相位對比電影MR成像評估嬰幼兒腦血流特點(diǎn)

付明翠，王 穎，李慧君，朱美嬌，王樹杰，馮章志，楊 明

(南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院放射科，江蘇 南京 210008)

腦血流量(cerebral blood flow， CBF)為每單位時(shí)間內(nèi)供應(yīng)大腦的血液量，對嬰幼兒腦發(fā)育至關(guān)重要；其改變與缺氧缺血性損傷[1-2]、圍產(chǎn)期缺血性卒中[3]和先天性心臟病[4]等密切相關(guān)。目前國內(nèi)外僅見少量評估嬰幼兒CBF的研究[5-7]，尚未獲得相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)。本研究以無創(chuàng)相位對比電影MR成像(phase contrast cine MRI， PC cine MRI)量化嬰幼兒CBF，觀察嬰幼兒頸內(nèi)動(dòng)脈(internal carotid artery， ICA)血流動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)及其發(fā)展變化規(guī)律。

1 資料與方法

1.1 研究對象 回顧性分析2019年1月—5月37例于南京醫(yī)科大學(xué)附屬兒童醫(yī)院主要因外傷、頭部腫物等接受頭頸部MR檢查的嬰幼兒，男18例，女19例；周齡11～132周，平均(59.4±38.5)周；心率82～137次/分，平均(107.35±13.38)次/分。納入標(biāo)準(zhǔn)：①足月兒；②MRI未見明顯異常。排除標(biāo)準(zhǔn)：①有影響血流動(dòng)力學(xué)的相關(guān)疾病及藥物服用史；②MRI質(zhì)量不佳。本研究經(jīng)院倫理委員會批準(zhǔn)(倫理編號：201910241-1)。檢查前所有患兒家屬均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Philips Ingenia 3.0T MR儀，16通道頭部線圈，回顧性外周門控。予患兒口服5%水合氯醛(1 ml/kg體質(zhì)量)鎮(zhèn)靜后，采集頭部軸位T2WI，參數(shù)：TR 4 000 ms，TE 110 ms，F(xiàn)OV 200 mm×200 mm，矩陣256×256。由2名具有7年以上工作經(jīng)驗(yàn)的影像科醫(yī)師觀察圖像并做出影像學(xué)診斷，意見不一致時(shí)經(jīng)協(xié)商達(dá)成共識。之后行頸枕部軸位時(shí)間飛躍(time of flight， TOF)血管成像，定位線中心位于枕大孔水平，參數(shù)：FOV 160 mm×140 mm，TE 3.5 ms，TR 22 ms，層數(shù)44；采用最大密度投影對左側(cè)頸內(nèi)動(dòng)脈(left internal carotid artery， LICA)頸段(C1)行冠狀位、矢狀位重組。選擇垂直于LICA的冠狀位及矢狀位切面，以血管管腔中心為掃描中心，采用PC cine MR序列6個(gè)編碼流速(encoding velocity， Venc)[8-11]采集LICA數(shù)據(jù)，參數(shù)：FOV 130 mm×130 mm，TR 6.5 ms， TE 11 ms，每個(gè)心動(dòng)周期分為30個(gè)時(shí)相，Venc分別為30、40、50、60、70及80 cm/s。將所獲解剖圖像、幅度圖像及相位圖像上傳至后處理工作站(圖1)；對引起相位混淆的Venc值行速度混淆校正[8]，選取無明顯相位混淆偽影中Venc較高的圖像。

1.3 數(shù)據(jù)處理 由2名具有7年以上工作經(jīng)驗(yàn)的影像科醫(yī)師在后處理工作站上于解剖圖所示血管邊緣勾畫ROI，同時(shí)測量血管直徑，系統(tǒng)自動(dòng)得出ICA峰值流速(peak velocity， Vp)和1個(gè)心動(dòng)周期平均血流量；每名醫(yī)師勾畫3次ROI，取平均值。ICA血流量=LICA平均血流量×2[7-8]。將T2WI導(dǎo)入ImgJ軟件，逐層去除腦脊液、腦干和小腦勾畫整個(gè)大腦，以MRI cron軟件獲得大腦體積(cm3)，以密度1.06 g/L[6]計(jì)算腦質(zhì)量，腦質(zhì)量(g)=大腦體積/1 000×1.06。單位體積大腦CBF[ml/(100 g·min)]=ICA血流量/腦質(zhì)量×100。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件，以組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(inter-class correlation coefficient， ICC)評估測量結(jié)果的重復(fù)性，ICC>0.75為重復(fù)性良好。計(jì)量資料以±s表示，以Pearson線性相關(guān)分析評價(jià)年齡與ICA Vp、ICA血流量、CBF、ICA血管直徑、大腦體積及心率之間，以及ICA Vp與ICA直徑、心率之間的相關(guān)性。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 相關(guān)測值及一致性分析 2名觀察者所測ICA Vp值相同；ICA平均血流量測量結(jié)果可重復(fù)性良好(ICC=0.983，P<0.001)。ICA相關(guān)參數(shù)及CBF見表1。

表1 37例嬰幼兒頭頸部血流及腦體積相關(guān)參數(shù)

2.2 ICA血流量 相同編碼速度下，每個(gè)心動(dòng)周期的時(shí)相-流量曲線趨勢相似，即在較低流速編碼(30、40、50 cm/s)下呈“U”形，較高流速編碼(60、70、80 cm/s)下呈倒“U”形，且包含1個(gè)波峰，見圖2、3；周齡較大患兒的時(shí)相-流量曲線較周齡較小者更光滑。

圖1 女性患兒，128周，下肢抽動(dòng) A、B.于PC cine MR解剖圖像上勾畫LICA的ROI(紅圈)，并自動(dòng)復(fù)制到Venc為80 cm/s的對應(yīng)相位圖(B)； C.流速編碼過小導(dǎo)致血管內(nèi)相位混淆偽影呈黑色(箭，Venc=30 cm/s)； D.幅度圖(Venc=30 cm/s)

圖2 患兒男，16周，鼻根部腫物，時(shí)相-流量曲線圖 A.Venc=30 cm/s； B.Venc=70 cm/s

圖3 患兒男，108周，頻繁眨眼、擠眼，時(shí)相-流量曲線圖 A.Venc=30 cm/s； B.Venc=70 cm/s

2.3 相關(guān)性分析 周齡與ICA Vp無明顯相關(guān)(r=-1.06，P=0.532)，正態(tài)Q-Q圖(圖4)顯示Vp呈正態(tài)分布；與ICA血流量、ICA直徑、CBF及大腦體積呈正相關(guān)，與心率呈負(fù)相關(guān)，見表2。采用線性函數(shù)、冪函數(shù)、指數(shù)函數(shù)及多項(xiàng)式函數(shù)擬合周齡與CBF，結(jié)果顯示多項(xiàng)式擬合曲線擬合優(yōu)度R2值最高(R2=0.612)，且三次函數(shù)R2值大于二次函數(shù)R2，見圖5。ICA Vp與ICA直徑、心率均無明顯相關(guān)(P均>0.05)。

表2 37例嬰幼兒周齡與各參數(shù)的相關(guān)性

3 討論

PET是定量CBF的金標(biāo)準(zhǔn)，但存在輻射且需連續(xù)采集血樣，在兒童中應(yīng)用受限。近年動(dòng)脈自旋標(biāo)記MR作為一種無創(chuàng)測量CBF的方法逐漸用于嬰幼兒[7，9]，但嬰幼兒血流動(dòng)力學(xué)變化差異較大，導(dǎo)致標(biāo)記效率和延遲時(shí)間不確定，且信噪比較低，其可靠性仍需進(jìn)一步證實(shí)。PC cine MRI無需對比劑即可量化CBF，且無電離輻射，已逐漸用于定量成人CBF[10]，但用于嬰幼兒僅見少量報(bào)道[11]。

圖4 ICA Vp正態(tài)Q-Q圖

羅益鎮(zhèn)等[8]發(fā)現(xiàn)嬰幼兒ICA Vp為(60.69±17.67)cm/s，且與學(xué)齡前兒童無顯著差異；本研究結(jié)果與其相符合，出生后11～132周ICA Vp服從正態(tài)分布，與周齡無明顯相關(guān)，均值為67.57 cm/s，略高于成人(40～50 cm/s)[12]。但亦有研究[6，11]認(rèn)為嬰幼兒ICA Vp隨年齡增加而增加，可能與樣本量差異相關(guān)；其PC cine MR掃描定位線垂直于MR血管成像的三維LICA圖像，且雙側(cè)同時(shí)掃描，定位不同，可能對結(jié)果產(chǎn)生影響[11]；未使用門控，可能影響血流測量結(jié)果，特別是對血流較復(fù)雜的心臟疾病患兒[6，11]。本研究中MR掃描定位線同時(shí)垂直于LICA冠狀位、矢狀位最大密度投影圖，且以血管中心為掃描中心，更可能反映真實(shí)的Vp。

圖5 周齡與各參數(shù)的散點(diǎn)圖 A.周齡與ICA血流量的散點(diǎn)圖； B.周齡與直徑的散點(diǎn)圖；C.周齡與CBF的散點(diǎn)圖； D.周齡與大腦體積的散點(diǎn)圖 (實(shí)線為二次多項(xiàng)式擬合曲線，虛線為三次多項(xiàng)式擬合曲線)

Venc是PC cine MRI最重要的掃描參數(shù)之一。本研究采用6個(gè)Venc進(jìn)行掃描，以防Venc過高或過低對Vp產(chǎn)生影響，相同Venc下周齡較小與較大嬰幼兒測得的時(shí)相-流量曲線相似，即其ICA血流動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)相似，Vp均出現(xiàn)在收縮期；周齡較小嬰兒在較低Venc下血管內(nèi)混淆偽影較重、流量曲線平滑度較差，且嬰兒ICA峰值流速較高，血流動(dòng)力學(xué)特點(diǎn)較幼兒更復(fù)雜，提示對嬰兒行PC cine MR掃描時(shí)應(yīng)采用更高的Venc。

本研究中，ICA直徑、CBF及大腦體積隨周齡增加而增長，與周齡呈正相關(guān)；平均CBF為(37.77±13.37)ml/(100 g·min)，與既往研究[6,11,13]結(jié)果相似。CARSIN-VU等[7，13]發(fā)現(xiàn)CBF與年齡的最佳擬合曲線并非線性曲線，本研究結(jié)果與一致，采用三次多項(xiàng)式擬合周齡與CBF、大腦體積所獲曲線的R2值最大，提示2歲前兒童CBF及腦體積隨年齡快速增長，期間腦灌注明顯增加與大腦生理和結(jié)構(gòu)變化有關(guān)[13]。

本研究的局限性：①樣本量?。虎趦H根據(jù)LICA血流評估CBF，結(jié)果存在偏倚；③四維流相位對比MRI(4D Qflow MRI)[12,14]對受試者要求較高且掃描時(shí)間較長，兒童應(yīng)用受限，而未采用此新技術(shù)；④未考慮身長、體質(zhì)量及鎮(zhèn)靜藥物對結(jié)果的影響。

總之，作為簡單、快速的MR脈沖序列，PC cine MR可無創(chuàng)測量血流速度并量化CBF，較準(zhǔn)確地反映嬰幼兒CBF特點(diǎn)，為兒童腦血流狀態(tài)提供更多信息。