劉 新

非增強MR血管成像(non-contrast-enhanced MR angiography, NCE-MRA)近期已成為MRA領(lǐng)域的一個研究熱點[1]，推動NCE-MRA研究的主要原因是MR對比劑在腎功能不全患者的使用開始受到限制。過去認為MR含釓類對比劑的副作用很小，對人體不構(gòu)成威脅。但近期大量的研究資料表明，這類對比劑對腎功能有潛在的損害，尤其是腎功能不全的患者可引起一種致命的并發(fā)癥，稱為腎源性系統(tǒng)纖維化(nephrogenic systemic fibrosis, NSF)，其發(fā)生率為4.0%～22.3%[2-4]。該病已引起國內(nèi)外的廣泛關(guān)注，美國食品藥品管理局(FDA)在2006年6月頒布一項有關(guān)使用含釓對比劑的指南，明確要求腎小球濾過率在正常值(60 ml/min)以下時禁止使用該類對比劑。該指南還警告要進行肝移植或剛剛完成肝移植的患者或有慢性肝病的患者，如果他們存在任何程度的腎功能不全也會發(fā)生腎源性系統(tǒng)纖維化。這個限制對外周血管疾病的患者顯得更為突出，由于周圍動脈閉塞性疾病主要是由動脈粥樣硬化或糖尿病所致，而這類患者往往合并有腎動脈狹窄以及腎功能損害，他們因此而失去了外周動脈造影檢查的機會。

對于外周血管成像，除了對比劑的潛在危害，增強MRA本身在技術(shù)上還有一定的局限性，尤其是下肢及手部和足部的動脈成像，常常會出現(xiàn)明顯的靜脈污染。盡管一些新的動態(tài)增強血管成像技術(shù)的應(yīng)用，例如西門子的Twist和GE公司的Tricks等可以顯著減少靜脈顯影的機會，但較低的空間分辨率仍然限制了細小血管病變的診斷。

因此，發(fā)展一項有效的外周血管非增強成像技術(shù)，作為增強MRA的補充手段，并將其應(yīng)用于一些特殊的患者(腎功能不全或其他原因不能使用MR對比劑的患者)和特殊的部位(四肢遠端的血管)，具有重要臨床意義和巨大應(yīng)用潛力。

目前，非增強MRA的研究主要是基于1.5 T MR系統(tǒng)。非增強MRA主要有兩個技術(shù)難點，一是如何消除靜脈和其他軟組織的背景；二是如何獲取穩(wěn)定和高信噪比的動脈圖像。筆者從以上兩個方面對外周血管非增強MRA技術(shù)的發(fā)展和現(xiàn)狀進行綜述。

1 靜脈和其他軟組織背景的消除

對于非增強MRA技術(shù)而言，消除靜脈和其他軟組織背景的方法主要有兩種，一是利用動脈血液的流入增強效應(yīng)來消除靜脈和其他軟組織的信號。傳統(tǒng)的時間飛躍法(time-of-flight,TOF)是這種方法的典型代表。成像容積或?qū)用鎯?nèi)的靜止組織受到短TR梯度回波的反復(fù)激發(fā)產(chǎn)生飽和形成低信號，而成像容積之外未經(jīng)飽和的血液流入成像容積層面時形成較高的信號。靜脈的消除則通過預(yù)飽和技術(shù)，在動脈血流的反向方向施加厚層塊的飽和帶，使流入的靜脈血液提前飽和。TOF是最古老和經(jīng)典的非增強MRA技術(shù)，目前仍然被用于腦血管的臨床檢查，但由于受血液流入效應(yīng)的限制，TOF的成像范圍或空間分辨率十分有限，因而不適用于大范圍的下肢血管成像[5]。

近期發(fā)展的一些非增強MRA方法也采用了類似TOF的成像原理。例如反轉(zhuǎn)恢復(fù)時空標記血管成像技術(shù)(time-spatial labeling inversion preparation, Time-SLIP)[6]，其基本原理是用反轉(zhuǎn)脈沖標記掃描層面上游動脈血中的質(zhì)子，使血液中質(zhì)子的磁化矢量發(fā)生反轉(zhuǎn)，經(jīng)過一定的延遲時間（反轉(zhuǎn)時間）后，被標記的質(zhì)子流入掃描層面，得到標記后的圖像，然后在其他參數(shù)不變的情況下不施加反轉(zhuǎn)脈沖對同一層面進行信號采集，得到未標記的圖像。通過選擇合適的反轉(zhuǎn)時間并進行重復(fù)間斷采集，可明顯抑制背景組織信號。該方法的優(yōu)點是具有優(yōu)越的動脈信噪比和對比度，缺點是最佳反轉(zhuǎn)恢復(fù)時間隨患者的心率和心臟輸出量的變化而變化，血流信號容易受到影響。由于受反轉(zhuǎn)恢復(fù)時間的限制，成像范圍有限，目前該方法主要用于腹部、腎動脈以及頸動脈的血管成像[7-9]。

非增強MRA消除靜脈和周圍軟組織背景的另一種方法是減影。這種方法需要采集2次圖像，一次是動脈和靜脈均為高信號的動脈“亮血”圖像，另一次是動脈為低信號而靜脈為高信號的動脈“黑血”圖像，兩者相減，即可得到僅有動脈的血管圖像。具體方法是通過心電門控技術(shù)，在心臟舒張期利用“亮血”序列(例如快速自旋回波、穩(wěn)態(tài)自由進動等)采集動脈和靜脈的信號，此時由于動脈和靜脈流速比較慢而均呈現(xiàn)高信號。收縮期動脈血流速度遠遠高于靜脈，此時在“亮血”序列采集血流信號前加上一個血流敏感梯度脈沖，對流速較快的動脈血流信號產(chǎn)生抑制，就會得到動脈低信號而靜脈仍為高信號的動脈“黑血”圖像。這種方法的技術(shù)關(guān)鍵是在最大程度抑制動脈血流信號的同時，盡量保持2種圖像中靜脈的信號接近。減影法不依賴血液的流入，圖像采集時間、成像范圍和空間分辨率均可以得到顯著提高。此外，外周血管位置相對固定，不受呼吸和心跳運動的影響。因此，目前大部分外周血管非增強MRA所采用的方法是減影法。

目前用于抑制血流的技術(shù)有2種，分別是血流擾相梯度脈沖(flow-spoiled gradient pulses)[9]和血流敏感散相脈沖(flow-sensitive dephasing, FSD)[10-11]。血流擾相梯度脈沖對收縮期流速較快的動脈血流信號有明顯的抑制作用，而對舒張期流速較慢的動脈血和靜脈血影響不大。因此在收縮期采集血流信號前施加血流擾相準備脈沖，即可獲取動脈“黑血”、靜脈“亮血”的圖像。它的缺點是擾相梯度必須施加在讀出梯度的方向，即必須與血管平行的方向，這種特性限制了它在走向復(fù)雜的手部和足部動脈的應(yīng)用。FSD是近年血管壁成像中用于抑制動脈血流信號產(chǎn)生“黑血”效果的技術(shù)[11]，它基于血流敏感梯度，離散流體中運動自旋的相位，使血流失去信號。FSD的一個顯著特性是它對血流信號的抑制能力取決于磁場梯度一階矩[first-order gradient moment (m1)]和血流速度。因此，只要找出一個適當?shù)膍1值，就能利用動靜脈血流速度的差別，最大程度抑制動脈血流信號的同時盡量保留靜脈的血流信號。FSD具有速度快，視野大，對復(fù)雜血流抑制徹底等特點，非常適用于下肢動脈成像。此外，F(xiàn)SD可以同時在3個梯度方向上施加，因而也適用于手部和足部的血管[12-13]。

2 穩(wěn)定和高信噪比血流信號的產(chǎn)生

要獲取穩(wěn)定和高信噪比的外周動脈圖像，除了增加提高血流信號的補償脈沖(例如T2準備脈沖)和減低運動偽影的技術(shù)外，采集動脈血流信號的脈沖序列是其中的關(guān)鍵。早期研究者采用的成像序列是基于半傅立葉轉(zhuǎn)換的三維快速自旋回波[9，14-15]。該方法以血流擾相梯度脈沖作為準備脈沖，分別在心臟舒張期和收縮期采集動脈“亮血”和“黑血”圖像。該方法的優(yōu)勢是快速自旋回波采集血流信號具有良好的信噪比，而且不依賴于血液的流入效應(yīng)，因而可用于行程較長的下肢動脈和流速較慢的末梢血管。其缺點是，自旋回波在血流速度過快或血流紊亂時，可發(fā)生信號丟失，導(dǎo)致對血管狹窄程度的高估，對下肢動脈50.0%以上顯著性狹窄診斷的敏感度、特異度和準確度分別為85.4%、75.8%和79.4%[15]。此外，較長的成像時間也限制了該技術(shù)在臨床上的應(yīng)用。

針對上述方法采集時間長的問題，西門子公司對該技術(shù)進行了改良，推出了一種用于下肢血管的非增強MRA序列，稱為Native-Space[16]。該方法采集血流信號的序列仍然是快速自旋回波，最主要的改進是采用可變反轉(zhuǎn)角技術(shù)，在掃描速度和空間分辨率上較前有了較大的提高。國內(nèi)某醫(yī)院與西門子公司聯(lián)合開展了Native-space下肢動脈成像的臨床測試，從目前的應(yīng)用來看，該方法在健康志愿者或下肢血管沒有顯著病變的患者中，Native-space的成像效果非常理想，但對有嚴重狹窄的下肢血管，狹窄遠端血流信號丟失嚴重，下肢遠端血管（包括手部和足部的動脈）的圖像質(zhì)量仍然不十分理想，其核心問題仍然是Native-space采用的自旋回波對血流速度和模式比較敏感[9，14，16]。

針對基于自旋回波血管成像技術(shù)存在的問題，有學(xué)者于2008年提出了一種以FSD為準備脈沖的平衡穩(wěn)態(tài)自由進動序列(balanced steady-state free procession，SSFP或bSSFP)進行下肢動脈成像的方法[11]，力圖克服自旋回波技術(shù)對血流模式敏感的問題。該方法的基本原理與自旋回波血管成像技術(shù)相似，利用減影的方法消除靜脈和其他靜止軟組織的背景。最大的區(qū)別是用SSFP序列代替快速自旋回波采集血流信號，并加以T2準備脈沖增強血流信號。SSFP序列早在1986年由Oppelt等提出，但由于當時MR硬件的不足使其應(yīng)用受到限制。近年來，隨著梯度線圈切換率不斷提高，SSFP的應(yīng)用逐漸增多，例如膽管成像、胸腹血管成像等采用一個擾相位梯度回波，適用10°～15°脈沖角[17-20]。SSFP使用較大的反轉(zhuǎn)角(65°～90°)，在3個梯度方向上施加穩(wěn)態(tài)平衡梯度重聚磁化矢量，血流以較大的T2/T1比值呈現(xiàn)高信號。因此，SSFP不受血流速度和方向的影響，無論是血流復(fù)雜的病變血管，或者是血流緩慢的末梢血管均可獲取高信噪比的血管圖像，對血管狹窄具有很高的診斷準確性[8，21-22]。此外，SSFP成像速度快，技術(shù)成熟，具有很好的臨床實用性。大量的報道證實了SSFP用于血管成像所表現(xiàn)的優(yōu)異信噪比和穩(wěn)定性[21-23]。采用FSD作為獲取動脈“黑血”的準備脈沖，由于FSD可以在多個方向上施加血流抑制梯度，因而FSD-SSFP法可以用于血管走行比較復(fù)雜的手部和足部動脈成像[12-13]。

靜態(tài)間隔單次激發(fā)血管成像技術(shù)(quiescentinterval single-shot，QISS)是西門子公司近期提出的另一種下肢動脈非增強成像方法[24-25]。，它采用心電圖門控，于收縮期施加一個90°飽和脈沖和隨后的90°靜脈血流抑制脈沖之后，在舒張期利用單次激發(fā)的飽和脈沖和隨后的90°靜脈血流抑制脈沖之后，在舒張期利用單次激發(fā)的2D SSFP采集動脈血流信號。這種方法的特點是采集速度超快，不需要減影，血流信號不受血流模式、速度及運動偽影的干擾。缺點是靜脈血流抑制脈沖需要與血管走行方向平行，不能用于手部和足部的動脈成像。由于是2D采集，層面間空間分辨率較低，對病變細節(jié)顯示不夠。

筆者比較了FSD-SSFP和CE-MRA用于42例糖尿病患者下肢動脈成像的臨床價值[26-27]，42例患者均成功實施FSD-SSFP檢查，平均成像時間為(4.0±0.7)min。42例83條患肢共獲取249個節(jié)段，其中1例6個節(jié)段的圖像輪廓不清，信號不均勻，不符合診斷要求。具有診斷價值的血管節(jié)段共243個(98%)。243個動脈節(jié)段中，CE-MRA共顯示87個顯著性狹窄，其中FSD-SSFP圖像上觀察者甲醫(yī)師和乙醫(yī)師對這些狹窄高估分別有5個和4個，低估分別有8個和5個，F(xiàn)SD-SSFP非增強MRA診斷50%動脈狹窄的平均敏感度、特異度、準確度分別為93.1%、96.8%和95.5%，2名觀察者Kappa分析值為0.91，具有高度的一致性。結(jié)果表明，F(xiàn)SD-SSFP非增強MRA在臨床上可以作為腎功能不全或其他原因不能使用對比劑患者進行下肢動脈成像的補充檢查方法。

目前，盡管在GE、西門子和飛利浦的1.5 T成像系統(tǒng)上尚無商業(yè)化的外周血管非增強血管成像序列，但隨著技術(shù)的進一步完善和應(yīng)用，外周血管非增強MRA短時間內(nèi)必將成為臨床MRA大家庭的一員，作為對比增強MRA的一個補充手段，為腎功能不全和其他不能使用對比劑的患者帶來機會。

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