新型非對比劑增強MR血管成像技術用于肝門靜脈成像的可行性研究

鐘志明, 潘 慧, 班統幸, 劉然申, 陳 鵬, 蔣潔瑛

廣西國際壯醫醫院放射科, 廣西 南寧 530201

肝門靜脈解剖的準確顯示有利于提高肝病手術的成功率和減少術后的并發癥[1-3]。目前常用的影像檢查技術有數字減影血管成像(digital subtraction angiography,DSA)、CT血管成像(computed tomography angiography,CTA)或對比增強磁共振血管成像(contrast enhanced magnetic resonance angiography,CE-MRA)、超聲(ultrasound,US)。US能夠無創傷無輻射地顯示肝門靜脈的解剖結構、變異及病變情況,但易受操作者和腸管氣體的影響,有時無法清晰地顯示血管全貌[4]。DSA、CTA或CE-MRA是目前幾乎公認的評價肝門靜脈的金標準[5],但它們都是有創或微創的,且DSA和CTA存在電離輻射風險,另外碘或釓對比劑的注射不僅會增加醫療成本,還可能導致對比劑不良反應[6-8]的危險。目前,非對比劑增強磁共振血管成像(non-contrast enhancement magnetic resonance angiography,NCE-MRA)方式逐漸在臨床上廣泛應用,主流技術為基于平衡式穩態自由進動序列(balance steady state free precession,B-SSFP)的平衡式梯度回波序列(balance turbo field echo,BTFE)[9,10]。非對比劑非觸發增強磁共振血管成像技術(relaxation-enhanced MR angiography without contrast and triggering,REACT)是一種新型的NCE-MRA技術,在胸鎖下動脈[11]、顱外動脈[12]等血管成像有著較好的評價,但其對于肝門靜脈血管成像效能還有待考究。本研究通過對比分析BTFE與REACT兩種序列在肝門靜脈血管成像上的顯示效能,旨在為臨床與患者提供一種更便捷安全、適用范圍更廣的血管成像方式。

1 資料與方法

1.1 研究對象

在2023年4—8月,選取22名健康志愿者在廣西國際壯醫醫院磁共振室依次進行上腹部BTFE序列、REACT序列成像,得到BTFE組和REACT組兩組實驗數據。其中,男性志愿者為10例,女性12例,年齡20～39歲,平均年齡(24±4)歲。本研究已通過醫院倫理委員會的批準,所有健康志愿者均無磁共振檢查禁忌證,志愿者本人或其家屬都已知曉并簽署知情同意書。

1.2 掃描方法與技術參數

22名健康志愿者均無需進行呼吸訓練,但應囑咐檢查過程中切勿挪動。對22名志愿者在1.5T超導MR掃描儀(Philips 1.5T Prodiva CX)頭先進,雙手上舉依次行上腹部BTFE、REACT序列成像。BTFE序列與REACT序列均在自由呼吸狀態下進行掃描,BTFE序列觸發方式為呼吸觸發(自由呼吸呼氣末采集數據),而REACT序列則無需特定的方式進行觸發采集。兩種序列的抑脂方式有所不同,BTFE序列采用頻率選擇飽和法SPIR,更易受磁場均勻性的影響,視野范圍四周容易抑脂失敗,而REACT序列采用水脂分離技術(Dixon)則無此缺點。兩組序列主要掃描參數如表1所示。

表1 兩組序列主要掃描參數表

1.3 圖像分析

1.3.1主觀評價

由兩位高年資醫師采用盲法對BTFE組和REACT組圖像門靜脈整體顯示質量進行評分。根據門靜脈的解剖結構分成5級:主干是第1級,左支和右支是第2級,左右支段靜脈是第3級,段靜脈的分支作為第4級,再往下分為第5級。

整體圖像質量評分標準:5分,主干和2～5級分支顯示清楚,門靜脈整體對比度好、光滑、連續,肝實質和背景組織信號弱,沒有腹主動脈、肝動靜脈的干擾和運動偽影;4分,主干和2～4級血管顯示清楚,第5級血管顯示模糊或未顯示,1～4級血管對比度好、光滑、連續,肝實質和背景組織信號弱,有少許肝動靜脈系統的干擾;3分,主干、左右分支及段靜脈顯示清楚,1～3級血管對比度好、光滑、連續,4級、5級血管顯示模糊或未顯示,肝實質和背景組織信號中等,存在肝動靜脈系統的干擾與偽影;2分,主干及左右分支顯示清晰,1～2級血管對比度好、光滑、連續,其余血管顯示模糊或未顯示,肝實質和背景組織信號高,有肝靜脈系統的干擾和運動偽影;1分,主干顯示清晰,2級及以上分支血管顯示模糊或未顯示,存在明顯的腹主動脈或肝動靜脈系統的干擾和運動偽影。

圖像質量評分≥3分,則可判斷為有診斷意義。

1.3.2客觀評價

測量肝門靜脈主干、門靜脈右支、門靜脈左支的最小與最大信號強度比值(ratio of minimum to maximum signal intensity,RSI)、信噪比(signal to noise ratio,SNR)以及對比信噪比(contrast to noise ratio,CNR),計算方法如下:

SNR=血管信號強度/背景噪聲強度;CNR=(血管信號強度-肝實質信號強度)/血管信號強度;RSI=最小信號強度/最大信號強度。

測量位置及大小:在肝門靜脈主干、門靜脈右支、門靜脈左支各血管中段位置分別畫50 mm2、30 mm2、30 mm2大小感興趣區(region of interest,ROI);肝實質ROI大小為50 mm2,選取位置注意避開血管與偽影;背景噪聲ROI大小為100 mm2,選取位置為門靜脈右支與左支分叉處水平線上,相位編碼方向距皮膚表面5 mm處(如圖1所示)。RSI值為肝門靜脈主干、左右支3個ROI處的平均值。為保證結果的準確性與可信度,兩組圖像ROI的放置位置與大小需保證一模一樣,每個數據都測量3次,把3次測量值的平均值作為最后的計算值。

圖1 感興趣區示意圖

1.4 統計分析

2 結果

2.1 主觀評價

兩名診斷醫師對于BTFE組和REACT組中肝門靜脈整體圖像顯示質量評分如表2所示。兩名醫師對BTFE組和REACT組中肝門靜脈圖像質量評分的一致性檢測,Kappa值分別為0.64和0.68,一致性較好。REACT組圖像質量平均評分(3.86)略高于BTFE組(3.2),兩組間差異具有統計學意義(Z=-4.6,P<0.05)。從整體圖像可看到,REACT組圖像背景信號抑制更加干凈,肝門靜脈血管成像顯示更為清晰(如圖2所示)。

圖2 REACT序列與BTFE序列門靜脈血管成像質量對比

表2 兩位醫師對BTFE組和REACT組上肝門靜脈圖像質量評分結果與一致性檢測分析

2.2 客觀評價

Shapiro-Wilk檢驗顯示,BTFE組和REACT組兩組圖像的RSI數值符合正態分布, SNR、CNR符合偏態分布,因此兩組數據的RSI采用配對t檢驗,而SNR、CNR采用配對秩和檢驗。統計結果如表3所示,BTFE組的RSI數值略高于REACT組(0.81vs0.76),REACT組的SNR、CNR均高于BTFE組,兩組之間的差異性均有統計學意義。

表3 BTFE組和REACT組客觀評價參數比較

3 討論

肝移植、部分肝切除等手術是全球公認的治療終末期肝病的最有效手段[13],肝門靜脈解剖的準確顯示有助于改善手術的成功率和減少術后的并發癥。顯示門靜脈解剖的常用影像檢查技術有US、DSA、CTA、CE-MRA。DSA是目前公認的評價肝門靜脈的金標準[5],但它是有創的、易發生過敏反應且電離輻射大。US雖無創無輻射但易受檢查操作REACT序列是一種新型的能應用于全身多部位的NCE-MRA技術,在胸腹部有良好的大范圍抑脂效果和血-組織對比度[11,21],可得到高質量的血管圖像,這是基于它自身的序列結構所致。REACT本質為帶Dixon的3D超快速梯度回波序列(3D TFE)加IR脈沖再加T2準備脈沖。Dixon技術具有很好的抑脂效果且不受磁場均勻性影響,而3D TFE序列本身也自帶亮血功能。REACT用于血管成像時,3D mDixon TFE序列可使成像區域脂肪被抑制同時顯示血管信號,IR脈沖的作用將背景信號抑制徹底進一步突出血管信號,而T2準備脈沖可增加背景信號和血管信號的差異同時增加動靜脈信號差異。Pennig等[22,23]、Isaak等[24]、Tan等[21]將REACT序列應用于肺動靜脈、胸主動脈等血管成像,均有著良好的圖像質量和診斷效能。Gietzen等[25]研究表明,REACT序列血管成像對于馬方綜合征患者的胸主動脈直徑的測量與經胸超聲心動圖具有良好的一致性,且不受視野上的限制,是一種極具吸引力的非對比劑胸主動脈增強血管成像方式。Terwolbeck等[26]、陶黎等[27]認為與BTFE序列相比,REACT序列在評估盆腔靜脈系統與髂靜脈上有更好的顯示效能與診斷價值。REACT序列在全身大血管(包括動靜脈)成像有著優質的大范圍抑脂效果和血-組織對比度,可得到更高質量的血管圖像。但目前在國內外還未見有REACT序列在門靜脈血管成像上的應用研究。

本研究通過對比分析BTFE與REACT兩種NCE-MRA技術在肝門靜脈解剖上的顯示效能,旨在探尋一種無創、無對比劑傷害、無需呼吸觸發、有效評價肝門靜脈解剖的磁共振血管成像技術,為臨床提供更便捷更安全的成像方式以及更可靠的影像圖像。通過實驗研究,成功完成了22例健康志愿者肝門靜脈成像。從兩種NCE-MRA技術的圖像中可發現,兩種技術對于門靜脈細小分支的顯示效能都比較弱,特別是門靜脈第4、5級分支血管的顯示。這是因為不管是BTFE序列還是REACT序列,血管成像質量與對應血管內血流量成正比,第4、5級門靜脈分支血管管徑較細、血流量較少導致成像質量欠佳。兩組圖像整體顯示評分比較中發現,REACT組略高于BTFE組,主要原因是BTFE序列抑脂方式采用頻率選擇法易受磁場均勻性影響,同時成像質量易受屏氣時長與呼吸規律等因素影響。兩組圖像質量比較中,肝門靜脈主干以及左右支的整體顯示質量評分、SNR、CNR在BTFE與REACT之間有顯著差異,REACT序列的結果均要優于BTFE序列,原因在于REACT序列抑脂方式為Dixon技術不易受磁場均勻性的影響,且可使背景信號抑制更加干凈,同時序列結構中IR脈沖和T2準備脈沖可進一步增加血管與背景組織的對比。

本研究尚存在一定的局限性:(1)研究對象均為健康志愿者,且年齡均比較年輕,呼吸配合較好且整體上比較規律,在后續研究中應將兩種技術對比拓展應用到臨床肝病患者;(2)由于本研究是健康志愿者實驗,未采用DSA或增強血管成像(CTA或CE-MRA)作為對照標準,但研究主要目的是對比兩種序列BTFE和REACT在肝門靜脈的顯示效能,故這一點并非是必要的;(3)樣本量較小,在后續的研究中應增加樣本量研究。綜上所述,內置了Dixon技術的REACT行肝門靜脈血管成像,其圖像質量和細小血管分支顯示效果,相對要優于平衡式自由穩態進動序列BTFE,期待后續在臨床通過實際的病例應用來進一步證實。