基于四维血流磁共振成像技术的胸主动脉夹层血流定性和定量分析

2022-08-19 08:40郭宝磊符伟国郭大乔董智慧刘轶凡
上海医学 2022年6期
关键词:假腔破口夹层

郭宝磊 符伟国 郭大乔 董智慧 单 艳 刘轶凡

胸主动脉腔内修复术(thoracic endovascular aortic repair, TEVAR)是复杂胸主动脉夹层(thoracic aortic dissection, TAD)的首选治疗方法,其目的是通过覆膜支架修复原发破口,减少假腔内血流,降低假腔内压力,从而诱发血栓形成。TAD的解剖几何形态个体化差异极大,血流分布形式复杂。研究[1]结果表明,血流动力学变化是急慢性TAD预后的重要影响因素。CTA是目前TAD术前评估和术后随访的主要影像学检查手段,但由于该成像技术为“瞬间”扫描,对主动脉血流及假腔血栓化程度的评估存在较大局限性。近年来,随着MRI技术的发展,四维血流磁共振成像(4D Flow MRI)技术对TAD血流的分析显现出独特优势,既能可视化呈现靶血管的血流模式,又能定量化分析不同管腔内的血流动力学参数[2-3]。 本研究通过4D Flow MRI技术对3例TAD患者进行血流动力学参数的定量和定性分析,探索不同解剖几何形态TAD血流模式的分布特征。

1 对象与方法

1.1 研究对象 选取2017年就诊于复旦大学附属中山医院血管外科的急性TAD患者3例。入组标准:①急性Standford B型TAD患者;②术前分别行胸腹主动脉CTA和4D Flow MRI检查;③患者于亚急性期内(10~14 d)接受TEVAR治疗。病例1和病例3术中均植入Valiant Captivia胸主动脉覆膜支架(美国Medtronic公司),病例2术中植入C-TAG胸主动脉覆膜支架(美国Gore公司)。所有患者均行TEVAR,术后继续控制血压,于术后3、6、12个月及之后每年随访,至少行1次CTA检查。本研究经医院伦理委员会审核并批准(伦理号为Y2017-056),所有患者均签署知情同意书。

1.2 CTA和4D Flow MRI数据采集 CTA扫描使用320排容积扫描仪(型号为Aquilion ONE,日本东芝公司),扫描范围为主动脉弓上分支至双侧股总动脉段,扫描厚度为1 mm。应用3D slider软件重建TAD的三维模型。4D Flow MRI扫描在3.0 T MRI工作站(德国西门子公司)完成。应用16通道体接收线圈和四维血流心血管序列,使用呼吸触发心电门控。空间分辨率为1.85 mm×1.85 mm×2.50 mm,时间分辨率为47~61 ms,矩阵尺度为(192~256)×(120~192),层数为20~40,信噪比为1.0,流速峰值编码值设为2.0 m/s。扫描时不注射对比剂。扫描过程中有效图像的接受度为80%~85%。扫描总时间为24 min(16~32 min)。扫描范围自主动脉弓上分支至腹主动脉起始段。MRI源图像导出为IMA格式文件,包括解剖定位图像和相位对比图像。

1.3 MRI数据后处理分析 将MRI原始文件中的IMA文件编码、重命名、排序,分别导出其包含的解剖和流速信息。将该处理和编码后的数据导入Matlab平台进行预处理。使用自主编码的程序处理原始数据并生成ENCAS文件,应用EnSight 10.1软件进行后处理的图像分析。选取需要处理的靶血管平面,在EnSight软件中分析夹层真、假腔内不同血流动力学参数的差异分布。选取的血流动力学参数包括平均流速、峰值流量、峰值流速和返流指数。使用流线(Streamline)工具可视化呈现夹层近端破口和远端继发破口的血流模式。

1.4 主动脉靶平面的选择 在图像处理工作站,将CT源图像导入Mimics 18.0软件,获得主动脉弓至腹主动脉中段的TAD图像。对主动脉管腔表面进行三维渲染,简化和平滑处理,获取该TAD的三维模型。所选取的平面均与该处管腔切线垂直,共选取5个靶平面进行血流模式的定量分析:平面1为原发破口上方,左锁骨下动脉远端,降主动脉起始段处;平面2为原发破口远端2 cm;平面3为胸主动脉中段,距离左锁骨下动脉开口远心端15 cm处;平面4为胸主动脉中远段,距离左锁骨下动脉开口远心端20 cm处;平面5为胸主动脉远段,距离腹腔干开口近心端2 cm处。结合CTA重建图像、4D Flow MRI的解剖定位图像和相位对比图像选取靶病变,进行定量分析。见图1。

A CTA重建图像 B 4D Flow MRI的解剖定位图像 C 4D Flow MRI的相位对比图像图1 TAD患者TEVAR术前的血流模式定量分析靶平面选取示意图

2 结 果

2.1 解剖几何形态分析 基于患者术前和术后随访的CTA影像,3例患者的TAD解剖几何参数和形态特征见表1。病例1合并1处继发破口(RT1),破口最大径为10.10 mm,术前右肾动脉由假腔供血;术后随访24个月,右肾动脉血供经真腔-RT1-假腔灌注,胸主动脉段假腔完全血栓化,RT1处假腔内仍有血流灌注。病例2合并3处继发破口(RT1、RT2和RT3),术前腹腔干和肠系膜上动脉均由假腔供血,左肾动脉由真假腔骑跨供血;术后随访12个月,腹腔干和肠系膜上动脉血供经真腔-RT2-假腔灌注,左肾动脉血供经真腔-RT3-假腔灌注。病例3合并2处继发破口(RT1、RT2),均位于髂动脉段,术前左肾动脉由假腔供血;术后随访32个月,左肾动脉灌注不良;胸主动脉段真腔完全重塑,腹主动脉段假腔内部分血栓化,完全由假腔供血的左肾仍灌注不良。随访中3例患者术后胸主动脉段假腔内均完全血栓化,靠近继发破口处假腔内仍存在血流灌注。患者术前和术后CTA影像对比及TAD破口位置见图2。

表1 基于CTA影像测量的解剖几何参数和形态特征

A、C、E 分别为病例1、病例2、病例3术前 B、D、F 分别为病例1、病例2、病例3术后图2 3例患者术前和术后CTA影像对比及TAD破口位置

2.2 基于4D Flow MRI可视化血流模式的定性分析 3例患者使用流线工具均清晰呈现出夹层真腔、假腔的血流模式,真腔内流速均高于假腔,见图3。病例1,夹层原发破口周围存在分流,真腔由于受压呈现高流速,血流经破口进入假腔后流速降低,呈螺旋再循环;夹层中段无继发破口,真腔内血流无干扰;在远端出口处血流加速,假腔血流经远端破口再入真腔后呈螺旋流形式。病例2,高速血流经过原发破口进入假腔,假腔近端血流形成涡流导致流速降低;原发破口远端,由于真腔受压和弓部主动脉弯曲,真腔内流速显著增快;腹腔干和肠系膜上动脉均由假腔供血,远端破口处可见高速血流由假腔供应肠系膜上动脉。病例3,原发破口位于降主动脉段,假腔逆撕至降主动脉起始部,真腔受压而呈现高速血流,经原发破口流至假腔,血流分别流向近心端和远心端,假腔近心端血流呈现瘀滞状态。

A 病例1 B 病例2 C 病例3图3 3例患者使用流线工具可视化呈现夹层血流模式及原发破口、继发破口处血流分布的形式和方向

2.3 患者TAD真、假腔内血流动力学参数的定量对比分析 病例1、病例2、病例3真腔内的平均流速均显著高于假腔(t值分别为5.61、3.09、2.81,P值分别为0.001、0.020、0.030)。病例1假腔内的峰值流量有高于真腔的趋势,但差异无统计学意义(t=2.03,P=0.088);病例2假腔内的峰值流量显著高于真腔(t=3.12,P=0.021);病例3假腔内的峰值流量有低于真腔的趋势,但差异无统计学意义(t=1.22,P=0.270)。病例1、病例2、病例3真腔内的峰值流速均显著高于假腔(t值分别为2.99、3.94、3.08,P值分别为0.024、0.007、0.037)。病例1真腔内的返流指数显著低于假腔(t=5.17,P=0.014);病例2真腔内的返流指数有高于假腔的趋势,但差异无统计学意义(t=0.92,P=0.391);病例3真腔内的返流指数有低于假腔的趋势,但差异无统计学意义(t=2.18,P=0.072)。TAD真腔和假腔之间不同血流动力学参数的差异见表2。

表2 3例患者TAD真腔、假腔内的血流动力学参数比较

3 讨 论

TAD的解剖形态个体化差异极大,患者往往合并单个或多个继发破口,血流分布复杂多变。临床常规CTA重建图像不能评估TAD的血流分布状态,更无法进行定量分析。基于CT影像的计算流体力学模拟是研究TAD血流分布形式的一种比较理想的技术,可囊括多方面因素,综合运算分析,但过程复杂,技术要求高,缺少相对真实的模拟仿真边界条件,对TAD内相对真实血流状态的评估尚存在较大的局限性[4]。4D Flow MRI是一种无创检查方法,其可为心血管疾病的诊疗提供额外的血流动力学和功能学相关指标,尤其在血流动力学分析方面独具优势,是影像学新技术应用于心血管疾病诊疗的研究热点[5-6]。本研究通过4D Flow MRI技术分别对3例解剖形态不同的TAD患者的血流分布特征进行了定性和定量分析;结果证实,基于该成像技术可直观地呈现夹层真腔、假腔及破口处的血流分布形式,同时可选择不同解剖平面对真腔、假腔的不同血流动力学参数进行定量分析。

目前的研究[7-9]结果显示,4D Flow MRI技术已被越来越多地应用于TAD的血流动力学研究,有助于临床医师更好地了解TAD复杂的血流分布和病理进程。Takahashi等[10]应用4D Flow MRI技术分析影响TAD假腔内涡流形成的血流动力学因素,旨在探索夹层的远期并发症或不良预后发生的潜在危险因素;该研究提示,假腔内的涡流模式与假腔内血流量和流速密切相关,假腔内高血流量的涡流可能与TAD的不良预后、主动脉破裂或高干预率有关。Marlevi等[11]的研究基于4D Flow MRI无创成像技术探索影响夹层生长相关的假腔血流动力学参数,通过对比稳定的慢性TAD与持续生长的夹层病例,结果显示,假腔射血分数与假腔压力差相互影响,两者均与假腔的生长重构密切相关。相反,收缩期最大减速度(MSDR)与主动脉生长的关系不明显。该团队的研究结果提示,与假腔相关的血流动力学参数对TAD生长预后具有潜在临床预测价值。本研究结果显示,术后随访中3例患者均出现真腔扩张,胸主动脉段假腔内血栓化,继发破口附近假腔内仍有血流灌注,提示腹主动脉段假腔重构可能与远端破口残留相关。尽管4D Flow MRI在成像质量、后处理技术和临床应用等方面已逐渐成熟,但其诠释血流模式和血流动力学参数变化的临床意义仍未明确,目前大多数研究仅对少数患者进行个体化分析,缺乏后续随访结果和进一步验证[12]。

本研究对3例不同解剖形态类型的TAD患者进行个体化分析,原发破口处血流模式均表现为高速血流,由真腔经原发破口进入假腔,血流在假腔内再循环,形成涡流继而流速降低;而真腔内血流由于管腔受压流速增快,流向远心端。由于夹层破口大小、真假腔形态、主动脉弓形态、内膜片等因素,真假腔内平均流速、峰值流量、峰值流速、返流指数的个体化差异较大。病例1假腔内的峰值流量有高于真腔的趋势,但差异无统计学意义;病例2假腔内的峰值流量显著高于真腔;而病例3假腔内的峰值流量有低于真腔的趋势,但差异无统计学意义。病例1真腔内的返流指数显著低于假腔;病例2真腔内的返流指数有高于假腔的趋势,但差异无统计学意义;病例3真腔内的返流指数有低于假腔的趋势,但差异无统计学意义。相反,3种不同解剖类型的TAD患者的血流分布也有相似之处。3例患者的真腔内平均流速和峰值流速均高于假腔,差异均有统计学意义。本研究结果与Liu等[13]的研究结果相似。

主动脉血流动力学是影响急性和慢性 TAD及 TEVAR 术后主动脉重构的关键因素,识别和验证主动脉重塑的影像学标志物具有重要临床意义。本研究在针对不同解剖形态TAD的影像学后处理和血流定性定量分析方面进行验证,但目前尚不能判定哪些血流动力学参数与随访结局相关。未来可基于4D Flow MRI技术,通过更大样本量和长期随访探索TAD血流模式及血流分布特征,将有助于TAD的精准治疗。

综上所述,基于4D Flow MRI技术可定量和定性分析TAD真、假腔内血流模式和相关血流动力学参数。利用该技术分析不同解剖形态TAD的血流模式,将有助于为判断其预后提供血流动力学风险指标。

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