注射流率对脑磁共振灌注成像血流动力学的影响

张孝琴 李建策 王娜娜 杨运俊 吴立军

1(温州医科大学附属第一医院放射影像中心，浙江 温州 325000)2(温州医科大学数字化医学研究所，浙江 温州 325035)

注射流率对脑磁共振灌注成像血流动力学的影响

张孝琴1李建策1王娜娜1杨运俊1吴立军2*

1(温州医科大学附属第一医院放射影像中心，浙江 温州 325000)2(温州医科大学数字化医学研究所，浙江 温州 325035)

研究不同注射速率对磁共振脑灌注测量值的影响，并探讨最佳的注射速率。60名无明确脑血管疾病志愿者按对比剂注射流率(3、4、5 mL/s)分为3组，采取MR常规扫描及灌注扫描，将原始灌注扫描数据传送到ADW4.3工作站，应用GE专用灌注软件处理得到相对脑血流量(rCBF)、相对脑血容量(rCBV)、对比剂平均通过时间(MTT)和达峰时间(TTP)函数图，测量受试者各感兴趣区(额叶白质、丘脑及小脑)的rCBV、rCBF、MTT、TTP参数值。结果表明，60名无明确脑血管疾病志愿者均符合选入标准，纳入统计。不同流率组内两侧额叶白质、丘脑及小脑的rCBF、rCBV、MTT和TTP值左右对比，无明显统计学差异(P>0.05)；不同流率组间两侧额叶白质、丘脑及小脑各灌注参数比较显示：组各感兴趣区rCBF值，3 mL/s明显低于4、5 mL/s组；各感兴趣区rCBV值，3 mL/s组明显低于4、5 mL/s组；各感兴趣区MTT值，3 mL/s组较4、5 mL/s组明显延迟；以上差异均具有显著统计学差异(P<0.05)。3、4、5 mL/s三组各感兴趣区TTP值比较差异无统计学意义(P>0.05)；4 mL/s组与5 mL/s组，各感兴趣区各参数值比较差异无统计学意义(P>0.05)。使用4 mL/s的注射流率时，磁共振脑灌注成像能产生较好的团注效果，可以满足诊断要求，并可降低对比剂局部外渗甚至血管壁破裂的风险；TTP值对注射流率影响脑灌注量的反应程度不及rCBV、rCBF、MTT敏感。

磁共振灌注；脑；流率；造影剂；对比研究

引言

磁共振灌注成像(perfusion-weighted imaging,PWI)用以反映组织的微血管分布和血流灌注情况，能够提供血流动力学方面的信息，且具有时间分辨率和空间分辨率高、操作简单、无放射性等特点，可以在短时间内重复进行，特别对于急性期脑梗死患者缺血半暗带的识别，更具有重要意义，正在临床推广。和CT灌注类似，磁共振对比剂需静脉团注才可产生较好的效果，而高注射速率可能会造成对比剂局部外渗甚至血管壁破裂，该缺陷已备受关注[1]。有关PWI中不同注射流率下脑血流动力学的研究，国外罕见文献报道而国内尚未见相关报道。笔者比较60名无明确脑血管疾病志愿者在不同注射流率下脑MR灌注成像的血流动力学参数，以获得既能保证数据的准确性、又相对安全的对比剂注射流率。

1 材料与方法

1.1一般资料

志愿者60名，男31名，女29名，年龄(50.13±11.69)岁(31～65岁)，均经详细询问，确认无心血管疾病、糖尿病、颅内病变等。按不同对比剂注射流率分为3组，每组各20名；分组时兼顾组间性别及年龄的均衡性。对磁共振数据的采集保存及可能产生的过敏反应，志愿者均签署了知情同意书。

1.2MR检查

应用美国 GE Healthcare 3.0T 超导磁共振扫描仪，检查范围覆盖全脑。T1WI OAx，TR=1 750 ms，TE=24 ms，视野(FOV)24 cm×24 cm，矩阵 288×160，层厚5 mm，间隔 1 mm； T2WI OAx T2 FSE，TR=3 400 ms，TE=110 ms，FOV24 cm×24 cm，矩阵 320×256，层厚 5 mm，间隔 1 mm。灌注成像采用梯度回波平面成像(GE-EPI)序列，在与以上相同的位置扫描。扫描参数：TR=1 500 ms，TE=75 ms，反转角为90°，连续扫描40帧，FOV 24 cm，矩阵128×128，层厚5 mm，层间隔1.5 mm，扫描层数20，覆盖全脑范围，扫描时间1.15 min。对比剂采用欧乃影，0.2 mmol/kg。由专业指定护理人员于右肘窝处肘正中静脉或贵要静脉留置20号BD留置针，使用Optistar LE TT5200的高压注射器分别以3、4、5 mL/s的流率注射。

1.3图像处理

将原始灌注扫描数据传送到ADW 4.3工作站，应用GE公司专用后处理软件进行图像后处理，得到相对脑血流量(rCBF)、相对脑血容量(rCBV)、对比剂平均通过时间(MTT)和达峰时间(TTP)函数图。感兴趣区设置为圆形，画在两侧额叶白质、丘脑及小脑，丘脑感兴趣区面积大小约0.7 cm2，其余感兴趣区面积约1.1 cm2，测量时注意避开血管周围间隙[2]。记录各组受试者各部位感兴趣区的参数值，具体测量部位及数值分别见图1和表1。

图1 各感兴趣区(图中的圆圈内部分)具体测量部位。(a) 额叶；(b)丘脑；(c) 小脑Fig.1 The specific measurement site of each region of interest(the circle part).(a) Frontal lobe;(b) Thalamus;(c) Cerebellum

表1 3组不同流率组各感兴趣区灌注参数值(均数±标准差)Tab.1 Each region of interest perfusion parameter values of 3 different flow rate of groups (mean±SD)

1.4统计学方法

对计量资料进行正态性检验，3组不同流率在各感兴趣区灌注参数值符合正态性分布，采用均数±标准差表示，使用配对t检验和单因素方差分析对3组不同流率各感兴趣区灌注参数值进行统计学分析。以上所有检验采用 SPSS17.0统计软件进行统计学处理，P<0.05认为差异有统计学意义。

2 结果

影像学表现：所有志愿者MR常规扫描图像均经同一名高年资副主任医师评价，排除陈旧性脑出血、脑梗死、脑白质疏松、颅内肿瘤、动静脉畸形等疾病。

60名无明确脑血管疾病志愿者均符合选入标准，纳入统计。对不同流率组内两侧额叶白质、丘脑及小脑的rCBF、rCBV、MTT和TTP值进行左右对比无明显统计学差异(P>0.05)。不同流率组两侧额叶白质、丘脑及小脑各灌注参数值的大小及比较结果见表1和表2。可见，随着对比剂流率的降低，各感兴趣rCBF值、rCBV值逐渐降低，MTT值呈逐渐延迟趋势(见图2)；各感兴趣区rCBF值，3 mL/s组明显低于4、5 mL/s组；各感兴趣区rCBV值，3 mL/s组明显低于4、5 mL/s组；各感兴趣区MTT值，3 mL/s组较4、5 mL/s组明显延迟；以上差异均具有显著统计学差异(P<0.05)；3、4、5 mL/s这3组各感兴趣区TTP值比较差异无统计学意义(P>0.05)，4 mL/s组与 5 mL/s组各感兴趣区各参数值比较差异无统计学意义(P>0.05)。

表2 3组不同流率组各感兴趣区灌注参数值两两比较结果(P值，*P<0.05)Tab.2 The results of two two comparison，3 groups of different flow rate of group of each region of interest perfusion parameters (P value，*P<0.05)

图2 正常人脑不同部位测量参数随注射流率的变化趋势。(a)rCBF；(b)rCBV；(c)TTP；(d)MTTFig.2 The measurement parameters of normal human brain in different parts change with the injection flow rate.(a)rCBF；(b)rCBV；(c)TTP；(d)MTT

3 讨论和结论

磁共振灌注成像有两种方法：一种是使用可自由扩散的水质子作为内源性示踪剂的成像方法，称为动脉自旋标记技术(ASL)；另一种是团注非扩散顺磁性对比剂的首过成像方法，称为动态磁敏感对比灌注加权成像(dynamic susceptibility contrast-perfusion weighted imaging,DSC-PWI)，目前已广泛应用于临床。其原理是：静脉团注对比剂Gd-DTPA后采用快速扫描序列成像，获得对比剂首次通过感兴趣区的一系列动态影像。由于DSC-PWI需采用团注技术，对比剂浓度要求很高，国内外学者尝试加大注射流率来克服。例如，Manka等采用8 mL/s注射速率，并认为该流率在DSC灌注研究中产生团注效果[3]。 Oppenheim等在研究急性脑缺血的磁共振灌注时，使用的注射速率为10 mL/s[4]。随着注射流率的提高，也显著增加了对比剂局部外渗甚至血管壁破裂的风险，制约了其临床的可操作性。

Van Osch等研究发现，注射流率为5和10 mL/s产生的灌注效果仅有很小的变化，仅当流率低于3 mL/s时才会严重低估脑血流量[5]。国内一些学者在研究急性脑缺血的脑灌注时，使用的对比剂注射流率亦为5 mL/s[6]。但3～5 mL/s之间的对比剂注射速率对脑灌注参数值的影响未见相关文献报道，故笔者选取3、4、5 mL/s这3组注射流率，试图通过研究确定既能保证数据的准确性，操作上又相对安全的最佳流率。本研究结果显示，随着对比剂流率的降低，各感兴趣rCBF值、rCBV值逐渐降低，MTT值呈逐渐延迟趋势，其中4和5 mL/s组各感兴趣区的各参数值对比无显著统计学意义。而当注射速率降为3 mL/s时，各感兴趣区rCBF值、rCBV值较4和5 mL/s组明显降低，MTT明显延迟，差异具有明显的统计学意义，与文献[5]的结果相似。该结果说明在对比剂注射流率达到或低于3 mL/s时，脑组织的灌注量会被低估，原因可能是因为流率过低引起对比剂团注效果降低，导致对比剂通过脑组织的时间延长[5]，引起低灌注假象。而4和5 mL/s组对比各感兴趣区的参数值无明显差异，说明4 mL/s的注射速率亦能产生满意的灌注效果。此外，本组研究结果显示，3、4、5 mL/s组对比各感兴趣区TTP值未见显著统计学意义。究其原因，可能与TTP值的原理有关，即TTP值指从对比剂开始出现到对比剂浓度达到峰值的时间，而TTP值越大，意味着最大对比剂团峰值到达脑组织的时间越晚。因此，虽然3 mL/s组可以导致脑灌注量的低估，但并不影响对比剂的达峰时间，即TTP对注射流率影响脑灌注量的反应不及CBV、CBF、MTT敏感。

综上所述，使用4 mL/s的注射流率，既能满足脑灌注参数值的准确性，又较为安全和合理，有望推广。

[1] 吴庆德，胡春洪，姚翠云，等.注射流率对脑CT灌注成像血流动力学的影响 [J].中华放射学杂志,2006,40(5):458-461.

[2] Naganawa S,Sato K,Katagiri T,etal.Regional ADC values of the normal brain:differences due to age,gender,and laterality [J].Eur Radiol,2003,13(1):6-11.

[3] Manka C,Träber F,Gieseke J,etal.Three-dimensional dynamic susceptibility-weighted perfusion MR imaging at 3.0 T:feasibility and contrast agent dose [J].Radiology,2005,234(3):869-877.

[4] Oppenheim C,Grandin C,Samson Y,etal.Is there an apparent diffusion coefficient threshold in predicting tissue viability in hyperacute stroke? [J].Stroke,2001,32(11):2486-2491.

[5] Van Osch MJ,Vonken EJ,Wu O,etal.Model of the human vasculature for studying the influence of contrast injection speed on cerebral perfusion MRI [J].Magn Reson Med,2003,50(3):614-622.

[6] Ma L,Gao PY,Hu QM,etal.Prediction of infarct core and salvageable ischemic tissue volumes by analyzing apparent diffusion coefficient without intravenous contrast material [J].Acad Radiol,2010,17(12):1506-1517.

EffectofInjectionRateonCerebralPerfusionMagneticResonanceImagingHemodynamics

Zhang Xiaoqin1Li Jiance1Wang Nana1Yang Yunjun1Wu Lijun2*

1(RadiologyCenteroftheFirstAffiliatedHospitalofWenzhouMedicalUniversity,Wenzhou325000,Zhejiang,China)2(InstituteofDigitizedMedicineofWenzhouMedicalUniversity,Wenzhou325035,Zhejiang,China)

magnetic resonance perfusion; brain; injection rates; contrast medium; comparative study

10.3969/j.issn.0258-8021.2015.02.018

2014-12-20，录用日期:2015-02-28

温州市科技局基金项目(Y20130011)； 国家自然科学基金(81271663,31471146)

R318

D

0258-8021(2015) 02-0253-04

*通信作者(Corresponding author)，E-mail:biomech@163.com