新型非对比剂增强MR血管成像技术用于肝门静脉成像的可行性研究

钟志明, 潘 慧, 班统幸, 刘然申, 陈 鹏, 蒋洁瑛

广西国际壮医医院放射科, 广西 南宁 530201

肝门静脉解剖的准确显示有利于提高肝病手术的成功率和减少术后的并发症[1-3]。目前常用的影像检查技术有数字减影血管成像(digital subtraction angiography,DSA)、CT血管成像(computed tomography angiography,CTA)或对比增强磁共振血管成像(contrast enhanced magnetic resonance angiography,CE-MRA)、超声(ultrasound,US)。US能够无创伤无辐射地显示肝门静脉的解剖结构、变异及病变情况,但易受操作者和肠管气体的影响,有时无法清晰地显示血管全貌[4]。DSA、CTA或CE-MRA是目前几乎公认的评价肝门静脉的金标准[5],但它们都是有创或微创的,且DSA和CTA存在电离辐射风险,另外碘或钆对比剂的注射不仅会增加医疗成本,还可能导致对比剂不良反应[6-8]的危险。目前,非对比剂增强磁共振血管成像(non-contrast enhancement magnetic resonance angiography,NCE-MRA)方式逐渐在临床上广泛应用,主流技术为基于平衡式稳态自由进动序列(balance steady state free precession,B-SSFP)的平衡式梯度回波序列(balance turbo field echo,BTFE)[9,10]。非对比剂非触发增强磁共振血管成像技术(relaxation-enhanced MR angiography without contrast and triggering,REACT)是一种新型的NCE-MRA技术,在胸锁下动脉[11]、颅外动脉[12]等血管成像有着较好的评价,但其对于肝门静脉血管成像效能还有待考究。本研究通过对比分析BTFE与REACT两种序列在肝门静脉血管成像上的显示效能,旨在为临床与患者提供一种更便捷安全、适用范围更广的血管成像方式。

1 资料与方法

1.1 研究对象

在2023年4—8月,选取22名健康志愿者在广西国际壮医医院磁共振室依次进行上腹部BTFE序列、REACT序列成像,得到BTFE组和REACT组两组实验数据。其中,男性志愿者为10例,女性12例,年龄20～39岁,平均年龄(24±4)岁。本研究已通过医院伦理委员会的批准,所有健康志愿者均无磁共振检查禁忌证,志愿者本人或其家属都已知晓并签署知情同意书。

1.2 扫描方法与技术参数

22名健康志愿者均无需进行呼吸训练,但应嘱咐检查过程中切勿挪动。对22名志愿者在1.5T超导MR扫描仪(Philips 1.5T Prodiva CX)头先进,双手上举依次行上腹部BTFE、REACT序列成像。BTFE序列与REACT序列均在自由呼吸状态下进行扫描,BTFE序列触发方式为呼吸触发(自由呼吸呼气末采集数据),而REACT序列则无需特定的方式进行触发采集。两种序列的抑脂方式有所不同,BTFE序列采用频率选择饱和法SPIR,更易受磁场均匀性的影响,视野范围四周容易抑脂失败,而REACT序列采用水脂分离技术(Dixon)则无此缺点。两组序列主要扫描参数如表1所示。

表1 两组序列主要扫描参数表

1.3 图像分析

1.3.1主观评价

由两位高年资医师采用盲法对BTFE组和REACT组图像门静脉整体显示质量进行评分。根据门静脉的解剖结构分成5级:主干是第1级,左支和右支是第2级,左右支段静脉是第3级,段静脉的分支作为第4级,再往下分为第5级。

整体图像质量评分标准:5分,主干和2～5级分支显示清楚,门静脉整体对比度好、光滑、连续,肝实质和背景组织信号弱,没有腹主动脉、肝动静脉的干扰和运动伪影;4分,主干和2～4级血管显示清楚,第5级血管显示模糊或未显示,1～4级血管对比度好、光滑、连续,肝实质和背景组织信号弱,有少许肝动静脉系统的干扰;3分,主干、左右分支及段静脉显示清楚,1～3级血管对比度好、光滑、连续,4级、5级血管显示模糊或未显示,肝实质和背景组织信号中等,存在肝动静脉系统的干扰与伪影;2分,主干及左右分支显示清晰,1～2级血管对比度好、光滑、连续,其余血管显示模糊或未显示,肝实质和背景组织信号高,有肝静脉系统的干扰和运动伪影;1分,主干显示清晰,2级及以上分支血管显示模糊或未显示,存在明显的腹主动脉或肝动静脉系统的干扰和运动伪影。

图像质量评分≥3分,则可判断为有诊断意义。

1.3.2客观评价

测量肝门静脉主干、门静脉右支、门静脉左支的最小与最大信号强度比值(ratio of minimum to maximum signal intensity,RSI)、信噪比(signal to noise ratio,SNR)以及对比信噪比(contrast to noise ratio,CNR),计算方法如下:

SNR=血管信号强度/背景噪声强度;CNR=(血管信号强度-肝实质信号强度)/血管信号强度;RSI=最小信号强度/最大信号强度。

测量位置及大小:在肝门静脉主干、门静脉右支、门静脉左支各血管中段位置分别画50 mm2、30 mm2、30 mm2大小感兴趣区(region of interest,ROI);肝实质ROI大小为50 mm2,选取位置注意避开血管与伪影;背景噪声ROI大小为100 mm2,选取位置为门静脉右支与左支分叉处水平线上,相位编码方向距皮肤表面5 mm处(如图1所示)。RSI值为肝门静脉主干、左右支3个ROI处的平均值。为保证结果的准确性与可信度,两组图像ROI的放置位置与大小需保证一模一样,每个数据都测量3次,把3次测量值的平均值作为最后的计算值。

图1 感兴趣区示意图

1.4 统计分析

2 结果

2.1 主观评价

两名诊断医师对于BTFE组和REACT组中肝门静脉整体图像显示质量评分如表2所示。两名医师对BTFE组和REACT组中肝门静脉图像质量评分的一致性检测,Kappa值分别为0.64和0.68,一致性较好。REACT组图像质量平均评分(3.86)略高于BTFE组(3.2),两组间差异具有统计学意义(Z=-4.6,P<0.05)。从整体图像可看到,REACT组图像背景信号抑制更加干净,肝门静脉血管成像显示更为清晰(如图2所示)。

图2 REACT序列与BTFE序列门静脉血管成像质量对比

表2 两位医师对BTFE组和REACT组上肝门静脉图像质量评分结果与一致性检测分析

2.2 客观评价

Shapiro-Wilk检验显示,BTFE组和REACT组两组图像的RSI数值符合正态分布, SNR、CNR符合偏态分布,因此两组数据的RSI采用配对t检验,而SNR、CNR采用配对秩和检验。统计结果如表3所示,BTFE组的RSI数值略高于REACT组(0.81vs0.76),REACT组的SNR、CNR均高于BTFE组,两组之间的差异性均有统计学意义。

表3 BTFE组和REACT组客观评价参数比较

3 讨论

肝移植、部分肝切除等手术是全球公认的治疗终末期肝病的最有效手段[13],肝门静脉解剖的准确显示有助于改善手术的成功率和减少术后的并发症。显示门静脉解剖的常用影像检查技术有US、DSA、CTA、CE-MRA。DSA是目前公认的评价肝门静脉的金标准[5],但它是有创的、易发生过敏反应且电离辐射大。US虽无创无辐射但易受检查操作REACT序列是一种新型的能应用于全身多部位的NCE-MRA技术,在胸腹部有良好的大范围抑脂效果和血-组织对比度[11,21],可得到高质量的血管图像,这是基于它自身的序列结构所致。REACT本质为带Dixon的3D超快速梯度回波序列(3D TFE)加IR脉冲再加T2准备脉冲。Dixon技术具有很好的抑脂效果且不受磁场均匀性影响,而3D TFE序列本身也自带亮血功能。REACT用于血管成像时,3D mDixon TFE序列可使成像区域脂肪被抑制同时显示血管信号,IR脉冲的作用将背景信号抑制彻底进一步突出血管信号,而T2准备脉冲可增加背景信号和血管信号的差异同时增加动静脉信号差异。Pennig等[22,23]、Isaak等[24]、Tan等[21]将REACT序列应用于肺动静脉、胸主动脉等血管成像,均有着良好的图像质量和诊断效能。Gietzen等[25]研究表明,REACT序列血管成像对于马方综合征患者的胸主动脉直径的测量与经胸超声心动图具有良好的一致性,且不受视野上的限制,是一种极具吸引力的非对比剂胸主动脉增强血管成像方式。Terwolbeck等[26]、陶黎等[27]认为与BTFE序列相比,REACT序列在评估盆腔静脉系统与髂静脉上有更好的显示效能与诊断价值。REACT序列在全身大血管(包括动静脉)成像有着优质的大范围抑脂效果和血-组织对比度,可得到更高质量的血管图像。但目前在国内外还未见有REACT序列在门静脉血管成像上的应用研究。

本研究通过对比分析BTFE与REACT两种NCE-MRA技术在肝门静脉解剖上的显示效能,旨在探寻一种无创、无对比剂伤害、无需呼吸触发、有效评价肝门静脉解剖的磁共振血管成像技术,为临床提供更便捷更安全的成像方式以及更可靠的影像图像。通过实验研究,成功完成了22例健康志愿者肝门静脉成像。从两种NCE-MRA技术的图像中可发现,两种技术对于门静脉细小分支的显示效能都比较弱,特别是门静脉第4、5级分支血管的显示。这是因为不管是BTFE序列还是REACT序列,血管成像质量与对应血管内血流量成正比,第4、5级门静脉分支血管管径较细、血流量较少导致成像质量欠佳。两组图像整体显示评分比较中发现,REACT组略高于BTFE组,主要原因是BTFE序列抑脂方式采用频率选择法易受磁场均匀性影响,同时成像质量易受屏气时长与呼吸规律等因素影响。两组图像质量比较中,肝门静脉主干以及左右支的整体显示质量评分、SNR、CNR在BTFE与REACT之间有显著差异,REACT序列的结果均要优于BTFE序列,原因在于REACT序列抑脂方式为Dixon技术不易受磁场均匀性的影响,且可使背景信号抑制更加干净,同时序列结构中IR脉冲和T2准备脉冲可进一步增加血管与背景组织的对比。

本研究尚存在一定的局限性:(1)研究对象均为健康志愿者,且年龄均比较年轻,呼吸配合较好且整体上比较规律,在后续研究中应将两种技术对比拓展应用到临床肝病患者;(2)由于本研究是健康志愿者实验,未采用DSA或增强血管成像(CTA或CE-MRA)作为对照标准,但研究主要目的是对比两种序列BTFE和REACT在肝门静脉的显示效能,故这一点并非是必要的;(3)样本量较小,在后续的研究中应增加样本量研究。综上所述,内置了Dixon技术的REACT行肝门静脉血管成像,其图像质量和细小血管分支显示效果,相对要优于平衡式自由稳态进动序列BTFE,期待后续在临床通过实际的病例应用来进一步证实。