非增强磁共振血管成像对糖尿病下肢动脉狭窄的诊断价值

2013-05-06郭红敏戚玉龙黄小红

中国医学影像学杂志 2013年8期

郭红敏戚玉龙刘阳冯飞黄小红张娜

郭红敏1戚玉龙2刘阳2冯飞2黄小红3张娜3

目的前瞻性评估非增强磁共振血管成像（NCE-MRA）诊断糖尿病下肢动脉狭窄的价值。资料与方法 45例糖尿病患者拟行下肢动脉增强磁共振血管成像（CE-MRA），使用1.5T MRI对患者小腿动脉行NCE-MRA。以CE-MRA为标准，由2名观察者对NCE-MRA的图像质量和诊断显著性狭窄（≥50%）的准确度进行评估。结果 3支小腿动脉（胫前动脉、胫后动脉和腓动脉）中，NCE-MRA具有诊断价值的动脉节段数有258个，图像质量评分为（3.3±0.6）分；CE-MRA具有诊断价值的动脉节段数有260个，图像质量评分为（3.5±0.7）分，差异有统计学意义（Z=4.24, P＜0.01）。NCE-MRA诊断下肢动脉显著性狭窄（≥50%）的准确度、敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值分别为96.73%、96.72%、96.73%、90.08%、98.97%，2名观察者对小腿动脉狭窄的诊断一致性较好（Kappa=0.95）。结论NCE-MRA在显示糖尿病患者下肢动脉狭窄方面与CE-MRA具有相近的图像质量和诊断准确度，可以作为糖尿病肾功能不全患者下肢动脉磁共振造影的替代检查方法。

糖尿病并发症；动脉闭塞性疾病；下肢；磁共振血管造影术

糖尿病下肢动脉狭窄引起的间歇性跛行、静息痛和足溃疡是糖尿病的常见和严重并发症。早期诊断和治疗下肢动脉狭窄是预防严重并发症和减少截肢风险的重要措施。彩色多普勒超声是评估下肢动脉狭窄的常用方法，但超声不能评价下肢动脉的整体结构和血供状况。目前，增强磁共振血管成像（contrast enhanced MR angiography, CE-MRA）已成为下肢动脉造影的主要手段[1]，但仍然存在两个缺陷：①小腿和足部常常会出现严重的静脉干扰而影响诊断，而糖尿病引起的动脉粥样硬化主要发生在小腿以下的动脉[2]；②CEMRA需要静脉注射含钆类造影剂才能显示下肢动脉，而含钆类造影剂在肾功能不全患者中可能引起肾源性系统纤维化这一致命性并发症[3]。不需要使用造影剂的非增强磁共振血管成像方法（non-contrast enhanced MR angiography, NCE-MRA）近年开始重新受到关注[4]。近来有学者提出了一种新的外周动脉NCE-MRA方法，即基于血流敏感散相（flow-sensitive dephasing, FSD）和平衡稳态自由进动脉冲序列（balanced steady-state free procession, SSFP）的NCE-MRA[5]。由于NCE-MRA为三维采集，信噪比（SNR）和空间分辨率高，在外周动脉成像中表现出极好的应用潜力[6]，但目前尚无针对糖尿病患者的临床应用研究，本研究旨在评价NCEMRA诊断糖尿病患者下肢动脉病变的价值，为糖尿病患者提供一种无创性的非增强MRI检查方法。

1 资料与方法

1.1 研究对象收集北京大学深圳医院2010-05～2011-10拟行下肢动脉CE-MRA检查和双侧小腿NCE-MRA检查的45例糖尿病患者，均符合2006 WHO关于糖尿病的诊断标准，排除标准：①严重肾功能损伤［生长激素释放因子（GRF）＜30 ml/min］；②MRI检查禁忌证，包括幽闭恐惧症、心脑血管支架和心脏起搏器安装者。其中男27例，女18例；年龄34～77岁，平均（59±10）岁；平均空腹血糖（8.7±2.5）mmol/L，餐后2 h血糖（10.8±2.2）mmol/L；平均收缩压（135±19）mmHg，舒张压（78±11）mmHg。1例（2.22%）为1型糖尿病，44例（97.78%）为2型糖尿病；合并间歇性跛行9例（20.00%），静息痛13例（28.89%），足部溃疡14例（31.11%），糖尿病视网膜病变25例（55.56%），周围神经病变28例（62.22%），心肌梗死发作10例（22.22%），肾功能不全（GRF＜60 ml/min）21例（46.67%），高血压23例（51.11%）。2例（4.44%）有单侧下肢截肢术史。本研究经北京大学深圳医院人体试验伦理委员会批准，所有患者检查前均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法采用Siemens Avanto 1.5T MRI成像系统进行检查，配备心电门控装置和Medrad双筒高压注射器。患者取足前仰卧位，采用2个6通道体部相控阵线圈分别置于大腿和小腿上方获取双侧下肢动脉信号。所有患者行常规下肢CE-MRA前均行双侧小腿NCE-MRA。

NCE-MRA采用以流动敏感散相（FSD）为准备脉冲的稳态自由进动（SSFP）成像序列[4]，采集方式为冠状面三维模式，配合心电触发，在舒张期和收缩期分别采集“动脉亮血、静脉亮血”图像和“动脉黑血、静脉亮血”图像，经过减影后获取下肢动脉图像。扫描参数：TE 1.9 ms，TR 3.8 ms，带宽965 Hz/px，视野400 mm×320 mm×（60～70）mm，空间分辨率0.9 mm×0.9 mm×0.9 mm，翻转角90°，并行采集因子在相位编码方向上为2，采集时间为2～4 min，取决于心率大小，心率大则采集时间短。

CE-MRA采用三维快速小角度激发成像（3D FLASH）序列，自盆腔开始至小腿三站式分段移行扫描。扫描参数：TR 3 ms，TE 1 ms，翻转角25°，层厚1 mm，视野320 mm×320 mm，空间分辨率1.2 mm ×1.2 mm×1.0 mm，单站采集时间为31 s。造影剂采用钆喷替酸葡甲胺（Gd-DTPA, Magnevist®, Schering AG, Berlin, Germany），用量为0.2 mmol/kg，若30 ml/ min＜GRF＜60 ml/min，则造影剂用量为0.1 mmol/kg，注射速度根据需要覆盖70%的总收集时间而控制为2.0～2.5 ml/s。

1.3 图像分析原始图像传至工作站（Leonardo, 西门子医疗系统），以最大密度投影（MIP）重建完整的小腿NCE-MRA及CE-MRA图像，采用盲法分析图像质量和血管狭窄程度。CE-MRA的图像质量和下肢动脉狭窄程度由2名心血管放射科主任医师共同评价，NCE-MRA的图像质量和下肢动脉狭窄程度由上述2名医师于4周后按照随机顺序进行评估。小腿动脉以胫前动脉、胫后动脉和腓动脉3个血管节段进行分析。每个动脉节段的图像质量按照4级标准进行半定量评估[5]：1分：动脉轮廓或边缘不清楚，或伴有严重的软组织或静脉伪影而不能诊断；2分：动脉轮廓比较清楚，伴有中度静脉或软组织伪影，图像有诊断意义；3分：动脉轮廓和对比度清楚，伴有轻度深静脉或软组织伪影，诊断非常明确；4分：动脉轮廓清晰锐利，有极好的SNR，无或伴有少许静脉或软组织伪影。图像质量位于两者之间时可以取0.5分。动脉狭窄程度判断[5]：血管正常或动脉管径狭窄程度＜50%、动脉狭窄程度≥50%或管腔闭塞。若动脉节段有多处狭窄，按狭窄程度级别高的归类。SNR和对比信噪比（CNR）的测量在3支动脉节段中部的横断面上进行，以邻近肌肉信号强度为背景噪声进行计算。根据意向性分析原则[7]，CE-MRA具有诊断价值的节段中，NCE-MRA无诊断价值，则认为有显著性狭窄。

1.4 统计学方法采用SPSS 19.0软件，NCE-MRA和CE-MRA图像质量比较采用Wilcoxon秩和检验；SNR及CNR比较采用配对t检验，以CE-MRA图像作为标准，计算NCE-MRA诊断下肢动脉显著性狭窄（≥50%）的准确度、敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值，2名观察者诊断NCE-MRA血管狭窄程度的一致性评价采用Cohen's Kappa检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 NCE-MRA与CE-MRA图像质量比较 45例患者均成功进行了CE-MRA和NCE-MRA检查。45例患者88条患肢（2例患者单侧截肢）共获取264个小腿动脉节段。糖尿病患者双侧小腿动脉CE-MRA和NCEMRA图像对比见图1、2。

图1

图2

3支小腿动脉（胫前动脉、胫后动脉和腓动脉）中，NCE-MRA具有诊断价值的动脉节段数[258个节段（97.73%）]与CE-MRA[260个节段（98.48%）]相当（P＞0.05）。6个无诊断价值的CE-MRA动脉节段均由严重的静脉污染所致。4个无诊断价值的NCE-MRA动脉节段中，3个为严重的软组织伪影所致，1个为动脉图像SNR不足所致。CE-MRA的整体图像质量评分高于NCE-MRA，差异有统计学意义（Z=4.24, P＜0.01），但NCE-MRA图像的SNR和CNR均高于CE-MRA，差异有统计学意义（t=12.85、9.66, P＜0.01）。两种成像技术的图像质量、SNR和CNR比较见表1。

表1 45例糖尿病患者下肢动脉CE-MRA和NCE-MRA的图像质量、SNR和CNR比较

2.2 NCE-MRA诊断显著性狭窄的准确性在260个具有诊断价值的小腿动脉节段中，CE-MRA分别诊断出61个显著性狭窄（≥50%）的动脉节段和199个无显著性狭窄的节段。61个显著性狭窄的动脉节段中，2名观察者均正确诊断出59个动脉节段。在199个无显著性狭窄的节段中，5个节段（胫前动脉2个、胫后动脉2个、腓动脉1个）的图像质量无诊断意义，因此，2名观察者分别正确排除了192个和193个动脉节段无显著性狭窄。2名观察者对小腿图像的诊断一致性较好（Kappa=0.95），NCE-MRA诊断下肢动脉显著性狭窄（≥50%）的平均准确度、敏感度、特异度、阳性预测值、阴性预测值分别为96.73%、96.72%、96.73%、90.08%、98.97%。见表2、3。

表2 2名观察者对糖尿病患者下肢动脉显著性狭窄（≥50%）的诊断结果比较

表3 NCE-MRA对糖尿病患者下肢动脉显著性狭窄（≥50%）的诊断效能（%）

3 讨论

根据是否使用对比增强造影剂，MRA可以分为CE-MRA和NCE-MRA。CE-MRA以其可靠的图像质量和诊断准确度成为全身无创性血管成像的首选方法之一。由于CE-MRA需要采用分段式扫描才能完成整个下肢动脉的采集[8]，一般从盆腔（髂动脉）开始，其次是大腿（股动脉），最后一段是小腿和足（小腿动脉和足动脉），容易在小腿动脉尤其是足部动脉出现严重的静脉伪影。此外，含钆类造影剂在肾功能不全患者可能引起的致死性并发症也促使人们开始研究用于外周动脉的NCE-MRA。

时间飞跃法是早期和传统的NCE-MRA技术，目前仍然用于脑动脉的临床检查，但由于受血液流入效应的限制，时间飞跃法的成像范围或空间分辨率有限，不适用于大范围的下肢血管成像。早期用于下肢动脉的NCE-MRA是基于半傅里叶转换的三维快速自旋回波的血管成像方法（fresh blood imaging, FBI）[9,10]，该方法具有良好的SNR，而且不依赖于血液的流入效应，可以用于行程较长的下肢动脉；其缺点是：自旋回波在血流速度过快或血流紊乱时可以出现信号丢失，导致对血管狭窄程度的高估[10]。此外，较长的成像时间也阻止了该技术在临床上的应用。静态间隔单次激发血管成像是近年提出的一种下肢动脉NCE-MRA方法[11,12]，它利用心电图门控，在收缩期和舒张期分别施加一个90°饱和脉冲和随后的90°静脉血流抑制脉冲之后，在舒张期利用单次激发的二维SSFP采集动脉血流信号。这种方法的特点是血流信号不受血流模式、速度以及运动伪影的干扰，而且采集速度非常快，不需要减影即可以消除背景组织显示动脉图像；其缺点是静脉血流抑制脉冲需要与血管走行方向平行，不能用于手部和足部弯曲的动脉成像；此外，图像的空间分辨率由于二维采集受到一定的限制。

本研究采用的FSD-SSFP方法的基本原理与FBI相似，其区别是以FSD作为抑制动脉血流信号的准备脉冲，并采用更加稳定快速的SSFP在舒张期和收缩期分别采集下肢动脉的亮血图像和黑血图像，最后通过减影消除静脉和其他软组织而显示动脉的图像[5,6]。与以往的NCE-MRA技术比较，基于FSD-SSFP的血管成像方法具有以下优势：①由于SSFP的扫描速度非常快，该方法可以获取亚毫米的各向同性三维空间分辨率，极大地改善了血管狭窄的诊断准确率以及伴行血管的解剖显示；②SSFP具备的高SNR使动脉得以与周围组织，尤其是深静脉很好地区分开来；③与其他序列相比，SSFP对复杂血流模式不敏感的特性，使得它能够很好地显示动脉的病变情况，因此，在诊断动脉狭窄方面，过高或过低评估的情况会显著减少[13]；④FSD基于血流敏感梯度，离散流体运动自旋的相位，使血流失去信号，该技术在梯度方向要求严格，对血流信号抑制较彻底，适用于较大范围的扫描。同时，FSD对血流信号的抑制能力取决于磁场梯度一阶矩（m1）和血流速度，选取适当的m1值，即能利用动静脉血流速度的差别，最大程度地抑制动脉血流信号，并最大限度地保留静脉血流信号，图像减影后产生良好的动脉对比度[14]。基于以上技术优势，本研究结果显示 FSD-SSFP在未使用对比剂的情况下，获取了与CE-MRA相近的图像质量以及较高的SNR、CNR，该方法诊断小腿动脉显著性狭窄的准确性高于以往技术的研究结果[15,16]。NCE-MRA的图像质量稍微低于CEMRA，其原因在于较快速的深静脉血流导致了深静脉伪影，从而影响了NCE-MRA的图像质量评分。

综上所述，基于FSD和SSFP的NCE-MRA方法在显示糖尿病患者下肢动脉狭窄与CE-MRA具有相近的图像质量和诊断准确度，可以作为糖尿病肾功能不全患者进行下肢动脉磁共振造影的替代检查方法。

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（责任编辑张春辉）

Diagnostic Value of Non-contrast Enhanced Magnetic Resonance Angiography for Diabetic Lower Extremity Arterial Stenosis

GUO Hongmin QI Yulong LIU Yang FENG Fei HUANG Xiaohong ZHANG Na

Purpose To prospectively explore the diagnostic value of non-contrast enhanced magnetic resonance angiography (NCE-MRA) for diabetic lower extremity arterial stenosis.Materials and Methods Forty-five patients with diabetes mellitus and were scheduled for contrast enhanced magnetic resonance angiography (CE-MRA) for lower extremity arterial evaluation underwent calf artery NCE-MRA using a 1.5T MRI scanner. Image quality and the accuracy to diagnose significant stenosis (≥50%) of NCEMRA were assessed by two observers with CE-MRA as reference standard.Results In NCE-MRA, 258 diagnostic valuable arterial segments were portrayed for three calf arteries (anterior tibial artery, posterior tibial artery and peroneal artery), with image quality score of (3.3±0.6) points; in CE-MRA, 260 diagnostic valuable arterial segments were portrayed, with image quality score of (3.5±0.7) points, there was statistically significant difference (Z=4.24, P＜0.01) between the two methods. The accuracy, sensitivity, specificity, positive predictive value and negative predictive value of NCE-MRA for the diagnosis of significant(≥50%) lower extremity arterial stenosis were 96.73%, 96.72%, 96.73%, 90.08% and 98.97%, respectively, and there was content agreement (Kappa=0.95) between the two observers for the diagnosis of calf artery stenosis.Conclusion For the imaging of lower extremity arterial stenosis in diabetic patients, NCE-MRA shows similar image quality and diagnostic accuracy with CE-MRA, thus can be used as an alternative method for lower extremity CE-MRA in diabetic patients with renal insufficiency.

Diabetes complications; Arterial occlusive diseases; Lower extremity; Magnetic resonance angiography

10.3969/j.issn.1005-5185.2013.08.001

1. 广东医学院附属福田医院肌电图室广东深圳 518033

2. 北京大学深圳医院放射科广东深圳518036

3. 中国科学院深圳先进技术研究院广东深圳 518055

郭红敏

Department of Electromyography, Affiliated Futian Hospital of Guangdong Medical College, Shenzhen 518033, China

Address Correspondence to: GUO Hongmin

E-mail: guohongmin2006@yahoo.com.cn

国家自然科学基金项目（81071147）；

深圳市科技计划项目（201003235）；

深圳市基础研究计划重点项目