先心性心脏病血流的不同相位对比MRI 评估

施美华 孙爱敏 王 谦 朱 铭 钟玉敏

血流动力学评估是先心性心脏病(congenital heart disease， CHD)术前诊断和术后随访必不可少的一部分，近年来，相位对比磁共振成像(phasecontrast magnetic resonance imaging， PC MR)已成为先天性心脏病血流流速及流量测量的金标准，通过时间-流速及时间-流量曲线反映血流的变化，包括心搏量、肺循环及体循环比、瓣膜反流及压力界差等定量分析[1]。本文探讨垂直(through-plane，TP)和平行(in-plane， IP)于血流的两种不同PCMRI 方法，在先天性心脏病解剖结构畸形产生的高流速血流评估中的应用特点及价值。

方 法

1.临床资料

本组25例先天性心脏病患儿，男17例，女8例，年龄10个月～15岁，平均7.35±4.34岁。心率在72 ～123 次/min。所有患儿在MRI 检查前1个月内均行超声多普勒（Doppler）检查。

25例患儿中术前9例，术后16例。病例分布见表1。术后包括：室间隔缺损，主动脉缩窄术后8例，主肺动脉窗、主动脉弓中断伴右肺动脉异常起源术后1例，大血管错位Rastellli 术后1例，法洛四联征术后2例，肺动脉瓣狭窄术后2例，主动脉瓣狭窄术后2例。

2.MRI 扫描方法

2.1 电影序列：采用2D cine SSFP（B-TFE）：横轴位（主动脉弓水平至横膈水平）、四腔位、短轴位（心底部至心尖部）扫描。然后根据血管或瓣膜的狭窄部位，沿血流方向平行于血流采集斜矢状位及斜冠状位的图像。扫描参数：TR＜4.8ms，TE＜2.4 ms，翻转角60°，层厚5 ～8mm，层间隔0.5 ～0.8mm，视野（260 ～350）mm×（155 ～265）mm，体素（1.2 ～1.4）mm×（1.3 ～1.7）mm，每层20 ～25 幅图像，2 ～4 次激励，回顾性心电门控，自由呼吸或控制呼吸。

2.2 增强血管造影4D TRAK 扫描参数：体位冠 状 位，体 素（1.2 ～1.5）mm×（1.3 ～1.5）mm×（0.75 ～0.9）mm， keyhole 40%， 8 次动态扫描。非离子型对比剂（马根维显或欧乃影），剂量0.1 mmol/kg，注射对比剂后12 秒开始扫描。注射对比剂后，用5 ～10ml 生理盐水稀释。

2.3 3D SSFP 序列全心成像：采集框为冠状位，覆盖心脏及周围大血管。自由呼吸，运用前瞻性心电门控和膈肌导航技术，在呼吸末采集心脏收缩末期或舒张中晚期图像，心电触发延迟时间和图像采集窗宽因人而异，具体通过高时间分辨率（60-80 幅/心动周期）、2D SSFP（B-TFE）电影序列获得四腔心图像。收缩相对静止期为右房室沟右冠状动脉停止运动至三尖瓣开始开放间期，舒张相对静止期为右冠状动脉停止运动至心房开始收缩间期。扫描参数：TR＜4.8ms，TE≤2ms，翻转角90°，视野（250～320）mm×（145 ～250）mm，体素（1.2 ～1.7）mm×（1.2 ～1.7）mm×（0.6 ～1）mm。Sense 因 子2， T2 预脉冲（T2 preparation） 25ms， 采集窗宽45 ～100ms，1 次激励。膈肌导航窗宽为4 ～7mm。门 控 效 率（gating efficiency）35% ～65%。

2.4 2D-PC MRI：测量狭窄部位的血流流速和流量。图像采集方法见图1 ～3。①垂直于狭窄部位血流射流（TP-PC MRI）测量狭窄远端血流；②平行于狭窄处血流方向长轴（in-plane PC MRI）采集狭窄部位血流。扫描参数：TR 3.1ms， 翻转角20°，层厚4 ～6mm，视野（180 ～240）mm×（135 ～180）mm，矩阵256×192， 2 次采集， 流速编码值(Velocity encoding， Venc)则根据超声doppler 测量值+30 ～50cm/s，流速编码方向与血流方向相同，回顾性心电触发，采集20 ～25个相位的图像。

3.图像处理

4D TRAK 和3D SSFP 在工作站做血管最大密度重建（maximal intensity projection，MIP）， 同时运用飞利浦工作站心脏分析软件，测量狭窄部位血流的最大流速。

4.统计学分析

使用SPSS11.0 统计学软件作统计学分析。IP-PC 和TP-PC 测得的血流最大流速和超声Doppler测量结果进行One-Way ANOVA方差分析，IP-PC、TP-PC 和Doppler 测量结果各自分别进行配对t 检验，显著性差异确定为P＜0.05。

结 果

三种测量中以Doppler 最大流速测量值最大， 为（329.48±97.23）cm/s， 其 次 为IP-PC（319.28±113.20）cm/s，TP-PC 测 量 值（297.48±118.04）cm/s 最小。 半月瓣（主动脉瓣及肺动脉瓣）、左、右心室流出道、主动脉弓降部等部位的最大流速测量中，三种技术比较未见显著性差异（One-Way ANOVA 组内比较F=0.55，P＞0.05）；两两比较显示，IP-PC 与TP-PC、TP-PC与Doppler 测量之间最大流速值比较有显著性差异（P＜0.05），而IP-PC 与Doppler 测量之间则无显著性差异（P＞0.05）（表2）。

表1 CHD 病种分布

表2 血流最大流速的in-plane、through-plane 和Doppler 测量值t 检验比较

讨 论

图1 PC MRI 的定位参考图，主动脉瓣狭窄2D cine SSFP 斜冠位图像（收缩期）。

磁共振成像因无辐射而在儿童先天性心脏病诊断检查中具有重要的应用价值。磁共振可利用其多序列成像的优势对心脏解剖畸形、血流动力学变化及心肌组织学特性等进行综合的评估，其中血流动力学评估是CHD 无论是术前诊断还是术后疗效评估必不可少的重要组成部分[2]。磁共振血流动力学评估采用目前发展成熟的PC-MRI 完成，而二维（2D）PCMRI 已经成为血流流速及流量测量中的金标准[3]。PC-MRI 成像原理是基于沿梯度场流动的血液中质子发生的相位变化作为图像对比的特殊成像技术，采集获得两种图像，即振幅图和相位图。振幅图包含信号强度信息，主要用于解剖定位；相位图每个像素表示该像素点自旋的平均速度，速度编码范围通常表示为灰度，具有静态自旋的组织显示为灰色，在速度编码方向上运动自旋的像素为白色，而相反方向上的自旋则为黑色，流速越快，信号越高，可以定量测量流动血流的流速与流量。PC-MRI 在先天性心脏病中的应用范围广泛，通过测量体循环及肺循环的血流之比，可评价心房、心室、大动脉水平有分流的左向右分流量；通过对感兴趣部位流速的测量，测定该部位的最快流速，运用Bernoulli 公式计算出压力阶差，来判断瓣膜、血管、左右心室流出道等有无狭窄及狭窄程度，同时可测量瓣膜（半月瓣及房室瓣）的反流量，以及通过测量二尖瓣及三尖瓣的血流来评价心室舒张功能[1，4]。随着膈肌导航及各种加快图像采集技术的发展，PC-MRI 评估CHD 血流动力学已经由二维向四维血流分析（4D flow）[5-7]方向发展。4D flow 优势是可以回顾性测量任一感兴趣部位的流速、流量，还可通过流速图、流线图及迹限图直观显示血流变化，更利于临床医师理解。但采集时间仍偏长，限制临床应用，而且受数率编码值预先设定的限制，对血管或瓣膜存在狭窄的快速血流测量的精确性低，所以目前4D flow 不适宜用于高速血流的测量，只适用于在慢血流中的应用[8-9]。

图2 A.PC MRI 的定位参考图。沿着主动脉瓣狭窄产生的血流射流长轴获得2D cine SSFP斜矢位图像。B. 垂 直 于 射 流 的through-plane PC 相位图。

图3 A. 平行于血流射流的inplane PC 相位图。B.主动脉瓣狭窄的时间-最大流速曲线。

对于快速血流的评估，2D-PC MRI 仍是目前最成熟、可靠的技术。传统的经胸心脏超声一直是先心病检查的首选方法， 2D-PC MRI Venc 的预设也需根据超声Doppler 测量值来设定。但超声Doppler 应用也有其局限性，受气体和骨骼的干扰，血流测量受超声束与血流的角度影响，可低估血流的流速，而且Doppler 评估血流也是通过假想模型获得，忽略了血流的变化，狭窄部位因血流复杂，数值的精确性易受影响，但也有研究表明Doppler 对最大速率的评估可以高估达25%。2D PC-MRI 测量流速有两种图像采集方法，常用的是采集平面垂直于血流或射流（TPPC），TP-PC 成像优势可以同时测量流速及流量，但在特殊部位，如左右心室流出道，随着呼吸及心动周期的成像平面的偏移较大，会低估血流流速的最大值，所以图像采集时，采集平面应垂直于射流而非血管，且不同于测量流量，测量流量时应尽可能远离涡流、远离狭窄部位，测量流速时则尽可能接近最狭窄的部位。另一种方法则是平行于血流，即沿着血流通过狭窄部位血流射流方向的长轴采集图像（IP-PC），采集平面是血流长轴方向，病变部位心动周期的运动轴位于成像平面内，即通过狭窄部位整个心动周期的血流变化都位于成像平面内，可保证最快速度流速血流位于采集平面内，确保数据测量的准确性。本研究显示IP-PC 测量比TP-PC 测量更接近于Doppler，IP-PC 还可直观显示血流经过狭窄部位后的射流，通过测量射流的宽度，指导介入治疗中扩张球囊的选择。相比于IP-PC，TP-PC 要求更精确的采集部位的选择。无论IP-PC 还是TP PC 测量流速，需注意以下影响因素：①采集平面的选择：图像采集平面选择尽可能接近狭窄部位，TP-PC 采集平面通过血流射流中心点，参考定位图像应选择心动周期中的收缩末期。②准确的Venc 预设：可根据超声Doppler 最大值加30 ～50cm/s，设定过高会增加噪声，低估狭窄程度，过低会产生相位混叠。③需选择合适的时间及空间分辨率：时间分辨率不足可以低估最快流速，本组中每个心动周期采集20 ～25个相位的图像。同时一个横截面的像素数应大于8个，保证足够空间分辨率，避免部分容积的影响，较低空间分辨率也可能低估最快流速。

IP-PC 和TP-PC 均可以准确测定CHD 狭窄部位的最快流速，评估狭窄程度，是对Doppler 很好的补充。TP-PC 可同时测量流速及流量，但流速测量易受采集层面的影响，IP-PC 相对TP-PC 测量流速更准确，两者可相互补充对CHD 血流动力学变化进行综合评估。