中央型肺癌定义为肿瘤位于段、叶及主支气管以上级别气管、支气管的肺癌，而位于段级以下支气管的肺癌定义为周围型肺癌。术前评估中央型肺癌与肺门及纵隔大血管的关系对肿瘤的分期和治疗计划的制定具有重要意义。对肺动脉、肺静脉大分支，上腔静脉或主动脉的侵犯显著增加肺癌根治术的难度甚至决定肿瘤的可切除性^[1]。此外，广泛的肺动脉侵犯是肺癌患者预后不良的重要指标^[2]。已有许多研究证实增强多排螺旋计算机断层扫描（Multi-detector computed tomography ，MDCT）对肺癌侵犯肺血管评估具有很好的准确性，同时其对肺动静脉的解剖变异检出也有很高的价值^[3,4]。到目前为止，关于这些非增强MRA技术在评估肺癌和纵隔及肺门大血管之间形态学关系的研究报道少见。因此，本研究的目的：(1)定量和定性比较三种非增强MRA技术包括二维自由呼吸真实稳态自由进动快速成像（True fast imaging with steady-state free precession，TrueFISP）序列，二维屏气TrueFISP序列和三维呼吸触发可变反转角优化对比成像序列(SPACE)序列针对中央型肺癌患者的胸部肿瘤及大血管成像的图像质量；(2）以增强MDCT结果为参考标准，评价三种MRA方法对肺癌肿块与肺门及纵隔大血管关系评估的准确性。

1　材料与方法

1.1　研究对象

       本研究经伦理审查委员会批准，患者签署知情同意书。收集甘肃省人民医院2016年3月至2018年3月60例未接受放化疗及其他任何辅助性抗肿瘤治疗，经增强MDCT和病理（手术病理或支气管镜活检）证实为中央型肺癌的患者纳入研究，包括男性34例，女性26例；平均年龄（49±9)岁。所有患者术前均进行了增强MDCT和三种非增强MRA技术包括二维自由呼吸TrueFISP序列，二维屏气TrueFISP序列和三维呼吸触发SPACE序列检查。胸部MRI检查在增强MDCT检查5 d内进行。60例中央型肺癌病理类型分别为：鳞状细胞癌16例，腺癌30例和小细胞肺癌14例。各病例肺野分布如下：右肺上叶8例，右肺下叶12例，左肺上叶16例，左肺下叶12例，右肺中叶2例和双侧肺门区累及多个肺叶10例。根据增强MDCT分期结果，26例术前诊断为Ⅰ～Ⅲ期中央型肺癌的患者接受了手术治疗，患者手术时间与磁共振检查时间间隔不超过10 d。手术方式包括：胸腔镜辅助肺叶切除术8例，肺叶切除术16例，经支气管镜右主支气管内肿瘤消融术2例。其余34例术前诊断为Ⅲ～Ⅳ肺癌的患者接受了化疗。

1.2　方法

1.2.1　增强MDCT成像方法

       肺部增强MDCT扫描采用Siemens公司Somatom Definition Flash CT：管电压120 kV，管电流200 mA ；螺距为1，矩阵512×512，视野230 mm×230 mm，层厚0.625 mm。注射80 mL威视派克（320 mg I/100 mL；GE医疗）并用20 mL生理盐水冲洗，注射速率在3.5 mL/s ，经肘前静脉用高压注射器（Ulrich medical，德国）注射，图像采集在对比剂注射后45 s进行。

1.2.2　磁共振成像方法及参数

       MR检查采用Siemens公司Magnetom Skyra 3.0 T MR扫描仪，共同参数如下：回波时间(TE) 1.26 ms，回波间隔2.9 ms，反转角70° ，视野380 mm×380 mm，相位过采样30%，矩阵256×256，层厚4.5 mm，层数128层，体素0.7 mm×0.7 mm×4.5 mm，信号平均次数1次，带宽1028 Hz/pixel。两个序列之间的不同的参数如下：重复时间（TR) 559 ms (FB-TrueFISP）和407 ms(BH-TrueFISP)，并行成像的加速因子GRAPPA、2(BH-TrueFISP）和3 (FB-TrueFISP)，扫描时间72 s (BH-TrueFISP）和56 s (FB-TrueFISP)。本研究中，SPACE是采用冠状位采集的亮血序列，平均采集时间为3 min 25 s，具体采集时间与患者的呼吸频率相关。具体成像参数： TR平均2200 ms，回波时间（TE) 102 ms，翻转时间（TI) 180 ms，回波间隔时间3.64 ms，反转角150°（固定反转角模式），视野380 mm×285 mm，矩阵320×230，层厚4.5 mm，体素1.2 mm×1.2 mm×4.5 mm ，并行成像的加速因子GRAPPA为3，信号平均次数（NEX)为2，带宽651 Hz/pixel，回波链持续时间（echo-trainduration) 379 ms和快速系数（turbofactor) 150。

1.2.3　图像质量的定性分析

       三种非增强MRA技术图像质量的分析采用1~ 3等级评分，标准：1分，图像质量好，血管边缘清晰，无伪影；2分，图像质量中等，血管边缘清晰或稍模糊，轻微的伪影，不影响诊断；3分，图像质量差，血管边缘模糊，伪影明显，影响诊断。每例患者的图像质量评分为20支血管得分的平均分，图像质量评分为1～2分的患者图像认定为可进一步用于肿瘤与血管关系评估，图像质量评分>2分的患者图像认定为不可用于肿瘤与血管关系的评估诊断。

1.2.4　图像质量的定量分析

       图像质量的定量分析是通过计算各个序列中20支肺门及纵隔主要血管内信号强度与肺组织信号强度的对比噪声比（contrast tonoiseratio ，CNR)，血管信号强度与肿瘤信号强度对比值（vascular signal to tumor signal contrastratio ，VTR）和肿瘤信号强度与背景信号强度对比值（tumorsignal to background signal ratio ，TBR）来实现的。首先，在靶血管内绘制尽可能大的卵圆形感兴趣区（region ofinterest，ROI）并避开血管壁以测量血管内的信号强度（SI)和标准偏差(SD)，然后，在正常外周肺实质同样绘制卵圆形ROI（面积在10~ 20 mm²）并避开肺血管以测量肺组织的信号强度(SI)和标准偏差(SD)。最后，在冠状位上寻找肿瘤最大直径层面，在该层面上绘制ROI覆盖肿瘤组织大部区域达肿瘤组织边界并避开坏死部分以测量肿瘤内的信号强度。CNR、VTR和TBR是由各MRA序列原始图像测得的组织信号强度通过以下公式计算而得：CNR=（SI血管-SI肺组织）/(SD血管²+SD肺组织²)^1/2；VTR=（SI血管-SI肿瘤）/(SI血管＋SI肿瘤）；TBR=（SI肿瘤-SI肺组织）/(SI肿瘤＋SI肺组织）。

1.2.5　肿瘤与各血管关系的分类评价

       对中央型肺癌分期有重要意义的大血管，及外科医师建议的可能会影响手术进程的大血管，13只肺门及纵隔大血管被列为本研究中评估肿瘤与血管关系的靶血管，包括：(1）肺动脉干（pulmonary trunk，PA trunk)；(2）右主肺动脉（right main pulmonary artery ，RMPA) ；(3）右叶间动脉干（right interlobar trunk of artery)；(4）右肺上叶前干（right upper lobe anterior trunk)；(5）左主肺动脉（left main pulmonary artery ，LMPA) ；(6）左上叶肺动脉（left upper lobe pulmonary artery ，L-ULPA) ；(7）左肺动脉降支（descending branch of left pulmonary artery)；(8）右上肺静脉（right superior pulmonary vein，RSPV)；(9）右下肺静脉（right inferior pulmonary vein，RIPV)；(10）左上肺静脉（left superior pulmonary vein，LSPV)；(11）左下肺静脉（left inferior pulmonary vein，LIPV)；(12）上腔静脉（superior vena cava，SVC）和（13）胸主动脉（thoracic artery)。

1.3　统计学方法

       采用SPSS 17.0统计软件包进行所有的数据分析。所有P值是精确的双侧检验，所有测试的显著性水平为P<0.05。将非参数检验Kruskal-Wallis H用于比较三种序列各参数值的差异性，Wilcoxon符号秩和检验用于进一步两两比较三个序列的任何两个之间的差异性。采用Kappa一致性检验。

2　结果

2.1　三种序列的图像质量

       60例患者均成功完成三种非增强MRA序列的检查，患者血管图像质量评分在1~ 2分之间，可用于进一步肿瘤与血管关系的评价。4例患者(1例患者剔除)的上腔静脉内血流信号不均，出现类似充盈缺损样伪影，因该4例患者上腔静脉周围无肿瘤组织包绕，因此并不影响本组病例的肿瘤与血管关系评价，形成这种现象的原因可能是患者屏气时胸腔内压力增大以及上腔静脉变形。三种序列的图像质量评分结果和CNR、VTR和TBR结果见表1和表2。三种序列图像的对比噪声比(CNR)无显著性差异，同时，TrueFISP序列的VTR和图像质量均优于SPACE序列，而SPACE序列的TBR高于屏气TrueFISP序列。

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表1  比较三种非增强MRA技术的各血管与肺组织对比噪声比（CNR)
Tab. 1  Comparison of the contrast-to-noise ratio (CNR) of each vessel to lung tissue of three non-enhanced MRA techniques

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表2  比较20条靶血管的平均CNR、VTR、TBR和图像质量分数
Tab. 2  Compares the average CNR, VTR, TBR and image quality score a of 20 target vessels

2.2　肿瘤和血管之间的关系评价

       表3总结了三种MRA技术中肿瘤与26支主要肺门及纵隔大血管关系的结果，将肿瘤与血管关系的形态类型分为1~6型，并以增强MDCT结果为参考标准。三种非增强MRA序列与增强MDCT在显示肿瘤和血管之间的关系的一致性好（FB-TrueFISP：k=0.821 ；BH-TrueFISP：k=0.862；RT-SPACE：k=0.811)（图1)。TrueFISP序列和MDCT之间的不一致均发生在肺动脉和静脉的分支上，而在评估上腔静脉和主动脉与肿瘤关系上未发现不一致病例；有2例患者的SPACE序列评价上腔静脉与肿瘤关系与MDCT不一致。

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图1  52岁女性患者，手术证实为左肺上叶中央型肺腺癌。A：评估上腔静脉（黑箭头）、主动脉（星）和肺动脉干(白箭头）与肿瘤(白粗箭）的关系，增强MDCT在显示肿瘤和血管之间的关系的一致性好；B：FB-TrueFISP非增强MRA序列在显示肿瘤和周围血管之间的关系的一致性好（白粗箭)；C：BH-TrueFISP非增强MRA序列在显示肿瘤和周围血管之间的关系的一致性好（白粗箭)；D：RT-SPACE非增强MRA序列在显示肿瘤和周围血管之间的关系的一致性好（白粗箭)；E：增强MDCT评估左上叶肺动脉、左上肺静脉与肿瘤之间的关系且一致性好（白箭）；F：与增强MDCT比较，FB-TrueFISP序列评估左上叶肺动脉（白箭）、左上肺静脉（黑箭）与肿瘤之间的关系不一致；G：与增强MDCT比较，BH-TrueFISP序列评估左上叶肺动脉（白箭）、左上肺静脉（黑箭)与肿瘤之间的关系不一致；H：病理图（HE　×200)。左上叶中央型肺癌，肺腺癌（实体型)
Fig. 1  52-year-old female patient with surgically confirmed central lung adenocarcinoma of the left upper lobe. A: To evaluate the relationship between the superior vena cava (black arrow head), aorta (star) and pulmonary artery trunk (white arrow head) and tumors (thick white arrow), enhanced MDCT showed good consistency in the relationship between tumors and blood vessels. B: FB-TrueFISP non-enhanced MRA sequence showed good consistency in the relationship between tumors and peripheral blood vessels (thick white arrow). C: BH-TrueFISP non-enhanced MRA sequence showed good consistency in the relationship between tumors and peripheral blood vessels (thick white arrow). D: RT-SPAC; E non-enhanced MRA sequence showed good consistency in showing the relationship between tumors and peripheral vessels (thick white arrow). E: Enhanced MDCT assessed the relationship between left superior lobe pulmonary artery, left superior pulmonary vein and tumors and had good consistency (white arrow). F: Compared with enhanced MDCT, FB-TrueFISP sequence assessed the relationship between left superior lobe pulmonary artery (white arrow), left superior pulmonary vein (black arrow) and tumors. G: Compared with enhanced MDCT, BH-TrueFISP. Sequence evaluation of left superior lobe pulmonary artery (white arrow), left superior pulmonary vein (black arrow) and the relationship between tumors is inconsistent. H: Pathology: (left upper lobe) central lung cancer, lung adenocarcinoma (solid type. HE ×200).

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表3  非增强MRA与增强MDCT对肿瘤与血管关系分类的血管总数RXC表
Tab. 3  Total number of blood vessels RXC table for non-enhanced MRA and enhanced MDCT classification of tumors and blood vessels

3　讨论

       在本研究中采用的冠状位扫描更有益于显示肺癌组织对主肺动脉窗和上腔静脉的侵犯^[5]，并能在更短的成像时间内覆盖更广的视野。在本研究中，三种非增强MRA成像技术的图像质量通过图像的对比噪声比和图像质量评分来评价。总的来说，三种MRA序列的所有患者图像质量评分均达到诊断标准；三种MRA序列的血管平均对比噪声比无显著性差异，但TrueFISP序列的图像质量评分优于SPACE序列；三种MRA序列在评价肺癌和肺门、纵隔主要大血管形态学关系与增强MDCT结果一致性好。

       基于可变反转角优化对比成像技术的三维快速自旋回波（Turbo spinecho ，TSE)序列-SPACE能够通过长回波链完成T2加权的容积数据采集，提高成像的时间分辨率和空间分辨率，并允许不同组织之间的信号对比得以形成。同时，SPACE是非流动依赖的成像技术，还能减轻流动和运动伪影，避免流入效应影响血管成像。在近来的研究中，3D-SPACE序列已用于下肢动脉、上腔静脉和门静脉的成像并提高了图像的空间分辨率及成像速度^[6,7,8]。由于SPACE序列的血管成像对比度来源于血液弛豫而不是流入效应，因此能够保证准确显示血管的狭窄和闭塞^[8]，这是保障SPACE准确评价血管与肿瘤关系的重要前提。尽管可变反转角是SPACE序列的一个重要优势，本研究中因需同时对肺部血管和肿瘤成像，采用了固定150°反转角模式以取得更高的图像信噪比和更好的图像对比度。可变反转角的模式能降低被检查者射频能量特殊吸收率(SAR值），避免SAR值超标，但由于我们使用的是3.0 T扫描仪，SAR值超标并不是常遇到并需要解决的问题。同时在本研究中，SPACE技术采用了非选择性激励和非选择性再聚焦射频脉冲进行成像，使成像回波间隔和回波链持续时间缩短而T2模糊效应更少。

       稳态自由进动技术(SSFP)是非增强磁共振血管成像的一项突破性技术，因为它能够短时间成像并取得很高的图像信噪比，图像中血管内血液和周围组织之间的对比度高^[9]。近年来，平衡稳态自由进动技术又称为真实稳态自由进动技术被广泛的用于心血管成像。多个研究证实，TrueFISP序列在肺动脉栓塞的诊断中具有很高的特异性^[10]，同时，与增强MRA技术相比，TrueFISP序列在进行上腔静脉^[11]、胸主动脉^[12]和冠状动脉成像^[13]时均能取得满意的图像质量，图像信噪比和对比噪声比高。Shariat等^[14]和Groth等^[15]的研究指出SSFP序列能够准确测量肺动脉和肺静脉的直径。在本研究中，对于图像质量评分和肿瘤与血管关系评价，观察者间一致性好。

       非增强MRA技术对心脏运动伪影敏感，尤其是在心律失常患者的成像中，其图像质量和评估肿瘤对血管侵犯的准确性均下降。同时，在SPACE序列中，相对较大的体素和较低的VTR使其与TrueFISP序列相比图像质量评分较低，也较易因部分容积效应而过评价肿瘤对血管侵犯程度。与SPACE相比，TrueFISP技术采用单次激发的采集方式，允许多种呼吸导航方式包括自由呼吸、屏气和呼吸触发扫描，此外因层间重叠成像层厚可拆薄至1.25 mm从而提高了图像的空间分辨率，这些都有助于其提高评价肿瘤与血管关系的准确性。

       本研究的主要局限性：评价非增强血管成像显示肺癌与肺血管关系的价值时，仅仅用MDCT作为参考标准，而不是手术或病理结果，这是因为大部分的中央型肺癌不可手术切除，而MDCT在评价肺癌与肺血管关系的作用已经得到许多研究的证实；进行非增强血管成像时未使用心电门控技术，使图像在一定程度上受到心血管搏动伪影的影响，但使用心电门控会明显延长扫描时间。

       综上所述，非增强MRA技术包括真实稳态自由进动序列TrueFISP和可变反转角优化对比成像序列SPACE都能充分良好地显示肺门及纵隔大血管，与增强MDCT在评估中央型肺癌患者的肿瘤与血管关系上一致性好。非增强MRA技术不使用对比剂，无辐射，在肺癌患者肿瘤对血管侵犯程度评价中，尤其是在既往有对比剂过敏史或有对比剂过敏高危因素、肾功能衰竭的患者中可作为一种有效的成像方法。自由呼吸和屏气TrueFISP序列在图像质量评分和VTR上均优于SPACE序列。