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经验交流
MATRIX技术在急性下肢动脉硬化闭塞症诊断中的应用价值
王蓬 彭如臣 张伶 钟佳利

Cite this article as: Wang P, Peng RC, Zhang L, et al. Modulated flip angle techniques in refocused imaging with extended echo train for diagnosing lower extremity arteriosclerosis obliterans[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2022, 13(1): 126-129.本文引用格式:王蓬, 彭如臣, 张伶, 等. MATRIX技术在急性下肢动脉硬化闭塞症诊断中的应用价值[J]. 磁共振成像, 2022, 13(1): 126-129. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.01.026.


[摘要] 目的 探讨磁共振超长回波链可变回聚脉冲反转角成像序列(modulated flip angle technique in refocused imaging with extended echo train,MATRIX)对下肢动脉硬化闭塞症(arteriosclerosis obliterans,ASO)的诊断价值,为明确、可视化诊断下肢ASO提供新的影像学检查手段。材料与方法 前瞻性收集纳入下肢ASO患者22例,均于发病后进行MATRIX成像检查,同时行数字减影血管造影(digital subtraction angiography,DSA)检查。分别测算T1-MATRIX及T2-MATRIX的肌肉信噪比及血栓-血管对比信噪比,由两名经过培训的放射科医生分别对MATRIX图像采用双盲法判读,进行图像质量及诊断信心评分,统计分析观察者间的一致性。以DSA诊断结果为参考,计算应用MATRIX技术诊断下肢ASO的敏感度、特异度、准确度及阳性预测值和阴性预测值。结果 22例下肢ASO患者(211段血管)中68段血管发现血栓及斑块所致的闭塞。应用MATRIX技术检出下肢ASO的敏感度、特异度、准确度及阳性预测值和阴性预测值及分别为90.63%、93.20%、92.56%及85.29%、95.80%。MATRIX序列图像质量及诊断信心在两位观察者中具有良好的一致性(ICC值≥0.75,P<0.05)。结论 MATRIX技术能够实现下肢ASO的无对比剂检查成像,并可进行诊断,具有较高的图像质量及诊断效能,可应用于临床。
[Abstract] Objective To investigate the diagnostic value of magnetic resonance modulated flip angle techniques in refocused imaging with extended echo train (MATRIX) for lower extremity arteriosclerosis obliterans (ASO), to provide a new imaging method for the visualization and accurate diagnosis of lower extremity ASO.Materials and Methods: Twenty-two cases of lower extremity ASO were continuously included. Bilateral lower extremities of all the patients underwent digital subtraction angiography (DSA) and MRI (T1-MATRIX and T2-MATRIX sequences). Measure muscle signal-to-noise ratio (SNR) and thrombus-vessel contrast signal-to-noise ratio (CNR) of T1-MARIX and T2-MARIX. The differences and inter-observer consistency in image quality and diagnostic confidence were analyzed. DSA was used as the reference to calculate the diagnostic accuracy of MATRIX sequences for the detection of thrombus.Results In 22 patients with lower extremity ASO (211 vessels), occlusion caused by thrombosis and plaque was found in 68 vessels. Using DSA diagnosis as the reference criteria, the sensitivity, specificity, accuracy of detection, positive predictive value, and negative predictive value of lower extremity ASO in MATRIX at the level of vascular segments were 90.63%, 93.20%. 92.56%, 85.29% and 95.80%, respectively. The interobserver agreements in image quality and diagnostic confidence of the MATRIX sequences were excellent (ICC≥0.75, P<0.05).Conclusions MATRIX can realize contrast-free examination and imaging of lower extremity ASO, and can carry out definite diagnosis. It has high image quality and diagnostic efficiency, and can be applied to clinical practice.
[关键词] 下肢动脉闭塞;磁共振成像;黑血血栓成像;磁共振超长回波链可变回聚脉冲反转角成像序列;影像学检查
[Keywords] lower extremity arteriosclerosis obliterans;magnetic resonance imaging;black blood thrombus imaging;modulated flip angle technique in refocused imaging with extended echo train;imaging examinations

王蓬    彭如臣 *   张伶    钟佳利   

首都医科大学附属北京潞河医院放射科,北京 101199

彭如臣,E-mail:pengruchen@ccmu.edu.cn

全部作者均声明无利益冲突。


收稿日期:2021-07-19
接受日期:2021-11-26
中图分类号:R445.2  R543.5 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2022.01.026
本文引用格式:王蓬, 彭如臣, 张伶, 等. MATRIX技术在急性下肢动脉硬化闭塞症诊断中的应用价值[J]. 磁共振成像, 2022, 13(1): 126-129. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.01.026

       下肢动脉硬化闭塞症(arteriosclerosis obliterans,ASO)是指因下肢动脉形成粥样硬化斑块而引起动脉狭窄及闭塞,是导致下肢慢性缺血的一种病变[1]。近年来,随着人口老龄化及人们生活水平的提高,其发病率呈逐渐增高趋势[2],常伴有全身性病变,合并症多,严重影响生活质量[3]

       磁共振(magnetic resonance,MR)黑血成像技术是当前颈动脉、颅内动脉及冠状动脉斑块及狭窄影像学研究的热点,该技术能够很好地显示动脉管壁及血栓、斑块特征[4, 5, 6],因此MR黑血成像技术可应用于对下肢动脉血栓及斑块评估研究。Wang等[7]对MR黑血成像技术评估股动脉斑块情况进行重复性研究,证明其对股动脉斑块的诊断有良好的可重复性,但本研究仅局限于股动脉,未对下肢远端动脉进行研究,且入组病例较少;Han等[8]应用MR黑血成像技术对无症状老年人下肢动脉斑块进行了纵向研究,分析了下肢动脉斑块分布情况及相关危险因素,此研究选取无症状者,并未进行对比研究及可行性研究。磁共振超长回波链可变回聚脉冲反转角成像序列(modulated flip angle technique in refocused imaging with extended echo train,MATRIX)是一项以3D快速自旋回波(fast spin echo,FSE)序列为基础进行改进的黑血血栓成像技术,通过抑制动脉内的血流信号,显示血管管壁及管腔内血栓及斑块[9]。基于此,本研究应用MATRIX成像技术,评价图像质量、诊断信心,通过与数字减影血管造影(digital subtraction angiography,DSA)检查结果进行比较,评估其对下肢ASO的诊断效能。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       前瞻性地连续纳入2018年7月至2021年5月就诊于我院(首都医科大学附属北京潞河医院)血管外科的下肢ASO患者。纳入标准:(1)临床表现拟诊下肢ASO患者;(2)与MR检查间隔时间≤72 h进行DSA检查;(3)自愿签署知情同意书。排除标准:(1)下肢动脉支架术后者;(2)下肢骨及软组织肿瘤致血管狭窄者。本研究经过首都医科大学附属北京潞河医院医学伦理委员会批准(批准文号:2018-LHKY-008-03),受试者均已签署知情同意书。

1.2 检查方法

       联影3.0 T磁共振扫描仪(uMR 770),采用24通道相控阵脊柱线圈,12通道相控阵体线圈;仰卧位,足先入,扫描序列:冠状位T1-MATRIX、冠状位T2-MATRIX 序列。扫描范围:根据临床可疑血栓位置,分为髂动脉远段至股浅动脉上段、股浅动脉中下段至小腿动脉近段及腘动脉至小腿动脉远段3种,扫描参数:FOV:380 mm×380 mm,矩阵:320×320,扫描时间3~5 min。(1) T1-MATRIX:TR 750 ms,TE 18.1 ms;(2) T2-MATRIX:TR 3235 ms,TE 69.6 ms。

1.3 图像后处理

       处理工作站:uWS-MR,联影,重建参数:横断位,层厚1.0 mm,间隔0 mm。由两名经过培训的放射科诊断医师采用双盲法对图像进行评分。(1)图像质量:伪影严重,血管结构显示不清1分;部分层面存在伪影,血管结构可以显示2分;有细小的血管流动伪影,血管结构较清晰3分;无任何伪影,血管结构显示清晰4分。(2)诊断信心:1分,无法做出诊断;2分,诊断不明确;3分,确切诊断;4 分,精准诊断。

       肌肉信噪比(signal to noise ratio,SNR)、血栓-血液的对比噪声比(contrast to noise ratio,CNR):由两名经过培训的放射科诊断医师采用双盲法在血栓层面同时手动勾画肌肉、血栓、正常管腔及背景感兴趣区,测得肌肉、血栓、正常管腔信号强度及背景噪声标准差,重复测量两次,最终取平均值,进一步计算得到肌肉SNR及血栓-血液CNR。

1.4 统计学方法

       使用SPSS 20.0软件。采用组内相关系数(interclass correlation coefficient,ICC)统计分析2名观察者对于各序列图像质量及诊断信心评分的一致性。以DSA诊断结果为标准,比较计算MATRIX序列诊断下肢ASO的敏感度、特异度、准确度及阳性预测值、阴性预测值。

2 结果

2.1 一般资料

       本研究共纳入22例下肢ASO患者,排除2例下肢动脉支架术后者,年龄(67.00±11.15)岁,其中男17例,女5例。扫描范围为髂动脉远段至股浅动脉上段者12例,股浅动脉中下段至小腿动脉近段者8例,腘动脉至小腿动脉远段者2例。共计211段血管,其中MATRIX序列在68段血管检出阳性。各血管节段血栓检出结果见表1

       下肢动脉血栓在T1-MATRIX序列上多表现为明显高信号,部分表现为等稍低信号,在T2-MATRIX序列上信号较复杂,部分表现为高信号,部分表现为低信号(图1)。

图1  男,47岁,急性期下肢动脉血栓图像。图A~D分别为T1-MATRIX重建图像、DSA图像、T2-MATRIX横断位图像及同层面T1-MATRIX横断位图像。箭头所指为血栓。
表1  血管节段水平DSA检查和MATRIX血栓检出结果(个)

2.2 观察者间一致性分析

       MATRIX序列图像质量及诊断信心评分均不低于3分,可满足诊断需求,同时在2名观察者间具有良好的一致性(ICC值均≥0.75,P<0.001) (表2)。

表2  不同序列图像评估结果及观察者间的一致性分析

2.3 肌肉SNR、血栓-血液CNR情况

       肌肉SNR、血栓-血液CNR的计算结果显示,T1-MATRIX及T2-MATRIX序列信号强度均可满足血栓诊断需求。见表3

表3  T1-MATRIX与T2-MATRIX序列SNR与血栓-血液CNR结果比较(x¯±s)

2.4 各血管节段MATRIX血栓诊断准确度

       以DSA检查结果为参考标准,同步比较诊断性试验分析计算得出MATRIX技术下肢动脉血栓检出的敏感度为90.63%,特异度为93.20%,准确度为92.56%,阳性预测值为85.29%,阴性预测值为95.80% (表4)。

表4  血管节段水平MATRIX检出下肢ASO的比较诊断性试验结果(例)

3 讨论

       本研究前瞻性收集下肢ASO患者22例(211段血管),分别进行MATRIX及DSA检查,以DSA诊断结果为参考,MATRIX技术诊断下肢ASO的敏感度、特异度、准确度及阳性预测值和阴性预测值分别为90.63%、93.20%、92.56%及85.29%、95.80%;MATRIX序列图像质量及诊断信心在两位观察者中具有良好的一致性(ICC值≥0.75,P<0.05)。因此,MATRIX技术能够实现下肢ASO的无对比剂检查成像,具有较高的图像质量及诊断效能。本研究是国内首次探讨采用MR黑血技术对下肢ASO诊断的可行性,为下肢ASO诊断提供新的可行的检查手段。

       目前,DSA检查仍是诊断ASO的金标准,但DSA是一种有创性检查[10],检查给患者带来的辐射及风险较大;CT血管造影(computed tomography angiography,CTA)是目前常用的ASO诊断影像手段,但扫描范围广泛,辐射剂量较高,同时对肾功能较差者的检查有一定局限性,且有对比剂过敏风险[11, 12, 13];增强磁共振血管成像(contrast enhanced magnetic resonance angiography,CE-MRA)可进行多方位、多参数成像,通过后处理可得到直观影像,但CE-MRA需静脉注射钆对比剂,存在对比剂反应的风险,可能引起肾源性系统性纤维化[14, 15]

       因此,目前针对下肢动脉病变的MRI研究,重点是非对比剂增强MR的研究。Knobloch等[16]对静态间隔单次激发(quiescent-interval slice-selective,QISS) MRA在下肢动脉疾病诊断中的性能与FSE-MRA进行对比,认为其诊断性能明显高于后者,但未对其诊断效能进行更进一步的探讨分析。Varga-Szemes等[17, 18]在QISS-MRA技术对下肢动脉狭窄的应用中进行了很多研究,研究结果表明,QISS-MRA在下肢动脉狭窄情况的评估中有良好表现,但在磁场不均匀的情况下,易产生伪影,图像质量问题仍是其应用于临床的阻力。

       MR黑血成像技术通过抑制血液信号,提高血管壁的对比度,能够充分观察血管壁的形态及信号改变。现阶段,MR黑血序列的应用研究主要集中在冠状动脉及颈部动脉方面,在冠状动脉的相关研究中,MR黑血序列可提供覆盖全心的血管管腔及血栓的可视化成像新技术[19];而在颈部动脉的相关研究较成熟,MR黑血序列在颈部血管斑块性质及斑块内成分分析方面有很强的优势[20, 21]

       但目前应用MR黑血成像技术对下肢动脉的研究较少。Wang等[7]对MR黑血成像技术评估股动脉斑块情况进行重复性研究,证明其对股动脉斑块的诊断有良好的可重复性,与本研究结果一致,但研究仅局限于股动脉,未对下肢远端动脉进行研究,且入组病例较少;Han等[8]应用MR黑血成像技术对无症状老年人下肢动脉斑块进行了纵向研究,分析了下肢动脉斑块分布情况及相关危险因素,此研究选取无症状者,并未进行对比研究及可行性研究。因此,因此本研究选取MR黑血成像技术作为研究手段,以DSA检查结果未参考,探讨了MATRIX技术对下肢ASO的诊断效能。

       本研究所采用的MATRIX技术是基于可变反转角3D-FSE原理,利用迭代方法在反转角数据库中调制最优方案的黑血血栓成像技术,在传统MR黑血技术的基础上,能够缩短扫描时间,进而减少运动伪影产生的可能,同时,MATRIX技术抑制血流信号能力较强,血液流空呈低信号,能够有效减少血管搏动伪影影响的同时,能够获得更好的血管对比度;同时,MATRIX采用迭代重建算法,也能够在一定程度上减少伪影影响,有效改善图像质量。另一方面,下肢动脉若进行全程MR黑血成像,则扫描时间较长,患者易出现扫描不耐受现象,运动伪影产生可能性也明显增大。因此在我们的研究中,根据临床诊断血栓可能发生部位,对下肢动脉进行分段扫描,可有效避免这种现象出现,有助于获得较好的图像质量。良好的图像质量有效提高了诊断信心及诊断准确性。在本研究中,存在10例假阳性结果及6例假阴性结果,假阳性结果以髂总动脉、髂内动脉及髂外动脉为主,该范围动脉由于呼吸伪影及肠道蠕动伪影存在,影响图像质量,导致假阳性结果;动脉血栓的MR信号表现随血红蛋白状态、细胞内和细胞基质蛋白含量的变化及细胞内水分子状态而不同,急性期血栓主要由红细胞及纤维蛋白组成,纤维蛋白原及红细胞紧密包围血小板,动脉周边主要成分为纤维蛋白原[11],可利用正铁血红蛋白的短T1特性,与流空的动脉管腔形成明显对比;随着时间推移,红细胞内氧合血红蛋白代谢为脱氧血红蛋白和正铁血红蛋白,由抗磁性转变为顺磁性,同时随着红细胞膜的逐渐破裂,可能会选择性发生质子弛豫加速效应和/或选择性T2加速效应,缩短血栓的T2弛豫时间[12],表现为T2信号减低,部分血栓信号接近流空的血管管腔信号[13],对血栓存在与否的判断产生误导,进而影响MATRIX的血栓诊断结果,导致假阴性结果出现。

       本研究仍存在一些不足之处。本研究样本量偏小,仅局限于下肢ASO者,并未对下肢动脉病变进行全面分析,且未能结合症状严重程度、病程长短等临床特征,进一步分析MR信号特征、血栓、斑块性质与临床特征间关系;另一方面,未能对下肢ASO患者进行随访及预后观察。本课题组将进一步展开研究,紧密结合临床,进一步纳入更多病例,不仅局限于下肢ASO,对下肢动脉病变进行分析,并进一步探讨MATRIX各序列信号特点对分析血栓、斑块性质的价值。

       本研究结果表明,以DSA检查为参考标准,MATRIX序列在下肢动脉血栓诊断中具有较高的准确性,各项指标有效验证了MATRIX序列在下肢ASO中的诊断效能。作为一项无创性检查,MATRIX检查无电离辐射影响,不受检查者技术及经验影响,该技术无需使用对比剂,避免了对比剂不良反应发生的风险,可用于下肢动脉血栓患者的诊断及临床随访。

       总之,MATRIX技术能够实现无对比剂注射条件下血栓及斑块的成像,对于下肢ASO的诊断能够提供清晰的可视化图像,有望广泛应用于临床,并为血栓及斑块性质的分析提供无创检查的可能,对下肢ASO的诊疗有重要的参考意义。

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