ROI面積對PC-MRI測量基底動脈血流動力學參數的影響

陳 弘，利灝天，謝 涵，姚紫琦，陳煜豪，利 晞*

(1.廣州醫科大學附屬第二醫院放射科，廣東 廣州 510260；2.廣州醫科大學第三臨床學院臨床醫學系，廣東 廣州 511436)

相位對比MRI(phase-contrast MRI, PC-MRI)可無需對比劑而實現無創、快速觀測血流方向、流速及流量，且可重復性較好[1-2]；但其結果準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PC-MRI測量基底動脈(basilar artery, BA)血流動力學參數的影響。

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。本研究經院倫理委員會批準(批準號：2018-KY-ks-05)，所有志愿者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Philips Ingenia 3.0T超導MR系統，配備8通道頭部線圈，采集顱腦常規MRI，行MR血管造影(MR angiography, MRA)；應用二維相位對比法流速測量序列針對BA行PC-MRI，采用外周脈搏門控技術，垂直于BA中間段進行掃描(圖1)，FOV 150 mm×101 mm，矩陣132×88，TR 9.0 ms，TE 5.3 ms，翻轉角10°，層厚5 mm，編碼速率(velocity encoding, Venc)預置90 cm/s，編碼方向由足向頭，掃描時間133.5 s。

圖1 垂直于BA中間段采集PC-MRI 圖2 手動勾畫血管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年影像學診斷經驗的住院醫師獨立分析圖像，于T1加權快速場回波幅值圖(T1-weighted fast field echo/Module, T1FFE/M)上適當調節窗寬、窗位，以顯示清晰血管邊緣；之后首先沿血管邊緣手動勾畫第1個ROI，即100%血管面積(ROI1)，再以血管中心點為中心，依次手動勾畫ROI2、ROI3、ROI4，使其面積分別占據血管截面面積的80%、60%、40%(圖2)，獲得1個心動周期內每個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)。計算PSV與EDV的差值ΔV：ΔV=PSV-EDV，并獲得各ROI的時間-流量曲線及時間-MV曲線。以2名醫師測得結果的平均值為最后結果。

1.4 統計學分析 采用SPSS 22.0統計分析軟件，以K-S檢驗分析數據是否符合正態分布，以±s表示符合正態分布的計量資料，以中位數(上下四分位數)表示不符合者。采用Kruskal-Wallis秩和檢驗進行組間比較，以Dunn-Bonferroni法進行兩兩比較。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

本組48名健康成人BA走行無明顯紆曲，均由雙側椎動脈供血，且雙側椎動脈V4段未見明顯單側優勢。不同ROI間BA血流動力學參數差異均有統計學意義(P均<0.01)，見表1。兩兩比較結果顯示，ROI1與ROI3及ROI4間BA各指標(MF、MV、ΔV)差異均有統計學意義(P均<0.05)，ROI2與ROI3及ROI4間MF差異均有統計學意義(P均<0.05)，ROI3與ROI4間MF差異有統計學意義(P<0.05)，ROI2與ROI4間MV差異有統計學意義(P<0.05)，其余各ROI間各參數差異均無統計學意義(P均>0.05)，見表2。時間-MV曲線(圖3A)及時間-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間血流動力學參數比較

表2 不同面積ROI間血流動力學參數兩兩比較結果

圖3 不同面積ROI的時間-MV曲線(A)和時間-流量曲線(B)

3 討論

PC-MRI利用流體流動所致宏觀橫向磁化矢量相位變化抑制背景、突出血管信號，是基于流體內質子相位變化的成像技術；采用雙極梯度場對流動進行編碼，靜止組織質子群受2個相反梯度場作用產生的相位變化相互抵消，而流動質子群在施加2次梯度場時存在位移，且無法完全抵消，其相位變化得到保留而與靜止組織存在相位差別。流動質子積聚的相位變化與流速呈正相關，通過調整流速編碼梯度場并進行計算，可獲得血管截面的各項血流參數，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法掃描時間短，分辨率高，適用于精確測量小血管內血流[5]。不同研究[3,6-8]對于正常人BA流速、流量的結果各不相同，提示PC-MRI結果可能受較多因素影響。

ROI是后處理軟件計算血管各項血流動力學參數時的有效區域，對測量結果存在重要影響。本研究結果顯示，ROI占據血管截面面積100%及80%時，所測各血流動力學參數差異無統計學意義，與60%及40%測量結果差異均有統計學意義；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果相符。分析原因，后處理軟件通過測量ROI內每個有效像素點的各項參數并進行微積分計算獲得各項血流動力學參數，ROI面積縮小使有效像素點減少，即統計的血流減少，MF隨之減少；另外，由于存在血管層流現象，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，導致MV、ΔV增大；而血管邊緣血流流速較低對測量結果影響較小，故100%面積與80%面積ROI之間血流動力學參數無明顯差異，但隨著ROI縮小，ROI外未計入計算部分的血流速度逐漸增高，對結果的影響逐漸增強。有研究[7]發現，ROI面積約為血管實際面積75%時，所測MV、MF與100%面積ROI差異無統計學意義。亦有報道[8]指出，相對于其他血流動力學參數，MF受ROI面積的影響較小，可靠性較佳。ROI亦不應大于血管截面積，否則可致所測血管流量升高不大于20%[8-9]。

另外，勾畫ROI時，圖像的窗寬、窗位對測量結果也存在影響。不同時相圖像具有默認的固定窗寬、窗位，不同時相血流速度不同，且存在血管層流現象，導致血管截面顯示變化較大。調整圖像窗寬、窗位以及不同操作者主觀判斷的差異均可致血管截面產生差異。于顯示血管面積最大時相時適當調節窗寬、窗位可使圖像中的血管邊緣最為清楚、銳利，于此時勾畫的ROI與實際血管截面最接近。

除ROI外，成像平面定位及角度、Venc設置、門控技術等均可影響測量結果的準確性。成像平面與血管走行及血流方向相垂直時，PC-MRI測量結果最準確，否則可致最大流速測值變小[3]。本研究以MRA定位，垂直于BA中間段進行掃描，通過MRA原始圖像將掃描中心定位至目標血管中心，再通過三維最大密度投影方法重建圖像，調整掃描平面的角度，可快速、準確定位血管及掃描角度[10]。另外，選取BA中間段進行掃描可避免其近、遠段血流匯集或分流，導致血流動力學改變而影響結果的準確性[11]。

Venc亦對PC-MRI測量結果的準確性存在一定影響，Venc過低會發生相位混淆，導致結果低于血流實際流速、流量；過高則會增加噪聲，減少獲得的相位改變信息而致結果偏低[12-13]。理想情況下，Venc應設置為小于ROI內實際最大流速的125%[9]而大于流體峰速[14]。既往研究[15]對BA行 PC-MRI時，將Venc可行區間預置為80～160 cm/s；本研究設置Venc為90 cm/s，獲得了較好的幅值、相位圖像，提示該Venc值對于測量正常人BA的流速、流量是適當的。相位混淆未被發現和校正時，可能導致流速結果錯誤，甚至誤判流動方向[16]。Venc過小時，相位混淆、尤其局部相位混淆極易被忽略；應用流速偽彩圖或相位圖有助于發現相位混淆。

采集PC-MRI有前瞻性和回顧性2種門控方式。對于正常人，一般推薦使用回顧性門控方式，采集數據更全面且誤差及偽影減少；心律不齊患者心動周期長度明顯變化，推薦對其使用前瞻性門控方式[3]。回顧性門控技術又分為心電門控技術和周圍門控技術，采用周圍門控方式測得的峰值流速時間雖有延遲，但所測最大血流速度和平均速度與心電門控技術測值差異無統計學意義[17]。

本研究的局限性：①納入志愿者均為健康人，而后循環缺血或椎動脈、BA發育異常患者BA血流動力學可能發生改變，如局部發生湍流[18]、血流不對稱[19]等；②僅針對BA進行測量，其管徑較小，所獲結果是否適用大管徑、高流速血管有待驗證。

綜上所述，采用PC-MRI測量健康成年人BA血流動力學參數時，勾畫ROI面積不應小于血管截面的80%，否則可低估MF而高估MV、ΔV。