磁共振b-SSFP序列在老年2型糖尿病肾病肾动脉成像的应用价值

颜美静,李仕红,林光武

复旦大学附属华东医院放射科,上海 200040

糖尿病肾病(diabetic kidney disease, DKD)目前已经成为老年人发生终末期肾病的主要原因[1-2],约20%的糖尿病患者受影响[3],其中90%为2型糖尿病(type 2 diabetes mellitus, T2DM)。随着人口老龄加速, T2DM发病率日益攀升, DKD逐渐成为全球公共卫生问题。T2DM患者糖耐量异常早期即可通过氧化应激、炎症和免疫系统的激活等机制作用于微血管和大血管,引发慢性心血管疾病,导致动脉粥样硬化、肾病进展[4]。

由T2DM发展的老年2型糖尿病肾病(type 2 diabetic kidney disease, T2DKD)在临床治疗中要充分考虑患者的肾功能情况,需要对患者的肾动脉进行评估。目前肾动脉检查方法众多,选择更为安全有效的检查技术尤为重要。数字减影血管造影(digital subtraction angiography, DSA)作为血管疾病检查的金标准,是一项侵入性检查技术;计算机断层血管造影(computed tomography angiography, CTA)存在电离辐射,且需要相对高剂量的碘对比剂;超声检查(ultrasound, US)受操作者技术水准影响较大。对比增强磁共振血管成像(contrast-enhanced magnetic resonance angiography, CE-MRA)诊断价值高,无电离辐射,安全性高,能够可靠评估肾血管疾病、显影副肾动脉[5],但近年来钆对比剂导致的肾源性系统性纤维化(nephrogenic systemic fibrosis, NSF)和钆脑沉积引起高度关注[6-7]。NSF是一种以多器官纤维化为特征的严重的全身性进展性疾病,在肾功能受损严重的患者中行钆增强造影所造成的NSF的潜在性危害尚不足以忽略。有国外文献报道证实增强造影后脑中钆沉积[8-9],虽然能否导致不良生物学行为还有待研究,但仍值得重视探讨。

平衡式稳态自由进动序列(balanced steady-state free precession, b-SSFP)作为一种无需对比剂的磁共振检查技术,安全、高效、信噪比高,能提供良好稳定的图像对比度,近年来在肾动脉成像的应用中不断开展。本文旨在比较b-SSFP-MRA和CE-MRA在T2DKD肾动脉成像的图像质量、分支数显影情况,为临床老年T2DKD肾动脉影像学检查评估提供最佳方案。

1 材料与方法

1.1一般资料收集2012年1月—2022年11月在复旦大学附属华东医院经临床诊断为DKD行肾动脉MRA的老年受检者165例,年龄60岁～85岁,平均(73.7±11.1岁),其中男性123例,女性42例。根据受检技术将受检者分为b-SSFP-MRA组(n=105)和CE-MRA组(n=60),其中b-SSFP-MRA组年龄60～85岁,平均(73.9±12.1岁),男性77例,女性28例; CE-MRA组年龄60～82岁,平均(73.6±10.6岁),男性46例,女性14例。参照2012年改善全球肾脏病预后组织(KDIGO)发布的CKD指南和中华医学会内分泌病学分会专家共识对DKD进行的临床分期[10],将指南中的低到高危DKD患者归为轻中度T2DKD,极高危DKD患者归为重度T2DKD(b-SSFP-MRA组轻中度62例,重度43例;CE-MRA组轻中度37例,重度23例)。比较b-SSFP-MRA组和CE-MRA组年龄、性别、病情轻重程度、心血管疾病家族史、并发症等,采用组间资料统计学分析(P>0.05), 2组受检者一般资料差异无统计学意义,具有可比性。

纳入标准： (1)年龄≥60岁; (2)符合DKD诊断标准[11]; (3)2型糖尿病引起的DKD; (4)能配合磁共振检查。排除标准： (1)钆对比剂过敏; (2)既往腹主动脉及肾动脉支架植入史。

1.2检查方法使用德国西门子公司生产的Skyra 3.0T MRI成像系统,采用体部相控阵线圈。对所有受检者在检查前行呼吸训练,使其能够规律呼吸及必要时屏气。

1.2.1 磁共振肾动脉b-SSFP序列 b-SSFP序列采用导航门控和选择性反转恢复(inversion recovery, IR)脉冲轴位扫描,范围覆盖双侧肾脏,扫描时患者平静呼吸。导航门控放置膈顶水平,使用两个独立的IR脉冲来抑制肾脏背景静态组织信号及成像区域流入静脉信号对成像的影响。第一个IR脉冲覆盖成像视野,第二个IR脉冲放置位置低于前者以抑制来自下腔静脉的静脉信号。扫描参数： TR： 2 200 ms, TE： 1.59 ms,相位编码方向为前后方向,加速因子2.0,体素大小为1.3 mm×1.3 mm×1.1 mm,信噪比1.00,读出FOV： 320 mm,相位FOV： 240 mm,层厚1.1 mm,翻转角90°。

1.2.2 磁共振肾动脉CE-MRA序列 CE-MRA序列采用三维快速梯度回波冠状位扫描,范围覆盖双侧肾脏和部分腹主动脉。按0.2 mmol/kg注射钆喷酸葡胺(Gd-DTPA),以2.5 mL/s的速率在注射期间获得血管造影图像,给予对比剂后,以同等速率注射20 mL盐水冲洗,扫描过程中要求患者屏住呼吸,图像采集时间为20 s。扫描参数：TR： 2.98 ms, TE： 1.07 ms,相位编码方向为左右方向,加速因子3.0,体素大小为0.9 mm×0.9 mm×1.1 mm,信噪比1.00,读出FOV： 420 mm,相位FOV： 393.8 mm,层厚1.1 mm,翻转角25°。

1.3图像后处理及评价内容所有图像均传入Siemens syngo.via处理分析,采用最大密度投影(maximum intensity projection, MIP)技术对原始数据进行重建,得到三维肾动脉图像。由2名有经验的MRI医师独立阅片,对所获图像进行分析和评估,产生分歧时协商直至达成共识。对肾动脉MIP重建图像进行评价,图像质量及分支数显影采用4级Likert评分。图像质量分级： Ⅰ 级：图像质量差,由于严重伪影,诊断信息无法获得; Ⅱ级：图像质量一般,图像有伪影,血管边缘模糊或信号强度低,尚可评价; Ⅲ 级：图像质量中等,伪影少,血管信号强度高,边缘较清晰; Ⅳ 级：图像质量好,基本无伪影,血管边缘锐利。分支数显影评分：仅主干显影记为1分,主干和一级分支显影记为2分,主干和一、二级分支显影记为3分,以此类推。

1.4统计学分析采用SPSS 26.0软件进行统计学分析。肾动脉图像质量评分及分支数显影评分数据采用非参数wilcoxon秩和检验进行比较,P<0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

2.1老年受检者肾动脉图像质量和分支数显影情况分组统计老年受检者共165例。b-SSFP-MRA组共105例,其中轻中度T2DKD组62例,重度T2DKD组43例; CE-MRA组共60例,轻中度T2DKD组37例,重度T2DKD组23例。见表1。

2.2老年轻中度T2DKD受检者肾动脉图像质量和分支数显影情况由于b-SSFP-MRA组1例受检者腹腔积液、 1例受检者右肾萎缩,肾动脉显影浅淡无法评估,不参与此次肾动脉分支数显影评分。两种检查方法所示老年轻中度T2DKD受检者肾动脉的图像质量和分支数显影情况均显示出较好的一致性(P>0.05),二者差异均无统计学意义。见表2和图1。

表1 b-SSFP-MRA和CE-MRA肾动脉图像质量和分支数显影情况

表2 老年轻中度T2DKD受检者b-SSFP-MRA和CE-MRA肾动脉图像质量和分支数显影情况的比较分析

注： 1A、 1B为b-SSFP-MRA图像; 1C、 1D为CE-MRA图像。1A、 1B图像质量Ⅳ级,肾动脉主干及二、三级分支显影清晰。1C图像质量Ⅳ级,肾实质部分肾动脉分支显示。1D图像质量Ⅲ级,部分血流信号不均,右侧肾内二、三级分支显影。图1 老年轻中度T2DKD受检者肾动脉MIP图像

2.3老年重度T2DKD受检者肾动脉图像质量和分支数显影情况由于b-SSFP-MRA组2例受检者重度动脉硬化,肾动脉显示不清,不参与此次肾动脉分支数显影情况评价,余受检者顺利纳入研究。两种检查方法所示老年重度T2DKD受检者肾动脉的图像质量显示出较好的一致性(P>0.05),差异无统计学意义;对分支数显影情况进行统计分析,发现两种检查方法的差异具有统计学意义(P<0.05),在b-SSFP组能观察到更多的分支数。见表3和图2。

3 讨论

临床治疗DKD引起的终末期肾病时,需要评估肾动脉狭窄的程度及肾血流灌注状况,以期达到精准治疗的目的。

该项研究中, b-SSFP-MRA与CE-MRA两种成像方法所得肾动脉的图像质量没有显著差异, b-SSFP-MRA同样可以提供质量良好的肾动脉影像,这同既往文献报道一致[12-13]。磁共振b-SSFP序列是一种以T2/T1加权图像对比、高信噪比及固有流动补偿为特征的三维快速成像技术,且T2/T1比值越高,组织信号强度就越强。相较于大部分软组织,血液等液体成分具有较长T2值和较短T1值,因此肾动脉能呈现高亮信号。该序列在层面选择、相位编码和频率编码三个空间编码梯度上均施加相位补偿,弥补流动信号失相位造成的信号损失,残余磁化矢量得以达到真正稳定的磁化状态;同时该序列采用很短的TR和TE,单层图像采集时间短,成像速度快,缩短成像时间的同时不会降低信噪比、不影响图像质量,在肾动脉成像中能提供稳定的血管信号强度。此外,该序列结合导航门控、 IR脉冲和脂肪抑制技术,提高流入肾动脉和背景静态组织间的信号对比,进一步提高了肾动脉的图像质量。

部分文献表明[14-16]磁共振b-SSFP技术较于CE-MRA能提供更优的肾血管远端分支影像,这一结论与该项研究中两种检查方法对老年重度T2DKD患者的分支数显影情况的比较结果一致(见表3和图2),而在老年轻中度T2DKD患者的分支数比较中并未体现。造成两种检查方法对老年重度T2DKD患者分支数显影情况的不同可能有以下几点原因：(1)CE-MRA需要受检者屏气以消除呼吸伪影,对于病情重、屏气困难的老年患者来说难以配合。呼吸引起的腹部脏器和肠系膜运动会导致肾动脉模糊,膈肌的自主活动也会引起肾脏活动,即使轻微的运动也将损害图像质量。这些运动相关的伪影通常在肾动脉远端更加显著,降低了肾动脉远端分支血管的可视性; (2)对比剂注射速率、打药后扫描时机难以精准把控,其中较为关键的是K空间中心和动脉钆浓度峰值的同步。若过早获取K空间中心数据,则会产生振铃伪影,获取K空间中心数据太晚,会错过最大动脉信号强度; (3)由于有对比剂注入,动脉显影可能伴随肾实质强化和肾静脉污染,血管远端分支对比度下降,而这点在临床工作中并非偶然事件; (4)CE-MRA需要在屏气期间采集数据,该时段观察到的平均净肾位移大于通常使用的体素大小,降低了远端肾动脉显影的可能,也限制了空间分辨率; (5)磁共振b-SSFP序列采用IR脉冲抑制肾脏背景组织信号和成像区域的静脉信号,无对比剂干扰,能提供良好的组织信号对比,有利于流入增强呈高亮信号的肾动脉显影; (6)门控导航技术在呼气末采集图像,使MRI信号采集时段发生于呼吸运动相对停止的平台期,能减少呼吸伪影,提供高空间分辨率图像;同时门控导航技术无需患者屏气即可见到肾动脉主干及外周分支,检查要求较低,受检者配合度高。

表3 老年重度T2DKD受检者b-SSFP-MRA和CE-MRA肾动脉图像质量和分支数显影情况的比较分析

注： 2A、 2B为b-SSFP-MRA图像; 2C、 2D为CE-MRA图像。2A图像质量Ⅲ级,肾实质部分动脉分支可见,右肾动脉起始处狭窄(白色箭头所示)。2B肾动脉血管边缘模糊,远端显影浅淡,分支显示差,图像质量评为Ⅱ级。2C图像质量Ⅳ级,管壁光滑锐利,肾内动脉分支被强化肾实质掩盖,显影不清。2D图像质量Ⅲ级,仅肾动脉主干可见,左侧肾动脉及下方副肾动脉远端不可见,被肾静脉及强化肾实质掩盖。图2 老年重度T2DKD受检者肾动脉MIP图像

进一步剖析两种检查方法在老年轻中度T2DKD患者的分支数显影情况中无差异这一结果,本研究认为与老年轻中度T2DKD患者行CE-MRA检查时配合度较高、检查较顺利,图像受影响相对较小有关。由于既往文献均不涉及病情轻重分组的肾动脉研究,老年T2DKD患者病程长、疾病影响要素众多,今后还需要更大的样本量来进一步探讨病情程度不同的老年T2DKD患者肾动脉远端分支显影情况。总体而言, b-SSFP-MRA在肾动脉分支的显影中表现优良,对比CE-MRA并不体现出劣势。T2DKD引起的动脉粥样硬化性狭窄主要发生在肾动脉主干,但肾内节段性动脉的可视性尚需重视,因为肾动脉肌纤维发育不良易累及外侧肾动脉。

该项研究尚有几点不足之处： (1)由于本研究为回顾性研究,很少有老年T2DKD患者同时行b-SSFP-MRA和CE-MRA,难以用两种检查方法对同一支肾动脉影像进行成像比较; (2)纳入的样本量相对较少。

尽管磁共振b-SSFP序列优点显著,但仍有不足： (1)该序列视野小,容积覆盖范围有限,轴向采集效率低下,可能无法显示来自图像容积外的副肾动脉; (2)该序列是流量依赖性技术,肾动脉血流量减少会导致患者的图像质量下降; (3)b-SSFP-MRA会高估肾动脉狭窄[17],原因是血流特征会随着高度狭窄而发生流入减少或复杂血流引起体素内失相,导致狭窄病变远端信号强度丧失。相比b-SSFP-MRA, CE-MRA在诊断肾动脉狭窄方面有更高的特异性和阳性预测值,冠状位扫描对副肾动脉的显影更有优势[18]。因此肾动脉b-SSFP-MRA发现有倾向于发展成具有血流动力学意义的狭窄或副肾动脉病变时,建议行CE-MRA或DSA进一步明确。

以上研究表明,对于单纯评估老年T2DKD肾动脉受累情况,磁共振b-SSFP序列是一种较好的无创选择方式。此外,该项技术还可在一些患者中可以作为CE-MRA的合理替代方案,包括肾功能减退存在钆对比剂所致的潜在NSF风险的患者、无法配合CE-MRA屏气检查、肾功能较差及患有严重肾病的患者。

综上,磁共振b-SSFP序列无辐射、无需对比剂,安全性更高,信噪比好,能在血液和软组织之间产生高对比度,成像质量良好,可作为肾动脉及其分支检查的有效方法,在老年T2DKD肾动脉非增强磁共振血管成像中有巨大的应用前景。