腎動脈非增強MRA成像技術與CFD血流動力學分析的研究.pdf

1、本文從以下幾個方面進行論述。
　　第一部分 高血壓患者腎動脈非增強與增強MRA成像的對比研究
　　目的：
　　本研究通過與增強MRA的比較，來評價非增強MRA技術-快速穩(wěn)態(tài)進動成像(“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超導型掃描儀同時進行了增強MRA與非增強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，重建非增強與增強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MRA與非增強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)性變量應用配對t檢驗，用于比較增強MRA與非增強TrueFISP MRA的

4、VMRA、LMVRA和NFBV。對于定序變量應用Wilcoxon符號秩檢驗，用于評價增強MRA與非增強TrueFISP MRA圖像質(zhì)量的差異性。
　　結論：
　　非增強TrueFISP MRA是評價腎動脈疾病的一種可靠方法。相對于增強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MRA的計算流體力學技術對腎動脈狹窄的血流動力學評價
　　目的：
　　基于MR和CT圖像的計算流體力學(computational fluid dynamics，CFD)技術，是一種定量評價患者個體化血流動力學的新方法，已經(jīng)應用于心血管系統(tǒng)的各個方面，但尚無應用于活體腎動脈狹窄后血流動力學研究的報道。本研究應用基于非增強SSFPMRA的CFD技術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MR檢查采用西門子Magnetom Aera1.5T MR超導型掃描儀，采用呼吸觸發(fā)非增強磁共振MRA(steady-state free precession，SSFP)技術掃描。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，利用醫(yī)學圖像處理軟件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，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)作為參考標準來對比CFD結果顯示的最大流速值的準確性。對于狹窄組，最大流速定義為狹窄最嚴重處的血流速度值;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)相關系數(shù)。對于連續(xù)性變量（壓降、流速和流量值），應用配對t檢驗和單因素方差分析，并與正常對照組做比較。
　　結論：
　　CFD技術在腎動脈狹窄的初步研究，證明了非增強MRA與CFD技術的結合可用來無創(chuàng)性地對腎動脈狹窄進行血流動力學評價。CFD提供的血流動力學信息增加了臨床對腎動脈狹窄和血流動力學改變之間關系的理解。
　　第三部分 應用計算

11、流體力學技術方法對高血壓腎動脈狹窄血管成形術的模擬分析
　　目的：
　　腎動脈血管成形術后血流動力學改變和功能恢復情況仍然缺乏標準的方法來評價，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后不同程度狹窄的RAS的血流動力學指標，來預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MRA成像診斷右側(cè)腎動脈直徑狹窄70％。
　　2、利用醫(yī)學圖像處理軟件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技術處理原則，設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參數(shù)。
　　結論：
　　基于非增強MRA的CFD技術通過模仿血管成形術，用來無創(chuàng)性評價腎動脈狹窄修復后的血流動力學改變，顯示了其對腎動脈血管成形術和支架植入術后血流動力學改變的預測能