颅颈部高分辨率MRA：常规黑血序列与SNAP序列的比较

陆艳， 黄仁军， 李勇刚

随着医学影像技术的发展，高分辨率磁共振成像(high resolution magnetic resonance imaging，HR-MRI)能够提供动脉的管腔和管壁信息，成为评价颅颈动脉管壁及管腔的可行方法。近年来二维(two-dimensional,2D)及三维(three-dimensional,3D)黑血技术的运用越来越广泛，包括黑血(black blood，BB)的T1WI及T2WI序列和3D可变再聚焦翻转角序列(3D variable refocusing flip angle sequences)等[1]。非对比增强血管成像和斑块内出血成像(simultaneous noncontrast angiography and intraplaque hemorrhage imaging，SNAP)技术是一种新型的管壁成像技术，是一种具有多重对比的成像序列，一次扫描可以生成灰血参照(reference,Ref)、黑血校正(corrected real，CR)和亮血MRA共3个图像集[2]，从而能同时获得血管狭窄程度及血管管壁情况的影像信息，尤其对斑块内出血(intraplaque hemorrhage，IPH)显示具有很高的敏感度和特异度。Li等[3]的研究结果显示在评估颅颈动脉夹层管腔狭窄和壁内血肿时，所有壁内血肿均在SNAP序列上显示良好，SNAP序列与多序列MRI间具有较好的一致性，并节省了50%的扫描时间。本研究通过比较SNAP序列、T1WI-BB、T2WI-BB和质子加权各项同性容积采集快速自旋回波(proton density weighted imaging-volume isotropic turbo-spin-echo acquisition，PDWI-VISTA)序列的图像质量，旨在探讨SNAP序列在头颈部血管病变中的临床应用价值。

材料与方法

1.临床资料

2017年7月-2017年12月对有症状且经颅多普勒(transcranial doppler，TCD)发现有血管腔狭窄的45例患者行颅颈动脉(颈内动脉、椎动脉和大脑中动脉)的 HR-MRI 检查，男35例，女10例，平均年龄(57.2±12.6)岁。

2.检查方法

使用Philips Achieva 3.0T磁共振仪和8通道头颈联合线圈进行MRI检查。首先采用三维时间飞跃法(three dimensional-time of flight，3D-TOF)行头颅常规MRA，扫描参数：TR 27 ms，TE 6.9 ms，翻转角20°，视野240 mm×160 mm，矩阵320×256，扫描时间2 min 40 s。然后根据3D-TOF MRA源图像和最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)重组图像上显示的单侧或双侧颈内动脉或椎动脉的狭窄部位，分别采用4个序列(SNAP、T1WI-BB、T2WI-BB及VISTA-PDWI)行HR-MRI 检查。①T1WI-BB 序列：TR 1000 ms，TE 20 ms，翻转角90°，视野10 cm×10 cm，矩阵168×166，扫描时间 6 min 56 s；②T2WI-BB 序列：TR 3000 ms，TE 40 ms，翻转角90°，视野10 cm×10 cm，矩阵168×166，扫描时间 6 min 56 s；③VISTA-PDWI序列：TR 2000 ms，TE 39 ms，翻转角90°，视野16 cm×16 cm，矩阵400×352，扫描时间4 min 18 s；④SNAP序列：TR 10 ms，TE 4.9 ms，翻转角90°，视野16 cm×16 cm，矩阵200×196，扫描时间3 min 30 s。

3.图像分析方法

由两位神经影像医师在工作站上共同对常规MRI、MRA和HR-MRI的图像质量进行客观评价。如果血管的管腔和外壁同时显示清晰，则进行下一步分析，否则不纳入本研究范围。

图1 正常左侧颈内动脉。a)VISTA-PDWI序列冠状面图像，显示左侧颈内动脉水平段(箭)，血管壁呈等～高信号；b)图a的局部放大图像，在颈内动脉管壁勾画ROI；c)SNAP序列冠状面图像，显示左侧颈内动脉水平段(箭)，血管壁呈稍高信号；d)图c的局部放大图像，在颈内动脉管壁勾画ROI；e)T1WI-BB序列横轴面图像，显示左侧颈内动脉水平段(箭)，血管壁呈稍高信号；f)图e的局部放大图像，在颈内动脉管壁勾画ROI；g)T2WI-BB序列横轴面图像，显示左侧颈内动脉水平段(箭)，血管壁呈稍高信号；h)图g的局部放大图像，在颈内动脉管壁勾画ROI。

分别在4个HR-MRI序列(SNAP序列选取第二个黑血校正集)的图像上，测量颈内动脉和椎动脉管腔及血管壁的信号强度值(signal intensity，SI)，保证同一支血管在各序列图像上选取的ROI的大小和位置相同，管壁ROI大小约0.002 cm2；同时选择各ROI同层面的颈部肌肉或脑实质区域，测量其CT值和标准差(signal standard deviation，SD)，以SD作为背景噪声。各部位由同一位医师测量3次，取平均值。然后按照下列公式计算管腔及管壁的信噪比(signal to noise ratio，SNR)、管壁与管腔的信号差异噪声比(signal difference to noise ratio，SDNR)及管壁与管腔的对比噪声比(contrast noise ratio，CNR)：

(1)

(2)

(3)

对存在壁内血肿的患者，按照上述方法分别测量血肿和管腔的信号值，根据公式计算出血肿与管腔的SDNR和CNR。

4.数据处理和统计学方法

使用SPSS 17.0(IBM)统计软件进行统计学分析。采用单因素方差分析对4个序列图像上颅颈动脉的管腔、管壁的SNR，以及管壁与管腔、血肿与管腔(对存在壁内血肿的患者)的SDNR、CNR进行比较，建议水准α = 0.05。以P<0.001为差异有高度统计学意义，进一步采用Student-Newman-Keulsq检验分别对4个序列的各项参数进行两两比较。

结 果

45例患者中成像血管为颈内动脉(图1～2)18例，椎动脉(图3)10例，大脑中动脉(图4)17例。其中20例患者的颅颈部血管(颈内动脉13例，椎动脉7例)在SNAP图像上显示管壁内可见偏心性弧形明显高信号区，结合内膜瓣及"双腔征"等特点高度提示为壁内血肿(图3)。根据其T1和T2信号特征，诊断为超急性期7例、亚急性晚期12例及慢性期1例。

1.四个序列上管腔和管壁图像质量的比较

四个序列图像上血管腔和血管壁的各项参数测量结果见表1。

表1 四个序列图像上管腔和管壁各项参数测量结果

四个序列图像上颅颈部血管的管腔和管壁的SNR比较，差异均有高度统计学意义(F=243.182，P<0.001；F=201.303，P<0.001)，且以SNAP序列上管腔和管壁的SNR值最高。四个序列之间管壁与管腔SDNR的差异有高度统计学意义(F=12.948，P<0.001)，以T1WI-BB序列上的均值最高。四个序列之间管壁与管腔CNR的差异无统计学意义(F=3.657，P=0.014)。

图2 正常左侧颈总动脉。a)VISTA-PDWI序列冠状面图像，显示血管壁呈稍高信号(箭)；b)SNAP序列冠状面图像，显示血管壁呈稍高信号(箭)；c)为T1WI-BB序列图像，管壁在T1WI-BB序列上呈等信号(箭)；d)T2WI-BB序列图像，管壁在T2WI-BB序列上呈等信号(箭)。 图3 左侧椎动脉狭窄合并壁内血肿。a)VISTA-PDWI序列，显示左侧椎动脉管壁内高信号灶(箭)；b)SNAP序列，显示壁内血肿呈高信号(箭)；c)T1WI-BB序列，显示壁内血肿呈高信号(箭)；d)T2WI-BB序列，显示壁内血肿呈高信号(白箭)。

进一步对组间差异有高度统计学意义的3个参数采用q检验进行组间两两比较，结果显示：SNAP序列上管腔和管壁的SNR与其它3个序列间的差异均有统计学意义(管腔SNR：P=0.0003，P=0.0002，P=0.0005；管壁SNR：P=0.0002，P=0.0001，P=0.0001)；而T1WI-BB、T2WI-BB及VISTA-PDWI序列之间进行两两比较，管腔和管壁SNR的差异均无统计学意义(管腔SNR：P=0.908，P=0.729，P=0.818；管壁SNR：P=0.635，P=0.103，P=0.247)；管壁与管腔SDNR在SNAP序列与T1WI-BB和VISTA-PDWI之间差异具有统计学意义(P=0.004，P=0.003)，在VISTA-PDWI与T1WI-BB和T2WI-BB之间差异亦具有统计学意义(P=0.0001，P=0.0001)，而在SNAP序列与T2WI-BB之间、及T1WI-BB与T2WI-BB之间差异无统计学意义(P=0.156，P=0.134)。

2.四个序列上血肿成像质量的比较

对4个序列图像上血肿(20例)的SNR进行比较，差异有高度统计学意义(F=120.536，P<0.001)，且以SNAP序列上的SNR均值最高。四个序列之间血肿与管腔CNR的差异有高度统计学意义(F=10.848，P<0.001)，且以SNAP序列上的CNR均值最高。四个序列之间血肿与管腔SDNR的差异有统计学意义(F=2.764，P=0.048)，以SNAP序列上的SDNR均值最高。

进一步采用q检验进行组间两两比较，结果显示：SNAP序列上血肿的SNR及血肿与管腔CNR分别与T1WI-BB、T2WI-BB及VISTA-PDWI进行比较，差异均有统计学意义(SNR：P=0.0008，P=0.0009，P=0.0004；CNR：P=0.0002，P=0.0003，P=0.0005)；而在T1WI-BB、T2WI-BB及VISTA-PDWI序列之间进行两两比较，差异均无统计学意义(SNR：P=0.0975，P=0.403，P=0.386；CNR：P=0.919，P=0.730，P=0.655)。

讨 论

SNR、SDNR及CNR是评价图像质量的客观指标[4-6]。改善图像质量主要可通过提高组织的信号强度和降低噪声来提高SNR，MR设备的场强越高，图像的SNR越高[7]。SNR越高表示组织信号成分越多，解剖结构清晰度越高。影响SNR的扫描参数主要有TR、TE、视野、层厚及激励次数等[8]。SDNR反映的是不同组织的信号强度的相对差异，它是评价图像质量的另一项指标。由于受噪声的影响较大，单纯通过组织的信号强度的差异尚不能真实反映图像的对比度，所以常采用SDNR来反映图像的对比度。CNR指不同组织信噪比的差异，也可以反映组织的对比度。影响MRI对比度的因素主要有脉冲序列、成像参数(TR、TE、TI、翻转角度等)及对比剂等[9]。本研究结果显示，SNAP序列与T1WI-BB、T2WI-BB及PDWI-VISTA序列之间的管腔SNR及管壁SNR的差异具有高度统计学意义，且SNAP序列的管腔SNR及管壁SNR均值最高，说明SNAP序列不仅可以清晰显示血管管壁及管腔的结构，而且缩短了扫描时间。但T1WI-BB序列的SDNR及CNR优于SNAP序列，表明SNAP序列较T1WI-BB序列在图像对比度方面即管壁与管腔的对比方面仍有一定欠缺。在图像质量众多参数指标中，在保证足够SNR时，获得最佳的对比度更为重要，因为它会直接影响对病变的检出率[8]。因此，还需要优化SNAP序列的相关参数以提高管壁与管腔的对比度，进一步发挥其血管壁成像的优势。

图4 正常右侧大脑中动脉。a)VISTA-PDWI序列冠状面图像，显示右侧大脑中动脉M1段，血管壁呈稍高信号(箭)；b)SNAP序列冠状面图像，显示右侧大脑中动脉M1段，血管壁呈稍高信号(箭)；c)T1WI-BB序列矢状面图像，显示右侧大脑中动脉M1段，血管壁呈等信号(箭)；d)T2WI-BB序列矢状面图像，显示右侧大脑中动脉M1段，血管壁呈稍高信号(箭)。

颅颈部动脉夹层是中青年发生缺血性脑卒中最常见的病因[10]。SNAP序列具有较大的纵向覆盖率和较短的扫描时间，单次扫描能同时获得管壁和非对比增强MRA图像，在诊断颅颈部动脉夹层(craniocervical artery dissection,CCAD)中具有能替代其它序列的潜力，并且使得诊断效率提高[3]。此外，SNAP技术不需要注射对比剂，因此可用于不耐受静脉注射或禁用钆对比剂(例如妊娠或肾功能衰竭)的患者。对壁内血肿一类的出血信号，目前多采用传统的多对比技术联合经典的磁化准备快速采集梯度回波(magnetisation-prepared rapid acquisition gradient-echo sequence，MP-RAGE)序列，但这项技术对管腔内血流的抑制效果欠佳，SNAP序列以层块选择性相位敏感反转恢复(slab-selective phase-sensitive inversion-recovery,SPI)序列作为基础，可降低对血液T1值估计和序列参数设置准确性的要求，并可通过增加管腔、管壁及出血三者间的信号对比度，来提高对出血的显示能力。Li等[11]对比分析了MP-RAGE与SNAP成像在表征颈动脉斑块内出血(intra-plaque hemorrhage IPH)中的有效性，发现SNAP能发现更多的斑块内出血，尤其是斑块内小出血灶。Shu等[12]的研究结果显示，SNAP序列的亮血图像与对比增强MRA对判断管腔狭窄率具有较高的一致性。Wang等[13]的研究表明，SNAP-MRA与TOF-MRA在定量测量颈动脉管腔面积方面具有高度相关性(组内相关系数值为0.96，95%置信区间为0.94～0.97)。SNAP不仅可以评价血管腔的狭窄程度，还能同时检出壁内血肿。本研究中20例壁内血肿患者，包括超急性期7例、亚急性晚期12例和慢性期1例，SNAP序列在显示壁内血肿的成像质量上明显优于其它3个序列，但对于血肿分期仍需结合常规黑血序列。另外，也说明SNAP可以辅助常规黑血序列用于评价颅颈部动脉夹层，并提高诊断效率。

本研究的局限性：首先，本研究的样本量较小；其次，SNAP及PDWI-VISTA序列为三维冠状面成像，而T1WI-BB及T2WI-BB为二维横轴面成像，存在几种序列参数不一致及成像方向不一致的问题，会造成一定的误差，但本研究中都是在原始图像上进行测量及比较的；第三，由于研究中主要通过客观性指标(SNR、SDNR及CNR)来评价图像质量，但各序列的分辨率有差异，SNAP序列的体素大于其它序列，这可能会影响到图像的SNR及CNR；第四，颅颈部尤其是颅内血管的管壁较薄，测量误差较大，会对结果造成一定的影响，而且数据测量可能会受到主观因素的影响，因此需要进一步进行更大样本量的研究去证实；第五，本研究没有使用订制的线圈，可能对图像质量产生影响；最后，本研究通过特征性的影像表现诊断了20例壁内血肿，并没有病理结果，需要后续的临床复查及病理验证。

总之，SNAP序列仅用一次扫描即可获得MRA和血管壁图像，且不需要注射对比剂，能够节省大量检查时间。本研究结果显示SNAP序列上管腔和管壁的SNR明显优于其它3个序列，SNAP序列在识别壁内血肿方面较其它3个序列具有优势，表明了SNAP序列在临床实践中具有实用性；此外，SNAP序列在图像对比度等其它相关参数方面还有待于进一步优化，在一些复杂情况下可能需要多序列MR成像技术，从而为临床全面评估颅颈动脉病变患者的血管腔和血管壁的情况提供更全面的信息，指导下一步治疗。