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磁共振黑血序列冠状动脉管壁成像评价粥样硬化斑块的准确性:与血管内超声对照研究

发布于:2013-09-10 16:01    

文/ 张兆琪 北京安贞医院



张兆琪 北京安贞医院;医学影像科主任,主任医师,教授,博士研究生导师。北京安贞医院首席专家,北京医师协会医学影像专家委员会副主任委员,亚洲心血管影像学会(ASCI)执行委员,北京市放射学会委员,中华医学会放射学分会磁共振学组委员。是我国早期从事磁共振影像诊断学的专家之一。


急性冠脉综合征多由冠状动脉粥样硬化斑块破裂引起。因此评价冠状动脉粥样硬化斑块的易损性成为研究热点。斑块的易损性与其形态、组成成分及周围的血流动力学状态相关。对斑块易损性的研究也主要集中在对这些方面的评价。


常规的血管造影不能发现正性重构的冠脉斑块和分析斑块成分,不能很好地观察冠状动脉粥样硬化斑块并存在明显低估斑块的潜在危险性的问题,因此不适合早期疾病的检查和斑块结构的分析。血管内超声(IntravascularUltrasound,IVUS)和光学相干断层显像(Optical CoherenceTomography,OCT)是目前评价冠状动脉粥样硬化斑块形态的金标准,可以从血管的横断面成像提供诸多有用信息,包括管壁形态,管壁重塑的状态及斑块的形态特征,通过超声特点判断动脉粥样硬化斑块的组成,但其为有创性检查,难以用于常规筛查。多排螺旋CT(Multidetector-row CT,MDCT)可以较准确发现冠状动脉斑块的存在,判断其成分,并进行定量分析,但因为CT的软组织分辨率不足,目前技术条件下对非钙化斑块成分进一步可靠判断的能力仍然受限,难以精确分析非钙化斑块。


核磁共振成像具有高的组织分辨率,在颈动脉斑块的研究中,已证明其可以准确地评价斑块成分。但由于技术限制(高空间分辨率及运动补偿等),冠状动脉斑块成像远远未达到颈动脉斑块成像的水平,目前仍处于技术可行性的探索阶段,仅有少数文章发表。本文目的是采用2D横截面黑血管壁成像技术进行冠脉管壁成像,通过与血管内超声(Intravascular Ultrasound, IVUS)对照,评价磁共振黑血冠状动脉管壁成像评价冠状动脉斑块的可行性及准确性。



材料与方法

•  临床资料:2009年6月至2010年4月,选择冠心病患者,①于我院拟行IVUS检查;②行IVUS检查而未行支架置入术的患者,共19例(男12人,女6人,平均年龄58±9岁),分别于IVUS术前及术后行磁共振检查。所有患者均知情同意。


•  MR检查:采用1.5T磁共振扫描仪(Sonata, Siemens,Germany)。梯度场40 mT/m,切换率200 mT/m/s。8通道体部相控阵线圈(Siemens, Germany)。胸前导连触发R波心电门控技术。患者仰卧位,头先进。首先采集四腔心电影确定采集窗。回顾性分析四腔心电影,选择心脏相对不动期做为采集窗。进行全心冠脉成像做为定位。于所得冠状位定位相上确定范围,上界主动脉窦上平下,下心膈面下方,涵盖全心。采用呼吸导航、心电门控触发三维Truefisp序列分段采集,主要参数:TR/TE 3.4 ms/1.68 ms,带宽 890Hz/pixel,翻转角90°,体素大小0.7 mm×0.7 mm×0.9 mm。将呼吸导航置于右侧膈肌顶部,垂直膈肌。呼吸导航接受窗宽± 2.5 mm。将全心冠脉数据传至3D后处理软件,进行多平面重建(MPR)。重建出右冠状动脉(RCA)、左主干(LM)及左前降支(LAD)、及回旋支(LCX)近中段以用做黑血冠脉成像定位。同时分析冠脉病变。冠状动脉狭窄或信号减低为异常。最后对病变冠脉进行黑血管壁成像。成像序列采用二维横截面、双反转恢复、呼吸导航心电门控触发、压脂TSE序列,采集自病变冠脉开口至中段无间隔连续扫描,扫描层面垂直于冠脉,得到2D横截面图像。主要扫描参数:TR 2R-R 间期,TE 31 ms,回波间隔 6.12 ms,带宽 303 Hz/pixel,矩阵 312×384,FOV 400 mm×325 mm,层厚 5 mm,呼吸导航接受窗宽± 2.5 mm。全部检查时间小于60分钟。


•  血管内超声检查:采用iLab血管内超声仪(Boston公司,美国)。IVUS导管:机械旋转型探头2.5 F导管、超声换能器40MHz(Boston公司,美国)。经股动脉或经桡动脉选择性冠状动脉造影结束后,将0.014英寸(1英寸=2.54 cm)导引钢丝送至目标血管远端,在X线透视下沿导引钢丝插入血管内超声探头导管,跨过靶病变远端至少30 mm,由置于导管末端的马达以0.5 mm/s匀速回撤探头。用光盘或录像带以30帧/秒的速度同时电影记录探头到达的起止点图像,录像供脱机分析和存档。数据分析由两名有经验但不知道磁共振结果的医师进行分析。


图像分析

在IVUS上于矢状位将靶冠脉自开口分为每5 mm节段,与MRI 管壁横截面一一对应。为保证IVUS与MRI 血管层面准确匹配定位,除根据每根靶血管长度外还选择大的分支开口作为参考点进一步校对两种检查方法均分别由两名有经验但不知道对方结果的医生操作和分析,结果一致者纳入本研究。


•  MR图像分析:将图像进行评分,1=不可分析(可辨管壁小于3/4);2=可分析(可辨管壁大于3/4);3=图像很好(完整可辨管壁)。仅评分为2,3的节段纳入研究。采用CASCADE软件分析黑血冠脉横截面图像。测量以下数据:血管横截面积(CSA),管腔CSA,斑块负荷=(血管CSA-管腔CSA)/血管CSA。于Siemens Argus软件测量管壁信噪比(SNR)及对比噪声比(CNR)(ROI 为2mm2)。SNR=SI 血管壁/SD噪声,CNR=(SI 血管壁-SI血管周围)/SD噪声。SD噪声为胸骨前背景信号的标准差,SI 血管周围为冠脉血管壁与心肌之间组织的信号。


•  IVUS图像分析:在IVUS上于矢状位将靶冠脉自开口分为每5mm节段,将每节段分为1mm层面。每一层面的血管面积、管腔面积、斑块负荷取5层的平均值。若钙化弧度小于90˚,则血管内外膜边界可根据临近边界估计划出。若钙化弧度大于90˚,则无法估计血管边界,

该层面不纳入研究。


统计学分析

计量资料采用均数±标准差表示。斑块和非斑块层面血管CSA,管腔CSA及斑块负荷、SNR、CNR间的差异采用独立样本t检验分析。斑块层面血管CSA,管腔CSA及斑块负荷与IVUS对照采用相关分析。应用SPSS 13.0统计软件,P<0.05为有统计学意义。


结果

共16名患者完成全部检查(84%)。3名患者被排除(16%)(2例由于图像质量差,1例由于检查过程中发生心室早搏)。平均检查心率67.08±8.35次/分钟。全心冠脉成像平均呼吸导航效率36%±11%  〔最小16%,最大56%〕,平均扫描时间11.2±4.1分钟〔最短4.9 分钟,最长 23.1 分钟〕。管壁成像平均呼吸导航效率41%±12%  〔最小20%,最大 70%〕。每层平均扫描时间2.1±0.9 分钟〔最短0.9 分钟,最长 4.0 分钟〕。


全心冠脉MRA图像均可以进行定位分析。16名患者中,共有 67/82  〔81%〕个管壁成像层面评分为2 或 3〔1 RCA,15 LAD〕。15个层面被排除,原因为 图像质量差〔n = 3〕,管径太小〔n = 8〕,位于分叉处〔n = 4〕。图像质量总结见表1。可评价层面比率, LM〔 78.6%〕、LAD近段〔89.7%〕,LAD中段(55.6%)。观察者间kappa 值为 0.79。




MRI 纳入研究的67个层面中,41个具有斑块(41/67)。在MR管壁成像中,含斑块层面的斑块负荷, SNR, CNR 明显高于正常层面。(0.71±0.13 vs. 0.57±0.11,1.86±0.40vs. 1.46±0.22,5.10±2.21 vs. 2.99±1.17,respectively,P<0.01)。在所有层面中,相对应的MRI 和 IVUS 在管壁CSA〔15.94±9.75 vs. 16.64±7.88,r=0.79,P<0.01〕,管腔CSA〔5.57±4.53 vs. 8.46±5.67, r=0.74, P<0.01〕,和斑块负荷〔0.65±0.14 vs. 0.54±0.20,r=0.58,P<0.01〕中相关性良好。但均值具有统计学差异〔 P<0.001〕。仅在含斑块层面进行分析, 相对应的MRI 和 IVUS 在管壁CSA  〔16.77±10.67 vs. 16.97±8.36,r=0.79,P<0.01〕,管腔 CSA〔5.18±5.01 vs. 7.13±5.14,r=0.88,P<0.01〕,和 斑块负荷〔0.71±0.13 vs. 0.59±0.15,r=0.67,P<0.01〕具有更好的相关性。特别是管腔CSA 具有很好的相关性(图1)。






讨论

MRI冠状动脉成像为MRI冠心病研究的重点,近年来的研究多集中在技术进步上,其对判断冠状动脉硬化斑块的意义尚不明确。人们将MRI 冠状动脉硬化斑块的研究寄希望于冠脉管壁成像。但冠状动脉走行迂曲,管腔细小,以及呼吸心跳运动的影响,使这一成像技术十分复杂,受影响因素较多,因此,目前少有研究,其价值尚不明确。本研究为MRI 冠脉管壁成像与IVUS对照,以评价MR冠状动脉斑块的可行性及准确性。


磁共振冠脉管壁成像难点在于冠脉走行纡曲、呼吸和心跳运动的影响,在保证一定的信噪比的同时需要很高的空间分辨率,管壁成像的实现还需要良好地压制冠脉周围的脂肪和管腔内的血液,成像序列十分复杂,同时对机器硬件及患者配合都有很高的要求。人体黑血冠状动脉管壁成像的研究始于2000年,Fayad成功地在8位健康志愿者及5位冠心病患者中得到了2D黑血冠状动脉管壁图像,使MRI 冠脉管壁成像成为可能。2002年,Kim等在12位健康志愿者及冠心病患者中得到了3D右冠状动脉管壁图像,但未见左冠状动脉管壁成像报道,因此,其仅是一种初步的技术可行性研究。3D冠脉管壁成像并未真正实现。此后,在技术上迄今没有大的提高。本研究采用双反转恢复脉冲使冠脉内血液抑制在TSE序列的基础上更加充分,同时采用压脂脉冲抑制冠脉周围的脂肪信号,使冠脉横截面的内壁和外壁边缘清晰显示,并提高冠脉管壁图像的信噪比,使平面内空间分辨率可达到0.8 mm×1.1 mm,同国外其他研究相似。


少数对黑血冠脉管壁成像的研究显示其可以发现冠状动脉管壁重构和增厚。本研究表明,MRI 斑块层面较正常层面斑块负荷明显增加,说明其可以在形态学上发现冠脉硬化斑块。同时,斑块层面SNR及CNR均较正常层面增高,也为斑块分析提供了进一步的依据。斑块层面SNR及CNR的增高,可能与斑块管壁增厚、成分复杂、脂质含量增多有关。与IVUS相比,MRI 斑块层面血管CSA、管腔CSA及斑块负荷与IVUS有良好的相关性,说明MRI 可以较为准确地从形态学上观察冠状动脉管壁,识别斑块,这也为其作为冠心病筛查提供了进一步的理论依据。随着人们对冠心病诊疗认识的增加,仅仅通过冠脉管腔成像判断冠脉狭窄已不能充分满足诊断的需要。IVUS血管内成像越来越受到重视。磁共振黑血冠脉管壁成像能够识别冠状动脉斑块,并可以相对评价斑块层面血管CSA、管腔CSA及斑块负荷,对斑块形态的评价也是相对准确的,与亮血冠脉成像结合,或许可以更好地评价冠脉病变。


磁共振黑血序列冠状动脉管壁成像目前存在的问题是:
①检查时间较长。3D黑血冠脉管壁成像可以不用再采用亮血定位,可能会降低检查时间,同时,可对冠脉进行三维重建,显示冠脉长轴,也会使对冠脉的观察更加充分。但目前这一技术尚不能实现。另外,快速成像技术的研发也是加快扫描时间的关键。
②空间分辨率不足。本研究空间分辨率为0.8 mm×1.1 mm×5 mm,这是造成MRI 低估狭窄段管腔面积的主要原因。更高场强(目前临床多用3T)的MR扫描仪,能够增加图像的信噪比,能使空间分辨率进一步增加。但目前3T冠脉管壁成像脂肪压制不均匀是一个大问题,解决压脂问题是这一技术的关键。

③加权像不足。在冠状动脉管壁成像中,由于心电门控的应用,TR时间的设定受到心动周期的制约。本研究管壁成像采用TSE序列,TR 为2个R-R 间期,TE 31 ms,类似于质子像。如果能够得到T1WI,T2WI 图像,以及增强成像,将有助于进一步分析斑块内成分。


本研究证明2D冠状动脉黑血管壁成像与IVUS具有良好的相关性,可以发现冠状动脉近中段的粥样硬化斑块。虽然,目前的技术离精确评价冠脉硬化斑块尚有一定的距离,但随着MR硬件及软件技术的进步,冠脉管壁成像必将成为MR冠状动脉成像的发展方向。(参考文献略)





来源: 医心评论第65期
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