相位對比法磁共振成像測量主動脈和肺動脈起始部凈血流量的準(zhǔn)確性研究

郭 立,郭 皓,袁 勇,曾維詠,袁曙光,楊 楠,艾李萍,周曉雯

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·全科醫(yī)生技能發(fā)展·

相位對比法磁共振成像測量主動脈和肺動脈起始部凈血流量的準(zhǔn)確性研究

郭 立,郭 皓,袁 勇,曾維詠,袁曙光,楊 楠,艾李萍,周曉雯

目的 采用相位對比法(PC)磁共振成像(MRI)測量健康志愿者的主、肺動脈起始部凈血流量，并進行比較，以驗證PC MRI測量主、肺動脈起始部凈血流量的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性。方法 選取2012年1月—2013年12月昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院進行體檢的健康志愿者31例，采用PC MRI測量心動周期內(nèi)主、肺動脈起始部凈血流量，觀察PC MRI測量主、肺動脈起始部凈血流量的準(zhǔn)確性；前后兩次測量9例健康志愿者主、肺動脈起始部凈血流量，觀察PC MRI測量主、肺動脈起始部凈血流量的可重復(fù)性。結(jié)果 主、肺動脈起始部時間-凈血流量圖呈逐漸上升曲線，相對應(yīng)心臟的收縮期，主、肺動脈起始部凈血流量曲線表現(xiàn)為傾斜度較大、光滑且連續(xù)的曲線；相對應(yīng)心臟的舒張期，主、肺動脈起始部凈血流量曲線表現(xiàn)為逐漸向上、波形較平緩、光滑且連續(xù)的曲線。主動脈起始部凈血流量(72.8±12.2)ml,肺動脈起始部凈血流量(73.8±13.8)ml，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(t=-1.924，P=0.64)。主動脈起始部凈血流量與肺動脈起始部凈血流量呈正相關(guān)(r=0.94,P<0.05)，方程為：Y=-3.825+1.066X。第1次與第2次測量主、肺動脈起始部凈血流量比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05)。第1次與第2次測量主動脈起始部凈血流量呈正相關(guān)(r=0.91,P<0.05)，方程為：Y=-6.669+1.078X。第1次與第2次測量肺動脈起始部凈血流量呈正相關(guān)(r=0.92,P=0.001)，方程為：Y=5.391+0.923X。結(jié)論 PC MRI是一種無創(chuàng)、安全、準(zhǔn)確、信息量大的檢查方法，且不受肺氣、骨骼的影響，是研究主、肺動脈起始部凈血流量的好方法。

磁共振成像；主動脈；肺動脈

郭立,郭皓,袁勇,等.相位對比法磁共振成像測量主動脈和肺動脈起始部凈血流量的準(zhǔn)確性研究[J].中國全科醫(yī)學(xué)，2015，18(15)：1840-1844.[www.chinagp.net]

Guo L,Guo H,Yuan Y,et al.Measurement accuracy of net blood flow volume of the initial part of aorta and main pulmonary artery by using PC MRI[J].Chinese General Practice，2015，18(15)：1840-1844.

注：A為主動脈長軸定位線，B為肺動脈長軸定位線

圖1 橫斷位上對主、肺動脈長軸進行定位

Figure 1 The lines show the long axis of the aorta and main pulmonary artery on transection

圖2 肺動脈長軸及肺動脈起始部凈血流量測量層面位置

Figure 2 The long axis of the main pulmonary artery,and the line shows the position which we measure the net blood flow of the initial part of main pulmonary artery

圖3 主動脈長軸及主動脈起始部凈血流量測量層面位置

Figure 3 The long axis of the aorta,and the line shows the position which we measure the net blood flow of the initial part of aorta

主、肺動脈起始部凈血流量的準(zhǔn)確測量，對協(xié)助診斷和治療心、肺、血管及臟器病變起著非常重要的作用[1-8]。由于各種血流測速方法存在著不同的缺陷，故難于對主、肺動脈起始部凈血流量進行準(zhǔn)確的測量，從而制約了與主、肺動脈相關(guān)疾病的血流動力學(xué)研究。相位對比法(phase contrast,PC)磁共振成像(MRI)是一種新型血流測量方法，具有其他流體測量方法無法比擬的優(yōu)點，有望成為主、肺動脈血流動力學(xué)研究的主要方法。故本研究根據(jù)左、右心室心輸出量基本相等的原理(即：心動周期內(nèi)通過主、肺動脈起始部凈血流量基本相等)，采用PC MRI對健康志愿者的主、肺動脈起始部凈血流量進行測量，以驗證PC MRI測量主、肺動脈起始部凈血流量的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性，為今后主、肺動脈血流動力學(xué)相關(guān)疾病的研究奠定基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選取2012年1月—2013年12月昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院進行體檢的健康志愿者31例為研究對象，其中男18例，女13例；年齡21～30歲，平均26.3歲。健康志愿者對此項研究均知情、同意，并按國際上推薦的健康人方案篩選得出[9]。

1.2 方法

1.2.1 檢查方法 健康志愿者空腹、清醒、靜息30 min后，采用Siemens Sonata 1.5 T MR超導(dǎo)磁共振儀(梯度磁場為40 mT/m，切換率為200 mT·m-1·ms-1)，相控陣線圈，行常規(guī)胸、腹部掃描；外周脈搏門控下，先于橫、冠斷層圖像上定位，分別獲得主、肺動脈的長軸位(見圖1～3)；于主、肺動脈長軸位上定位，采用PC MRI序列垂直于主、肺動脈(距主、肺動脈瓣口3～5 cm處)進行掃描，分別獲得主、肺動脈對應(yīng)部位的圖像組，各斷面對應(yīng)心動周期內(nèi)各產(chǎn)生2組圖像(相位重聚圖像、相位對比圖像)，每組圖像各30幅。第1次掃描完畢后，其中有9例健康志愿者于2～4 h內(nèi)按上述方法重復(fù)檢查1次。PC MRI序列相關(guān)參數(shù)：視野350～400 mm，矩陣320×256，層厚5 mm，速度編碼(Venc)±150 cm/s，重復(fù)時間(TR)/回波時間(TE)=55 ms/3.2 ms，激勵次數(shù)3次。

1.2.2 圖像后處理方法 將PC MRI掃描所獲得的圖像導(dǎo)入西門子Syngo Argus流速分析軟件。將圖像放大約2倍，于相位重聚圖像沿血管壁內(nèi)緣勾畫主、肺動脈的輪廓，并復(fù)制感興趣區(qū)至相位對比圖像(見圖4、5)，并與軟件自動得出主、肺動脈對應(yīng)斷面處的時間-凈血流量圖及心動周期內(nèi)的凈血流量。

2 結(jié)果

2.1 主、肺動脈起始部時間-凈血流量圖 主、肺動脈起始部時間-凈血流量圖呈逐漸上升曲線，相對應(yīng)心臟的收縮期，主、肺動脈起始部時間-凈血流量圖表現(xiàn)為傾斜度較大、光滑且連續(xù)的曲線；相對應(yīng)心臟的舒張期，主、肺動脈起始部時間-凈血流量圖表現(xiàn)為逐漸向上、波形較平緩、光滑且連續(xù)的曲線(見圖6、7)。主、肺動脈起始部時間-凈血流量圖中曲線上的峰值即為心動周期內(nèi)主、肺動脈起始部凈血流量。

注：A為相位重聚圖像，B為相位對比圖像

圖4 主動脈起始部斷面相位圖

Figure 4 The in-phase image of the initial part of the aorta

注：A為相位重聚圖像，B為相位對比圖像

圖5 主肺動脈起始部斷面相位圖

Figure 5 The in-phase image of the initial part of the main pulmonary artery

圖6 主動脈起始部時間-凈血流量圖

Figure 6 The graph of time-net blood flow volume of the initial part of the aorta

圖7 肺動脈起始部時間-凈血流量圖

Figure 8 The graph of time-net blood flow volume of the initial part of the main pulmonary artery

2.2 心動周期內(nèi)主、肺動脈起始部凈血流量大小比較 主動脈起始部凈血流量(72.8±12.2)ml,肺動脈起始部凈血流量(73.8±13.8)ml，差異無統(tǒng)計學(xué)意義(t=-1.924，P=0.64)。主動脈起始部凈血流量與肺動脈起始部凈血流量呈正相關(guān)(r=0.94,P=0.00，見圖8)，方程為：Y=-3.825+1.066X。

2.3 前后兩次PC MRI測量主、肺動脈起始部凈血流量比較 第1次與第2次測量主、肺動脈起始部凈血流量比較，差異均無統(tǒng)計學(xué)意義(P>0.05，見表1)。第1次與第2次測量主動脈起始部凈血流量呈正相關(guān)(r=0.91,P=0.00，見圖9)，方程為：Y=-6.669+1.078X；第1次與第2次測量肺動脈起始部凈血流量呈正相關(guān)(r=0.92,P=0.001，見圖10)，方程為：Y=5.391+0.923X。

圖8 主動脈起始部凈血流量與肺動脈起始部凈血流量相關(guān)性散點圖

Figure 8 The scatter diagram of the correlation between the net blood flow volume of aorta and the net blood flow volume of main pulmonary artery

Table 1 Comparison of the net flow volume of the initial part of aorta and main pulmonary artery by using PC MRI between the first time and the second time

測量主動脈起始部肺動脈起始部第1次751±95762±109第2次743±110757±109t值01611025P值070057

3 討論

3.1 主、肺動脈起始部凈血流量測量的意義及測量方法 主、肺動脈是體、肺循環(huán)的起始及最大的供血主干，在全身各組織臟器供血、供氧中起著重要的作用。主、肺動脈血流動力學(xué)的改變(如：凈血流量或血流速度的變化)與檢查者生理、代謝等因素相關(guān)，還與心、肺、血管等組織臟器的病變密切相關(guān)。對主、肺動脈內(nèi)的凈血流量和血流速度等血流指標(biāo)的準(zhǔn)確測量對了解機體的生理變化、疾病的診治均有重要的意義[1-8]。如Kondo等[6]對心動周期內(nèi)主、肺動脈起始部凈血流量進行測量，來評價左、右心室的收縮功能。Rees等[8]測量主、肺動脈起始部凈血流量間的差別，能快速了解左、右分流量的大小和方向，進而對病情的程度進行評估。

圖9 第1次與第2次測量主動脈起始部凈血流量相關(guān)性散點圖

Figure 9 The scatter diagram of the correlation of the net flow volume of the initial part of aorta between the first time and the second time

圖10 第1次與第2次測量肺動脈起始部凈血流量相關(guān)性散點圖

Figure 10 The scatter diagram of the correlation of the net flow volume of the initial part of main pulmonary artery between the first time and the second time

測量流體的方法很多，但真正能運用于臨床血流檢測的方法卻很少。氙氣CT、正電子發(fā)射型計算機斷層顯像(PET)、單光子發(fā)射計算機斷層成像術(shù)(SPECT)只能獲得相對的血流速度，而電阻法、熱量稀釋法等均為有創(chuàng)、間接的血流測量方法。目前，臨床血流檢測的主要方法是超聲心動圖(UCG)和PC MRI。UCG雖然具有操作靈活、方便的優(yōu)點，但UCG檢查受到肺氣、肋骨、肥胖等多種因素的影響，常使檢查失敗。而且，UCG檢查需要超聲探頭的方向與所測血管內(nèi)血流的方向一致時，才能獲得準(zhǔn)確的血流信息，而主、肺動脈在體內(nèi)的走形方向極大限制了該技術(shù)的應(yīng)用。PC MRI是一種新型的血流動力學(xué)檢測方法[7-10]，其是應(yīng)用靜止組織和流體之間產(chǎn)生的雙極梯度相位差的原理來進行流速的定量測量。PC MRI不受空間位置及周圍組織臟器類型和形態(tài)的限制，有望成為主、肺動脈起始部血流量測量的主要方法。

3.2 PC MRI測量主、肺動脈起始部凈血流量準(zhǔn)確性的驗證 主、肺動脈起始部凈血流量大、速度快、血流狀態(tài)復(fù)雜，PC MRI能否準(zhǔn)確測量主、肺動脈起始部凈血流量呢?由于一直以來缺乏活體血流測量的“金標(biāo)準(zhǔn)”，這也導(dǎo)致難以在活體上驗證某一血流測速方法的準(zhǔn)確性。為此，國內(nèi)外學(xué)者采用各種不同的方法來驗證PC MRI的準(zhǔn)確性。Kondo等[6]通過體外模型(其內(nèi)流體速度為20～408 cm/s)來驗證PC MRI測量血流的準(zhǔn)確性，其測量值與流速計比較具有較高的準(zhǔn)確性(r=0.99)，提示該方法能準(zhǔn)確測量生理及病理狀態(tài)下的不同流速的流體。劉明等[11]也通過體外模型證實，PC MRI能測量低中速的流體。上述研究主要集中在對固定管徑內(nèi)恒速流動液體的體外模型進行測速，而人體內(nèi)無論從血管的結(jié)構(gòu)、血液的成分，還是血管內(nèi)血液流動的模式等均與體外模型不完全相同。在這些因素影響下，PC MRI能否對活體血管內(nèi)的血流進行準(zhǔn)確測速呢？國外學(xué)者通過對覆蓋整個心室范圍的多層心臟短軸位進行MR電影掃描，獲得心室收縮末期和舒張末期的容積，并推導(dǎo)出心臟每搏輸出量，再與心動周期內(nèi)流經(jīng)對應(yīng)心室所發(fā)出的動脈凈血流量進行比較，能定量驗證該方法測量血流的準(zhǔn)確性(r=0.9)[10]。但是心臟MR電影掃描是在多次屏氣狀態(tài)下完成的，其心室容積的大小是各層圖像面積的累加，故所測出的容積大小受到圖像采集時呼吸狀態(tài)及心率的影響。此外，所測心室容積的大小還受心室邊界劃定的標(biāo)準(zhǔn)、部分容積效應(yīng)、測量誤差的影響。另一些學(xué)者通過測量肺動脈左、右分支與肺動脈干的凈血流量，來驗證PC MRI測量的準(zhǔn)確性[7]。

國內(nèi)使用PC MRI進行主、肺動脈血流方面的研究起步較晚，相關(guān)的驗證性研究也較少。為今后更好地使用PC MRI來對主、肺動脈血流相關(guān)疾病進行研究，本研究根據(jù)“左心室每搏輸出量=心動周期內(nèi)動脈起始部凈血流量≈右心室每搏輸出量=心動周期內(nèi)肺動脈起始部凈血流量”的原理，對主、肺動脈起始部凈血流進行測量，以期通過該方法來驗證PC MR測量主、肺動脈血流的準(zhǔn)確性。本研究所測量心動周期內(nèi)主、肺動脈起始部凈血流量〔(72.8±12.2)ml、(73.8±13.8)ml〕具有很好的一致性(r=0.94)，提示該測量方法具有較高的準(zhǔn)確。結(jié)果中主動脈起始部凈血流量要略小于肺動脈起始部的測量值，其差值約為1.0 ml，這可能與測量主動脈血流時放置的位置有關(guān)，將掃描層面放置于主動脈瓣膜上3～5 cm的位置，會引起所測的凈血流量中沒有包含經(jīng)左心室射出而經(jīng)主動脈竇(主動脈瓣膜處)進入冠狀動脈的這部分血流。但主、肺動脈起始部凈血流量間的差值小于正常靜息狀態(tài)下冠狀動脈的供血量(4～5 ml)，出現(xiàn)這個矛盾的原因可能是主、肺動脈起始部凈血流量測量雖是在一定時間段內(nèi)完成，但無法在同一時間點上測量獲得，由于2次測量時心臟的心率和收縮力略有不同，致使心室的每搏輸出量也略有不同，由于樣本量有限，可能部分遮掩了主、肺動脈起始部心動周期內(nèi)凈血流量間的差別，而這一推斷有待通過大樣本研究來證實。此外，為了檢驗PC MRI測量血流的可重復(fù)性，本研究分前后兩次對9例健康志愿者的主、肺動脈進行測量，結(jié)果顯示該方法在測量主、肺動脈起始部凈血流量方面具有較高的重復(fù)性，這也提示采用PC MRI測量患者主、肺動脈起始部凈血流量將助于疾病的診斷及治療效果的監(jiān)控。

3.3 研究中影響驗證準(zhǔn)確性的因素 在本研究中，影響驗證準(zhǔn)確性的因素主要包括技術(shù)因素和人為因素。

3.3.1 技術(shù)因素 (1)心電門控技術(shù)。因心律不齊會引起采集主、肺動脈起始部凈血流量時心動周期長度的不一致，從而影響驗證的準(zhǔn)確性，故本研究選擇健康志愿者作為研究對象，以縮減心律不齊對試驗的影響。其次，本研究采用回顧性脈搏門控技術(shù)，該方法與回顧性心電門控技術(shù)效果一樣，且較適于血流方面的檢測，該技術(shù)保證了掃描能涵蓋整個心動周期，使測量結(jié)果更為準(zhǔn)確。(2)呼吸的影響。本研究中PC MRI獲取主、肺動脈的血流信息是在自由呼吸狀態(tài)下進行的。這樣既保證了主、肺動脈血流的采集是在同一條件下完成的(即保證了可比性)，又保證了兩者所測的結(jié)果受胸腔壓力變化的影響小，與正常生理狀態(tài)一致。(3)成像的位置。為使主、肺動脈血流間具有可比性，成像的位置應(yīng)盡可能接近主、肺動脈的起始部，這樣可避免動脈分支血流的流出對驗證試驗的影響。但由于心臟的搏動會牽拉相連大血管而引起血管位置在一定程度上的偏移，從而影響試驗結(jié)果。本研究采用PC MRI序列垂直于升主動脈和肺動脈干(距主、肺動脈瓣口3～5 cm處)進行掃描，這樣既保證了測量位置接近動脈的起始部，又減少了心臟搏動所引起血流測量位置的不準(zhǔn)。但這也存在另一個較大的問題，即所測主動脈起始部凈血流量中沒有包含進入到冠狀動脈的部分。(4)成像平面與血流的角度。成像平面與血流流動方向垂直時，流速與血流測量最為精確。成像平面偏離一定角度時，最大流速的測量值偏小。本研究測量主、肺動脈起始部血流量時，通過多平面聯(lián)合定位，在獲取主、肺動脈長軸位的基礎(chǔ)上進一步對受檢動脈進行定位，這保證了掃描層面盡可能垂直于主、肺動脈。并且，Greil等[12]通過試驗證實，成像平面在一定范圍內(nèi)偏離時(10°～40°)，其血流測量的誤差不大(-5.6%～+3.9%)。(5)速度編碼方向。速度編碼方向有平面內(nèi)(in-plane)和跨平面(through-plane)兩種[13]。本研究中主要是為了獲取主、肺動脈起始部血管斷面的血流量，故僅采集了跨平面速度編碼方向上的圖像信息。(6)Venc。理想Venc的設(shè)定應(yīng)為感興趣區(qū)內(nèi)最大速度的125%以內(nèi)。Venc決定了能測量出來的最大流速范圍和最小流速范圍。如設(shè)定Venc為100 cm/s時，所能測量的質(zhì)子流速在±100 cm/s之間，其相位變化在180°內(nèi)。如果其值過大，會失去相位敏感性；如果其值過小，會出現(xiàn)相位混淆。本研究中選擇Venc為150 cm/s對主、肺動脈血流速度進行驗證，主要是通過如下兩步確定的：一是查閱了相關(guān)文獻，多數(shù)學(xué)者采用120～200 cm/s來對主動脈血流進行研究。二是通過峰值血流速度的預(yù)測量，其最高峰值血流速度多在80～110 cm/s，故將Venc設(shè)為150 cm/s。(6)時間和空間分辨率。時間分辨力設(shè)定值過低可能會低估血流與峰值速度。一般認為，一個心動周期在20個以上相位可滿足要求。本研究中一個心動周期包含30個相位，保證了測量的準(zhǔn)確性。在空間分辨力方面，采用了適中的空間分辨率(1.1～1.5 mm/voxel)，既減少了部分容積效應(yīng)的影響，又避免了高空間分辨率引起圖像信噪比的降低所致血流的測量不準(zhǔn)。

3.3.2 人為因素 本研究中血流測速軟件為半自動化，在任意一幀圖像上選取感興趣區(qū)(主、肺動脈斷面)后，可將感興趣區(qū)復(fù)制到對應(yīng)心動周期的各幀圖像上，并通過半自動識別血管邊緣及觀察者手動微調(diào)相結(jié)合來勾畫并確認感興趣區(qū)的準(zhǔn)確性，獲得時間-凈血流量圖及相關(guān)指標(biāo)值，這樣有效減少了人為因素的影響。

綜上所述，PC MRI是一種無創(chuàng)、安全、準(zhǔn)確、信息量大的檢查方法，且不受肺氣、骨骼等影響，是主、肺動脈血流動力學(xué)研究的好方法之一。

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修回日期：2015-03-02)

(本文編輯：陳素芳)

Measurement Accuracy of Net Blood Flow Volume of the Initial Part of Aorta and Main Pulmonary Artery by Using PC MRI

GUOLi，GUOHao，YUANYong，etal.

DepartmentofRadiology,theSecondAffiliatedHospitalofKunmingMedicalUniversity,Kunming650101,China

Objective In order to evaluate the accuracy and repeatability of PC MRI in measuring the net blood flow volume of aorta and main pulmonary artery,the net blood flow volume of aorta and main pulmonary artery is measured by using PC MRI among healthy volunteers,the results were compared.Methods 31 healthy volunteers who received health examination in the Second Affiliated Hospital of Kunming Medical University from January 2012 to December 2013,were selected as study subjects,the net blood flow volume of the initial part of aorta and pulmonary artery in the cardiac circle was measured by using PC MRI,the accuracy of PC MRI in measuring the net blood flow volume was analyzed.To find out the measurement repeatability of net blood flow volume of aorta and main pulmonary artery by using PC MR,the net blood flow volume of aorta and pulmonary artery is measured by using PC MRI among 9 healthy volunteers twice.Results The time-net blood flow volume diagram for the initial part of aorta and pulmonary artery showed a rising curve.In systole,the time-net blood flow volume diagram for the initial part of aorta and pulmonary artery showed a smooth,continuous curve with high inclination;in diastole,the time-blood flow volume diagram for the initial part of aorta and pulmonary artery showed a smooth,continuous and rising curve with mild waveform.There was no significant difference in the net blood flow volume between the initial part of aorta artery〔(72.8±12.2) ml〕 and the initial part of pulmonary artery 〔(73.8±13.8) ml〕 (t=-1.924，P=0.64).The net blood flow volume of aorta was positively correlated with the net blood flow volume of main pulmonary artery (r=0.94,P<0.05),the equation:Y=-3.825+1.066X.There was no significant difference in the net blood flow volume of aorta and main pulmonary artery between the first time and the second time (P>0.05).The net blood flow volume of aorta for the first time was positively correlated with the net blood flow volume of aorta for the second time (r=0.91,P<0.05),the equation:Y=-6.669+1.078X.The net blood flow volume of main pulmonary artery for the first time was positively correlated with the net blood flow volume of main pulmonary artery for the second time (r=0.92,P=0.001),the equation:Y=5.391+0.923X.Conclusion PC MRI is a noninvasive,safe,accurate and informative method,and is not affected by air and bone,so it is a good method for hemodynamic study of aorta and pulmonary artery.

Magnetic resonance imaging；Aorta；Pulmonar artery

教育部博士點基金新教師類(20115317120003)；云南省教育廳重點項目(2012Z091)

650101云南省昆明市，昆明醫(yī)科大學(xué)第二附屬醫(yī)院放射科(郭立，袁曙光，楊楠，艾李萍，周曉雯)，急診科(袁勇)；昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心內(nèi)科(郭皓)；云南農(nóng)業(yè)大學(xué)學(xué)生處(曾維詠)

郭皓，650032云南省昆明市，昆明醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心內(nèi)科；E-mail：guohaodoc@163.com

R 814.46

A

10.3969/j.issn.1007-9572.2015.15.023

2014-08-21；