腎動脈非增強(qiáng)MRA成像技術(shù)與CFD血流動力學(xué)分析的研究.pdf

1、本文從以下幾個方面進(jìn)行論述。
　　第一部分 高血壓患者腎動脈非增強(qiáng)與增強(qiáng)MRA成像的對比研究
　　目的：
　　本研究通過與增強(qiáng)MRA的比較，來評價非增強(qiáng)MRA技術(shù)-快速穩(wěn)態(tài)進(jìn)動成像(“True Fast Imaging with Steady State Precession”，TrueFISP)檢測可疑繼發(fā)性高血壓患者腎動脈狹窄的準(zhǔn)確性。
　　方法：
　　1、44例懷疑腎動脈狹窄的高血壓患者（男32例，女

2、12例），均在1.5 TMR超導(dǎo)型掃描儀同時進(jìn)行了增強(qiáng)MRA與非增強(qiáng)TrueFISP MRA檢查。
　　2、所有DICOM格式圖像傳輸?shù)焦ぷ髡綱itrea和圖像處理軟件Mimics，重建非增強(qiáng)與增強(qiáng)MRA圖像，顯示容積再現(xiàn)(VR)和最大密度投影（MIP）圖像。用Mimics測量主腎動脈的體積（volume of main renal arteries，VMRA）。在工作站Vitrea計算最長可視腎動脈的長度(length of m

3、aximum visible renal artery，LMVRA)和可視腎動脈分支的數(shù)目(Number of visualized first branch vessels，NFBV)，并測量了各腎動脈的狹窄程度。由兩名有心血管影像診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)師共同評價了增強(qiáng)MRA與非增強(qiáng)TrueFISP MRA的圖像質(zhì)量。
　　3、根據(jù)數(shù)據(jù)類型及分布情況，對于連續(xù)性變量應(yīng)用配對t檢驗，用于比較增強(qiáng)MRA與非增強(qiáng)TrueFISP MRA的

4、VMRA、LMVRA和NFBV。對于定序變量應(yīng)用Wilcoxon符號秩檢驗，用于評價增強(qiáng)MRA與非增強(qiáng)TrueFISP MRA圖像質(zhì)量的差異性。
　　結(jié)論：
　　非增強(qiáng)TrueFISP MRA是評價腎動脈疾病的一種可靠方法。相對于增強(qiáng)MRA，TrueFISP MRA可在不使用對比劑的情況下提供相同或更高質(zhì)量的腎動脈圖像。鑒于復(fù)雜的臨床情況，比如腎功能不足而又懷疑繼發(fā)性高血壓的患者，TrueFISPMRA可作為一種很好的替代方

5、法來評價腎動脈的情況。
　　第二部分 基于非增強(qiáng)MRA的計算流體力學(xué)技術(shù)對腎動脈狹窄的血流動力學(xué)評價
　　目的：
　　基于MR和CT圖像的計算流體力學(xué)(computational fluid dynamics，CFD)技術(shù)，是一種定量評價患者個體化血流動力學(xué)的新方法，已經(jīng)應(yīng)用于心血管系統(tǒng)的各個方面，但尚無應(yīng)用于活體腎動脈狹窄后血流動力學(xué)研究的報道。本研究應(yīng)用基于非增強(qiáng)SSFPMRA的CFD技術(shù)來評價腎動脈狹窄后的腎動脈

6、壓降、流速及流量等血流動力學(xué)改變。
　　方法：
　　1、30例單支腎動脈狹窄的高血壓患者，血壓平均值160.8±22.6mmHg;實驗室檢查沒有血清肌酐的升高和腎小球濾過率的減低。10例正常志愿者。
　　2、所有患者和正常志愿者M(jìn)R檢查采用西門子Magnetom Aera1.5T MR超導(dǎo)型掃描儀，采用呼吸觸發(fā)非增強(qiáng)磁共振MRA(steady-state free precession，SSFP)技術(shù)掃描。掃描時間依賴

7、于患者的呼吸頻率，采集時間在5～7分鐘。
　　3、30例患者中有12例在磁共振SSFPMRA檢查前3天內(nèi)進(jìn)行了多普勒超聲檢查，采用飛利浦IU22超聲檢查儀，在靜息狀態(tài)下測量狹窄腎動脈收縮期峰值流速(peak systolic velocity，PSV)。
　　4、CFD技術(shù)，利用醫(yī)學(xué)圖像處理軟件Materialise-Mimics14.0(Materialise Company,Leuven，Belgium)，將采集的MRA

8、(DICOM格式)圖像轉(zhuǎn)化，重建腎動脈血管三維幾何，并以STL格式保存。然后，導(dǎo)入計算流體網(wǎng)格劃分軟件ANSYS-ICEM，生成數(shù)值模擬用的計算網(wǎng)格。采用Prism網(wǎng)格技術(shù)，由血管近壁面向內(nèi)逐漸遞增生成3層Prism網(wǎng)格，第一層網(wǎng)格與壁面距離固定為0.02mm。所有患者個體化模型生成的網(wǎng)格數(shù)量范圍在2060198至3608948之間，整個重建與計算網(wǎng)格生成所需時間大約為5至10分鐘。
　　5、定性分析MRA圖像的質(zhì)量基于整個動脈的

9、可視化情況、移動偽影和背景組織信號的抑制情況。超聲測量的12例病人的收縮期峰值流速(peak systolic velocity，PSV)作為參考標(biāo)準(zhǔn)來對比CFD結(jié)果顯示的最大流速值的準(zhǔn)確性。對于狹窄組，最大流速定義為狹窄最嚴(yán)重處的血流速度值;狹窄部分的壓降定義為從腎動脈的起始處到狹窄遠(yuǎn)端正常處的壓力差。對于正常志愿者組，腎動脈壓降定義為從腎動脈的起始處至分叉起始處;流速測量腎動脈中段處的流速值。所有研究對象的流量均在腎動脈的遠(yuǎn)段測量。

10、
　　6、CFD測量的最大流速與超聲PSV的比較采用配對t檢驗，并評價了組內(nèi)相關(guān)系數(shù)。對于連續(xù)性變量（壓降、流速和流量值），應(yīng)用配對t檢驗和單因素方差分析，并與正常對照組做比較。
　　結(jié)論：
　　CFD技術(shù)在腎動脈狹窄的初步研究，證明了非增強(qiáng)MRA與CFD技術(shù)的結(jié)合可用來無創(chuàng)性地對腎動脈狹窄進(jìn)行血流動力學(xué)評價。CFD提供的血流動力學(xué)信息增加了臨床對腎動脈狹窄和血流動力學(xué)改變之間關(guān)系的理解。
　　第三部分 應(yīng)用計算

11、流體力學(xué)技術(shù)方法對高血壓腎動脈狹窄血管成形術(shù)的模擬分析
　　目的：
　　腎動脈血管成形術(shù)后血流動力學(xué)改變和功能恢復(fù)情況仍然缺乏標(biāo)準(zhǔn)的方法來評價，臨床醫(yī)生仍然迫切需要更好的工具來評價腎動脈血管成形術(shù)后腎功能改善與否。本研究的目的是評價CFD通過分析模仿介入血管成形術(shù)后不同程度狹窄的RAS的血流動力學(xué)指標(biāo)，來預(yù)測介入治療效果的能力。
　　方法：
　　1、高血壓病史20年的患者并發(fā)右腎動脈狹窄，現(xiàn)在血壓為150/95m

12、mHg，非增強(qiáng)MRA成像診斷右側(cè)腎動脈直徑狹窄70％。
　　2、利用醫(yī)學(xué)圖像處理軟件Materialise-Mimies，將由臨床采集的MRA（DICOM格式）圖像轉(zhuǎn)化，重建患者腎動脈血管三維幾何(STL格式)保存。然后，利用另一圖像處理軟件Pro Engineer Wildfire，生成一組不同直徑的模擬支架，并分別與腎動脈幾何融合，生成一組新的幾何。依次將融合后的三維血管幾何導(dǎo)入計算流體網(wǎng)格劃分軟件ANSYS-ICEM生成數(shù)值

13、模擬用計算網(wǎng)格。根據(jù)CFD技術(shù)處理原則，設(shè)定計算邊界條件以確保滿足基本線性方程的求解需要。
　　3、重建7個不同直徑狹窄程度的模擬模型，狹窄程度從0到60％，間隔10％。包括原始的70％的狹窄，總共分析8個不同狹窄程度的幾何模型的血流動力學(xué)參數(shù)。
　　結(jié)論：
　　基于非增強(qiáng)MRA的CFD技術(shù)通過模仿血管成形術(shù)，用來無創(chuàng)性評價腎動脈狹窄修復(fù)后的血流動力學(xué)改變，顯示了其對腎動脈血管成形術(shù)和支架植入術(shù)后血流動力學(xué)改變的預(yù)測能