4D-Flow-MRI在腹部血管血流动力学中的潜在应用价值.pdf

作者单位:江苏,苏州大学附属第三医院(常州市第一人民医院)放射科作者简介:余安定(),女,安徽安庆人,硕士研究生,主要从事肾缺血再灌注损伤的影像学研究.通讯作者:陈杰,E m a i l:s l q y u e r c o m基金项目:国自然面上项目();常州市卫健委重大项目(Z D )综述 D F l o w MR I在腹部血管血流动力学中的潜在应用价值余安定,陈杰,潘靓【摘要】腹部的诸多疾病可以导致脏器血流动力学的异常.四维血流(D F l o w)MR I不仅能够显示腹部血管床的血流分布,还能对血流动力学异常进行量化,是评估腹部血管血流动力学异常的重要工具之一.本文综述了 D F l o w MR I的技术特点及其在腹部的潜在临床应用价值.【关键词】四维血流磁共振成像;腹部;血流动力学;磁共振血管成像【中图分类号】R ;R ;R 【文献标志码】A【文章编号】()D O I:/j c n k i 开放科学(资源服务)标识码(O S I D):四 维 血 流 磁 共 振 成 像(f o u rd i m e n s i o n a lf l o wMR I,D F l o w MR I)又称为三维速度编码的时间分辨相位对比(p h a s ec o n t r a s t,P C)磁共振成像,此项技术在整个心动周期内沿着三个空间维度进行速度编码(v e l o c i t ye n c o d i n g,V E N C),不仅能提供较好的容量解剖、血管造影和三个方向的血流信息,还能通过使用流线和粒子轨迹实现血流方向和速度的可视化.相较于超声和传统 D P C MR I,D F l o w MR I对操作者的依赖性极小,可提供更为详细的腹部血流动力学信息,且具有较高的性价比 .D F l o w MR I在腹部中的应用范围较广,不仅可对主动脉及其分支以及门静脉系统进行可视化分析,还可用于定量分析肝、脾和肾等内脏血管的血流动力学状况.从 D到 D血流成像P C MR I的原理是采用大小相等、方向相反的双极梯度场对流体进行编码,从两次采集中减去相位图像以消除背景的相位效应,由此产生的相位差图像可以实现血 管 的 可 视 化 和 血 流 的 量 化 分 析.D P C MR I是在屏气期间使用单向速度编码,可提供具有单一速度和幅度的图像.D F l o w MR I则是通过三个方向(x,y,z)流速编码以及单向的流动补偿编码来进行四点扫描,从而提供随时间变化的 D体积集(D).每个 D体积包含一个量级体积和三个在三维空间中编码的速度体积,实现了成像区域内任意位置血流的量化和可视化,可以准确估计血管的长度和血流动力学信息.D F l o w MR I还可以在后处理期间离线放置分析平面,回顾性分析多个血管的血流参数.表详细列出了 D F l o w MR I与传统 D P C MR I的主要差异.表 D F l o w MR I与 D P C MR I的主要差异指标 D P C MR I D F l o w MR I速度编码方向个个分析平面垂直于成像平面的方向给定血管的任意方向扫描时间一次屏气的时间自由呼吸下 m i n时间分辨率/m s 空间分辨率/m m体积覆盖范围小大后处理时间/m i n 解剖和功能成像是是回顾性分析不能能血流动力学参数流速,流量,血管面积,返流分数等除了基本的血流参数,还包括壁剪切应力、湍流动能和脉搏波速度等技术特点和参数 速度敏感性V E N C参数决定了 D F l o w MR I对流速的敏感性.V E N C作为自定义参数,是在不产生速度混叠的情况下设置的可获得的最大流速.研究表明V E N C设置值比预期的最大速度高 左右较为合理,可以有效避免速度混叠和噪声.V E N C推荐设置值:正常动脉 c m/s,狭窄或缩窄时 c m/s,静脉 c m/s;肾动脉 c m/s,肠系膜上动脉 c m/s;门静脉、脾静脉和肠系膜上静脉 c m/s .近年来,D F l o w MR I开始使用双或多V E N C进行血流编码 ,通过使用额外的速度编码来避免相位混叠,从而提高速度与噪声比(v e l o c i t y t o n o i s er a t i o,VN R),进一步改善图像质量及其动态速度范围(如收缩前血流的快速峰值和舒张后血流的缓慢峰值).心电和呼吸门控为了捕获整个心动周期的流速,通常需要使用心电门控来进行心脏同步,同步必须覆盖整个心脏周期,并且在R R间期内保持一致.前瞻性心电门控可能会 错过舒张期的最后部分,理想情况下应使用回顾性放射学实践 年月第 卷第期R a d i o lP r a c t i c e,A u g ,V o l ,N o 图 DF l o w MR I对健康志愿者主动脉血流进行可视化分析.a)流速图,可识别血流速度升高的区域;b)流线图,显示在指定时间内与血流速度矢量相切的曲线集;c)路径图,显示流体粒子在动态速度场中的轨迹;d)矢量图:血管内箭头显示血流的速度和方向.心电门控来覆盖整个心动周期.对于该技术在腹部的应用,还需要使用呼吸控制技术来尽量减少呼吸伪影,包括呼吸波纹管、导航门控或自门控技术.对于超过 s的扫描,最常用的是导航门控,建议在呼气末将导航器窗口放置在膈肌与肝脏连接处,门控窗口约为mm.常规呼吸模式的采集效率约为,导致扫描时间增加,从而增加了患者的不适感以及扫描成本.采集时间由于心率、解剖覆盖范围、时间及空间分辨率等因素,D F l o w MR I应用于心血管系统时扫描时间一般为 m i n.对于胸部和腹部血管,因为通常需要使用呼吸控制技术,扫描时间可长达 m i n.近年来各种加速技术如径向欠采样、螺旋采样、并行成像或压缩感知等的应用明显缩短了 D F l o w MR I的扫描时间,可在 m i n内完成胸部和腹部血管的扫描 .其中,最常见的加速技术是径向欠采样.径向欠采样各向同性投影重建相位对比(p h a s ec o n t r a s tw i t hv a s t l yu n d e rs a m p l e d i s o t r o p i cp r o j e c t i o nr e c o n s t r u c t i o n,P C V I P R)技术是在 D F l o w MR I的基础上运用了径向欠采样加速技术,能够在更短的扫描时间内采集更大范围的数据,且提供了更高的时间和空间分辨率,有利于分析较小血管(如肾动脉)中的流场.时间和空间分辨率时间分辨率应准确表明流速随时间的变化,从而可以正确评估峰值速度.理想情况下,时间分辨率应尽可能短,应设置在 m s以下,以准确识别脉动血流的时间变化.为了缩短采集时间,可适当增加时间分辨率(推荐设置值:主动脉 m s;肝动脉 m s;肾动脉 m s;肝静脉 m s;门静脉/脾静脉/肠系膜上静脉 m s).空间分辨率应尽可能高,较高的空间分辨率可更准确的量化血流量,并有助于识别较小比例的流量现象.但是体素越小,扫描时间越长,信噪比(s i g n a l t o n o i s er a t i o,S N R)越低.因此,扫描需要在空间分辨率、扫描时间和S N R之间进行平衡.推荐用于成人大血管和胸腹区 域的各向同 性空间分辨率 为 mm(推荐设置值:主动脉 mm;肝动脉/肾动脉/肠系膜上动脉 mm;移植肾动脉 mm;子宫动脉 mm;肝静脉 mm;门静脉/脾静脉/肠系膜上静脉:mm),.D F l o w MR I可视化和量化 D F l o w MR I数据在进行分析和可视化之前需要进行预处理,以克服磁场不均匀性、伴随磁场(麦克斯韦项)和涡流造成的系统速度编码误差.纠错后,使用本地或在线软件对数据进行后处理,可通过矢量图、流线图和路径图等对血流进行可视化(图).D F l o w MR I不仅可在 D图像上量化感兴趣血管的标准流量参数,还可获得一些额外的血流参数如涡度、壁剪切应力(w a l l s h e a rs t r e s s,WS S)、振荡剪切指数(o s c i l l a t o r ys h e a r i n d e x,O S I)、脉搏波速度(p u l s ew a v ev e l o c i t y,PWV)和湍流动能(t u r b u l e n tk i n e t i ce n e r g y,T K E)等.D F l o w MR I可获得的典型血流动力学参数的定义及临床意义详见表,.D F l o w MR I的腹部应用 肝脏门静脉高压是肝硬化患者晚期并发症,门静脉高压伴随肝脏血流动力学的改变会导致高动力综合征如放射学实践 年月第 卷第期R a d i o lP r a c t i c e,A u g ,V o l ,N o 表 D F l o w MR I血流动力学参数的定义及临床意义参数定义临床意义备注流速单位时间内通过成像切面的速度,单位为m/s局部加速提示狭窄需要精确分割血管几何边界涡度速度矢量场中的旋度,单位为s有助于评估心室舒张功能,尤其是与舒张功能不全有关的;可评估复杂性先天性心脏畸形;高涡度值与动脉粥样硬化高风险相关应考虑涡旋在心动周期中的精确定位和外观;与室腔的几何形状相关;涡度增加会导致粘滞能损失压力梯度腔室或容器之间的压力差异,与血势的变化有关,单位为mmH g压降增加表明血流量减少或心脏工作负荷增加;此参数已被确立为评估狭窄(例如主动脉瓣或主动脉瓣狭窄)的生物标志物与噪声相关WS S作用在血管壁区域的血流引起的剪切力,单位为P aWS S值超过 P a是动脉粥样硬化的保护性因素,WS S始终较低的区域与动脉粥样硬化的早期发展有关,是血管壁重塑和动脉粥样硬化的重要因素受空间分辨率的影响O S I显示WS S波动的参数,可间接反映异常血流对血管壁的影响O S I升高的区域被认为在早期动脉粥样硬化中起作用与空间分辨率明显相关,空间分别率降低可导致O S I下降PWV指动脉压力波沿主动脉和大动脉传播的速度,单位为m/s用于描述血管壁弹性,是动脉僵硬的标志和心血管风险的有力预测指标需要 较 高 的 时 间 分 辨 率,应 以 m s的时间分辨率测量主动脉中的PWVT K E指为了在湍流区域保持血流恒定而必须 额 外 施 加 的 能 量,单 位 为m JT K E增加表示更多血流能量损失,可作为心脏瓣膜能量损失的替代指标灵敏度受V E N C影响,通常至少需要两个不同V E N C值来进行采集图 D F l o w MR I对健康志愿者门静脉血流进行可视化分析(:门静脉;:肠系膜上静脉;:脾静脉).a)流速图;b)流线图.图 D F l o w MR I对移植肾的肾动脉的可视化分析.a)流速图,显示移植肾的肾动脉流速正常;b)相应的肾动脉M I P图.图 D F l o w MR I对移植肾动脉的可视化分析.a)流速图,显示移植肾的肾动脉狭窄(箭);b)相应的肾动脉M I P图.心输出量增加、门静脉血流量增加和门体压力梯度升高.D F l o w MR I不仅可以对肝脏进行全面的三维体积评估,还可评估肝脏动静脉及门 静脉(p o r t a lv e i n,P V)血流,对临床诊断和治疗具有指导意义(图).B a n e等 发现与传统笛卡尔 D F l o w MR I相比,螺旋 D F l o w MR I序列可通过单次屏气测量腹部血流,具有较好的观察者间重复性及试验重复性,可以较好的反映肝硬化和门静脉高压引起的血管病变.肝硬化门体静脉系统分流(p o r t o s y s t e m i cs h u n t,P S S)会导致严重的肝性脑病,临床上诊断及评估P S S的严重程度具有重要意义.D F l o w MR I能够客观地预测P S S治疗后肝性脑病的改 善,评 价P S S的 早 期 治 疗 效 果.H y o d o等 通过分析例P S S相关的肝性脑病患者的 DF l o w M