ROI面積對(duì)PC-MRI測(cè)量基底動(dòng)脈血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響

陳 弘，利灝天，謝 涵，姚紫琦，陳煜豪，利 晞*

(1.廣州醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院放射科，廣東 廣州 510260；2.廣州醫(yī)科大學(xué)第三臨床學(xué)院臨床醫(yī)學(xué)系，廣東 廣州 511436)

相位對(duì)比MRI(phase-contrast MRI, PC-MRI)可無(wú)需對(duì)比劑而實(shí)現(xiàn)無(wú)創(chuàng)、快速觀測(cè)血流方向、流速及流量，且可重復(fù)性較好[1-2]；但其結(jié)果準(zhǔn)確性仍受諸多因素的影響， ROI是其中重要因素之一[3]。本研究觀察ROI面積對(duì)PC-MRI測(cè)量基底動(dòng)脈(basilar artery, BA)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 于2018年9月—11月收集48名健康志愿者，男20名，女28名，年齡19～56歲，中位年齡27歲，心率50～101次/分，平均(70.04±12.01)次/分。本研究經(jīng)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(批準(zhǔn)號(hào)：2018-KY-ks-05)，所有志愿者均簽署知情同意書(shū)。

1.2 儀器與方法 采用Philips Ingenia 3.0T超導(dǎo)MR系統(tǒng)，配備8通道頭部線圈，采集顱腦常規(guī)MRI，行MR血管造影(MR angiography, MRA)；應(yīng)用二維相位對(duì)比法流速測(cè)量序列針對(duì)BA行PC-MRI，采用外周脈搏門(mén)控技術(shù)，垂直于BA中間段進(jìn)行掃描(圖1)，F(xiàn)OV 150 mm×101 mm，矩陣132×88，TR 9.0 ms，TE 5.3 ms，翻轉(zhuǎn)角10°，層厚5 mm，編碼速率(velocity encoding, Venc)預(yù)置90 cm/s，編碼方向由足向頭，掃描時(shí)間133.5 s。

圖1 垂直于BA中間段采集PC-MRI 圖2 手動(dòng)勾畫(huà)血管ROI示意圖 黃色、粉色、紅色、綠色ROI面積分別為血管截面面積的100%、80%、60%、40%

1.3 圖像分析 由2名具有3年影像學(xué)診斷經(jīng)驗(yàn)的住院醫(yī)師獨(dú)立分析圖像，于T1加權(quán)快速場(chǎng)回波幅值圖(T1-weighted fast field echo/Module, T1FFE/M)上適當(dāng)調(diào)節(jié)窗寬、窗位，以顯示清晰血管邊緣；之后首先沿血管邊緣手動(dòng)勾畫(huà)第1個(gè)ROI，即100%血管面積(ROI1)，再以血管中心點(diǎn)為中心，依次手動(dòng)勾畫(huà)ROI2、ROI3、ROI4，使其面積分別占據(jù)血管截面面積的80%、60%、40%(圖2)，獲得1個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)每個(gè)ROI的平均流量(mean flux, MF)、平均流速(mean velocity, MV)、收縮期最高流速(peak systolic velocity, PSV)、舒張期最低速度(end diastolic velocity, EDV)。計(jì)算PSV與EDV的差值ΔV：ΔV=PSV-EDV，并獲得各ROI的時(shí)間-流量曲線及時(shí)間-MV曲線。以2名醫(yī)師測(cè)得結(jié)果的平均值為最后結(jié)果。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，以K-S檢驗(yàn)分析數(shù)據(jù)是否符合正態(tài)分布，以±s表示符合正態(tài)分布的計(jì)量資料，以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示不符合者。采用Kruskal-Wallis秩和檢驗(yàn)進(jìn)行組間比較，以Dunn-Bonferroni法進(jìn)行兩兩比較。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

本組48名健康成人BA走行無(wú)明顯紆曲，均由雙側(cè)椎動(dòng)脈供血，且雙側(cè)椎動(dòng)脈V4段未見(jiàn)明顯單側(cè)優(yōu)勢(shì)。不同ROI間BA血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.01)，見(jiàn)表1。兩兩比較結(jié)果顯示，ROI1與ROI3及ROI4間BA各指標(biāo)(MF、MV、ΔV)差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，ROI2與ROI3及ROI4間MF差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05)，ROI3與ROI4間MF差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，ROI2與ROI4間MV差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，其余各ROI間各參數(shù)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，見(jiàn)表2。時(shí)間-MV曲線(圖3A)及時(shí)間-流量曲線(圖3B)顯示，隨著ROI面積減少，MF逐漸減小，MV逐漸增大。

表1 不同面積ROI間血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)比較

表2 不同面積ROI間血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)兩兩比較結(jié)果

圖3 不同面積ROI的時(shí)間-MV曲線(A)和時(shí)間-流量曲線(B)

3 討論

PC-MRI利用流體流動(dòng)所致宏觀橫向磁化矢量相位變化抑制背景、突出血管信號(hào)，是基于流體內(nèi)質(zhì)子相位變化的成像技術(shù)；采用雙極梯度場(chǎng)對(duì)流動(dòng)進(jìn)行編碼，靜止組織質(zhì)子群受2個(gè)相反梯度場(chǎng)作用產(chǎn)生的相位變化相互抵消，而流動(dòng)質(zhì)子群在施加2次梯度場(chǎng)時(shí)存在位移，且無(wú)法完全抵消，其相位變化得到保留而與靜止組織存在相位差別。流動(dòng)質(zhì)子積聚的相位變化與流速呈正相關(guān)，通過(guò)調(diào)整流速編碼梯度場(chǎng)并進(jìn)行計(jì)算，可獲得血管截面的各項(xiàng)血流參數(shù)，包括MV、峰值流速及正向、反向流量[4]。PC-MRI掃描方法有二維PC、三維PC和二維電影PC法等，其中二維PC法掃描時(shí)間短，分辨率高，適用于精確測(cè)量小血管內(nèi)血流[5]。不同研究[3,6-8]對(duì)于正常人BA流速、流量的結(jié)果各不相同，提示PC-MRI結(jié)果可能受較多因素影響。

ROI是后處理軟件計(jì)算血管各項(xiàng)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)時(shí)的有效區(qū)域，對(duì)測(cè)量結(jié)果存在重要影響。本研究結(jié)果顯示，ROI占據(jù)血管截面面積100%及80%時(shí)，所測(cè)各血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，與60%及40%測(cè)量結(jié)果差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；隨著ROI面積減少，MF減小，MV及ΔV增大，與楊廣夫等[6]采用體外小血管模型的研究結(jié)果相符。分析原因，后處理軟件通過(guò)測(cè)量ROI內(nèi)每個(gè)有效像素點(diǎn)的各項(xiàng)參數(shù)并進(jìn)行微積分計(jì)算獲得各項(xiàng)血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，ROI面積縮小使有效像素點(diǎn)減少，即統(tǒng)計(jì)的血流減少，MF隨之減少；另外，由于存在血管層流現(xiàn)象，即血管血流邊緣流速較低，ROI縮小主要減少血管邊緣低流速血流，導(dǎo)致MV、ΔV增大；而血管邊緣血流流速較低對(duì)測(cè)量結(jié)果影響較小，故100%面積與80%面積ROI之間血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)無(wú)明顯差異，但隨著ROI縮小，ROI外未計(jì)入計(jì)算部分的血流速度逐漸增高，對(duì)結(jié)果的影響逐漸增強(qiáng)。有研究[7]發(fā)現(xiàn)，ROI面積約為血管實(shí)際面積75%時(shí)，所測(cè)MV、MF與100%面積ROI差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。亦有報(bào)道[8]指出，相對(duì)于其他血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)，MF受ROI面積的影響較小，可靠性較佳。ROI亦不應(yīng)大于血管截面積，否則可致所測(cè)血管流量升高不大于20%[8-9]。

另外，勾畫(huà)ROI時(shí)，圖像的窗寬、窗位對(duì)測(cè)量結(jié)果也存在影響。不同時(shí)相圖像具有默認(rèn)的固定窗寬、窗位，不同時(shí)相血流速度不同，且存在血管層流現(xiàn)象，導(dǎo)致血管截面顯示變化較大。調(diào)整圖像窗寬、窗位以及不同操作者主觀判斷的差異均可致血管截面產(chǎn)生差異。于顯示血管面積最大時(shí)相時(shí)適當(dāng)調(diào)節(jié)窗寬、窗位可使圖像中的血管邊緣最為清楚、銳利，于此時(shí)勾畫(huà)的ROI與實(shí)際血管截面最接近。

除ROI外，成像平面定位及角度、Venc設(shè)置、門(mén)控技術(shù)等均可影響測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。成像平面與血管走行及血流方向相垂直時(shí)，PC-MRI測(cè)量結(jié)果最準(zhǔn)確，否則可致最大流速測(cè)值變小[3]。本研究以MRA定位，垂直于BA中間段進(jìn)行掃描，通過(guò)MRA原始圖像將掃描中心定位至目標(biāo)血管中心，再通過(guò)三維最大密度投影方法重建圖像，調(diào)整掃描平面的角度，可快速、準(zhǔn)確定位血管及掃描角度[10]。另外，選取BA中間段進(jìn)行掃描可避免其近、遠(yuǎn)段血流匯集或分流，導(dǎo)致血流動(dòng)力學(xué)改變而影響結(jié)果的準(zhǔn)確性[11]。

Venc亦對(duì)PC-MRI測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性存在一定影響，Venc過(guò)低會(huì)發(fā)生相位混淆，導(dǎo)致結(jié)果低于血流實(shí)際流速、流量；過(guò)高則會(huì)增加噪聲，減少獲得的相位改變信息而致結(jié)果偏低[12-13]。理想情況下，Venc應(yīng)設(shè)置為小于ROI內(nèi)實(shí)際最大流速的125%[9]而大于流體峰速[14]。既往研究[15]對(duì)BA行 PC-MRI時(shí)，將Venc可行區(qū)間預(yù)置為80～160 cm/s；本研究設(shè)置Venc為90 cm/s，獲得了較好的幅值、相位圖像，提示該Venc值對(duì)于測(cè)量正常人BA的流速、流量是適當(dāng)?shù)?。相位混淆未被發(fā)現(xiàn)和校正時(shí)，可能導(dǎo)致流速結(jié)果錯(cuò)誤，甚至誤判流動(dòng)方向[16]。Venc過(guò)小時(shí)，相位混淆、尤其局部相位混淆極易被忽略；應(yīng)用流速偽彩圖或相位圖有助于發(fā)現(xiàn)相位混淆。

采集PC-MRI有前瞻性和回顧性2種門(mén)控方式。對(duì)于正常人，一般推薦使用回顧性門(mén)控方式，采集數(shù)據(jù)更全面且誤差及偽影減少；心律不齊患者心動(dòng)周期長(zhǎng)度明顯變化，推薦對(duì)其使用前瞻性門(mén)控方式[3]。回顧性門(mén)控技術(shù)又分為心電門(mén)控技術(shù)和周?chē)T(mén)控技術(shù)，采用周?chē)T(mén)控方式測(cè)得的峰值流速時(shí)間雖有延遲，但所測(cè)最大血流速度和平均速度與心電門(mén)控技術(shù)測(cè)值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義[17]。

本研究的局限性：①納入志愿者均為健康人，而后循環(huán)缺血或椎動(dòng)脈、BA發(fā)育異?；颊連A血流動(dòng)力學(xué)可能發(fā)生改變，如局部發(fā)生湍流[18]、血流不對(duì)稱(chēng)[19]等；②僅針對(duì)BA進(jìn)行測(cè)量，其管徑較小，所獲結(jié)果是否適用大管徑、高流速血管有待驗(yàn)證。

綜上所述，采用PC-MRI測(cè)量健康成年人BA血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)時(shí)，勾畫(huà)ROI面積不應(yīng)小于血管截面的80%，否則可低估MF而高估MV、ΔV。