T1 mapping定量技術評價左室不同區域心肌初始T1值的初步研究

劉明熙，張挽時，張子衡，周振宇，解立志，孟利民，徐先榮，田建偉，龔萬灃，祝紅線，劉潔

1.空軍總醫院 CT、MR科室，北京100142；2.GE醫療北京磁共振研究中心，北京 100176

T1 mapping定量技術評價左室不同區域心肌初始T1值的初步研究

劉明熙1，張挽時1，張子衡2，周振宇1，解立志1，孟利民1，徐先榮1，田建偉1，龔萬灃1，祝紅線1，劉潔1

1.空軍總醫院 CT、MR科室，北京100142；2.GE醫療北京磁共振研究中心，北京 100176

目的探討3.0T心臟磁共振（CMR）檢查中基于改進的Look-Locker穩態自由進動飽和恢復序列（MLLSR）的T1 mapping定量技術的可行性和可重復性，并評價左室不同區域心肌初始T1值以供參考。方法選取30例健康志愿者，分別行心臟Cine電影、T2WI序列、T1 mapping序列掃描，測定感興趣區初始T1值，應用獨立樣本t檢驗和方差分析方法統計分析心肌17節段、不同冠狀動脈供血區、年齡和性別下的差異性。結果健康志愿者17節段心肌初始T1值不全相等（P＜0.01），心肌平均初始T1值和血池平均初始T1值如下：基底部，（717.6±100.6）ms，（1208.9±224.2）ms；中間部，（773.9±101.2）ms，（1281.2±251.7）ms；心尖部，（955.4±191.1）ms，（1829.6±584.8）ms。心尖部心肌和血池初始T1值高于基底部和中間部（P＜0.01）。初始T1值在不同冠狀動脈供血區間有統計學差異（F＝47.862，P＜0.01）。結論CMR MLLSR T1 mapping定量技術在心臟成像中具有較好的可行性和可重復性，其在評價左室不同區域心肌初始T1值間存在節段性差異。

心臟磁共振；T1 mapping；改進的Look-Locker穩態自由進動飽和恢復；健康志愿者

0 前言

目前，T1 mapping技術是心臟磁共振（Cardiac Magnetic Resonance，CMR）領域的新技術之一，可通過定量測定增強前后T1和細胞外體積分數（Extracellular Volume Fraction，ECV）值評價心肌損傷的程度和范圍，被認為是常規CMR檢查的重要補充。但由于細胞內水分的增加和各種細胞微環境的改變，均會引起心肌T1值的改變，其正常閾值尚無統一標準，靈敏度、特異度、準確度及臨床價值還需大規模臨床試驗研究。本試驗擬初步探討基于改進的Look-Locker穩態自由進動飽和恢復（Modified Look-Locker FIESTA Imaging with Saturation Recovery，MLLSR）序列增強前T1 mapping技術應用于臨床檢查的可行性和可重復性，并評價左心室不同區域心肌的初始T1值，為相關研究提供參考。

1 材料與方法

1.1 研究對象

健康志愿者30例，男21例，女9例，年齡23～66歲，平均年齡42.7歲，心率54～78次/min，呼吸頻率8～25次/min，體重指數17.6～29.2 kg/m2，左室心肌質量（Left Ventricular Myocardium Mass，LVM）44～128 g，射血分數（Ejection Fraction，EF）50%～69%，每搏輸出量（Stroke Volume，SV）37～97 mL。

入組條件：① 無胸悶、心悸、心絞痛等常見心血管疾病的臨床癥狀；② 心電圖檢查均正常；③ 既往無心肺腦疾病和腫瘤史；④ CMR Cine電影和T2WI序列掃描后未見心臟形態和功能異常[1]。排除條件：MR禁忌癥人群。所有健康志愿者均簽署知情同意書。

1.2 檢查方法

使用GE Healthcare MR750 3.0T磁共振掃描機和心臟8通道專用線圈對30例健康志愿者行CMR檢查。掃描前連接好呼吸門控和心電門控，掃描過程中使用并行采集系統加快掃描速度和局部勻場技術減少磁敏感偽影。

先行CMR Cine電影和T2WI黑血壓脂序列檢查，分別掃描6個層面短軸位和各1個層面的四腔心、兩腔心層面。然后，進行同一層面的T1 mapping序列掃描。其中，T1 mapping序列采用MLLSR序列進行掃描，掃描參數如下：頻率編碼掃描野為34 cm×42 cm；相位編碼掃描野為70%～100%；回波時間最小；反轉角為45°；層厚為8 mm；預備時間為100 ms；帶寬為125 kHz；觸發時間窗為10%RR；觸發延遲時間為舒張中末期。完成一次掃描屏氣時間約15～25 s，與心率有關。

1.3 圖像分析

所有T1 mapping的采集圖像均使用GE AW4.5工作站的CINE TOOL軟件進行后處理。該軟件采用飽和恢復的標準模型對Look-Locker方法采集的8幅不同T1加權的心肌圖像進行擬合，計算T1值，這8幅原始圖像對應的反轉時間（Inversion Time，TI）值分別為100、200、300、100+心動周期（RR）、200+1RR、300+1RR、300+2RR、（300+3RR）ms（圖1）。在后處理過程中添加偽彩，劃定感興趣區（Region of Interest，ROI）測量初始T1值，并進行數據矯正。采用雙盲法，由2位從事心血管診斷的放射科醫生分別進行圖像分析和數據測量，ROI初始T1值為兩者測量值的平均值。掃描左室基底、中間、心尖部心肌各兩層，并依據美國心臟病協會建議采用的心肌17節段分析法劃定ROI，不包含心腔血池和心外膜外脂肪組織[2]。分別測量心肌每個層面各節段和平均初始的T1值，計算基底、中間、心尖部各兩層心肌各心肌節段和平均初始T1值，心肌第17節段取兩腔心和四腔心層面心尖處的初始T1平均值，表示方法為均值±標準差。由于醫學倫理學限制，未對健康志愿者行造影劑增強掃描，因此無法測量增強后T1值和ECV值。

圖1 隔行掃描的Look-Locker方法脈沖序列示意圖

根據出現磁敏感效應、心搏和呼吸等原因引起的偽影程度[2]，確定圖像分級標準如圖2所示：Ⅰ級，存在嚴重呼吸和心臟搏動偽影，圖像不能進行測量；Ⅱ級，圖像中出現呼吸和心臟搏動偽影或心肌內存在低信號磁敏感偽影，可能會影響此區域心肌參數值測量的準確度；Ⅲ級，圖像中出現少許呼吸和心臟搏動偽影或心肌旁低信號磁敏感偽影，但不影響此區域心肌參數值測量的準確度；Ⅳ級，心肌信號均勻，輪廓清晰銳利，圖像無偽影。

圖2 圖像分級標準示意圖

1.4 統計學分析

使用SPSS 17.0軟件進行統計學分析，對初始T1值進行分組研究，依據年齡、性別分組后初始T1值行獨立樣本t檢驗，其余組初始T1值行One-way ANOVA單因素方差分析和Tamhane’s組間分析，對2位放射科醫生觀察到的初始T1值行Bland-Altman一致性分析和Pearson’s相關分析，初始T1值表示為平均值±標準差（±s），P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 MLLSR T1 mapping圖像質量統計結果

所有健康志愿者均順利完成掃描，獲得具有診斷價值的圖像，檢查后未出現不適癥狀。30例健康志愿者心臟Cine電影序列顯示心臟形態、結構正常，各節段心肌運動功能正常，T2WI序列未見明確心肌水腫，各瓣膜未見異常。在T1 mapping序列中，每位健康志愿者分別掃描短軸位層面6層，兩腔心、四腔心層面各1層，共掃描短軸位180層，兩腔心30層，四腔心30層。本試驗研究的短軸位心肌節段510節段，兩腔心和四腔心層面分別為210節段。

MLLSR T1 mapping序列圖像質量統計結果如下：① 短軸位層面圖像：Ⅰ級0（0%）層，Ⅱ級53（29.4%）層，Ⅲ級82（45.6%）層，Ⅳ級45（25.0%）層。Ⅲ、Ⅳ級圖像共127層（70.6%）；② 兩腔心層面圖像：Ⅰ級0（0%）層，Ⅱ級4（13.3%）層，Ⅲ級19（63.3%）層，Ⅳ級7（23.3%）層。Ⅲ、Ⅳ級圖像共26層（86.6%）；③ 四腔心層面圖像：Ⅰ級0（0%）層，Ⅱ級4（13.3%）層，Ⅲ級19（63.3%）層，Ⅳ級7（23.3%）層。Ⅲ、Ⅳ級圖像共26層（86.6%）。

2.2 初始T1值統計結果

根據心肌短軸位、兩腔心和四腔心層面測得的健康志愿者初始T1值見表1～2。劃定ROI時排除了出現低或高信號偽影的心肌節段。17節段心肌、四腔心和兩腔心層面各節段心肌初始T1值不全相等，差異具有統計學意義（F值分別為34.271、27.323和30.013，P＜0.001）。其中，第4、10心肌節段初始T1值略低，第13、14、17節段心肌的初始T1值較高。心肌從基底部到心尖部的平均初始T1值和95%置信區間分別為：（717.6±100.6）ms，（680.1～755.2）ms；（773.9±101.2）ms，（736.1～811.7）ms；（955.4±191.1）ms，（884.0～1026.7）ms（圖3）。其中，中間部和基底部心肌初始T1值無統計學差異，心尖部和基底部、中間部初始T1值間有統計學差異（F＝24.422，P＜0.001）。從基底部到心尖部血池的初始T1值分別為（1208.9±224.2）ms、（1281.2±251.7）ms、（1829.6±584.8）ms，中間部與基底部血池初始T1值無統計學差異，心尖部與中間、基底部間有統計學差異（F＝22.751，P＜0.001）。

表1 左室心肌短軸位17 節段初始T1參考值

表2 兩腔與四腔心層面左室初始T1值參考值

圖3 左室心肌各節段初始T1值箱式圖

健康志愿者中左前降支、右冠狀動脈、左旋支供血區初始T1值各不相等（圖4～5），差異有統計學意義（F＝47.862，P＜0.001）。各供血區初始T1值和95%置信區間分別為：左前降支，（979.3±335.1）ms，（933.7～1024.9）ms；右冠狀動脈，（691.6±156.0）ms，（666.4～716.8）ms；左旋支，（813.9±288.8）ms，（767.3～860.5）ms。按年齡將30例健康志愿者分為20～40歲組和＞40歲組，每組15例。除20～40歲組的心尖部血池初始T1值略小外（t＝-2.177，P＜0.05），其余各節段心肌初始T1值與年齡無關。按性別分組，女性組心尖部和中間部平均初始T1值略高于男性組，心尖部前壁和間隔壁、中間部前間隔壁、前壁和前側壁以及兩腔心層面心尖部前壁初始T1值也略高于男性組，差異均有統計學意義，其余層面各節段心肌初始T1值無差別。左室心肌平均初始T1值與LVM和SV的相關系數r分別為-0.544和-0.449。

圖4 健康志愿者，男，32歲。①～③分別為左室心尖部、中間部和基底部心肌。心尖部心肌平均T1值為801．5 ms，中間部為677．9 ms，基底部為762．8 ms。心肌各節段初始T1值不等。從心尖部到基底部血池T1值分別為2066．9 ms、1469．8 ms和1565 ms，T1值偽彩為0～1500 ms；④為左室心肌按供血區域劃分的初始T1值箱式圖，供血區1、2、3分別代表左前降支供血區、右冠狀動脈供血區和左旋支供血區；⑤為左室心肌17節段示意圖，藍色、黃色和紫色表示左前降支、右冠狀動脈和左旋支供血區。

圖5 健康志愿者，男，35歲。①、②分別為四腔心和兩腔心層面T1 mapping圖像。四腔心層面左室心肌平均初始T1值730．1 ms，兩腔心層面左室心肌平均初始T1值為787．4 ms。心肌各節段初始T1值不全相等。T1值偽彩為0～1500 ms。感興趣區范圍大小約100～120 mm2；③、④為左室四腔心和兩腔心心肌節段示意圖，藍色、黃色和紫色表示左前降支、右冠狀動脈和左旋支供血區。

兩位放射科醫生分別測得的初始T1值差值均數為-18.1 ms，差值標準差為123.1 ms，95%一致性界限（差值±1.96×差值標準差）為（-259.4，223.2）ms，除個別測量點外，其余各測量點均在95%一致性界限范圍內，其在觀察者間具有較好的一致性（相關系數r＝0.918）。

3 討論

T1 mapping技術可顯示早期纖維化的和缺血性、炎性損傷的心肌，定量評價心肌損傷的程度和范圍，尤其在彌漫性心肌纖維化的診斷和缺血性心臟病心肌梗死的評估中價值較大[3-10]。目前，心肌T1值的測量尚缺乏統一標準，健康人心肌中初始T1值特點尚不明確，尚不能確定正常人T1值的95%正常參考值范圍，無法在無正常心肌作對比的前提下提示心肌損傷。

3.1 MLLSR T1 mapping技術圖像質量分析

本試驗T1 mapping技術采用MLLSR序列進行掃描，不同于常規的改良Look-Locker反轉恢復序列（Modified Look-Locker Inversion Recovery，MOLLI）序列。MLLSR采用的是飽和脈沖序列（Saturation Recovery Sequence，SR）而非反轉脈沖序列（Inversion Recovery Sequence，IR），SR的使用可以避免磁場恢復過程中產生的虛擬心跳信號帶來的影響，減少了磁化飽和恢復曲線上應取樣的數據點個數，且不影響T1值的測量。這個序列仍基于Look-Locker方法計算T1值，其進行信號強度擬合時采用的計算公式為A-Bexp(-TI/T1*)，其測量出的直接T1值為T1*值，再根據(B/A-1)T1*公式計算組織的真實T1值，T1*值略低于組織真實T1值[2,11]。但MLLSR序列得出的T1*值更接近于組織真實T1值，受掃描條件如環境、心率、反轉角、重復時間、T2值和血池T1值等影響較小。檢查前進行有效的呼吸訓練，檢查過程中心電門控技術和勻場技術的使用，可有效提高圖像質量。另外，初始T1值測量時多選用左室中間部心肌尤其是間隔壁作為感興趣區，此時測量的心肌各節段和平均T1值較為可靠，且應避免血池及心外膜外脂肪組織的影響，可用于試驗結果間的比較。

短軸位層面左室心肌側壁、下壁外常出現條片狀、小片狀低信號磁敏感效應偽影，部分可累及心肌，其中，前側壁共5（2.8%）層，下側壁共20（11.1%）層，下壁共4（2.2%）層。四腔心層面心尖部游離緣側壁旁和兩腔心層面下壁旁偶爾出現此偽影，四腔心和兩腔心層面中各1（3.3%）層。此偽影可能會影響T1值測量的準確性，這或許由于此處心肌與肺、胃底及膈肌臨近，信號強度易受影響。在T1 mapping圖像中，基底部心肌輪廓和邊界的顯示常較心尖部清晰（圖6）。

圖6 基于改進的Look-Locker穩態自由進動飽和恢復序列T1 mapping不同TI值下掃描圖像圖①～⑧分別為一健康志愿者左室中間部不同TI值下掃描的基于改進的Look-Locker穩態自由進動飽和恢復序列T1 mapping圖像，左室側壁可見條片狀低信號磁敏感效應偽影（如白色箭頭）。

3.2 初始T1值初步觀察研究

本試驗中左室心肌從基底部到心尖部的平均初始T1值分別為（717.6±100.6）ms，（773.9±101.2）ms和（955.4±191.1）ms，左室心尖部心肌初始T1值高于基底部、中間部心肌，差異有統計學意義，與Von Knobelsdorff-Brenkenhoff 等[2]相應的研究結果變化較一致。由于掃描技術、儀器、環境等不同，國外多篇文獻報道的左室中間部初始T1值不盡相同[1,11-15]。

我們測得的左室中間部心肌平均初始T1值約為（773.9±101.2）ms。而Song等[11]使用1.5T掃描機的MLLSR序列對健康志愿者和心肌梗死患者進行的研究中，正常心肌的初始T1值約為（910±93）ms。另外，在使用MOLLI序列進行的研究中，如在3.0T MR掃描機上，Piechnick等[12]測得的心肌平均T1值為（1166±60）ms，Kawel等[13]測得的約為（1286±59）ms，而Lee等[14]測得的約為（1315±39）ms，Dabir等[1]測得的約為（1052±23）ms，試驗結果較相近，且高于1.5T MR掃描機上的研究結果，如（950±21）ms[1]、（966±48）ms[12]和（939±24）ms[15]（表3）。本試驗結果均較上述文獻報道值偏低。

除此之外，我們還在研究中發現各節段心肌的初始T1值不全相等。其中，基底部下間壁和下壁的初始T1值較相同層面心肌略低；中間部前間壁心肌初始T1值高于相同層面余心肌節段，而下壁心肌其值略低，均較明顯；心尖部下壁心肌初始T1值較相同層面心肌略低；而心尖初始T1值的變異率較大，T1值測量的準確度不如其他心肌節段。此結果與西方國家關于心肌初始T1值區域性差異的報道略有不同，如Von等[2]研究發現心肌前壁初始T1值低于其他心肌節段；而Dabir等[1]研究認為，心肌中間部下間隔壁初始T1值最高，而前側壁最低。

多項研究推測這種心肌節段性差異以及初始T1值的差異一般不太可能是由于心肌組成不同而引起的[1]，而是由不同解剖部位的磁場均勻性、磁場強度、梯度場線性、磁敏感性偽影、線圈敏感性偽影、部分容積效應、心肌厚度不同等原因造成的，抑或與掃描儀器、序列、參數和環境的不同有一定的關系，圖像后處理方法不同，也可引起上述差異，但這仍需擴大樣本量并進行多中心研究進一步明確。研究提示使用初始T1值鑒別損傷心肌時，要考慮到這種心肌節段性差異的影響。

研究中將17節段心肌按不同供血區域劃分，發現初始T1值有明顯的統計學差異。左前降支供血區初始T1值（979.3±335.1）ms大于左旋支供血區的（813.9±288.8）ms，且大于右冠狀動脈供血區得（691.6±156.0）ms。冠狀動脈血流量與冠狀動脈內徑大小和心率有關。已有研究表明左冠狀動脈血流量一般大于右冠狀動脈。但由于正常人中冠狀動脈優勢型不同，在各分支供血量上還存在一些爭議，尚沒有較大樣本量的正常值指標，但一般認為左前降支血流量最大，優勢型對其影響不大，而回旋支和右冠狀動脈血流量大小不定[16]。大多數國人常為冠狀動脈右優勢型，右冠狀動脈血流量常大于左旋支，而在本試驗研究中，左前降支供血區初始T1值較高，左旋支初始T1值大于右冠狀動脈。因此，可以看出其值不一定與血流灌注有明顯的相關性，尤其是與冠狀動脈優勢型的相關性不大，這可能是血流灌注、掃描過程中各種磁場不均勻性等共同作用的結果。

表3 部分文獻左室心肌平均初始T1值舉例

本試驗中初始T1值不隨健康志愿者年齡的增大而發生改變，與Dabir等[1]的研究結果較一致，但在von Knobelsdorff-Brenkenhoff等[2]的研究中，20～39歲和40～59歲年齡組中初始T1值存在微小差異，在大于60歲年齡組的人群中初始T1值減低。另外，在心肌病患者中初始T1值會隨著年齡的增加而增大[1,17]。因此，初始T1值與年齡之間的關系可能較為復雜，需要確定一定的研究標準。文獻中指出，初始T1值可與性別無明顯相關性[1]，也可在女性中略高于男性[18]，尤其是老年女性[1-2,17]；心肌初始T1值可能在一些亞臨床或臨床疾病中存在一些年齡和性別上的差異，而在健康志愿者中差異不明顯[1]。本試驗中女性組部分心肌節段初始T1值略高于男性，其余心肌節段初始T1值在兩組中無統計學差異。

4 結論

本試驗證實3.0T CMR檢查中基于MLLSR序列的T1 mapping定量技術具有較好的可行性和可重復性，并得到了中國健康志愿者不同心肌區域左室心肌初始T1值的參考值范圍，為相關臨床試驗研究提供參考。研究中發現左室心肌初始T1值存在節段性差異，與磁場不均勻性、部分容積效應、心率和心肌厚度等多種因素有關，但這仍需擴大樣本量并進行多中心試驗研究進一步明確，更應根據掃描技術自身特點進行技術優化。建議鑒別損傷心肌時，應考慮到左室心肌初始T1值的節段性差異。初始T1值與血流灌注相關性不大，與年齡相關性不大，與性別相關性尚不明確。

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A Preliminary Study of the Quantitative T1 Mapping Technique in Evaluation of the Native Left Ventricular Myocardial T1 Value in Different Segments

LIU Ming-xi1, ZHANG Wan-shi1, ZHANG ZI-heng2, ZHOU Zhen-yu1, XIE Li-zhi1, MENG Li-min1, XU Xian-rong1, TIAN Jian-wei1, GONG Wan-feng1, ZHU Hong-xian1, LIU Jie1
1.Department of CT/MRI, Air Force General Hospital, Beijing 100142, China; 2.MRI Research Center, GE Healthcare (Beijing), Beijing 100176, China

ObjectivesTo investigate the clinical feasibility and repeatability of a MLLSR [Modified Look-Locker FIESTA (Fast Imaging Employing Steady State Acquisition) Imaging with Saturation Recovery]-based quantitative T1 mapping technique in 3.0T CMR (Cardiac Magnetic Resonance) to evaluate the left ventricular myocardial T1native values in different segments.MethodsAltogether 30 healthy volunteers were selected and scanned by CMR on the sequence of Cine imaging, T2WI and T1 mapping so as to perform quantitative measurement of ROI (Region of Interest) T1nativevalues. Then, the independent-samples T test and ANOVA (Analysis of Variance) were deployed to analyze the difference of the T1nativevalues in 17 segments of myocardium, different coronary arterial blood supply areas, age and gender.ResultsThere were differences of the T1native values between some segmental myocardia(P＜0.01). The mean myocardial T1nativeand T1nativeof blood pool were: (717.6±100.6) ms and (1208.9±224.2) ms at the base; (773.9±101.2) ms and (1281.2±251.7) ms in the middle; (955.4±191.1) ms and (1829.6±584.8) ms at the apex, respectively. Apical T1nativevalues of myocardium and blood pool were higher than the basal and the middle (P＜0.01). Also, statistically significant differences (F＝47.862, P＜0.01) existed in T1nativevalues of different coronary arterial blood supply areas.ConclusionThe CMR MLLSR T1 mapping technique had demonstrated its excellent feasibility and repeatability, which revealed segmented variations in evaluation of left ventricular myocardial T1nativevalues.

cardiac magnetic resonance; T1 mapping; modified Look-Locker FIESTA imaging with saturation recovery; healthy volunteers

TP391.41

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.06.007

1674-1633(2015)06-0033-06

2015-05-18

張挽時，主任醫師。

通訊作者郵箱：cjr．zhangwanshi@vip．163．com