相位对比电影MR成像评估婴幼儿脑血流特点

付明翠，王 颖，李慧君，朱美娇，王树杰，冯章志，杨 明

(南京医科大学附属儿童医院放射科，江苏 南京 210008)

脑血流量(cerebral blood flow， CBF)为每单位时间内供应大脑的血液量，对婴幼儿脑发育至关重要；其改变与缺氧缺血性损伤[1-2]、围产期缺血性卒中[3]和先天性心脏病[4]等密切相关。目前国内外仅见少量评估婴幼儿CBF的研究[5-7]，尚未获得相关标准。本研究以无创相位对比电影MR成像(phase contrast cine MRI， PC cine MRI)量化婴幼儿CBF，观察婴幼儿颈内动脉(internal carotid artery， ICA)血流动力学特点及其发展变化规律。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2019年1月—5月37例于南京医科大学附属儿童医院主要因外伤、头部肿物等接受头颈部MR检查的婴幼儿，男18例，女19例；周龄11～132周，平均(59.4±38.5)周；心率82～137次/分，平均(107.35±13.38)次/分。纳入标准：①足月儿；②MRI未见明显异常。排除标准：①有影响血流动力学的相关疾病及药物服用史；②MRI质量不佳。本研究经院伦理委员会批准(伦理编号：201910241-1)。检查前所有患儿家属均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用Philips Ingenia 3.0T MR仪，16通道头部线圈，回顾性外周门控。予患儿口服5%水合氯醛(1 ml/kg体质量)镇静后，采集头部轴位T2WI，参数：TR 4 000 ms，TE 110 ms，FOV 200 mm×200 mm，矩阵256×256。由2名具有7年以上工作经验的影像科医师观察图像并做出影像学诊断，意见不一致时经协商达成共识。之后行颈枕部轴位时间飞跃(time of flight， TOF)血管成像，定位线中心位于枕大孔水平，参数：FOV 160 mm×140 mm，TE 3.5 ms，TR 22 ms，层数44；采用最大密度投影对左侧颈内动脉(left internal carotid artery， LICA)颈段(C1)行冠状位、矢状位重组。选择垂直于LICA的冠状位及矢状位切面，以血管管腔中心为扫描中心，采用PC cine MR序列6个编码流速(encoding velocity， Venc)[8-11]采集LICA数据，参数：FOV 130 mm×130 mm，TR 6.5 ms， TE 11 ms，每个心动周期分为30个时相，Venc分别为30、40、50、60、70及80 cm/s。将所获解剖图像、幅度图像及相位图像上传至后处理工作站(图1)；对引起相位混淆的Venc值行速度混淆校正[8]，选取无明显相位混淆伪影中Venc较高的图像。

1.3 数据处理 由2名具有7年以上工作经验的影像科医师在后处理工作站上于解剖图所示血管边缘勾画ROI，同时测量血管直径，系统自动得出ICA峰值流速(peak velocity， Vp)和1个心动周期平均血流量；每名医师勾画3次ROI，取平均值。ICA血流量=LICA平均血流量×2[7-8]。将T2WI导入ImgJ软件，逐层去除脑脊液、脑干和小脑勾画整个大脑，以MRI cron软件获得大脑体积(cm3)，以密度1.06 g/L[6]计算脑质量，脑质量(g)=大脑体积/1 000×1.06。单位体积大脑CBF[ml/(100 g·min)]=ICA血流量/脑质量×100。

1.4 统计学分析 采用SPSS 18.0统计分析软件，以组内相关系数(inter-class correlation coefficient， ICC)评估测量结果的重复性，ICC>0.75为重复性良好。计量资料以±s表示，以Pearson线性相关分析评价年龄与ICA Vp、ICA血流量、CBF、ICA血管直径、大脑体积及心率之间，以及ICA Vp与ICA直径、心率之间的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 相关测值及一致性分析 2名观察者所测ICA Vp值相同；ICA平均血流量测量结果可重复性良好(ICC=0.983，P<0.001)。ICA相关参数及CBF见表1。

表1 37例婴幼儿头颈部血流及脑体积相关参数

2.2 ICA血流量 相同编码速度下，每个心动周期的时相-流量曲线趋势相似，即在较低流速编码(30、40、50 cm/s)下呈“U”形，较高流速编码(60、70、80 cm/s)下呈倒“U”形，且包含1个波峰，见图2、3；周龄较大患儿的时相-流量曲线较周龄较小者更光滑。

图1 女性患儿，128周，下肢抽动 A、B.于PC cine MR解剖图像上勾画LICA的ROI(红圈)，并自动复制到Venc为80 cm/s的对应相位图(B)； C.流速编码过小导致血管内相位混淆伪影呈黑色(箭，Venc=30 cm/s)； D.幅度图(Venc=30 cm/s)

图2 患儿男，16周，鼻根部肿物，时相-流量曲线图 A.Venc=30 cm/s； B.Venc=70 cm/s

图3 患儿男，108周，频繁眨眼、挤眼，时相-流量曲线图 A.Venc=30 cm/s； B.Venc=70 cm/s

2.3 相关性分析 周龄与ICA Vp无明显相关(r=-1.06，P=0.532)，正态Q-Q图(图4)显示Vp呈正态分布；与ICA血流量、ICA直径、CBF及大脑体积呈正相关，与心率呈负相关，见表2。采用线性函数、幂函数、指数函数及多项式函数拟合周龄与CBF，结果显示多项式拟合曲线拟合优度R2值最高(R2=0.612)，且三次函数R2值大于二次函数R2，见图5。ICA Vp与ICA直径、心率均无明显相关(P均>0.05)。

表2 37例婴幼儿周龄与各参数的相关性

3 讨论

PET是定量CBF的金标准，但存在辐射且需连续采集血样，在儿童中应用受限。近年动脉自旋标记MR作为一种无创测量CBF的方法逐渐用于婴幼儿[7，9]，但婴幼儿血流动力学变化差异较大，导致标记效率和延迟时间不确定，且信噪比较低，其可靠性仍需进一步证实。PC cine MRI无需对比剂即可量化CBF，且无电离辐射，已逐渐用于定量成人CBF[10]，但用于婴幼儿仅见少量报道[11]。

图4 ICA Vp正态Q-Q图

罗益镇等[8]发现婴幼儿ICA Vp为(60.69±17.67)cm/s，且与学龄前儿童无显著差异；本研究结果与其相符合，出生后11～132周ICA Vp服从正态分布，与周龄无明显相关，均值为67.57 cm/s，略高于成人(40～50 cm/s)[12]。但亦有研究[6，11]认为婴幼儿ICA Vp随年龄增加而增加，可能与样本量差异相关；其PC cine MR扫描定位线垂直于MR血管成像的三维LICA图像，且双侧同时扫描，定位不同，可能对结果产生影响[11]；未使用门控，可能影响血流测量结果，特别是对血流较复杂的心脏疾病患儿[6，11]。本研究中MR扫描定位线同时垂直于LICA冠状位、矢状位最大密度投影图，且以血管中心为扫描中心，更可能反映真实的Vp。

图5 周龄与各参数的散点图 A.周龄与ICA血流量的散点图； B.周龄与直径的散点图；C.周龄与CBF的散点图； D.周龄与大脑体积的散点图 (实线为二次多项式拟合曲线，虚线为三次多项式拟合曲线)

Venc是PC cine MRI最重要的扫描参数之一。本研究采用6个Venc进行扫描，以防Venc过高或过低对Vp产生影响，相同Venc下周龄较小与较大婴幼儿测得的时相-流量曲线相似，即其ICA血流动力学特点相似，Vp均出现在收缩期；周龄较小婴儿在较低Venc下血管内混淆伪影较重、流量曲线平滑度较差，且婴儿ICA峰值流速较高，血流动力学特点较幼儿更复杂，提示对婴儿行PC cine MR扫描时应采用更高的Venc。

本研究中，ICA直径、CBF及大脑体积随周龄增加而增长，与周龄呈正相关；平均CBF为(37.77±13.37)ml/(100 g·min)，与既往研究[6,11,13]结果相似。CARSIN-VU等[7，13]发现CBF与年龄的最佳拟合曲线并非线性曲线，本研究结果与一致，采用三次多项式拟合周龄与CBF、大脑体积所获曲线的R2值最大，提示2岁前儿童CBF及脑体积随年龄快速增长，期间脑灌注明显增加与大脑生理和结构变化有关[13]。

本研究的局限性：①样本量小；②仅根据LICA血流评估CBF，结果存在偏倚；③四维流相位对比MRI(4D Qflow MRI)[12,14]对受试者要求较高且扫描时间较长，儿童应用受限，而未采用此新技术；④未考虑身长、体质量及镇静药物对结果的影响。

总之，作为简单、快速的MR脉冲序列，PC cine MR可无创测量血流速度并量化CBF，较准确地反映婴幼儿CBF特点，为儿童脑血流状态提供更多信息。