全面的评估，以及提高我们对颅内其他动脉血管的质量评价，我们将在后续研究中进行。

此外，本研究通过对ICA颅内段的磁敏感伪影进行评分，进一步分析了ZTE-MRA 与TOF-MRA 对ICAD 的成像质量差异。ICAD 以血管内粥样斑块形成、进展为特征，造成管腔狭窄甚至闭塞，主要累及颅内大动脉，以ICA的颅内段最易受累，并且该段血管存在多个生理性弯曲、血管走行迂曲、与周围骨质结构关系密切、血流复杂，良好的影像学显示较困难。所以ICA的颅内段是具有代表性的评估区域。

ZTE-MRA 的磁敏感伪影评分显著高于TOFMRA。磁敏感伪影在颅内MRA 中很常见，尤其是在远端ICA，且主要与血管本身有关，包括血管形状扭曲，血管壁钙化以及气体-软组织与骨-软组织之间的界面干扰。TOF-MRA 作为传统的MRA 技术，由于对磁敏感伪影很敏感，所以在颅内血管疾病的应用中通常备受争议。既往有研究报道表明，TOF-MRA 难以评估支架内的血流情况以及随访支架置入术后动脉瘤［13］。相比之下，ZTE-MRA 使用具有超短回波时间（～10 μs）的3D 径向采集读取技术，血流信号强度高，受局部场强不均和磁敏感伪影的影响小，从而可以更好的显示血管。

在本研究中，TOF-MRA 的图像分辨率更高，并且扫描时间比ZTE-MRA 缩短了2 min，较短的扫描时间可以减少检查过程中患者的运动伪影。但是，TOF-MRA 较高的图像分辨率并不能改善图像质量，对颅内动脉狭窄的诊断准确性仍相对较低。相比之下，尽管ZTE-MRA 的检查时间较TOF-MRA 稍长，但是ZTE-MRA 的“静音”扫描，可以使患者在检查过程中更加舒适，在很大程度上避免了由于患者焦虑或不自主运动而引起的图像质量下降。此外，ZTEMRA 的图像质量更高、评估血管狭窄的能力更强。基于这些优势，ZTE-MRA 在ICAS 诊断中具有更高的临床价值。

与先前的报道［14］相似，我们发现ZTE-MRA 对于远端小分支血管的成像质量比TOF-MRA 低（图4）。ZTE-MRA 是一种基于ASL 的连续血管造影方法，通过减去未标记的动脉血流信号进行血管成像。由于T1 弛豫效应以及血流到达远端血管的时间相对较长，所以相应标记的质子信号大部分会得以恢复，因此远端小血管不是使用ZTE-MRA 成像的理想选择。但是，ICAS 更易发生于中动脉及较大的分支血管，所以这对于ICAS的诊断并不是十分重要。

总之，在本研究中，我们发现相对于TOFMRA，ZTE-MRA 在评估狭窄严重程度方面与DSA具有极高的诊断一致性。并且ZTE-MRA 的图像质量更好，对ICA 中异常血流的敏感性更低。由于其在ICAS 成像方面的优越性能，因此可以建议将ZTEMRA 技术作为临床ICAS患者狭窄血管检出以及评估狭窄程度的替代方法。