磁共振相位對比法成像研究進(jìn)展

池潤民 綜述 汪登斌 審校

·綜述·

磁共振相位對比法成像研究進(jìn)展

池潤民 綜述 汪登斌 審校

磁共振相位對比法成像(PC MRI)作為一種無創(chuàng)性的血管成像方法，可用于評估體內(nèi)流體動力信息，被廣泛應(yīng)用于心血管系統(tǒng)的檢查中。近年來，隨著MR設(shè)備硬件性能、可視化工具、后處理軟件的發(fā)展，PC MRI亦經(jīng)歷了許多改進(jìn)，如電影相位對比法、4D-Flow磁共振成像等。本文就PC MRI的成像原理、發(fā)展現(xiàn)狀以及近年來的研究進(jìn)展等進(jìn)行綜述。

磁共振成像； 相位對比法； 血流動力學(xué)

磁共振相位對比法成像基本原理

目前臨床上應(yīng)用最多的為2D-PC法成像，2D-PC法成像需要在成像時(shí)確定測量平面，一般選取垂直于血管走行的平面，采用心電門控屏氣掃描，成像的結(jié)果為一個(gè)血管截面內(nèi)一個(gè)心動周期內(nèi)的血流參數(shù)，包括平均流速，峰值流速，正向、反向的流量大小。對于評價(jià)心功能、射血分?jǐn)?shù)、瓣膜縮窄程度、瓣膜反流情況、先心病分流狀況等都有極高的臨床應(yīng)用價(jià)值。目前臨床上常用的掃描參數(shù)為：空間分辨力1.5～2.5mm，時(shí)間分辨力30～60ms，層厚5～8mm。在掃描過程中，需要注意對流速編碼(velocity encoding, Venc)的選擇,流速編碼決定了最大編碼速度，血流速度范圍在Venc范圍內(nèi)，即?VENC<|v⊥|

近年來，隨著磁共振場強(qiáng)的提升，k-t并行采集技術(shù)及壓縮感知技術(shù)的發(fā)展[3]，使得一次屏氣內(nèi)實(shí)現(xiàn)在三個(gè)正交方向上進(jìn)行2D-PC法成像成為可能，包含了空間上的三維成像以及在一段心動周期時(shí)間內(nèi)的成像，再經(jīng)過圖像后處理，即得到4D-Flow圖像[4]。結(jié)合一系列先進(jìn)的呼吸控制如膈肌導(dǎo)航控制等，能夠?qū)崿F(xiàn)在15～20s內(nèi)完成全部掃描。相比于2D-PC成像，4D-Flow成像可以完整地將掃描范圍內(nèi)的血管顯示出來，顯示任意一個(gè)平面內(nèi)的血流方向、流速大小，避免了傳統(tǒng)2D編碼由于定位平面偏移導(dǎo)致測量偏差的情況，而且保持了血管內(nèi)血流的連續(xù)性，能一體化得出體肺循環(huán)比等數(shù)據(jù)。此外，4D-Flow成像還可以得到更多的流體動力學(xué)數(shù)據(jù)，包括血管壁切應(yīng)力(wall shear stress，WSS)、壓力梯度變化、脈搏波速率(pulse wave velocity,PWV)、湍流動能(turbulent kinetic energy，TKE)等，這些參數(shù)對于評估血管壁受力分布、管腔壓力、血管硬化程度等均有重要意義。

相位對比法成像的臨床應(yīng)用

1.常規(guī)2D-PC法成像的臨床應(yīng)用及研究進(jìn)展

2D-PC法成像作為常規(guī)序列應(yīng)用于心臟MRI檢查中，能夠準(zhǔn)確測得血流速度以及血流流量[5]，包括平均流速、峰值流速、正向血流量、反向血流量、反流分?jǐn)?shù)等,應(yīng)用這些數(shù)據(jù)可以對一系列臨床疾病進(jìn)行評估。

先心病往往伴有體、肺循環(huán)間的異常分流，了解分流方向、流速及流量大小等血流動力學(xué)的改變對先心病的診斷及評估有重要價(jià)值。PC法成像可以測量體-肺循環(huán)比(Qp/Qs)，即肺動脈與升主動脈流量的比值。對于包括房、室間隔缺損、肺靜脈異位引流等在內(nèi)的先心病均有較高的診斷、評估價(jià)值。Hundley等[6]比較了PC法成像與侵入性的指示劑稀釋法測定分流量的結(jié)果，顯示兩者有很好的相關(guān)性。通過測量房缺患者的Qp/Qs，可以定量計(jì)算出房缺的分流量大小，且房缺面積大小與Qp/Qs呈顯著正相關(guān)(r=0.75)。相關(guān)研究將 PC法成像所測得的流量數(shù)據(jù)與心臟彩超結(jié)果及介入操作下的血氧定量法進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)PC法成像受角度偏差影響較小，較超聲更為準(zhǔn)確，可作為測量體內(nèi)血流參數(shù)的金標(biāo)準(zhǔn)。也有學(xué)者嘗試直接在房缺平面上測量分流量[7]，但需要精準(zhǔn)的定位，需要反復(fù)調(diào)節(jié)定位平面。

在心臟瓣膜疾病中，峰值流速主要應(yīng)用于心臟瓣膜縮窄的檢查，有研究顯示PC法成像測量主動脈縮窄患者所得到的跨瓣峰值流速、壓力梯度變化等數(shù)值與超聲所得結(jié)果高度一致，且峰值流速與主動脈瓣膜縮窄程度呈正相關(guān)[8]。反流分?jǐn)?shù)主要應(yīng)用于評估瓣膜關(guān)閉不全疾病，Iwamoto等[9]將反流分?jǐn)?shù)與心臟電影序列進(jìn)行比較，認(rèn)為直接通過PC法成像測量主動脈根部的反流分?jǐn)?shù)不夠準(zhǔn)確，推薦采用左心室每博輸出量減去肺動脈血流量的間接方法來評估反流分?jǐn)?shù)。對于二尖瓣關(guān)閉不全疾病，Le Goffic等[10]的研究表明，用左心室每搏輸出量減去收縮期主動脈血流來計(jì)算二尖瓣反流分?jǐn)?shù) ，對重度二尖瓣反流的診斷效能最高，優(yōu)于3D超聲心動圖。

冠心病患者冠脈管腔的狹窄會導(dǎo)致一系列血流動力學(xué)改變，但冠脈PC法成像的主要難點(diǎn)在于冠狀動脈管徑小，需要更高的圖像分辨力。但仍有一些研究采用諸如k-t加速等方法實(shí)現(xiàn)了冠脈血流的測量。Brandts等[11]和Johnson等[12]通過體外模型驗(yàn)證了PC法成像在測量小管徑管腔內(nèi)流體流量、流速的準(zhǔn)確性，并且在人體冠狀動脈測量中驗(yàn)證了其可重復(fù)性。通過PC法成像可以無創(chuàng)地檢測冠脈血流的儲備分?jǐn)?shù)，方法是比較靜息狀態(tài)下與服用血管活性藥物后測得的冠脈流量、流速比值，有研究將PC法成像測得的血流流速儲備分?jǐn)?shù)與血管內(nèi)超聲以及PET心肌灌注結(jié)果進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)有良好的一致性，說明PC法成像可以應(yīng)用于檢測冠心病患者的心肌缺血狀況[13]。

2D-PC法成像在臨床上還可用于測量腦脊液循環(huán)過程中的流體信息，主要應(yīng)用于對正常壓力型腦積水的診斷。不同于壓力增高型腦積水患者，正常壓力型腦積水患者腦脊液循環(huán)通常處于高流動性狀態(tài)，對于腦室分流治療效果較好。正常中腦導(dǎo)水管水平內(nèi)的每博流量為30～50μL[14]。Bradley等[15]研究發(fā)現(xiàn)，若正常壓力型腦積水患者中腦導(dǎo)水管水平內(nèi)每博流量大于42μL，其對于腦室-腹腔分流術(shù)的療效明顯好于每博流量低于42μL者。

對于Chiari Ⅰ畸形患者，PC法成像可以定量評價(jià)小腦扁桃體下疝壓迫對于腦脊液循環(huán)的影響，Wang等[16]的研究表明，下疝的小腦扁桃體壓迫枕骨大孔，導(dǎo)致顱頸部腦脊液流量、流速下降，中腦導(dǎo)水管水平的腦脊液峰值流速較正常人明顯下降，且手術(shù)治療后流速明顯升高，術(shù)前峰值流速大于2.13cm/s的患者術(shù)后癥狀明顯改善。

2D-PC法成像在腹部主要應(yīng)用于門靜脈系統(tǒng)成像。肝硬化會直接影響門靜脈血流狀態(tài)，McAvoy等[17]通過PC法成像測量了正常人與肝硬化患者門靜脈系統(tǒng)的血流，兩者的門靜脈血流量未見明顯差異，但肝硬化患者的肝動脈及腸系膜上動脈血流量明顯高于正常人，認(rèn)為這是由于機(jī)體為克服門靜脈高壓，維持肝臟灌注所產(chǎn)生的脾臟盜血現(xiàn)象，且這一差異與肝硬化嚴(yán)重程度呈正相關(guān)。肝靜脈壓力梯度是衡量門脈高壓的客觀指標(biāo)，可反映肝硬化程度， Gouya等[18]將PC法成像所測值與肝靜脈壓力梯度值進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)奇靜脈血流量與肝靜脈壓力梯度存在相關(guān)性，且以奇靜脈血流量作為判斷標(biāo)準(zhǔn)診斷門靜脈高壓(肝靜脈壓力≥16mmHg)時(shí),診斷效能最高。對于慢性肝病患者肝功能的評價(jià)，陸力堅(jiān)等[19]研究發(fā)現(xiàn)門靜脈主干的平均血流速度與終末期肝病模型(model for end-stage liver disease,MELD)評分呈顯著負(fù)相關(guān)，治療前后門靜脈主干的平均血流速度變化量及每分血流變化量與MELD評分變化量呈顯著負(fù)相關(guān)，認(rèn)為門靜脈血流速度的下降對于評估肝功能下降及治療療效有重要價(jià)值。

2.4D Flow的臨床應(yīng)用及研究進(jìn)展

4D-Flow成像不僅能在任意重建平面上測量流速及流量數(shù)據(jù)，還能得到WSS、壓力梯度變化、PWV、TKE等數(shù)據(jù)，對于理解血管疾病病理生理變化及預(yù)測疾病預(yù)后具有重要意義[4]。

相比于2D-PC法成像，4D-Flow最重要的優(yōu)勢在于能夠立體完整地將一個(gè)心動周期內(nèi)多支血管內(nèi)的血流狀態(tài)展現(xiàn)出來，對一些需要測量多平面血流參數(shù)的患者來說，4D-Flow反而較2D-PC法成像耗時(shí)更少，并且4D-Flow能顯示出不同方向上的血流，對于存在渦流的血管來說是唯一的成像方法。Francois等[20]對接受過矯正手術(shù)的法洛氏四聯(lián)征患者行4D-Flow成像，顯示患者右心房內(nèi)存在異常渦流，且由于肺動脈的反流，在右心室內(nèi)血流沖擊右心室心尖部，認(rèn)為這是導(dǎo)致法洛氏四聯(lián)征患者術(shù)后右心室形態(tài)改變的原因。

WSS是反映血管壁所受血流摩擦力的血流參數(shù)，直接作用于血管內(nèi)壁表皮細(xì)胞影響其功能，WSS的測量需要得到管壁邊緣橫向及縱向的流速變化， 4D-Flow成像可以滿足這一需求，將整個(gè)血管壁所受切應(yīng)力的情況展現(xiàn)出來，對于研究動脈瘤、動脈粥樣斑塊等疾病的發(fā)生發(fā)展具有重要意義。Bieging等[21]的研究認(rèn)為主動脈根部的擴(kuò)張與管壁切應(yīng)力升高明顯相關(guān)，提示管壁剪切應(yīng)力在動脈壁管腔重塑的過程中起到一定作用。對于顱內(nèi)動脈瘤，管腔的進(jìn)行性增大是破裂的危險(xiǎn)因素，動脈瘤的生長與血管壁切應(yīng)力也有關(guān)，Meng等[22]通過4D-Flow成像測量得出顱內(nèi)動脈瘤的管壁切應(yīng)力，而關(guān)于切應(yīng)力對于動脈瘤的影響，有研究對通過4D-Flow成像測得的切應(yīng)力進(jìn)行分析，認(rèn)為高切應(yīng)力與動脈瘤瘤壁厚度呈負(fù)相關(guān)，高切應(yīng)力更易引起破裂[23，24]。而另一項(xiàng)研究認(rèn)為，血管內(nèi)皮的完整需要一定的切應(yīng)力，過低的切應(yīng)力會引起血管內(nèi)皮細(xì)胞的凋亡，進(jìn)而導(dǎo)致動脈瘤膨脹、破裂[25]，推測可能是由于高切應(yīng)力在早期誘導(dǎo)了動脈瘤的發(fā)生，而后期的低切應(yīng)力影響了動脈瘤壁的生長而導(dǎo)致其破裂。

PWV是由于主動脈管壁隨心臟射血而同時(shí)產(chǎn)生搏動時(shí)的傳遞速率[26]，反映出動脈的管壁順應(yīng)性，與動脈管壁硬化程度相關(guān)，管壁彈性越差，PWV越高，傳統(tǒng)的2D平面PC法成像分別測定主動脈近、遠(yuǎn)端兩個(gè)不同截面內(nèi)的血流，將脈搏波傳遞至不同截面的時(shí)間差除以兩者的距離計(jì)算得到PWV[27]。4D-Flow成像可完整顯示血流從近心端流向遠(yuǎn)端的全過程，可直接得出PWV，Damughatla等[28]對腹主動脈分別行PC法成像(測定PWV)與磁共振彈力成像，兩者均得到主動脈管壁硬化與年齡相關(guān)的結(jié)論，對于動脈硬化程度的評估具有重要意義。

TKE可以反映出由于瓣膜縮窄或管腔狹窄引起的狹窄后流體壓力下降，TKE的大小與血管管腔狹窄段前后壓力下降的程度呈負(fù)相關(guān)，而由于這種壓力的下降，促使心肌收縮力增強(qiáng)，引起一系列病理改變[29]。4D-Flow成像可通過計(jì)算血管管腔狹窄段后方單一體素內(nèi)流速的差異估計(jì)壓力梯度變化，Dyverfeldt等[30]對主動脈縮窄患者行4D-Flow成像計(jì)算縮窄后TKE，發(fā)現(xiàn)主動脈縮窄患者TKE明顯升高，且與壓力下降程度呈顯著正相關(guān);而在擴(kuò)張性心肌病患者中，同樣發(fā)現(xiàn)了升主動脈內(nèi)的TKE明顯升高，提示TKE的變化與心肌結(jié)構(gòu)的重塑之間存在相關(guān)性[31]。

綜上所述，磁共振PC法成像作為一種無創(chuàng)性定量評價(jià)血液流動情況的成像方法，其測量的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性已被廣泛驗(yàn)證，可為心臟、腦、腹部等多個(gè)器官病變的診斷及預(yù)后評估提供豐富的流體動力學(xué)信息;而4D-Flow成像能直觀立體地呈現(xiàn)血管內(nèi)血流狀態(tài)，并且能夠得到一系列功能參數(shù)。相信隨著MR硬件設(shè)備的提升及后處理軟件的開發(fā)，PC法成像尤其是4D-Flow成像將在臨床中取得更加廣泛的應(yīng)用。

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200092 上海，上海交通大學(xué)醫(yī)學(xué)院附屬新華醫(yī)院放射科

池潤民(1990-)，男，上海人，博士研究生，主要從事心血管系統(tǒng)影像診斷。

汪登斌，E-mail：dbwang8@aliyun.com

R445.2

A

1000-0313(2017)05-0538-04

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.05.023

2017-02-21

2017-04-10)