時間-空間標(biāo)記反轉(zhuǎn)脈沖非對比增強(qiáng)血管成像技術(shù)對腎動脈的診斷價值

曹代榮，黃宏杰，張宇陽，高小建，馮其金

作者單位：

福建醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院影像科，福州 350005

腎動脈狹窄(renal arterial stenosis，RAS)是 繼發(fā)性高血壓以及慢性腎功能不全的重要原因之一，早期診斷、早期治療能夠顯著改善腎動脈狹窄患者的預(yù)后[1]。數(shù)字減影血管造影(digital subtraction angiography，DSA)是診斷RAS的金標(biāo)準(zhǔn)，但存在侵襲性、輻射劑量大、并發(fā)癥發(fā)生率高等缺點，通常不應(yīng)用于臨床篩查[2]。超聲檢查簡單易行，但敏感性低、易受操作者依賴，且不適用于肥胖和腸氣較多的患者。目前，CT血管造影(computed tomography angiography，CTA)和對比增強(qiáng)磁共振血管造影(contrast-enhanced magnetic resonance angiography，CE-MRA)廣泛應(yīng)用于RAS患者的診斷[3-4]。然而，CTA存在電離輻射，碘對比劑是中重度腎功能不全的相對禁忌證，且存在過敏反應(yīng)的風(fēng)險[5]。磁共振增強(qiáng)使用的釓對比劑相對較安全，但應(yīng)用于嚴(yán)重腎功能不全的患者可能導(dǎo)致不可逆的腎源性系統(tǒng)性纖維化(nephrogenic systemic fibrosis，NSF)[6-7]。因此，安全、準(zhǔn)確的腎動脈篩查方法是目前影像學(xué)研究的熱點。

傳統(tǒng)的非對比增強(qiáng)磁共振血管造影(noncontrast-enhanced MRA，NCE-MRA)技術(shù)包括時間飛躍(time of flight，TOF)技術(shù)和相位對比(phase contrast，PC)技術(shù)[8]。三維TOF MRA僅適用于快速血流的成像，對血流方向與選擇層面相垂直的血管顯示良好，但腎動脈遠(yuǎn)端分支纖細(xì)、血流速度減慢且方向多變，常顯示較差容易出現(xiàn)假性狹窄；三維PC MRA能夠解決上述不足，但其主要缺點為掃描時間長、對患者運動敏感、需要事先確定流速編碼[8]。時間-空間標(biāo)記反轉(zhuǎn)脈沖(timespatial labeling inversion pulse，Time-SLIP)技術(shù)是一種新型的NCE-MRA技術(shù)，具有無創(chuàng)、無輻射、無需注射釓對比劑、掃描時間較快、血管-背景對比度高等諸多優(yōu)點，目前已有研究將其應(yīng)用于腎動脈顯影[9-16]。本研究以320排CTA和DSA為診斷標(biāo)準(zhǔn)，評價Time-SLIP非對比增強(qiáng)腎動脈成像技術(shù)對RAS的診斷價值。

1 材料與方法

1.1 研究對象

本研究經(jīng)本院倫理委員會批準(zhǔn)，所有受檢者均已簽署知情同意書。共納入我院2014年11月至2017年11月36例臨床可疑腎動脈狹窄的患者，年齡15～84歲[男19例，女17例，平均年齡(47.0±15.1)歲]。排除標(biāo)準(zhǔn)為常規(guī)MRI、增強(qiáng)CT檢查和DSA檢查的禁忌證，例如幽閉恐懼癥、非磁共振兼容體內(nèi)金屬異物、妊娠狀態(tài)、中重度腎功能損傷[GFR＜30 ml/(min·1.73 m2)]及含碘對比劑過敏史等。Time-SLIP MRA掃描與320排CTA、DSA檢查的間隔小于10 d，且2次檢查期間未進(jìn)行針對腎動脈狹窄的介入或外科手術(shù)治療。

1.2 檢查方法

1.2.1 Time-SLIP非對比增強(qiáng)腎動脈成像技術(shù)

患者取仰臥位，頭先進(jìn)，掃描前進(jìn)行均勻呼吸訓(xùn)練。應(yīng)用1.5 T MR掃描儀(Vantage MRT-1503，Altas；Toshiba Medical Systems，Otawara-shi，Japan)，使用Atlas Speeder體部線圈。先根據(jù)預(yù)定位像采集屏氣橫斷位及冠狀位二維穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(steady state free procession，SSFP)圖像，參數(shù)如下：TR=4.4 ms，TE=2.2 ms，反轉(zhuǎn)角(flip angle，F(xiàn)A)=75°，視野(field of view，F(xiàn)OV) 340 mm×340 mm，矩陣 224×256，層厚6 mm，激勵次數(shù)1次。再以SSFP圖像為定位像，掃描冠狀位呼吸激發(fā)Time-SLIP MRA序列。Time-SLIP序列掃描框定位情況：掃描范圍(S1)以雙腎為中心，Time-SLIP脈沖(S2)上緣位于兩腎上緣水平連線，預(yù)飽和脈沖(S3)上緣置于雙腎下極下方用于抑制下腔靜脈血流。掃描參數(shù)如下：TR=5.2 ms，TE=2.6 ms，F(xiàn)A=120°，F(xiàn)OV 350 mm×350 mm，矩陣 256×256，層厚2.5 mm，激勵次數(shù)1次；相位編碼方向，左右方向；并行采集因子，2(相位編碼方向)；黑血反轉(zhuǎn)時間(black blood inversion time，BBTI)，1100～1600 ms不等；帶寬，781 Hz/pixel；采用呼吸門控技術(shù)，每個呼吸末采集；采集時間取決于患者的呼吸及掃描層數(shù)，4～7 min。使用INTRANSENSE TETHYS 1.12工作站對原始數(shù)據(jù)進(jìn)行處理，以最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)重建技術(shù)為主，結(jié)合多平面重建(multiplanar reformation，MPR)。

1.2.2 腎動脈CTA檢查

使用320排容積CT掃描儀(Acquilion ONE，Toshiba Medical Systems，Otawara-shi，Japan)對患者進(jìn)行腎動脈CTA檢查?；颊呷⊙雠P位，掃描腹部正側(cè)位相定位，讓患者屏氣對其進(jìn)行平掃掃描，范圍包括左肝下緣至髂嵴連線水平。掃描參數(shù)如下：管電壓120 kV，管電流為300～350 MA，320 mm×0.5 mm探測器準(zhǔn)直Range160 mm、轉(zhuǎn)速0.5 s/rot、FOV-M進(jìn)行掃描。動脈期、靜脈期掃描范圍同平掃。用雙筒高壓注射器經(jīng)右前臂靜脈注入非離子型碘對比劑(碘佛醇 350 mgI/ml)，劑量1.5 ml/kg，流速5 mL/s，使用自動追蹤對比劑技術(shù)，觸發(fā)點放置于雙腎水平腹主動脈，當(dāng)觸發(fā)點CT值達(dá)到120 Hu時觸發(fā)掃描。掃描后自動使用容積方式重建數(shù)據(jù)包，使用Vetra工作站行MIP、MPR和容積再現(xiàn)(volume rendering，VR)等后處理技術(shù)進(jìn)行腎動脈CTA圖像重建。

1.2.3 腎動脈DSA檢查

DSA采用雙平面數(shù)字減影系統(tǒng)(Infinix-i，Toshiba Medical Systems，Otawara-shi，Japan)。采用改良Seldinger技術(shù)經(jīng)右側(cè)股動脈穿刺插管，將5 F豬尾巴管超選擇性插管至腎動脈開口處，以4～5 ml/s的流率注射非離子型對比劑(碘佛醇 350 mgI/ml)觀察腎動脈的形態(tài)；采用正面及雙側(cè)面投照。

1.3 圖像評價

由兩名高年資放射科醫(yī)師在不知道其他影像學(xué)檢查結(jié)果的情況下，分別評估Time-SLIP MRA、CTA和DSA的原始圖像及重建圖像，診斷不一致時通過共同審閱最終達(dá)成一致。

1.3.1 腎動脈分支數(shù)

記錄每名患者Time-SLIP MRA、CTA和DSA的腎動脈主干數(shù)目，有無副腎動脈及其開口位置、數(shù)目。

1.3.2 腎動脈圖像質(zhì)量評價

采用3分法評價腎動脈顯示情況作為判斷MRA和CTA圖像質(zhì)量的指標(biāo)。3分(圖像質(zhì)量優(yōu)秀)：腎動脈主干-分支均顯影良好；2分(圖像質(zhì)量良好)：腎動脈主干顯影良好，遠(yuǎn)端分支信號減弱；1分：圖像質(zhì)量差，腎動脈主干及分支均顯影淺淡、信號模糊[14，16]。圖像質(zhì)量≥2分即達(dá)到臨床診斷要求。

1.3.3 腎動脈狹窄程度分析

狹窄程度的計算方法：(1-L/R)×100%，其中L為最窄處的管腔直徑，R為狹窄遠(yuǎn)心端相對正常管腔直徑；若單側(cè)腎動脈出現(xiàn)多處狹窄，則取狹窄最明顯處為該腎動脈的狹窄程度。將腎動脈狹窄程度分為5級：1級，狹窄程度＜20%；2級，狹窄程度為20%～49%；3級，狹窄程度為50%～74%；4級，狹窄程度為75%～99%；5級，管腔閉塞。其中，狹窄程度≥50%定義為明顯狹窄[15]。若患者同時行CTA和DSA檢查，以DSA檢查結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)。

1.4 統(tǒng)計學(xué)分析

應(yīng)用SPSS 18.0統(tǒng)計學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析，使用配對t檢驗比較Time-SLIP MRA與CTA腎動脈圖像質(zhì)量評分、Time-SLIP MRA與CTA和DSA腎動脈的狹窄程度；使用非參數(shù)Wilcoxon秩和檢驗比較正常組腎動脈與狹窄組腎動脈Time-SLIP MRA圖像質(zhì)量評分。計算Time-SLIP MRA診斷RAS及明顯RAS的敏感度、特異度、準(zhǔn)確率、陽性預(yù)測值和陰性預(yù)測值。使用Spearman等級相關(guān)分析評估MRA與CTA/DSA狹窄程度的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)≥0.7為高度相關(guān)，0.4≤相關(guān)系數(shù)＜0.7為中度相關(guān)，相關(guān)系數(shù)＜0.4為低度相關(guān)。采用Bland-Altman分析評價Time-SLIP MRA診斷腎動脈狹窄的系統(tǒng)偏倚[16]。P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

36例患者均順利完成Time-SLIP非對比增強(qiáng)腎動脈檢查，其中27例接受CTA檢查，7例完成DSA檢查，2例同時完成CTA及DSA檢查。Time-SLIP MRA共顯示了36例患者共71支主腎動脈(1名患者因腎腫瘤行左腎切除)和12支副腎動脈(左側(cè)9支、右側(cè)3支)，與CTA/DSA顯示結(jié)果一致。36例患者中，臨床診斷高血壓患者32例、腎功能不全患者13例。15例患者經(jīng)CTA/DSA確診為RAS，14例RAS患者確診為高血壓，6例合并腎功能不全；共5例RAS患者行DSA下球囊擴(kuò)張+支架植入術(shù)，術(shù)前平均血壓為(180±29)/(91±9) mmHg，術(shù)后隨訪6～12個月不等，平均血壓為(145±18)/(77±12) mmHg。

圖1 男，51歲。CTA的MIP圖(A)及VR圖(B)和Time-SLIP MRA的MIP圖(C)顯示雙側(cè)正常腎動脈，雙側(cè)主腎動脈及分支血管均顯示清楚、管壁光整 圖2 男，50歲。CTA的MIP圖(A)和Time-SLIP MRA的MIP圖(B)均顯示右腎動脈起始處輕度狹窄(箭) 圖3 女，84歲，左腎切除術(shù)后。DSA圖像(A)和Time-SLIP MRA的MIP圖(B)均顯示右腎動脈起始處明顯狹窄(箭)，NCE-MRA狹窄遠(yuǎn)段血管顯影良好 圖4 男，37歲。CTA的MIP圖(A)顯示左腎動脈上段分支(箭)重度狹窄，狹窄段后方血管稍擴(kuò)張。Time-SLIP MRA的MIP圖(B)可觀察到相應(yīng)區(qū)域信號缺失(箭)，狹窄范圍較CTA及DSA明顯增大，遠(yuǎn)端分支血管信號顯示尚可(短箭)Fig. 1 Images in a 51-year-old man. Both CTA (A: MIP image, B: VR image) and Time-SLIP MRA (C: MIP image) demonstrate normal renal arteries. Renal arteries were clearly visualized in both techniques. Fig. 2 Images in a 50-year-old man. Both CTA (A: MIP image) and Time-SLIP MRA (B: MIP image) reveal a proximal right renal artery mild stenosis (arrow). Fig. 3 Images in a 84-year-old woman with left nephrectomy. Both DSA (A)and Time- SLIP MRA (B: MIP image) demonstrate a proximal right renal artery severe stenosis (arrow). Fig. 4 Images in a 37-year-old man. Both CTA (A:MIP image) show a severe stenosis in left upper branch renal artery (arrow). Signal loss can be seen in larger part in MIP image of Time-SLIP MRA (arrow, B),with moderate remaining distal flow (short arrow, B).

圖5 Time-SLIP MRA與CTA/DSA評估腎動脈狹窄程度的線性回歸及Spearman相關(guān)系數(shù)，兩者顯示高度相關(guān)(n=16) 圖6 Bland-Altman散點圖表明，與CTA/DSA比較，Time-SLIP MRA輕度高估腎動脈的狹窄程度(虛線：平均偏倚，3.31%)。實線：平均值±1.96標(biāo)準(zhǔn)差(n=16)Fig. 5 Correlation plot for Time- SLIP MRA vs. CTA/DSA data. This shows good agreement between Time-SLIP MRA and CTA/DSA throughout the range of stenosis (n=16). Fig. 6 Bland-Altman plot shows small overestimation of degree of stenosis [dashed line (mean bias, 3.31%)] by Time-SLIP MRA. Solid lines show mean±1.96 SD (n=16).

腎動脈的MRA圖像質(zhì)量評分：優(yōu)秀的有51支(72%)(圖1)，良好的有17支(24%)，差的有3支(4%)；達(dá)到診斷要求腎動脈數(shù)占總數(shù)的96%；3例圖像質(zhì)量差的病例中，2例為明顯狹窄，1例將正常腎動脈誤診為輕度狹窄。其中58支腎動脈同時完成CTA和NCE-MRA檢查，CTA組圖像質(zhì)量評分為2.93±0.26，Time-SLIP MRA組圖像質(zhì)量評分為2.67±0.56，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P＜0.001)，CTA組圖像質(zhì)量明顯優(yōu)于NCE-MRA組。以CTA/DSA為診斷標(biāo)準(zhǔn)，正常組與狹窄組腎動脈MRA圖像質(zhì)量評分分別為2.71±0.56、2.47±0.64，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.079)。

Time-SLIP MRA評價腎動脈狹窄結(jié)果：0級55例，1級0例，2級6例，3級6例，4級1例，5級3例；CTA/DSA評價腎動脈狹窄結(jié)果：0級56例，1級2例，2級4例，3級4例，4級4例，5級1例；兩種方法顯示RAS程度的分級見表1。15例腎動脈狹窄，14例位于腎動脈主干，1例位于腎動脈1級分支，未發(fā)現(xiàn)多發(fā)狹窄。Time-SLIP MRA與CTA/DSA診斷RAS及明顯RAS的結(jié)果分別見表2、3，圖2～4。以CTA/DSA為參照標(biāo)準(zhǔn)，Time-SLIP MRA檢出RAS的敏感度、特異度、準(zhǔn)確率、陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值分別為100%、98.2%、98.6%、93.8%、100%；Time-SLIP MRA檢出明顯RAS的敏感度、特異度、準(zhǔn)確率、陽性預(yù)測值、陰性預(yù)測值分別為90%、98.4%、97.2%、90%、98.4%。

表1 Time-SLIP MRA和CAT/DSA對71支腎動脈狹窄程度評價的分級比較Tab.1 Comparison of time-SLIP MRA and CTA/DSA in grading renal artery stenosis

表2 Time-SLIP MRA和CTA/DSA對腎動脈狹窄的診斷結(jié)果Tab.2 Diagnosis of renal artery stenosis (RAS) for 71 patients

表3 Time-SLIP MRA和CTA/DSA對明顯腎動脈狹窄的診斷結(jié)果Tab.3 Diagnosis of obvious renal artery stenosis (RAS) for 71 patients

Time-SLIP MRA與CTA/DSA診斷腎動脈的平均狹窄程度分別為(58.6±27.3)%、(55.3±30.2)%，兩者間差異無統(tǒng)計學(xué)意義(P＞0.05)。Time-SLIP MRA與CTA/DSA評估腎動脈狹窄程度的Spearman相關(guān)系數(shù)r=0.959(P＜0.01)(圖5)，表明兩者在定量評估腎動脈狹窄程度方面呈高度相關(guān)。Bland-Altman分析表明，與CTA/DSA比較，Time-SLIP MRA輕度高估腎動脈的狹窄程度[平均偏倚為(3.31±10.04)%]，見圖6。

3 討論

3.1 Time-SLIP MRA技術(shù)

Time-SLIP非對比增強(qiáng)腎動脈成像技術(shù)以SSFP序列為基礎(chǔ)，結(jié)合非選擇性反轉(zhuǎn)脈沖、選擇性標(biāo)記脈沖、呼吸門控技術(shù)和脂肪抑制技術(shù)等進(jìn)行血管成像。在數(shù)據(jù)采集前使用一組空間選擇性反轉(zhuǎn)脈沖對采集范圍腎實質(zhì)、腎動脈及鄰近的組織結(jié)構(gòu)信號進(jìn)行反轉(zhuǎn)，未被空間選擇性反轉(zhuǎn)脈沖激發(fā)的新鮮血液流入反轉(zhuǎn)區(qū)時，呈明顯高信號；同時在雙腎下極下緣施加一組非選擇性預(yù)飽和脈沖以抑制流入的下腔靜脈血流信號。從而實現(xiàn)腹主動脈和腎動脈與背景之間的顯著信號對比。

研究設(shè)計上，本研究將320排動態(tài)容積CT和DSA數(shù)據(jù)合并作為診斷標(biāo)準(zhǔn)。因為國內(nèi)外研究均表明CTA是診斷RAS的可靠手段，其診斷敏感性和特異性與DSA具有高度一致性[4，17]，CTA已逐步取代DSA在RAS診斷中的應(yīng)用。320排容積CT采用容積掃描，掃描時間短、輻射劑量低，且能更清楚地顯示副腎動脈、主腎動脈及其遠(yuǎn)端分支。Time-SLIP MRA采用冠狀位成像，具有大FOV、利于副腎動脈檢出、兩側(cè)腎高度不一致時方便觀察等優(yōu)勢，對可疑狹窄病例進(jìn)行橫軸位MPR重建。

3.2 Time-SLIP MRA診斷腎動脈狹窄

目前，關(guān)于Time-SLIP非對比增強(qiáng)腎動脈成像技術(shù)研究集中在可重復(fù)性和可靠性等方面。曹代榮等[11]研究報道Time-SLIP MRA對正常腎動脈主干及其分支顯示具有很高的可重復(fù)性。陳憲等[9]對Time-SLIP MRA與CE-MRA進(jìn)行比較研究表明，Time-SLIP MRA腎動脈圖像信噪比高，且靜脈污染少。有學(xué)者[10，16，18]以CTA或DSA作為參考標(biāo)準(zhǔn)，Time-SLIP MRA診斷RAS的敏感度為78%～100%、特異度為88%～97%，其他廠商的NCE-MRA技術(shù)，如流入反轉(zhuǎn)恢復(fù)(inflow-sensitive inversion recovery，IFIR)技術(shù)、真穩(wěn)態(tài)進(jìn)動快速成像(true fast imaging with steady state procession，True FISP)技術(shù)的原理與Time-SLIP技術(shù)類似，均以SSFP序列為基礎(chǔ)；既往研究[19-20]使用IFIR MRA評價腎動脈狹窄程度，敏感性為92%～100%，特異性為98%～99%；Tao等[21]Meta分析結(jié)果顯示，與參考標(biāo)準(zhǔn)CE-MRA對比，基于SSFP序列的NCE-MRA診斷RAS的敏感性和特異性分別為88%和94%。本研究結(jié)果與既往研究結(jié)果類似。

Time-SLIP MRA在RAS及明顯RAS診斷方面，均具有很高的敏感度、特異度及準(zhǔn)確率，且Time-SLIP MRA與CTA和DSA對狹窄程度的定量評估呈高度相關(guān)。但Time-SLIP技術(shù)同樣存在高估腎動脈狹窄的問題[平均偏倚為(3.31±10.04)%]，這一結(jié)果與既往研究類似[14，16]。筆者認(rèn)為導(dǎo)致Time-SLIP技術(shù)輕度高估腎動脈狹窄程度的原因主要包括以下兩點：其原因一可能是狹窄區(qū)域血流速度加快，狹窄段后方血管腔擴(kuò)張導(dǎo)致流速相對減慢，血液湍流引起失相位，使得血流信號減低甚至無信號[16，22]。本研究中2例Time-SLIP MRA圖像質(zhì)量不佳均經(jīng)CTA或DSA證實為腎動脈主干明顯狹窄，遠(yuǎn)端分支顯影不佳。但這一特點也具有一定臨床意義，既往研究表明自旋失相位的程度與跨狹窄處的壓力梯度相關(guān)[23]。因此，失相位的嚴(yán)重程度能夠側(cè)面反映血流動力學(xué)的變化，若在動脈狹窄處及下方失相位明顯，則高度提示該處狹窄可能導(dǎo)致明顯的血流動力學(xué)改變。原因之二可能是由于狹窄組腎動脈成像質(zhì)量相對較差，本研究出現(xiàn)1例因圖像質(zhì)量差而將正常腎動脈誤診為輕度狹窄，這可能是呼吸節(jié)律不規(guī)則或者BBTI時間選擇不恰當(dāng)所致，出現(xiàn)過度診斷的傾向。當(dāng)圖像質(zhì)量不佳時，Time-SLIP MRA能夠更改參數(shù)并重復(fù)掃描，獲得較佳的圖像質(zhì)量，這也是Time-SLIP MRA較CTA及CE-MRA的另一優(yōu)勢。

3.3 Time-SLIP MRA圖像質(zhì)量評價

圖像質(zhì)量方面，本研究結(jié)果顯示非對比MRA具有較高的圖像質(zhì)量，在同時進(jìn)行Time-SLIP MRA和CTA檢查的患者中，Time-SLIP MRA圖像質(zhì)量雖然低于CTA，但仍基本滿足臨床診斷要求，僅3例(4%)圖像質(zhì)量評分為差。此外，副腎動脈是臨床最常見的腎血管解剖變異；副腎動脈可引起難治性高血壓，且增大治療難度[24-25]。本研究中，非對比MRA無遺漏副腎動脈，表明Time-SLIP技術(shù)具有較高的圖像分辨率及信噪比，對于細(xì)小血管成像能力優(yōu)。但本組中并未出現(xiàn)副腎動脈狹窄的病例，Time-SLIP技術(shù)對于狹窄副腎動脈的檢出仍需進(jìn)一步證實。

本研究存在以下不足：首先，陽性病例數(shù)相對較少，這有待進(jìn)一步大樣本的臨床應(yīng)用研究。其次，本研究未進(jìn)行橫軸面采集，橫軸位掃描層厚小、空間分辨率更高，但額外采集橫軸位圖像會導(dǎo)致掃描時間加倍。

綜上所述，Time-SLIP非對比腎動脈成像技術(shù)可以獲得質(zhì)量良好的腎動脈圖像，診斷腎動脈狹窄與CTA、DSA具有高度一致性，是一種安全、無創(chuàng)的檢查方法，可作為可疑腎動脈狹窄患者的臨床首選篩查方法，尤其適用于腎功能不全患者。