下肢动脉硬化闭塞症患者血管成形术后ASL及IVIM灌注与侧支循环的比较分析

唐辉 所世腾 俞璐 胡颖 王嵇 周滟 路青

下肢动脉硬化闭塞症（atherosclerosis obliterans,ASO）是外周性血管疾病中最常见的类型。常由骨骼肌慢性缺血导致跛行、静息痛、坏疽等临床表现［1］。但在临床的诊疗中发现，有些患者表现出狭窄程度与临床症状不相符的情况，即使大血管通畅也会出现肢体功能性缺血［2］。通过影像学检查发现，这些患者都建立了良好的侧支循环。良好的侧支循环可以提供血流，起到保护缺血骨骼肌的作用［3］。经皮腔内血管成形术（percutaneous transluminal angioplasty, PTA）是治疗ASO的一种普遍方法。其利用支架植入或球囊扩张使闭塞或狭窄动脉开通而达到增加血流、影响患处侧支动脉的目的［4］。侧支动脉的变化会引起骨骼肌血流灌注的变化，患者症状的改善与否和下肢骨骼肌血流灌注直接相关。所以了解骨骼肌的灌注情况对评估治疗效果有十分重要的价值。临床上对下肢骨骼肌灌注评估采用超声造影（contrast-enhanced ultrasound， CEUS），正电子发射断层扫描（positron emission tomography， PET）［5］和CT灌注成像（CT perfusion imaging， CTP）［6］。然而，这些方法都有局限性。CEUS不能提供深层组织的信息，而且不能对组织灌注进行绝对定量［7］。PET与CTP都是有创的，其通过肘部静脉置留针将放射性示踪剂或对比剂注射入血液中，对比剂的使用会增加下肢缺血疾病合并肾病患者的负担，并且在同一部位重复扫描给患者带来较大的辐射剂量。

动脉自旋标记（arterial spin labeling， ASL）和体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion，IVIM）都是不使用外源性对比剂测量组织灌注的无创MRI技术［8-9］。既往有研究表明，ASL可以反映下肢缺血性疾病患者下肢肌肉灌注情况［10-11］。之前有学者利用IVIM评估运动和静息状态肌肉灌注的变化［9，12-13］，而在下肢缺血性疾病中研究较少，笔者之前的研究显示IVIM能够反映下肢缺血肌肉灌注的变化［14-15］。故笔者想利用磁共振ASL及IVIM成像技术评估ASO患者PTA术后侧支循环对肌肉灌注的影响情况。

方法

1. 研究对象

本研究经上海仁济医院伦理委员会批准。共纳入28名ASO患者，其中男性19名，女性9名，平均年龄（73±7.5）岁。超声或CT血管成像（CTA）显示下肢动脉有闭塞或狭窄，患者踝肱指数（ankle brachial index， ABI）＜1。在纳入的ASO患者中膝上动脉狭窄或闭塞的有5名，膝下动脉闭塞或狭窄的有18名，膝上合并膝下动脉狭窄或闭塞的有5名。

2. MRI检查

采用HDxt 3.0 T MR（General Electric Healthcare，Waukesha， Wisconsin， USA）和8通道心脏线圈对所有患者PTA治疗前后进行小腿肌肉灌注成像。患者仰卧于检查床上，脚先进。在三平面定位像上以患者小腿肌肉最粗的层面为中心进行扫描。ASL序列具体参数：TR/TE=4316 ms/9.4 ms；带宽=62.5 kHz；扫描视野=32 cm×32 cm；层厚=5 mm；层数=12；采集次数=2；标记后延迟时间=1525 ms［16］。单次自旋回波平面成像IVIM 扫描参数：TR/TE=2800 ms/70 ms；矩阵=192×192；扫描视野=32 cm×32 cm；层厚/层间隔=5 mm/0 mm；层数=12；采集次数=3；并行采集因子=2，b值=0、20、50、100、150、200、300、500、800 s/mm2。最后采集T1-weighted图像作为图像处理分析时的解剖图像（TR/TE 4.1 ms/1.5 ms；翻转角=12°；矩阵=320×320；扫描视野=32 cm×32 cm；层厚=5 mm；层数=12）。

3. PTA治疗

所有患者在放射科介入室进行PTA治疗。数字减影血管造影（DSA）检查治疗由经验丰富的血管外科医生进行。患者仰卧位，逆行或顺行穿刺将鞘引入股动脉，利用0.018或0.035英寸导丝和5F导管至患侧小腿，然后进行造影查看狭窄或闭塞动脉情况。利用导丝穿过病变部位，引入球囊对病变部位血管扩张成形，然后置入支架，置入的支架适应病变长度。再进行造影查看血管是否通畅。

4. 图像处理

利用Advantage workstation 4.4（General Electric Healthcare）工作站的软件对ASL和IVIM采集得到的图像进行处理，以获得血流灌注（BF）值，灌注分数（f）值，纯弥散系数（D）值和伪弥散系数（D*）值。在ASL、IVIM与T1解剖图融合图像上手动勾画胫骨前肌、腓骨长肌、比目鱼肌及腓肠肌边界。勾画时避开肌群外的骨质及血管以免对数据造成影响。在DSA图像上，参照磁共振扫描中心层面绘制分界线，使用手动计数方法记录通过分界线以下的主干及侧支动脉的数量。在计算侧支数量时，调整窗宽、窗位，尽可能地将所有侧支统计在内。由2名年资5年以上的医生分别单独对数据进行测量，计算侧支数量时可以上下浮动3条侧支。

5. 统计学分析

使用SPSS 20（International Business Machines，Armonk， New York， USA）对数据进行统计处理。统计结果以平均值±标准差（正态分布）或中位数（四分位距）（偏态分布）表示。采用Spearman相关性检验分析术后ASL、IVIM参数变化与侧支数目变化的相关性，采用Kruskal-Wallis检验分析术后ASL、IVIM参数变化在不同侧支数目变化等级（减少、不变、增多）间的差异，组间两两比较采用Mann-WhitneyU检验。采用组内相关系数（ICC）对2名测量者测量的数据可信度和重复性进行分析。ICC＜0.4表示信度较差，0.4＜ICC＜0.75表示信度较好，ICC＞0.75表示信度高。P＜0.05具有统计学意义。

结果

所有患者在PTA术前1天及术后第3天完成了磁共振检查。患者术前各动脉的狭窄长度和狭窄程度详见表1。

表1 术前各动脉狭窄长度和狭窄程度患者数量

28例患者经球囊扩张或支架植入术后，膝下三主干动脉的侧支数量变化情况如表2所示。

表2 各动脉主干侧支数量变化情况

Spearman相关性检验结果表明，PTA术后胫骨前肌的ASL-BF变化量与该肌肉的侧支数量变化存在显著正相关（ρ=0.42，P=0.03），而其他参数在其他肌肉的变化量均没有显示出与侧支数量变化的显著相关性（P＞0.05）。详见表3。

表3 各肌肉参数变化与侧支数量变化的相关性分析

将侧支数量的变化按照等级分类，胫骨前肌的ASL-BF变化量在“增多、不变、减少”这3个等级分别为（1.2±3.7）、（0.6±3.8）、-（4.2±3.8）mL·（100 g）－1·min－1（P=0.02），两两比较结果显示，胫骨前肌的ASL-BF变化量在侧支“减少”和“不变”以及“减少”和“增多”间均存在显著性差异（P=0.03、0.003，图1）。2名测量者间ICC分别为BF值0.82、f值0.74、D值0.75和D*值0.77，表明数据测量信度为较好或高。

图1 按侧支3个等级两两比较胫骨前肌BF值

讨论

本研究利用磁共振灌注成像技术ASL及IVIM对ASO患者PTA术前、术后小腿侧支数量变化进行相关性探究。通过分别测量膝下三支主干的侧支数量，发现胫骨前肌ASL-BF变化量与该肌肉的侧支数量变化存在相关性，而IVIM D值、D*值、f值与侧支数量的变化没有相关性。这在以往研究主干情况对肌肉灌注值影响的基础上，更深入探讨侧支微循环的变化对肌肉灌注值的影响。

ASL作为无创的非侵入性技术可以对组织的灌注水平进行定量评估。2014年Grözinger等［16］对10例ASO的患者在大腿部位采用袖带加压的方式测量PTA术前、术后小腿肌肉反应性充血的ASL灌注值，结果显示术后所有患者的峰值血流量增加，达峰时间缩短，提示小腿肌肉血流灌注得到改善。但是他只收集了髂动脉和股动脉狭窄的患者，讨论了主干开通之后ASL灌注值的变化，忽视了小腿侧支微循环对肌肉灌注的影响。我们研究发现，小腿动脉侧支微循环情况与BF值具有相关性。术后侧支数目增加时胫骨前肌BF值较术前高，这可能是由于胫前动脉作为胫骨前肌唯一的供血主干，术后主干血流量增加以及二三级侧支数目的增加导致肌肉灌注值的增加，这一研究结果与Grözinger等研究显示术后小腿前侧肌群灌注值增加是一致的。原本在小腿肌群内相互吻合的胫前、胫后动脉发出的侧支，在主干开通后明显减少，这可能是部分患者术后侧支数量减少小腿肌肉BF值有降低趋势的原因。患者的术前造影（图2A）显示，胫前和腓动脉部分狭窄，胫后动脉闭塞。主干经球囊扩张后二三级分支增加（图2B）。在术前术后磁共振ASL灌注图（图2C）显示，术后肌肉灌注较术前高，同样可以证实PTA术后侧支的增加导致肌肉灌注值的增加。而在另一个病例中，术前膝以下动脉闭塞，小腿肌肉表层形成了丰富的膝周动脉网（图3A），术后主干开通膝周侧支循环减少（图3B），小腿肌肉主要由主干动脉供血。在磁共振ASL灌注图上可以看到，术前小腿灌注较丰富的是小腿前侧肌群，而术后灌注较为丰富的是小腿内侧肌群（图3C）。

图2 同一患者在PTA术前、术后DSA和MR图像A. 术前DSA，小腿主干胫前动脉狭窄；B. 术后DSA，主干动脉球囊扩张后周围的侧支动脉增加；C. 患者术前、术后ASL和IVIM灌注图的变化。

图3 同一患者在PTA术前、术后DSA和MR图像A. 术前DSA，腘动脉以下闭塞形成丰富的膝周侧支循环网；B， 术后DSA，主干开通后侧支较少；C. 患者术前、术后ASL和IVIM灌注图的变化。

磁共振IVIM成像技术基于生物体内的微观运动可以分为两部分：一部分为细胞内及细胞间的水分子弥散，另一部分为毛细血管内的血流灌注。采用基于DWI的双指数模型算法，可以很好地区分水分子的弥散运动和毛细血管的灌注成分。在不注射对比剂的情况下，同时获得反映组织内水分子弥散和血流灌注的定量参数，包括纯弥散系数（D），伪弥散系数（D*）及灌注分数（f）。以往也有利用IVIM成像技术在诸多骨骼肌微循环灌注的研究［9，15，17］。而本次研究我们发现，IVIM各灌注值与侧支数量的变化并不存在相关性。虽然我们在以往的研究中发现，IVIM的定量参数D值在PTA术后都有增高。这主要的原因可能是下肢动脉闭塞后行血管重建术、血管成形支架植入术治疗对血管内的斑块进行“撕裂”。小腿软组织在经过血流再灌注后，由于血管内离子浓度升高对肌细胞造成损伤，或者是恢复动脉血流后，有毒性的自由基产生增多，使血管内皮细胞损伤引起软组织的水肿，而并不是侧支数量的变化导致的增高。

本研究主要的局限性：（1）病例数较少。初步研究发现磁共振灌注成像ASL-BF值与侧支循环具有相关性，但是下肢动脉闭塞情况复杂，今后需要扩大病例数进行研究。（2）只通过影像数据分析了下肢动脉硬化闭塞症患者术前与术后的变化情况，未结合临床数据如ABI、Rutherford分级，今后需要结合临床数据加以研究。（3）未对患者进行随访观察。下肢动脉硬化闭塞治疗后的术后情况与患者的生活质量息息相关，今后需要对治疗后的患者进行随访观察。

总结：本研究通过对ASO患者进行术前与术后小腿肌肉磁共振灌注成像，发现胫骨前肌ASL灌注变化与小腿前侧肌群侧支数量的变化具有相关性。而IVIM不能很好地评价侧支数量变化对肌肉灌注的影响。ASL为今后对ASO患者在术前术后的评估以及治疗后的长期随访提供了一种无创方法。