下肢動脈硬化閉塞癥患者血管成形術后ASL及IVIM灌注與側支循環的比較分析

唐輝 所世騰 俞璐 胡穎 王嵇 周滟 路青

下肢動脈硬化閉塞癥（atherosclerosis obliterans,ASO）是外周性血管疾病中最常見的類型。常由骨骼肌慢性缺血導致跛行、靜息痛、壞疽等臨床表現［1］。但在臨床的診療中發現，有些患者表現出狹窄程度與臨床癥狀不相符的情況，即使大血管通暢也會出現肢體功能性缺血［2］。通過影像學檢查發現，這些患者都建立了良好的側支循環。良好的側支循環可以提供血流，起到保護缺血骨骼肌的作用［3］。經皮腔內血管成形術（percutaneous transluminal angioplasty, PTA）是治療ASO的一種普遍方法。其利用支架植入或球囊擴張使閉塞或狹窄動脈開通而達到增加血流、影響患處側支動脈的目的［4］。側支動脈的變化會引起骨骼肌血流灌注的變化，患者癥狀的改善與否和下肢骨骼肌血流灌注直接相關。所以了解骨骼肌的灌注情況對評估治療效果有十分重要的價值。臨床上對下肢骨骼肌灌注評估采用超聲造影（contrast-enhanced ultrasound， CEUS），正電子發射斷層掃描（positron emission tomography， PET）［5］和CT灌注成像（CT perfusion imaging， CTP）［6］。然而，這些方法都有局限性。CEUS不能提供深層組織的信息，而且不能對組織灌注進行絕對定量［7］。PET與CTP都是有創的，其通過肘部靜脈置留針將放射性示蹤劑或對比劑注射入血液中，對比劑的使用會增加下肢缺血疾病合并腎病患者的負擔，并且在同一部位重復掃描給患者帶來較大的輻射劑量。

動脈自旋標記（arterial spin labeling， ASL）和體素內不相干運動（intravoxel incoherent motion，IVIM）都是不使用外源性對比劑測量組織灌注的無創MRI技術［8-9］。既往有研究表明，ASL可以反映下肢缺血性疾病患者下肢肌肉灌注情況［10-11］。之前有學者利用IVIM評估運動和靜息狀態肌肉灌注的變化［9，12-13］，而在下肢缺血性疾病中研究較少，筆者之前的研究顯示IVIM能夠反映下肢缺血肌肉灌注的變化［14-15］。故筆者想利用磁共振ASL及IVIM成像技術評估ASO患者PTA術后側支循環對肌肉灌注的影響情況。

方法

1. 研究對象

本研究經上海仁濟醫院倫理委員會批準。共納入28名ASO患者，其中男性19名，女性9名，平均年齡（73±7.5）歲。超聲或CT血管成像（CTA）顯示下肢動脈有閉塞或狹窄，患者踝肱指數（ankle brachial index， ABI）＜1。在納入的ASO患者中膝上動脈狹窄或閉塞的有5名，膝下動脈閉塞或狹窄的有18名，膝上合并膝下動脈狹窄或閉塞的有5名。

2. MRI檢查

采用HDxt 3.0 T MR（General Electric Healthcare，Waukesha， Wisconsin， USA）和8通道心臟線圈對所有患者PTA治療前后進行小腿肌肉灌注成像?；颊哐雠P于檢查床上，腳先進。在三平面定位像上以患者小腿肌肉最粗的層面為中心進行掃描。ASL序列具體參數：TR/TE=4316 ms/9.4 ms；帶寬=62.5 kHz；掃描視野=32 cm×32 cm；層厚=5 mm；層數=12；采集次數=2；標記后延遲時間=1525 ms［16］。單次自旋回波平面成像IVIM 掃描參數：TR/TE=2800 ms/70 ms；矩陣=192×192；掃描視野=32 cm×32 cm；層厚/層間隔=5 mm/0 mm；層數=12；采集次數=3；并行采集因子=2，b值=0、20、50、100、150、200、300、500、800 s/mm2。最后采集T1-weighted圖像作為圖像處理分析時的解剖圖像（TR/TE 4.1 ms/1.5 ms；翻轉角=12°；矩陣=320×320；掃描視野=32 cm×32 cm；層厚=5 mm；層數=12）。

3. PTA治療

所有患者在放射科介入室進行PTA治療。數字減影血管造影（DSA）檢查治療由經驗豐富的血管外科醫生進行?；颊哐雠P位，逆行或順行穿刺將鞘引入股動脈，利用0.018或0.035英寸導絲和5F導管至患側小腿，然后進行造影查看狹窄或閉塞動脈情況。利用導絲穿過病變部位，引入球囊對病變部位血管擴張成形，然后置入支架，置入的支架適應病變長度。再進行造影查看血管是否通暢。

4. 圖像處理

利用Advantage workstation 4.4（General Electric Healthcare）工作站的軟件對ASL和IVIM采集得到的圖像進行處理，以獲得血流灌注（BF）值，灌注分數（f）值，純彌散系數（D）值和偽彌散系數（D*）值。在ASL、IVIM與T1解剖圖融合圖像上手動勾畫脛骨前肌、腓骨長肌、比目魚肌及腓腸肌邊界。勾畫時避開肌群外的骨質及血管以免對數據造成影響。在DSA圖像上，參照磁共振掃描中心層面繪制分界線，使用手動計數方法記錄通過分界線以下的主干及側支動脈的數量。在計算側支數量時，調整窗寬、窗位，盡可能地將所有側支統計在內。由2名年資5年以上的醫生分別單獨對數據進行測量，計算側支數量時可以上下浮動3條側支。

5. 統計學分析

使用SPSS 20（International Business Machines，Armonk， New York， USA）對數據進行統計處理。統計結果以平均值±標準差（正態分布）或中位數（四分位距）（偏態分布）表示。采用Spearman相關性檢驗分析術后ASL、IVIM參數變化與側支數目變化的相關性，采用Kruskal-Wallis檢驗分析術后ASL、IVIM參數變化在不同側支數目變化等級（減少、不變、增多）間的差異，組間兩兩比較采用Mann-WhitneyU檢驗。采用組內相關系數（ICC）對2名測量者測量的數據可信度和重復性進行分析。ICC＜0.4表示信度較差，0.4＜ICC＜0.75表示信度較好，ICC＞0.75表示信度高。P＜0.05具有統計學意義。

結果

所有患者在PTA術前1天及術后第3天完成了磁共振檢查?；颊咝g前各動脈的狹窄長度和狹窄程度詳見表1。

表1 術前各動脈狹窄長度和狹窄程度患者數量

28例患者經球囊擴張或支架植入術后，膝下三主干動脈的側支數量變化情況如表2所示。

表2 各動脈主干側支數量變化情況

Spearman相關性檢驗結果表明，PTA術后脛骨前肌的ASL-BF變化量與該肌肉的側支數量變化存在顯著正相關（ρ=0.42，P=0.03），而其他參數在其他肌肉的變化量均沒有顯示出與側支數量變化的顯著相關性（P＞0.05）。詳見表3。

表3 各肌肉參數變化與側支數量變化的相關性分析

將側支數量的變化按照等級分類，脛骨前肌的ASL-BF變化量在“增多、不變、減少”這3個等級分別為（1.2±3.7）、（0.6±3.8）、-（4.2±3.8）mL·（100 g）－1·min－1（P=0.02），兩兩比較結果顯示，脛骨前肌的ASL-BF變化量在側支“減少”和“不變”以及“減少”和“增多”間均存在顯著性差異（P=0.03、0.003，圖1）。2名測量者間ICC分別為BF值0.82、f值0.74、D值0.75和D*值0.77，表明數據測量信度為較好或高。

圖1 按側支3個等級兩兩比較脛骨前肌BF值

討論

本研究利用磁共振灌注成像技術ASL及IVIM對ASO患者PTA術前、術后小腿側支數量變化進行相關性探究。通過分別測量膝下三支主干的側支數量，發現脛骨前肌ASL-BF變化量與該肌肉的側支數量變化存在相關性，而IVIM D值、D*值、f值與側支數量的變化沒有相關性。這在以往研究主干情況對肌肉灌注值影響的基礎上，更深入探討側支微循環的變化對肌肉灌注值的影響。

ASL作為無創的非侵入性技術可以對組織的灌注水平進行定量評估。2014年Gr?zinger等［16］對10例ASO的患者在大腿部位采用袖帶加壓的方式測量PTA術前、術后小腿肌肉反應性充血的ASL灌注值，結果顯示術后所有患者的峰值血流量增加，達峰時間縮短，提示小腿肌肉血流灌注得到改善。但是他只收集了髂動脈和股動脈狹窄的患者，討論了主干開通之后ASL灌注值的變化，忽視了小腿側支微循環對肌肉灌注的影響。我們研究發現，小腿動脈側支微循環情況與BF值具有相關性。術后側支數目增加時脛骨前肌BF值較術前高，這可能是由于脛前動脈作為脛骨前肌唯一的供血主干，術后主干血流量增加以及二三級側支數目的增加導致肌肉灌注值的增加，這一研究結果與Gr?zinger等研究顯示術后小腿前側肌群灌注值增加是一致的。原本在小腿肌群內相互吻合的脛前、脛后動脈發出的側支，在主干開通后明顯減少，這可能是部分患者術后側支數量減少小腿肌肉BF值有降低趨勢的原因?；颊叩男g前造影（圖2A）顯示，脛前和腓動脈部分狹窄，脛后動脈閉塞。主干經球囊擴張后二三級分支增加（圖2B）。在術前術后磁共振ASL灌注圖（圖2C）顯示，術后肌肉灌注較術前高，同樣可以證實PTA術后側支的增加導致肌肉灌注值的增加。而在另一個病例中，術前膝以下動脈閉塞，小腿肌肉表層形成了豐富的膝周動脈網（圖3A），術后主干開通膝周側支循環減少（圖3B），小腿肌肉主要由主干動脈供血。在磁共振ASL灌注圖上可以看到，術前小腿灌注較豐富的是小腿前側肌群，而術后灌注較為豐富的是小腿內側肌群（圖3C）。

圖2 同一患者在PTA術前、術后DSA和MR圖像A. 術前DSA，小腿主干脛前動脈狹窄；B. 術后DSA，主干動脈球囊擴張后周圍的側支動脈增加；C. 患者術前、術后ASL和IVIM灌注圖的變化。

圖3 同一患者在PTA術前、術后DSA和MR圖像A. 術前DSA，腘動脈以下閉塞形成豐富的膝周側支循環網；B， 術后DSA，主干開通后側支較少；C. 患者術前、術后ASL和IVIM灌注圖的變化。

磁共振IVIM成像技術基于生物體內的微觀運動可以分為兩部分：一部分為細胞內及細胞間的水分子彌散，另一部分為毛細血管內的血流灌注。采用基于DWI的雙指數模型算法，可以很好地區分水分子的彌散運動和毛細血管的灌注成分。在不注射對比劑的情況下，同時獲得反映組織內水分子彌散和血流灌注的定量參數，包括純彌散系數（D），偽彌散系數（D*）及灌注分數（f）。以往也有利用IVIM成像技術在諸多骨骼肌微循環灌注的研究［9，15，17］。而本次研究我們發現，IVIM各灌注值與側支數量的變化并不存在相關性。雖然我們在以往的研究中發現，IVIM的定量參數D值在PTA術后都有增高。這主要的原因可能是下肢動脈閉塞后行血管重建術、血管成形支架植入術治療對血管內的斑塊進行“撕裂”。小腿軟組織在經過血流再灌注后，由于血管內離子濃度升高對肌細胞造成損傷，或者是恢復動脈血流后，有毒性的自由基產生增多，使血管內皮細胞損傷引起軟組織的水腫，而并不是側支數量的變化導致的增高。

本研究主要的局限性：（1）病例數較少。初步研究發現磁共振灌注成像ASL-BF值與側支循環具有相關性，但是下肢動脈閉塞情況復雜，今后需要擴大病例數進行研究。（2）只通過影像數據分析了下肢動脈硬化閉塞癥患者術前與術后的變化情況，未結合臨床數據如ABI、Rutherford分級，今后需要結合臨床數據加以研究。（3）未對患者進行隨訪觀察。下肢動脈硬化閉塞治療后的術后情況與患者的生活質量息息相關，今后需要對治療后的患者進行隨訪觀察。

總結：本研究通過對ASO患者進行術前與術后小腿肌肉磁共振灌注成像，發現脛骨前肌ASL灌注變化與小腿前側肌群側支數量的變化具有相關性。而IVIM不能很好地評價側支數量變化對肌肉灌注的影響。ASL為今后對ASO患者在術前術后的評估以及治療后的長期隨訪提供了一種無創方法。