ROI面积对PC-MRI测量基底动脉血流动力学参数的影响

陈 弘，利灏天，谢 涵，姚紫琦，陈煜豪，利 晞*

(1.广州医科大学附属第二医院放射科，广东 广州 510260；2.广州医科大学第三临床学院临床医学系，广东 广州 511436)

相位对比MRI(phase-contrast MRI, PC-MRI)可无需对比剂而实现无创、快速观测血流方向、流速及流量，且可重复性较好[1-2]；但其结果准确性仍受诸多因素的影响， ROI是其中重要因素之一[3]。本研究观察ROI面积对PC-MRI测量基底动脉(basilar artery, BA)血流动力学参数的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 于2018年9月—11月收集48名健康志愿者，男20名，女28名，年龄19～56岁，中位年龄27岁，心率50～101次/分，平均(70.04±12.01)次/分。本研究经院伦理委员会批准(批准号：2018-KY-ks-05)，所有志愿者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Philips Ingenia 3.0T超导MR系统，配备8通道头部线圈，采集颅脑常规MRI，行MR血管造影(MR angiography, MRA)；应用二维相位对比法流速测量序列针对BA行PC-MRI，采用外周脉搏门控技术，垂直于BA中间段进行扫描(图1)，FOV 150 mm×101 mm，矩阵132×88，TR 9.0 ms，TE 5.3 ms，翻转角10°，层厚5 mm，编码速率(velocity encoding, Venc)预置90 cm/s，编码方向由足向头，扫描时间133.5 s。

图1 垂直于BA中间段采集PC-MRI 图2 手动勾画血管ROI示意图 黄色、粉色、红色、绿色ROI面积分别为血管截面面积的100%、80%、60%、40%

1.3 图像分析 由2名具有3年影像学诊断经验的住院医师独立分析图像，于T1加权快速场回波幅值图(T1-weighted fast field echo/Module, T1FFE/M)上适当调节窗宽、窗位，以显示清晰血管边缘；之后首先沿血管边缘手动勾画第1个ROI，即100%血管面积(ROI1)，再以血管中心点为中心，依次手动勾画ROI2、ROI3、ROI4，使其面积分别占据血管截面面积的80%、60%、40%(图2)，获得1个心动周期内每个ROI的平均流量(mean flux, MF)、平均流速(mean velocity, MV)、收缩期最高流速(peak systolic velocity, PSV)、舒张期最低速度(end diastolic velocity, EDV)。计算PSV与EDV的差值ΔV：ΔV=PSV-EDV，并获得各ROI的时间-流量曲线及时间-MV曲线。以2名医师测得结果的平均值为最后结果。

1.4 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件，以K-S检验分析数据是否符合正态分布，以±s表示符合正态分布的计量资料，以中位数(上下四分位数)表示不符合者。采用Kruskal-Wallis秩和检验进行组间比较，以Dunn-Bonferroni法进行两两比较。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

本组48名健康成人BA走行无明显纡曲，均由双侧椎动脉供血，且双侧椎动脉V4段未见明显单侧优势。不同ROI间BA血流动力学参数差异均有统计学意义(P均<0.01)，见表1。两两比较结果显示，ROI1与ROI3及ROI4间BA各指标(MF、MV、ΔV)差异均有统计学意义(P均<0.05)，ROI2与ROI3及ROI4间MF差异均有统计学意义(P均<0.05)，ROI3与ROI4间MF差异有统计学意义(P<0.05)，ROI2与ROI4间MV差异有统计学意义(P<0.05)，其余各ROI间各参数差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表2。时间-MV曲线(图3A)及时间-流量曲线(图3B)显示，随着ROI面积减少，MF逐渐减小，MV逐渐增大。

表1 不同面积ROI间血流动力学参数比较

表2 不同面积ROI间血流动力学参数两两比较结果

图3 不同面积ROI的时间-MV曲线(A)和时间-流量曲线(B)

3 讨论

PC-MRI利用流体流动所致宏观横向磁化矢量相位变化抑制背景、突出血管信号，是基于流体内质子相位变化的成像技术；采用双极梯度场对流动进行编码，静止组织质子群受2个相反梯度场作用产生的相位变化相互抵消，而流动质子群在施加2次梯度场时存在位移，且无法完全抵消，其相位变化得到保留而与静止组织存在相位差别。流动质子积聚的相位变化与流速呈正相关，通过调整流速编码梯度场并进行计算，可获得血管截面的各项血流参数，包括MV、峰值流速及正向、反向流量[4]。PC-MRI扫描方法有二维PC、三维PC和二维电影PC法等，其中二维PC法扫描时间短，分辨率高，适用于精确测量小血管内血流[5]。不同研究[3,6-8]对于正常人BA流速、流量的结果各不相同，提示PC-MRI结果可能受较多因素影响。

ROI是后处理软件计算血管各项血流动力学参数时的有效区域，对测量结果存在重要影响。本研究结果显示，ROI占据血管截面面积100%及80%时，所测各血流动力学参数差异无统计学意义，与60%及40%测量结果差异均有统计学意义；随着ROI面积减少，MF减小，MV及ΔV增大，与杨广夫等[6]采用体外小血管模型的研究结果相符。分析原因，后处理软件通过测量ROI内每个有效像素点的各项参数并进行微积分计算获得各项血流动力学参数，ROI面积缩小使有效像素点减少，即统计的血流减少，MF随之减少；另外，由于存在血管层流现象，即血管血流边缘流速较低，ROI缩小主要减少血管边缘低流速血流，导致MV、ΔV增大；而血管边缘血流流速较低对测量结果影响较小，故100%面积与80%面积ROI之间血流动力学参数无明显差异，但随着ROI缩小，ROI外未计入计算部分的血流速度逐渐增高，对结果的影响逐渐增强。有研究[7]发现，ROI面积约为血管实际面积75%时，所测MV、MF与100%面积ROI差异无统计学意义。亦有报道[8]指出，相对于其他血流动力学参数，MF受ROI面积的影响较小，可靠性较佳。ROI亦不应大于血管截面积，否则可致所测血管流量升高不大于20%[8-9]。

另外，勾画ROI时，图像的窗宽、窗位对测量结果也存在影响。不同时相图像具有默认的固定窗宽、窗位，不同时相血流速度不同，且存在血管层流现象，导致血管截面显示变化较大。调整图像窗宽、窗位以及不同操作者主观判断的差异均可致血管截面产生差异。于显示血管面积最大时相时适当调节窗宽、窗位可使图像中的血管边缘最为清楚、锐利，于此时勾画的ROI与实际血管截面最接近。

除ROI外，成像平面定位及角度、Venc设置、门控技术等均可影响测量结果的准确性。成像平面与血管走行及血流方向相垂直时，PC-MRI测量结果最准确，否则可致最大流速测值变小[3]。本研究以MRA定位，垂直于BA中间段进行扫描，通过MRA原始图像将扫描中心定位至目标血管中心，再通过三维最大密度投影方法重建图像，调整扫描平面的角度，可快速、准确定位血管及扫描角度[10]。另外，选取BA中间段进行扫描可避免其近、远段血流汇集或分流，导致血流动力学改变而影响结果的准确性[11]。

Venc亦对PC-MRI测量结果的准确性存在一定影响，Venc过低会发生相位混淆，导致结果低于血流实际流速、流量；过高则会增加噪声，减少获得的相位改变信息而致结果偏低[12-13]。理想情况下，Venc应设置为小于ROI内实际最大流速的125%[9]而大于流体峰速[14]。既往研究[15]对BA行 PC-MRI时，将Venc可行区间预置为80～160 cm/s；本研究设置Venc为90 cm/s，获得了较好的幅值、相位图像，提示该Venc值对于测量正常人BA的流速、流量是适当的。相位混淆未被发现和校正时，可能导致流速结果错误，甚至误判流动方向[16]。Venc过小时，相位混淆、尤其局部相位混淆极易被忽略；应用流速伪彩图或相位图有助于发现相位混淆。

采集PC-MRI有前瞻性和回顾性2种门控方式。对于正常人，一般推荐使用回顾性门控方式，采集数据更全面且误差及伪影减少；心律不齐患者心动周期长度明显变化，推荐对其使用前瞻性门控方式[3]。回顾性门控技术又分为心电门控技术和周围门控技术，采用周围门控方式测得的峰值流速时间虽有延迟，但所测最大血流速度和平均速度与心电门控技术测值差异无统计学意义[17]。

本研究的局限性：①纳入志愿者均为健康人，而后循环缺血或椎动脉、BA发育异常患者BA血流动力学可能发生改变，如局部发生湍流[18]、血流不对称[19]等；②仅针对BA进行测量，其管径较小，所获结果是否适用大管径、高流速血管有待验证。

综上所述，采用PC-MRI测量健康成年人BA血流动力学参数时，勾画ROI面积不应小于血管截面的80%，否则可低估MF而高估MV、ΔV。