磁共振b-SSFP序列在老年2型糖尿病腎病腎動脈成像的應用價值

顏美靜,李仕紅,林光武

復旦大學附屬華東醫院放射科,上海 200040

糖尿病腎病(diabetic kidney disease, DKD)目前已經成為老年人發生終末期腎病的主要原因[1-2],約20%的糖尿病患者受影響[3],其中90%為2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)。隨著人口老齡加速, T2DM發病率日益攀升, DKD逐漸成為全球公共衛生問題。T2DM患者糖耐量異常早期即可通過氧化應激、炎癥和免疫系統的激活等機制作用于微血管和大血管,引發慢性心血管疾病,導致動脈粥樣硬化、腎病進展[4]。

由T2DM發展的老年2型糖尿病腎病(type 2 diabetic kidney disease, T2DKD)在臨床治療中要充分考慮患者的腎功能情況,需要對患者的腎動脈進行評估。目前腎動脈檢查方法眾多,選擇更為安全有效的檢查技術尤為重要。數字減影血管造影(digital subtraction angiography, DSA)作為血管疾病檢查的金標準,是一項侵入性檢查技術;計算機斷層血管造影(computed tomography angiography, CTA)存在電離輻射,且需要相對高劑量的碘對比劑;超聲檢查(ultrasound, US)受操作者技術水準影響較大。對比增強磁共振血管成像(contrast-enhanced magnetic resonance angiography, CE-MRA)診斷價值高,無電離輻射,安全性高,能夠可靠評估腎血管疾病、顯影副腎動脈[5],但近年來釓對比劑導致的腎源性系統性纖維化(nephrogenic systemic fibrosis, NSF)和釓腦沉積引起高度關注[6-7]。NSF是一種以多器官纖維化為特征的嚴重的全身性進展性疾病,在腎功能受損嚴重的患者中行釓增強造影所造成的NSF的潛在性危害尚不足以忽略。有國外文獻報道證實增強造影后腦中釓沉積[8-9],雖然能否導致不良生物學行為還有待研究,但仍值得重視探討。

平衡式穩態自由進動序列(balanced steady-state free precession, b-SSFP)作為一種無需對比劑的磁共振檢查技術,安全、高效、信噪比高,能提供良好穩定的圖像對比度,近年來在腎動脈成像的應用中不斷開展。本文旨在比較b-SSFP-MRA和CE-MRA在T2DKD腎動脈成像的圖像質量、分支數顯影情況,為臨床老年T2DKD腎動脈影像學檢查評估提供最佳方案。

1 材料與方法

1.1一般資料收集2012年1月—2022年11月在復旦大學附屬華東醫院經臨床診斷為DKD行腎動脈MRA的老年受檢者165例,年齡60歲～85歲,平均(73.7±11.1歲),其中男性123例,女性42例。根據受檢技術將受檢者分為b-SSFP-MRA組(n=105)和CE-MRA組(n=60),其中b-SSFP-MRA組年齡60～85歲,平均(73.9±12.1歲),男性77例,女性28例; CE-MRA組年齡60～82歲,平均(73.6±10.6歲),男性46例,女性14例。參照2012年改善全球腎臟病預后組織(KDIGO)發布的CKD指南和中華醫學會內分泌病學分會專家共識對DKD進行的臨床分期[10],將指南中的低到高危DKD患者歸為輕中度T2DKD,極高危DKD患者歸為重度T2DKD(b-SSFP-MRA組輕中度62例,重度43例;CE-MRA組輕中度37例,重度23例)。比較b-SSFP-MRA組和CE-MRA組年齡、性別、病情輕重程度、心血管疾病家族史、并發癥等,采用組間資料統計學分析(P>0.05), 2組受檢者一般資料差異無統計學意義,具有可比性。

納入標準： (1)年齡≥60歲; (2)符合DKD診斷標準[11]; (3)2型糖尿病引起的DKD; (4)能配合磁共振檢查。排除標準： (1)釓對比劑過敏; (2)既往腹主動脈及腎動脈支架植入史。

1.2檢查方法使用德國西門子公司生產的Skyra 3.0T MRI成像系統,采用體部相控陣線圈。對所有受檢者在檢查前行呼吸訓練,使其能夠規律呼吸及必要時屏氣。

1.2.1 磁共振腎動脈b-SSFP序列 b-SSFP序列采用導航門控和選擇性反轉恢復(inversion recovery, IR)脈沖軸位掃描,范圍覆蓋雙側腎臟,掃描時患者平靜呼吸。導航門控放置膈頂水平,使用兩個獨立的IR脈沖來抑制腎臟背景靜態組織信號及成像區域流入靜脈信號對成像的影響。第一個IR脈沖覆蓋成像視野,第二個IR脈沖放置位置低于前者以抑制來自下腔靜脈的靜脈信號。掃描參數： TR： 2 200 ms, TE： 1.59 ms,相位編碼方向為前后方向,加速因子2.0,體素大小為1.3 mm×1.3 mm×1.1 mm,信噪比1.00,讀出FOV： 320 mm,相位FOV： 240 mm,層厚1.1 mm,翻轉角90°。

1.2.2 磁共振腎動脈CE-MRA序列 CE-MRA序列采用三維快速梯度回波冠狀位掃描,范圍覆蓋雙側腎臟和部分腹主動脈。按0.2 mmol/kg注射釓噴酸葡胺(Gd-DTPA),以2.5 mL/s的速率在注射期間獲得血管造影圖像,給予對比劑后,以同等速率注射20 mL鹽水沖洗,掃描過程中要求患者屏住呼吸,圖像采集時間為20 s。掃描參數：TR： 2.98 ms, TE： 1.07 ms,相位編碼方向為左右方向,加速因子3.0,體素大小為0.9 mm×0.9 mm×1.1 mm,信噪比1.00,讀出FOV： 420 mm,相位FOV： 393.8 mm,層厚1.1 mm,翻轉角25°。

1.3圖像后處理及評價內容所有圖像均傳入Siemens syngo.via處理分析,采用最大密度投影(maximum intensity projection, MIP)技術對原始數據進行重建,得到三維腎動脈圖像。由2名有經驗的MRI醫師獨立閱片,對所獲圖像進行分析和評估,產生分歧時協商直至達成共識。對腎動脈MIP重建圖像進行評價,圖像質量及分支數顯影采用4級Likert評分。圖像質量分級： Ⅰ 級：圖像質量差,由于嚴重偽影,診斷信息無法獲得; Ⅱ級：圖像質量一般,圖像有偽影,血管邊緣模糊或信號強度低,尚可評價; Ⅲ 級：圖像質量中等,偽影少,血管信號強度高,邊緣較清晰; Ⅳ 級：圖像質量好,基本無偽影,血管邊緣銳利。分支數顯影評分：僅主干顯影記為1分,主干和一級分支顯影記為2分,主干和一、二級分支顯影記為3分,以此類推。

1.4統計學分析采用SPSS 26.0軟件進行統計學分析。腎動脈圖像質量評分及分支數顯影評分數據采用非參數wilcoxon秩和檢驗進行比較,P<0.05認為差異有統計學意義。

2 結果

2.1老年受檢者腎動脈圖像質量和分支數顯影情況分組統計老年受檢者共165例。b-SSFP-MRA組共105例,其中輕中度T2DKD組62例,重度T2DKD組43例; CE-MRA組共60例,輕中度T2DKD組37例,重度T2DKD組23例。見表1。

2.2老年輕中度T2DKD受檢者腎動脈圖像質量和分支數顯影情況由于b-SSFP-MRA組1例受檢者腹腔積液、 1例受檢者右腎萎縮,腎動脈顯影淺淡無法評估,不參與此次腎動脈分支數顯影評分。兩種檢查方法所示老年輕中度T2DKD受檢者腎動脈的圖像質量和分支數顯影情況均顯示出較好的一致性(P>0.05),二者差異均無統計學意義。見表2和圖1。

表1 b-SSFP-MRA和CE-MRA腎動脈圖像質量和分支數顯影情況

表2 老年輕中度T2DKD受檢者b-SSFP-MRA和CE-MRA腎動脈圖像質量和分支數顯影情況的比較分析

注： 1A、 1B為b-SSFP-MRA圖像; 1C、 1D為CE-MRA圖像。1A、 1B圖像質量Ⅳ級,腎動脈主干及二、三級分支顯影清晰。1C圖像質量Ⅳ級,腎實質部分腎動脈分支顯示。1D圖像質量Ⅲ級,部分血流信號不均,右側腎內二、三級分支顯影。圖1 老年輕中度T2DKD受檢者腎動脈MIP圖像

2.3老年重度T2DKD受檢者腎動脈圖像質量和分支數顯影情況由于b-SSFP-MRA組2例受檢者重度動脈硬化,腎動脈顯示不清,不參與此次腎動脈分支數顯影情況評價,余受檢者順利納入研究。兩種檢查方法所示老年重度T2DKD受檢者腎動脈的圖像質量顯示出較好的一致性(P>0.05),差異無統計學意義;對分支數顯影情況進行統計分析,發現兩種檢查方法的差異具有統計學意義(P<0.05),在b-SSFP組能觀察到更多的分支數。見表3和圖2。

3 討論

臨床治療DKD引起的終末期腎病時,需要評估腎動脈狹窄的程度及腎血流灌注狀況,以期達到精準治療的目的。

該項研究中, b-SSFP-MRA與CE-MRA兩種成像方法所得腎動脈的圖像質量沒有顯著差異, b-SSFP-MRA同樣可以提供質量良好的腎動脈影像,這同既往文獻報道一致[12-13]。磁共振b-SSFP序列是一種以T2/T1加權圖像對比、高信噪比及固有流動補償為特征的三維快速成像技術,且T2/T1比值越高,組織信號強度就越強。相較于大部分軟組織,血液等液體成分具有較長T2值和較短T1值,因此腎動脈能呈現高亮信號。該序列在層面選擇、相位編碼和頻率編碼三個空間編碼梯度上均施加相位補償,彌補流動信號失相位造成的信號損失,殘余磁化矢量得以達到真正穩定的磁化狀態;同時該序列采用很短的TR和TE,單層圖像采集時間短,成像速度快,縮短成像時間的同時不會降低信噪比、不影響圖像質量,在腎動脈成像中能提供穩定的血管信號強度。此外,該序列結合導航門控、 IR脈沖和脂肪抑制技術,提高流入腎動脈和背景靜態組織間的信號對比,進一步提高了腎動脈的圖像質量。

部分文獻表明[14-16]磁共振b-SSFP技術較于CE-MRA能提供更優的腎血管遠端分支影像,這一結論與該項研究中兩種檢查方法對老年重度T2DKD患者的分支數顯影情況的比較結果一致(見表3和圖2),而在老年輕中度T2DKD患者的分支數比較中并未體現。造成兩種檢查方法對老年重度T2DKD患者分支數顯影情況的不同可能有以下幾點原因：(1)CE-MRA需要受檢者屏氣以消除呼吸偽影,對于病情重、屏氣困難的老年患者來說難以配合。呼吸引起的腹部臟器和腸系膜運動會導致腎動脈模糊,膈肌的自主活動也會引起腎臟活動,即使輕微的運動也將損害圖像質量。這些運動相關的偽影通常在腎動脈遠端更加顯著,降低了腎動脈遠端分支血管的可視性; (2)對比劑注射速率、打藥后掃描時機難以精準把控,其中較為關鍵的是K空間中心和動脈釓濃度峰值的同步。若過早獲取K空間中心數據,則會產生振鈴偽影,獲取K空間中心數據太晚,會錯過最大動脈信號強度; (3)由于有對比劑注入,動脈顯影可能伴隨腎實質強化和腎靜脈污染,血管遠端分支對比度下降,而這點在臨床工作中并非偶然事件; (4)CE-MRA需要在屏氣期間采集數據,該時段觀察到的平均凈腎位移大于通常使用的體素大小,降低了遠端腎動脈顯影的可能,也限制了空間分辨率; (5)磁共振b-SSFP序列采用IR脈沖抑制腎臟背景組織信號和成像區域的靜脈信號,無對比劑干擾,能提供良好的組織信號對比,有利于流入增強呈高亮信號的腎動脈顯影; (6)門控導航技術在呼氣末采集圖像,使MRI信號采集時段發生于呼吸運動相對停止的平臺期,能減少呼吸偽影,提供高空間分辨率圖像;同時門控導航技術無需患者屏氣即可見到腎動脈主干及外周分支,檢查要求較低,受檢者配合度高。

表3 老年重度T2DKD受檢者b-SSFP-MRA和CE-MRA腎動脈圖像質量和分支數顯影情況的比較分析

注： 2A、 2B為b-SSFP-MRA圖像; 2C、 2D為CE-MRA圖像。2A圖像質量Ⅲ級,腎實質部分動脈分支可見,右腎動脈起始處狹窄(白色箭頭所示)。2B腎動脈血管邊緣模糊,遠端顯影淺淡,分支顯示差,圖像質量評為Ⅱ級。2C圖像質量Ⅳ級,管壁光滑銳利,腎內動脈分支被強化腎實質掩蓋,顯影不清。2D圖像質量Ⅲ級,僅腎動脈主干可見,左側腎動脈及下方副腎動脈遠端不可見,被腎靜脈及強化腎實質掩蓋。圖2 老年重度T2DKD受檢者腎動脈MIP圖像

進一步剖析兩種檢查方法在老年輕中度T2DKD患者的分支數顯影情況中無差異這一結果,本研究認為與老年輕中度T2DKD患者行CE-MRA檢查時配合度較高、檢查較順利,圖像受影響相對較小有關。由于既往文獻均不涉及病情輕重分組的腎動脈研究,老年T2DKD患者病程長、疾病影響要素眾多,今后還需要更大的樣本量來進一步探討病情程度不同的老年T2DKD患者腎動脈遠端分支顯影情況?？傮w而言, b-SSFP-MRA在腎動脈分支的顯影中表現優良,對比CE-MRA并不體現出劣勢。T2DKD引起的動脈粥樣硬化性狹窄主要發生在腎動脈主干,但腎內節段性動脈的可視性尚需重視,因為腎動脈肌纖維發育不良易累及外側腎動脈。

該項研究尚有幾點不足之處： (1)由于本研究為回顧性研究,很少有老年T2DKD患者同時行b-SSFP-MRA和CE-MRA,難以用兩種檢查方法對同一支腎動脈影像進行成像比較; (2)納入的樣本量相對較少。

盡管磁共振b-SSFP序列優點顯著,但仍有不足： (1)該序列視野小,容積覆蓋范圍有限,軸向采集效率低下,可能無法顯示來自圖像容積外的副腎動脈; (2)該序列是流量依賴性技術,腎動脈血流量減少會導致患者的圖像質量下降; (3)b-SSFP-MRA會高估腎動脈狹窄[17],原因是血流特征會隨著高度狹窄而發生流入減少或復雜血流引起體素內失相,導致狹窄病變遠端信號強度喪失。相比b-SSFP-MRA, CE-MRA在診斷腎動脈狹窄方面有更高的特異性和陽性預測值,冠狀位掃描對副腎動脈的顯影更有優勢[18]。因此腎動脈b-SSFP-MRA發現有傾向于發展成具有血流動力學意義的狹窄或副腎動脈病變時,建議行CE-MRA或DSA進一步明確。

以上研究表明,對于單純評估老年T2DKD腎動脈受累情況,磁共振b-SSFP序列是一種較好的無創選擇方式。此外,該項技術還可在一些患者中可以作為CE-MRA的合理替代方案,包括腎功能減退存在釓對比劑所致的潛在NSF風險的患者、無法配合CE-MRA屏氣檢查、腎功能較差及患有嚴重腎病的患者。

綜上,磁共振b-SSFP序列無輻射、無需對比劑,安全性更高,信噪比好,能在血液和軟組織之間產生高對比度,成像質量良好,可作為腎動脈及其分支檢查的有效方法,在老年T2DKD腎動脈非增強磁共振血管成像中有巨大的應用前景。