四反转恢复序列在颈动脉粥样斑块MRI中的应用

　　　　　　作者：曹志宏，刘怡文，耿道颖，王非

【关键词】 磁共振成像； 四反转恢复序列； 颈动脉； 粥样斑块

颈动脉粥样斑块MRI成为预防、诊断及治疗由粥样斑块引发的脑卒中的重要影像学方法。虽然，磁共振血管造影（MRA）可以有效地评价血管腔的狭窄程度，但是不能清楚地显示附着于血管壁上的粥样斑块，无法提供其结构及成分的信息。目前普遍认为，含有薄纤维帽及大的坏死中心的斑块容易破裂，导致栓子形成，引发脑卒中，而斑块内的炎性反应是导致斑块破裂的主要原因［1］。

　　“黑血”技术［2］能够抑制血液的信号，清楚地显示血管壁，评价血管壁的厚度及粥样斑块的形态和结构。其中，对比增强的黑血技术是评价粥样斑块内神经血管生长及炎性反应的发展趋势［3，4］。但是颈动脉MRI往往受到血液流动伪影的影响，尤其是增强后，由于黑血技术对增强后血液T1值的变化特别敏感［5］，所产生的伪影严重干扰粥样斑块的观察。本研究应用了一种新的对比增强“黑血”技术——四反转恢复序列（quadruple inversionrecovery， QIR ），与只采用空间饱和带的常规“黑血”技术进行对照研究，探讨其对增强后颈动脉血流伪影的抑制效果，最终评价其在颈动脉粥样硬化斑块中的应用价值。
　　
　　1 材料与方法

　　1.1 志愿者的选择
　　
　　共30名志愿者，其中20名为颈动脉粥样斑块患者，另10名为正常志愿者，均签署了知情同意书。为了比较增强前后两种序列的成像效果，每一志愿者颈动脉增强前后用两种序列分别成像。

　　1.2 成像参数
　　
　　QIR序列应用于GE SIGNA EXCITEV HD MRI，在本研究中，QIR技术用T1WI，TR 800 ms，TI1/TI2 373/126 ms，TE 11 ms，回波链 8，激励次数 2，矩阵 256×256，FOV 16 cm×12 cm，层厚 2 mm，每层采集时间 40 s，扫描范围为包括颈动脉分叉处共6 层图像。注射对比剂后2～3 min进行增强后扫描。对比剂量为0.1 mmol/kg。而常规T1WI TR 800 ms， TE 11 ms，回波链 8，激励次数 2，矩阵 256×256，FOV 16 cm×12 cm，层厚 2 mm，扫描时在感兴趣区上下方各加一个空间饱和带（spatial saturation），增强后参数保持不变。
　　
　　1.3 增强后图像的评分标准

　　为了更好地评价上述两种序列在增强后图像中的价值，选取颈动脉分叉处的同一层面图像，增强后采集共30层图像，根据有无血液流动伪影及吞咽运动伪影，请3名高年资医师分别对增强后的图像质量评分。评分标准为：5分—无伪影，4分—单侧流动伪影无运动伪影，3分—双侧流动伪影无运动伪影，2分—单侧流动伪影伴运动伪影，1分—双侧流动伪影伴运动伪影。对增强后评分结果进行配对t检验，比较两种方法的差异。

　　1.4 QIRT1WI对颈动脉粥样硬化斑块成分的显示
　　
　　为了评价QIRT1WI序列对增强前、后颈动脉斑块的显示情况，以及其在成像中的价值及局限性，选取有颈动脉斑块的同一层图像，增强前、后采集共30层图像，分析其对粥样斑块内纤维帽、钙化等成分的显示情况。

　　2 结 果

　　2.1 图像分析

　　2.1.1 两种序列增强后图像对照分析

　　图1为同一正常志愿者、同一层面的颈动脉分叉处的QIRT1WI及普通T1WI（在感兴趣血管上下各加一空间预饱和带）增强后成像。可以看到图1a（QIRT1WI）组织分辨率高，颈动脉血管壁显示清晰，容易产生流动伪影的颈动脉分叉处的血液信号被有效地抑制，有利于判断有无粥样硬化斑块。除此之外，颈静脉、双侧椎动脉显示均十分清晰。但是图1b（普通T1WI）组织分辨率明显低于图1a，双侧颈动脉虽然显影，但血管壁模糊不清，左侧颈总动脉血管壁不光滑，前壁可见结节样突起，与图1a对照发现是伪影，右侧颈外动脉可见半月形等信号影，同样与图1a对照发现是血液流动伪影。
　　
　　2.1.2 QIRT1WI增强前后颈动脉斑块分析

　　图2为同一粥样斑块患者、近同一层面的颈总动脉球部增强前后的QIRT1WI成像。增强前如图2a 所示，QIRT1WI平扫清晰地显示双侧颈总动脉壁均呈新月形增厚，右侧斑块内尚可见低信号影，左侧斑块信号均匀。增强后如图2b所示 QIRT1WI增强显示两侧颈动脉粥样硬化斑块的纤维帽明显强化，连续性完整，提示纤维帽尚未破裂；平扫时右侧斑块内的低信号影增强后无明显强化，仍然为低信号，提示为钙化成分。
　　
　　2.2 增强后图像的评分结果

　　两种序列增强后图像评分见表1，QIRT1WI 的平均评分为4.6，普通FSET1WI平均评分为2.6，经t检验，P&<0.05，差异有统计学意义。说明QIRT1WI增强后成像质量明显高于普通FSET1WI。

　　3 讨 论

　　3.1 QIR的原理

　　QIR是一种预备模块，由两个双反转射频脉冲对及随后的两个反转延迟时间TI1和TI2组成。在每个双反转中，非选择性的脉冲首先将整个目标的磁场反转，紧接着第2个层选择性的脉冲立即恢复该扫描层的磁场。理论上QIR是一种对血液T1 值的变化高度不敏感的新技术。Yarnykh等［6］研究得出，QIR序列是多反转恢复序列的一种延伸。增强后，少量残留的血流可以具有广泛的T1值，如果使用一个有效的快速的重复反转脉冲，就可以保证脉冲的稳定性。这些特性适合应用于T1WI增强成像。确定多反转恢复技术的最佳成像参数是很有价值的。过去根据已知T1值组织（脂肪，肌肉，血液等）的零交叉点来决定TI［7，8］。但是，这种方法不适用于增强后血流抑制技术，因为增强后血液具有广泛的T1值。Yarnykh等研究中提供了一种新的方法来确定T1的值，即使增强后血流的T1值变化不大，感兴趣区信号的变化也不大。他们还得出：当TR为400～800 ms时，QIR可以有效地抑制T1值为100～200 ms的血流信号。表1 QIRT1WI与普通T1WI图像评分结果（略）

　　3.2 QIR在增强后图像中的价值

　　本组研究中，30例患者采用QIRT1WI序列的增强后图像中，没有发现血液流动伪影，而普通T1WI增强后图像中有90%发现流动伪影，这可能是因为：①QIR序列先将全身组织包括血液的信号反转，即转化为低信号，而随后特定选择需要的层面再次反转，即变为高信号，随后高信号的血液流出该特定层面，低信号的血液流入特定层面，形成最终获得的“黑血”图像；②增强后，少量残留的血流可以具有广泛的T1值，而QIRT1WI对增强后血液T1值的变化不敏感。

　　3.3 QIRT1WI评价颈动脉粥样硬化斑块成分及稳定性的价值

　　3.3.1 纤维帽的显示

　　纤维帽分为完整而厚的，完整而薄的以及破裂的。在前期的研究中，主要是根据多序列（TOF，T1WI，T2WI，PDWI）来评价，评价的标准一般为：①完整而厚的纤维帽表现为：在TOF序列上，靠近内腔的均匀的，连续黑色带；TOF，T1WI，T2WI，PDWI均表现为光滑的血管表面；②完整而薄的纤维帽在TOF上看不出黑色带，但在其余序列上可以显示光滑的内腔表面。③破裂的纤维帽在TOF上表现为中断的黑色带或看不出黑色带；其余序列上表现为不规则的血管内腔表面，并且还可以看到高信号。在本研究中，如图2所示，两侧颈动脉粥样硬化斑块的纤维帽明显强化，连续性完整，右侧较厚，左侧较薄。缺少其他（TOF，T2WI，PDWI）序列时，增强后QIRT1WI可以明确判断纤维帽的状态，提示纤维帽的完整性，从而分析斑块的稳定性，纤维帽完整提示为稳定性斑块，反之亦然。图2b中所示两侧纤维帽完整，提示为稳定性斑块。

　　3.3.2 钙化的显示

　　钙化是一种防止粥样硬化进展的保护性反应。多序列成像中，在各个序列上均为低信号，在缺少其他（TOF，T2WI，PDWI）序列时，增强后QIRT1WI可以区别纤维成分及钙化成分，前者平扫时可呈低信号，增强后有强化，但后者为低信号，增强后无强化。如图2所示，右侧斑块内低信号，增强后无强化，提示为钙化成分。钙化在斑块中的位置影响斑块的稳定性，当钙化位于斑块边缘，甚至结节状突起于血管腔表面，容易引起纤维帽的破裂。如图2b中，钙化位于斑块的中央区，提示为稳定性斑块。

　　3.4 QIR的局限性及发展方向

　　QIR技术也存在着局限性：①当遇到血液流出的病例时（如颈动脉球部产生的血液涡流，静脉内的慢血流以及水平走向长的血管段内的血流），抑制血流的效果会受影响［9］。② QIR现在应用的是单层采集技术，导致整个扫描时间较长。本研究中探讨的是主要影响图像质量的血液流动伪影，所以成像时重点进行QIRT1WI扫描，而在前期研究颈动脉斑块时均采用多序列MRI，包括T1WI，T2WI，PDWI及TOF四个序列，并且以颈动脉分叉处为中心取范围约6 cm的部位成像，完成总成像时间约30～45 min，当改进采用QIRT1WI时，由于该成像采用单层采集方法，一个序列多层成像总时间就需要15 min（普通T1WI需要6 min即可），虽然可以有效地抑制流动伪影，但明显延长多序列成像的总时间，患者容易不适，产生运动伪影如吞咽伪影。本研究中为了减少运动伪影，只是重点研究QIRT1WI成像，有效地控制一次扫描的总时间。在未来的研究中， QIRT1WI成像后让志愿者休息，再进行其他序列的成像研究，不仅可降低血液流动伪影，而且可避免运动伪影如吞咽伪影等。

　　斑块内的炎性反应是导致斑块破裂的主要原因，增强后的黑血技术是评价粥样斑块内神经血管生长及炎性反应的发展趋势［10］，本研究将扩大样本，结合脑MRI及病理对照，分析增强前、后QIRT1WI颈动脉斑块内异常强化成分是否为炎性反应，最终预测斑块的稳定性。

参考文献

　　［1］Virmani R， Kolodgie FD， Burke AP， et al. Lessons from sudden coronary death: a comprehensive morphological classification scheme for atherosclerotic lesions［J］. Arterioscler Thromb Vasc Biol， 2000， 20(5):1262-1275.

　　［2］Edelman RR， Chien D， Kim D， et al.Fast selective black blood MR imaging［J］. Radiology， 1991， 181(3):655-660.

　　［3］Yuan C， Kerwin WS， Ferguson MS， et al.Contrastenhanced high resolution MRI for atherosclerotic carotid artery tissue characterization［J］. J Magn Reson Imaging， 2002，15(1):62-67.

　　［4］Weiss CR， Arai AE， Bui MN， et al.Arterial wall MRI characteristics are associated with elevated serum markers of inflammation in humans［J］. J Magn Reson Imaging， 2001，14(6):698-704.

　　［5］Yarnykh VL， Yuan C.Simultaneous outer volume and blood suppression by quadruple inversionrecovery［J］. Magn Reson Med， 2006，55(5):1083-1092.

　　［6］Yarnykh VL， Yuan C.T1insensitive flow suppression using quadruple inversionrecovery［J］. Magn Reson Med， 2002，48(5):899-905.

　　［7］Dixon WT， Sardashti M， Castillo M， et al.Multiple inversion recovery reduces static tissue signal in angiograms［J］. Magn Reson Med， 1991，18(2):257-268.

　　［8］Mani S， Pauly J， Conolly S， et al.Background suppression with multiple inversion recovery nulling: applications to projective angiography［J］. Magn Reson Med，1997，37(6):898-905.

　　［9］Steinman DA， Rutt BK. On the nature and reduction of plaque mimicking flow artifacts in black blood MRI of the carotid bifurcation［J］. Magn Reson Med， 1998， 39(4):635-641.

　　［10］Oppenheim C， Naggara O， Touzé E，et al.Highresolution MR imaging of the cervical arterial wall: what the radiologist needs to know［J］. Radiographics，2009，29(5):1413-1431.