曲源，王艷*，毋曉萌，董海洋，朱莉

1.新疆維吾爾自治區(qū)人民醫(yī)院放射影像中心，新疆 烏魯木齊 830000；2.北京理工大學(xué)生命學(xué)院生物醫(yī)學(xué)工程專業(yè)，北京100081；3.上海市胸科醫(yī)院，上海 200030；*通信作者 王艷 drwangxj@sina.cn

肝硬化是常見(jiàn)的慢性進(jìn)行性肝病，在我國(guó)大多數(shù)由病毒性肝炎引起，門靜脈高壓癥是肝硬化疾病進(jìn)展過(guò)程中的嚴(yán)重轉(zhuǎn)歸，常伴有側(cè)支循環(huán)形成、脾腫大及功能亢進(jìn)、腹水等并發(fā)癥。臨床診斷門靜脈高壓，需要通過(guò)穿刺測(cè)量肝靜脈壓力梯度間接分析門靜脈壓力，直接測(cè)量門靜脈壓力尚不可行。近年來(lái)，磁共振血流成像技術(shù)快速發(fā)展，四維相位對(duì)比法MRI（4D phase contrast，4DPC）是一種利用三維相位對(duì)比法進(jìn)行連續(xù)采集，獲得動(dòng)態(tài)三維血管流動(dòng)圖像的成像技術(shù)，目前已在臨床上應(yīng)用于顱內(nèi)血管瘤、頸動(dòng)脈狹窄、主動(dòng)脈夾層動(dòng)脈瘤、先天性心臟病或門靜脈等疾病的血管成像[1-8]。然而在大部分研究中，4DPC MRI成像時(shí)間長(zhǎng)，平均掃描時(shí)間10 min以上，流速編碼的設(shè)定也存在諸多爭(zhēng)議[9-13]。本研究利用QFlow軟件測(cè)量門靜脈主干最大流速，作為4DPC MRI流速設(shè)置的參考，分別進(jìn)行并行采集（SENSE，SENSitivity Encoding）和壓縮感知（Compressed SENSE）加速4DPC MRI掃描，評(píng)估兩種方法門靜脈成像的圖像質(zhì)量，判斷4DPC MRI利用Compressed SENSE進(jìn)行快速肝門靜脈成像的可行性，指導(dǎo)臨床應(yīng)用。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 回顧性收集2019年6—8月22名健康志愿者，男12例，女10例；年齡20～67歲，平均（38.2±13.2）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：①無(wú)MRI檢查禁忌證；②無(wú)高血壓病史。排除有任何肝臟病史者。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，志愿者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 使用Philips Achieva 1.5T MR掃描儀，8通道腹部線圈，檢查前禁食水4 h。受檢者取仰臥位，頭先進(jìn)，身體長(zhǎng)軸與磁體中心平行，放置呼吸門控。三平面定位掃描后，行冠狀面單次激發(fā)T2、橫斷面2D Balanced FFE全上腹掃描，明確肝門靜脈位置，垂直于門靜脈主干行2DPC屏氣掃描，用QFlow軟件測(cè)量門靜脈最大流速，作為4DPC MRI流速編碼設(shè)定。4DPC MRI冠狀面定位范圍包括肝內(nèi)外門靜脈、脾靜脈、腸系膜上靜脈，放置膈肌導(dǎo)航，在心電門控條件下進(jìn)行自由呼吸掃描。

1.3 成像技術(shù) 單次激發(fā)T2掃描參數(shù)，視野（FOV）375 mm×375 mm，層厚7 mm，體素1.4×1.6 mm，TR 3 000～5 000 ms，TE 80 ms；2D Balanced FFE，F(xiàn)OV 400 mm×400 mm，層厚10 mm，體素2×1.7 mm，TR 2.9 ms，TE 1.5 ms。2DPC定位線垂直于門靜脈，流速編碼梯度施加在層面方向，流速編碼30 cm/s，F(xiàn)OV 320 mm ×260 mm，層厚8 mm，TR 5.9 ms，TE 3.9 ms，體素2.5×2.5 mm，心電門控下屏氣掃描，時(shí)間15～18 s。對(duì)同一志愿者行肝門靜脈4DPC MRI，分別使用SENSE和Compressed SENSE進(jìn)行動(dòng)態(tài)連續(xù)采集。2個(gè)序列之間掃描定位、膈肌導(dǎo)航條放置位置相同。掃描參數(shù)：3D T1 FFE相位對(duì)比法采集，梯度回波采集數(shù)為3，采集間隔60 ms，TR 4.9 ms，TE 3.5 ms，翻轉(zhuǎn)角10°，SENSE加速因子2×1.8，Compressed SENSE加速因子4。FOV 320 mm×320 mm，體素3 mm× 3 mm× 3 mm，掃描層數(shù)36，包括脾靜脈、腸系膜上靜脈、門靜脈主干、肝內(nèi)門靜脈左、右分支。流速編碼根據(jù)2DPC流速測(cè)量結(jié)果決定，平均25～30 cm/s，每個(gè)心動(dòng)周期重建15個(gè)時(shí)相。流速編碼梯度施加在前后、左右、上下3個(gè)方向。圖像重建過(guò)程中自動(dòng)完成降噪、correction of Maxwell terms、相位偏移和渦流修正。兩種方法平均采集時(shí)間在4:30～5:00之間（圖1）。

圖1 男，40歲，健康志愿者4DPC MRI掃描圖像。A為幅值圖像；B～D為3個(gè)方向重建相位對(duì)比圖像；E為A對(duì)應(yīng)的相位對(duì)比圖像；F～G為3個(gè)方向的相位圖像，箭示門靜脈位置，分別為左右、前后、上下方向流動(dòng)相位圖像；I為門靜脈血管三維重建圖像，從左向右箭頭分別示肝內(nèi)門靜脈左支、右支、門靜脈主干、腸系膜上靜脈、脾靜脈

1.4 圖像分析 比較2種4DPC MRI加速技術(shù)采集的肝門靜脈及其分支圖像質(zhì)量，在肝門靜脈最高流速期相圖像中，脾靜脈近門靜脈處、腸系膜上靜脈近門靜脈處、門靜脈主干、肝內(nèi)門靜脈左、右分支血管分別放置感興趣區(qū)（ROI），測(cè)量各ROI和圖像背景信噪比（SNR）。圖像ROI位置保持相同，面積不小于50 mm2。

根據(jù)公式（1）計(jì)算SNR：

分析2種加速技術(shù)中各血管流速和流量，使用QFlow軟件，分別測(cè)量門靜脈主干及其分支等5處血管垂直斷面的流速及流量。為了避免人為誤差，測(cè)量時(shí)采用肝門靜脈血流流量公式進(jìn)行修正：

其中，Qsv和Qsmv分別代表脾靜脈、腸系膜上靜脈血流量，Qpv代表門靜脈血流量，Qrpv和Qlpv代表肝內(nèi)門靜脈右支、左支血流量。根據(jù)公式（2），對(duì)Qsv+Qsmv、Qpv、Qrpv+Qlpv測(cè)定值進(jìn)行相關(guān)性分析。

利用GTFLOW（Gyrotools LLC，Zurich Switzerland）軟件，重建門靜脈主干、脾靜脈、腸系膜上靜脈、肝內(nèi)門靜脈左、右主要分支血流流線三維動(dòng)態(tài)圖像，由2位副主任醫(yī)師對(duì)流線追蹤圖像進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，采用4分法標(biāo)準(zhǔn)。4分：血管形態(tài)完整，邊緣銳利度好，血管內(nèi)血流流線豐富，流線追蹤長(zhǎng)，方向明確一致，無(wú)運(yùn)動(dòng)偽影干擾（圖2A）；3分：血管形態(tài)好，邊緣略模糊，血流流線豐富，流線方向有不一致現(xiàn)象，無(wú)運(yùn)動(dòng)偽影干擾，無(wú)流動(dòng)卷折（圖2B）；2分：血管形態(tài)欠佳，邊緣略模糊，流線追蹤毛糙，出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影（圖2C）；1分：血管形態(tài)不完整，邊緣模糊，無(wú)法分清血管內(nèi)外流線，方向紊亂，運(yùn)動(dòng)偽影明顯（圖2D）。2位醫(yī)師對(duì)圖像質(zhì)量評(píng)估和肝內(nèi)門靜脈分支計(jì)數(shù)標(biāo)準(zhǔn)事先達(dá)成一致，分別統(tǒng)計(jì)完成。

圖2 肝門靜脈血流流線追蹤圖像質(zhì)量評(píng)價(jià)4分法標(biāo)準(zhǔn)圖。A.女，67歲，健康志愿者。門靜脈主干及分支血管形態(tài)完整，邊緣銳利，血流流線豐富，無(wú)運(yùn)動(dòng)偽影，圖像評(píng)估為4分，箭示腸系膜上靜脈。B.男，32歲，健康志愿者。血管邊緣略模糊（箭），血流流線基本保持一致，圖像評(píng)估為3分。C.女，21歲，健康志愿者。血管形態(tài)欠佳，邊緣模糊，流線追蹤毛糙（箭），出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影，圖像評(píng)估為2分。D.男，31歲，血管形態(tài)模糊，無(wú)法分清血管內(nèi)外流線，腸系膜上靜脈無(wú)法分辨（箭），圖像評(píng)估為1分

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用MATLAB2014b軟件，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s表示，將2種方法獲取5處ROI的SNR、血管斷面流速、流量分別進(jìn)行配對(duì)t檢驗(yàn)，2種成像方法血流流線三維追蹤效果主觀評(píng)分進(jìn)行秩和檢驗(yàn)，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。采用Cohen'sKappa檢驗(yàn)判斷2名醫(yī)師對(duì)流線追蹤圖像評(píng)分的一致性，Kappa值≥0.75為診斷一致性良好。采用Wilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)比較2種方法的成像時(shí)間，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 基本情況 22例志愿者均在自由呼吸狀態(tài)下完成掃描，其中2例在掃描過(guò)程中由于導(dǎo)航條放置問(wèn)題掃描中斷，排除入組。20例成功完成檢查，SENSE 4DPC MRI平均掃描時(shí)間為（293.7±31.6）s，Compressed SENSE為（271.4±39.6）s，并且每一位志愿者的掃描時(shí)間均短于SENSE 4DPC MRI。2種方法得到的典型圖像見(jiàn)圖3。

圖3 女，20歲，健康志愿者肝門靜脈4DPC MRI三維血管重建及其血流流線追蹤圖像。A、B為SENSE采集重建圖像；C、D為Compressed SENSE采集圖像；兩者流線追蹤圖像質(zhì)量評(píng)分均為4分；Compressed SENSE獲得的圖像，肝內(nèi)門靜脈左主分支流線追蹤效果優(yōu)于SENSE的圖像（箭，B、D）

2.2 肝門靜脈SENSE和Compressed SENSE 4DPC MRI圖像SNR比較 2種方法進(jìn)行4DPC MRI采集，在肝門靜脈最高流速期相中，SENSE 4DPC MRI獲取的腸系膜上靜脈、脾靜脈、門靜脈主干、肝內(nèi)門靜脈右、左主干5處ROI，其SNR與Compressed SENSE類似，兩者差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），見(jiàn)表1。

表1 肝門靜脈SENSE和Compressed SENSE 4DPC MRI圖像SNR比較（±s）

表1 肝門靜脈SENSE和Compressed SENSE 4DPC MRI圖像SNR比較（±s）

注：ROI：感興趣區(qū)；SNR：右分支的信噪比；SENSE：并行加速；Compressed SENSE：壓縮感知

SENSE Compressed ROI 4DPC MRI SENSE 4DPC t值P值MRI腸系膜上靜脈 55.34±20.57 63.22±22.82 -1.86 0.08 0.15門靜脈主干 62.87±20.39 64.52±20.96 -0.30 0.77脾靜脈59.41±19.58 66.62±25.52-1.49肝內(nèi)門靜脈右主干64.29±23.85 64.29±27.23-0.26 0.50肝內(nèi)門靜脈左主干 65.41±26.32 68.76±29.43 -0.57 0.57

2.3 肝門靜脈SENSE和Compressed SENSE 4DPC MRI圖像流速比較 去除圖像質(zhì)量為1的3例數(shù)據(jù)，剩余17例，SENSE 4DPC MRI獲取的5處血管最大流速，與Compressed SENSE 4DPC MRI對(duì)比，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），見(jiàn)表2。

表2 肝門靜脈SENSE和Compressed SENSE 4DPC MRI圖像最大流速比較（cm/s，±s）

表2 肝門靜脈SENSE和Compressed SENSE 4DPC MRI圖像最大流速比較（cm/s，±s）

注：ROI：感興趣區(qū)；SENSE：并行加速；Compressed SENSE：壓縮感知

SENSE Compressed ROI 4DPC MRI SENSE 4DPC t值P值MRI腸系膜上靜脈 20.51±8.20 23.51±9.39 -1.42 0.17 0.50門靜脈主干 23.84±6.57 25.10±6.32 -0.63 0.54脾靜脈22.23±7.94 24.28±7.80-0.70肝內(nèi)門靜脈右主干20.02±5.21 19.56±7.94 0.27 0.79肝內(nèi)門靜脈左主干 15.13±6.41 18.11±6.77 -1.78 0.10

對(duì)2種方法獲得的門靜脈最大流速與QFlow結(jié)果進(jìn)行相關(guān)性分析，SENSE 4DPC MRI最大流速與QFlow呈線性相關(guān)（R=0.527 0，P＜0.05）；Compressed SENSE 4DPC MRI與QFlow呈線性相關(guān)（R=0.563 7，P＜0.05），見(jiàn)圖4。

圖4 QFlow測(cè)定流速與并行加速4DPC MRI（A）及壓縮感知4DPC MRI（B）最大流速的相關(guān)性

2.4 肝門靜脈SENSE和Compressed SENSE 4DPC MRI圖像流量比較 在17例數(shù)據(jù)中，SENSE 4DPC MRI獲取的5處血管流量，與Compressed SENSE相比，差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（均P＞0.05），見(jiàn)表3。SENSE 4DPC MRI最大流量與QFlow結(jié)果呈線性相關(guān)（R=0.788 4，P=0.000 2）；Compressed SENSE 4DPC MRI流量與QFlow呈線性相關(guān)（R=0.805 3，P=0.0001），見(jiàn)圖5。

圖5 QFlow測(cè)定流量與并行加速4DPC MRI流量（A）及壓縮感知4DPC MRI流量（B）的相關(guān)性

表3 肝門靜脈SENSE和Compressed SENSE 4DPC MRI流量比較（ml/min，±s）

表3 肝門靜脈SENSE和Compressed SENSE 4DPC MRI流量比較（ml/min，±s）

注：ROI：感興趣區(qū)；SENSE：并行加速；Compressed SENSE：壓縮感知

SENSE 4DPC Compressed ROI MRI SENSE 4DPC t值P值MRI腸系膜上靜脈 303.00±165.50 307.98±161.35 -0.11 0.92 0.59門靜脈主干 648.61±231.39 632.64±213.86 0.53 0.61脾靜脈191.02±93.84 203.43±88.65-0.55肝內(nèi)門靜脈右主干391.61±208.04 383.16±140.71 0.21 0.84肝內(nèi)門靜脈左主干 149.58±163.01 147.47±210.79 0.03 0.97

根據(jù)公式（2），Qsv+Qsmv 與Qpv、Qpv 與Qrpv+Qlpv測(cè)量值進(jìn)行相關(guān)性分析，脾靜脈與腸系膜上靜脈血流匯合至門靜脈主干，兩者血流量在SENSE及Compressed SENSE均呈正相關(guān)（R=0.64、0.61，P＜0.01）；SENSE及Compressed SENSE門靜脈主干血流與肝門靜脈左、右分支血流量均呈正相關(guān)（R=0.80、0.53，P＜0.01）。

2.5 肝門靜脈分支流線追蹤圖像質(zhì)量評(píng)估 2名醫(yī)師對(duì)2種方法獲取的血流流線三維追蹤效果評(píng)估，其評(píng)分結(jié)果分別為2.47±1.12、2.47±1.06和2.53±1.17、2.64±0.99，兩者對(duì)圖像質(zhì)量評(píng)估的一致性無(wú)顯著差異（P＞0.05）。2位醫(yī)師圖像質(zhì)量主觀評(píng)分一致性較好（Kappa=0.89）。

2.6 肝門靜脈SENSE和Compressed SENSE 4DPC MRI掃描時(shí)間比較 2種方法進(jìn)行肝門靜脈動(dòng)態(tài)成像，Compressed SENSE成像時(shí)間為（293.7±31.6）s，SENSE加速成像時(shí)間為（271.4±39.6）s，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（Z=3.68，P=0.006），Compressed SENSE加速4DPC MRI掃描時(shí)間相對(duì)較短。

3 討論

本研究通過(guò)優(yōu)化掃描參數(shù)和流速編碼，驗(yàn)證了SENSE和Compressed SENSE均可用于健康志愿者肝門靜脈4DPC MRI動(dòng)態(tài)血管成像，能夠進(jìn)行肝門靜脈及其分支血流最大流速、流量分析，并且Compressed SENSE 4DPC MRI在掃描時(shí)間上均短于SENSE 4DPC MRI。

3.1 壓縮感知技術(shù)縮短門靜脈4DPC MRI掃描時(shí)間4DPC MRI已經(jīng)逐步應(yīng)用于頭頸部血管、夾層動(dòng)脈瘤、心臟等部位的血管成像，但大部分研究掃描時(shí)間均在10 min以上，阻礙了4DPC MRI門靜脈成像的臨床開(kāi)展[14-15]。隨著Compressed SENSE技術(shù)在臨床上的應(yīng)用，其對(duì)血管成像的加速采集、縮短掃描時(shí)間的作用已經(jīng)得到研究證實(shí)[16-17]。本研究分別利用SENSE和Compressed SENSE加速技術(shù)進(jìn)行肝門靜脈4DPC MRI，Compressed SENSE掃描時(shí)間均短于SENSE技術(shù)。由于門靜脈解剖位置處于腹腔中心，易受到呼吸運(yùn)動(dòng)、胃腸道蠕動(dòng)影響，在良好的檢查前準(zhǔn)備和結(jié)合膈肌導(dǎo)航，掃描時(shí)間越短，則能最大程度地減輕運(yùn)動(dòng)因素對(duì)圖像采集的影響。本研究完成掃描的17例志愿者，圖像質(zhì)量評(píng)分均在2.4以上。

3.2 門靜脈4DPC MRI最大流速編碼設(shè)定原則 隨著心動(dòng)時(shí)相的不同，門靜脈主干及其分支血流呈相應(yīng)的流速改變，在4DPC MRI圖像中表現(xiàn)為血管信號(hào)強(qiáng)度的變化。血管內(nèi)血流流速越接近于最大流速編碼，信號(hào)強(qiáng)度越高，此時(shí)肝門靜脈主干及其分支顯示最清楚，因此本研究選擇最大流速時(shí)相的圖像進(jìn)行血管SNR的測(cè)量分析[12]。本研究顯示：2種方法肝門靜脈4DPC MRI獲取的腸系膜上靜脈、脾靜脈、門靜脈主干、肝內(nèi)右、左主干，兩者SNR類似。

3.3 門靜脈血流三維后處理視覺(jué)呈現(xiàn) 臨床上傳統(tǒng)的血流流速、流量分析，主要是相位對(duì)比法成像（2DPC）或彩色多普勒（US）技術(shù)，但兩者僅能基于二維斷面進(jìn)行采集。US常受到胃腸道空氣的干擾，對(duì)門靜脈分支顯示不佳；US流速測(cè)量的結(jié)果也變異較大[1,7]，而4DPC MRI能夠?qū)崿F(xiàn)三維血管采集，一次獲得整個(gè)成像范圍內(nèi)血流流速、流量信息，在技術(shù)上更有應(yīng)用優(yōu)勢(shì)。本研究通過(guò)2DPC測(cè)量門靜脈最大流速，作為4DPC MRI掃描的流速編碼，完成4DPC MRI圖像采集[16]。使用GTFLOW軟件，獲取肝門靜脈5處血管分支斷面流速及流量，兩種采集方法之間無(wú)顯著差異，與QFlow結(jié)果均有很好的相關(guān)性。4DPC MRI在一次采集中，同時(shí)實(shí)現(xiàn)前后、左右、上下3個(gè)方向流速編碼采集，因此，能通過(guò)后處理軟件實(shí)現(xiàn)任意血管斷面的流速、流量分析。而正是由于3個(gè)空間方向流速編碼的使用，利用特定軟件，實(shí)現(xiàn)基于體素的血管內(nèi)血流三維流線追蹤和呈現(xiàn)。本研究中使用QFlow軟件，對(duì)2種方法采集的4DPC MRI圖像實(shí)現(xiàn)了三維流線追蹤，并對(duì)肝門靜脈主要分支的流線圖像進(jìn)行主觀評(píng)價(jià)，2種方法無(wú)顯著差異。2名醫(yī)師對(duì)流線圖像評(píng)估有很好的一致性。在肝硬化或其他原因?qū)е碌拈T靜脈高壓，往往引起血流流速、流量或流向改變。因此，利用4DPC MRI實(shí)現(xiàn)肝門靜脈血流流速、流量和流動(dòng)方向的監(jiān)控，影響著臨床門靜脈高壓治療的決定，也是門靜脈高壓分流術(shù)后的重要檢查方法[10-11]。

3.4 本研究的局限性 ①未嚴(yán)格與臨床上已有的US流速測(cè)量進(jìn)行對(duì)照研究，鑒于本研究是對(duì)2種不同加速技術(shù)4DPC MRI門靜脈成像的可行性和對(duì)比研究，這一點(diǎn)并非完全必要，而且通過(guò)公式（2），對(duì)門靜脈血流流入流出的流量進(jìn)行修正，可以間接驗(yàn)證4DPC MRI血流量測(cè)量的準(zhǔn)確性。②肝門靜脈4DPC MRI流速編碼的設(shè)定存在諸多爭(zhēng)議，本研究是在2DPC流速測(cè)量的基礎(chǔ)上進(jìn)行流速編碼的設(shè)置，未進(jìn)行多個(gè)流速編碼的比較，相對(duì)于其他文獻(xiàn)流速編碼值相對(duì)較小，但最接近門靜脈實(shí)際流速的設(shè)置，有助于增加4DPC MRI流動(dòng)敏感性，增強(qiáng)門靜脈血管動(dòng)態(tài)成像顯示效果。③根據(jù)公式（2），門靜脈主干血流與肝門靜脈左、右分支血流之間的相關(guān)性，Compressed SENSE相關(guān)性低于SENSE，通過(guò)進(jìn)行回顧性數(shù)據(jù)分析后考慮為ROI放置導(dǎo)致誤差，今后在分析4DPC MRI圖像時(shí)若能與解剖結(jié)構(gòu)像進(jìn)行融合配準(zhǔn)，將會(huì)提高數(shù)據(jù)分析的準(zhǔn)確性。④本研究?jī)H采用傳統(tǒng)的3D T1 FFE序列CARTESION采集方式，并未嘗試最新的RADIAL或SPRIAL采集[17-20]，但這些新技術(shù)仍不成熟，空間分辨率低，本研究所使用的技術(shù)具有更廣泛的實(shí)用性。

總之，SENSE和Compressed SENSE加速4DPC MRI門靜脈成像，通過(guò)參數(shù)優(yōu)化加快掃描速度，能夠進(jìn)行肝門靜脈及其分支的流速及流量分析，并能很好地實(shí)現(xiàn)肝門靜脈及其分支的流線追蹤顯示，而利用Compressed SENSE技術(shù)能進(jìn)一步縮短掃描時(shí)間。