3.0T MRI評價心臟正常結構及功能的實驗研究

楊智，李春平，陳天武，楊帆，鄧丹，李睿

( 1.成都市第五人民醫院放射科，四川成都　611130; 2.川北醫學院附屬醫院放射科，四川南充　637000; 3.南充市中心醫院放射科，四川南充　637000)

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3.0T MRI評價心臟正常結構及功能的實驗研究

楊智1，李春平2，陳天武2，楊帆2，鄧丹3，李睿2

( 1.成都市第五人民醫院放射科，四川成都611130; 2.川北醫學院附屬醫院放射科，四川南充637000; 3.南充市中心醫院放射科，四川南充637000)

【摘要】目的:探討心臟磁共振( cardiac magnetic resonance imaging，CMRI)電影成像對于評價中國小型豬心臟結構及功能的價值。方法:應用快速穩態平衡進動( fast imaging employing stead-state acquisition，FIESTA)電影序列對15只健康中國小型豬進行CMRI檢查，圖像經Segment進行分析，并測量左室室壁厚度，左、右心室收縮及舒張末期容積，肺動脈主干管徑，并將CMRI測量的結果與心臟超聲( cardiac ultra sound，CUS)所測量的對應的左室室壁厚度，左、右室收縮及舒張末期容積，肺動脈主干管徑進行相關性研究。此外，還用MRI測量舒張末期左、右心室肌質量。結果: ( 1) CMRI測得的舒張末期右心室肌質量，舒張末期左心室肌質量，舒張末期右心室與左心室肌質量比，右室舒張末期長、短徑，右室舒張末期容積，右室射血分數，左室射血分數結果分別為( 10±1) g，( 38±2) g，0.25±0.03，( 51.4±3.8) mm，( 26.8±2.9) mm，( 54±4) mL，0.54±0. 04，0.53±0.06。( 2) CMRI測得的室間隔厚度，左室后壁厚度，左室舒張末期內徑，左室收縮末期內徑及主肺動脈干管徑分別為( 9.8±0.8) mm，( 8.1±0.9) mm，( 38.7±1.3) mm，( 27.6±1.9) mm，( 18.9±1.1) mm，CUS測得的相應值分別為( 9.3±0.5) mm，( 9.1±0.9) mm，( 36.7±1.3) mm，( 24.3±2.5) mm，( 16.3±1.2) mm，CMRI測定的相應值均高于CUS測得的相應值，但兩種技術下測得的結果具有良好相關性( r依次為0.976、0.860、0.849、0.699和0.720，均有P＜0.05)。結論: CMRI是無創性評價心臟左右心室形態及功能的檢查方法。

【關鍵詞】CMRI; FIESTA;心室;肺動脈

網絡出版時間: 2016-3-4 10∶16網絡出版地址: http: / /www.cnki.net/kcms/detail/51.1254.R.20160304.1016.026.html

1　材料與方法

1.1實驗動物

中國小型豬15頭(川北醫學院動物實驗中心提供)，其中雄性10頭，雌性5頭;月齡8～9個月，體重( 25±5) kg。

1.2 CMRI及CUS檢查前準備及動物麻醉

檢查前24 h流質飲食，12 h前禁食，4 h前禁水，避免因胃內容物過多導致心臟上移，并向后轉位。首先耳后肌內注射鹽酸氯氨酮15 mg/kg行初步麻醉;然后用20 G留置針行耳緣靜脈穿刺、置管，并建立靜脈通道，并將鹽酸氯氨酮與安定約以25∶1(鹽酸氯胺酮600 mg，安定25 mg)混于500 mL生理鹽水中靜脈滴注( 85滴/min)，以維持豬深度麻醉至陳－施呼吸狀態，最后將小型豬以仰臥位固定于特制長方形固定架內。采用鹽酸氯胺酮及安定聯合使用進行全麻及呼吸動度的控制，以降低實驗動物的呼吸頻率及呼吸深度，使之維持在呼吸深度均勻、節律整齊的陳-施呼吸狀態，同時在行CMRI檢查期間，間斷使用安定平穩心率，使心率在65～85次/ min。

1.3 CMRI檢查

1.3.1磁共振成像儀采用超導3.0 T高場強MRI掃描儀( Discovery MR750，USA)，最大梯度場強50 mT/m，切換率每毫秒200 mT/m/s，信號采集應用32通道腹部相控陣線圈，應用呼吸門控、前瞻性心電向量門控，VCG放置方法: 3個電極片放置在胸骨左緣第2、4肋間隙和肋弓下緣，另一電極放置在左鎖骨中線外第5肋間隙，左鎖骨中線第2肋間隙電極與肋弓下緣電極配對成A組，余下兩枚電極配對成B組，連線根部相同顏色對應放置A、B組(圖1)。

1.3.2定位像掃描小型豬采用頭先進，心臟標準定位步驟如下(圖2)［3］: ( 1)在標準橫軸位上，經過心尖平行于室間隔定位單斜左室長軸位; ( 2)在單斜左室長軸位上，于心尖與二尖瓣連線中點獲得四腔心層面; ( 3)在四腔心層面上，垂直于心尖和二尖瓣的連線定位獲得兩腔心標準短軸位。

圖1　VCG放置方法

圖2　小型豬心臟磁共振定位掃描圖

1.3.3成像序列采用序列如下:快速自由穩態平衡進動序列( fast imaging employing steady-state acquisition，FIESTA)，呼吸導航回波觸發，成像參數如下TR: 3.0 ms; TE: 1.5 ms; FA: 20°; FOV: 30 mm，phase FOV為0.8 mm，矩陣256×256，激勵次數為1，帶寬為83.33 kHz，層厚為8 mm，層間間距為0 mm; phase為20，約共采集7～8層，每層約20個期相，在小型豬心臟掃描中始終使用VCG的QRS波作為觸發標記，心電觸發方式為前瞻性心電門控，觸發延遲時間為最短，仰臥位平靜呼吸均勻狀態下采集數據。

1.3.4圖像評估所獲得的心臟標準定位圖像由兩位有經驗的心血管MRI診斷醫師進行主觀評估，以意見一致為評判指標。0級無法進行心臟功能及形態評估;Ⅰ級較差;Ⅱ級較好;Ⅲ級很好。兩位醫師均行盲法共同觀察分析，認為所獲得的圖像為Ⅱ或Ⅲ級者納入分析，否者小型豬將進行重新CMRI掃描，以獲得Ⅱ級或Ⅲ級圖像質量進行分析。

1.4 CUS檢查

15頭中國小型豬均在本院行心臟超聲( cardiac ultra sound，CUS)檢查，CUS檢查于CMR檢查之后，檢查間隔＜6 h。

1.5測量指標

采用美國心臟病學會( AHA) 2002年心臟標準平面命名方式［4］，并將獲得的中國小型豬CMRI圖像應用segment軟件進行后處理及分析。測量指標及標準如下: ( 1)室間隔( interventricular septum，IVS)厚度:與左室短軸位舒張末期基底段出現完整一圈左心室肌，并避開左室流出道層面，垂直于心內膜測量;左室后壁( left ventricle posterior wall，LVPW)厚度:與IVS同一層面于舒張末期垂直于左心室后壁基底段心內膜測量(圖3) ; ( 2)左室舒張末內徑( end diastolic dimension of left ventricle，LVEDD) :于舒張末期與IVS及LVPW同一平面測量左室內徑;左室收縮末內徑( end systolic dimension of left ventricle，LVESD) :與LVPW及IVS同一平面的收縮末圖像上測量左室內徑(見圖4) ; ( 3)右室長徑( major dimension of right ventricle) :于舒張末期四腔心層面，右室心尖到三尖瓣中點的長度;右室短徑( minor dimension of right ventricle) :垂直于右室長徑，右室側壁至室間隔的最大距離(圖5) ; ( 4)肺動脈主干內徑( pulmonary arterial diameter) :肺動脈主干內徑于軸位平升主動脈根部; ( 5)右室舒張末期容積，舒張末期右心室肌質量，舒張末期左心室肌質量，舒張末期右心室與左心室肌質量比，右室射血分數( left ventricular ejection fraction LVEF)及左室射血分數( right ventricular ejection fraction RVEF)，將動態兩腔心標準短軸位導入到segment心功能分析軟件中獲得。

1.6統計學分析

采用SPSS16.0統計軟件包，IVS、LVPW、LVEDD、LVEPW、右室長徑及短徑、肺動脈主干內徑、左室舒張末期及收縮末期容積、右室舒張末期容積、舒張末期右心室肌質量、舒張末期左心室肌質量、舒張末期右心室與左心室肌質量比、LVEF、RVEF測量指標均以±s表示。用Pearson相關分析CUS及CMRI測量的上述數據相關系數反應二者相關性。P＜0. 05認為有統計學意義。

圖3　CMRI測量室間隔及左室后壁

圖4　CMRI測量左室收縮及舒張末期內徑

圖5　CMRI測量右室舒張末期內徑

2　結果

15例健康中國小型豬CMRI測得的室間隔厚度，左室后壁厚度，左室舒張末期內徑，左室收縮末期內徑及主肺動脈干管徑分別為( 9.8±0.8) mm，( 8.1± 0.9) mm，( 38.7±1.3) mm，( 27.6±1.9) mm，( 18.9 ±1.1) mm，CUS測得的相應值分別為( 9.3±0.5 ) mm，( 9.1±0.9) mm，( 36.7±1.3) mm，( 24.3±2.5) mm，( 16.3±1.2) mm，CMRI測定的相應值均高于CUS測得的相應值，但兩種技術下測得的結果具有良好相關性( r依次為0.976、0. 860、0.849、0.699和0.720，均有P＜0.05) (表1)。

15例健康中國小型豬CMRI測得的舒張末期右心室肌質量，舒張末期左心室肌質量，舒張末期右心室與左心室肌質量比，右室舒張末期長、短徑，右室舒張末期容積，右室射血分數，左室射血分數結果分別為( 10±1) g，( 38±2) g，0.25±0.03，( 51.4± 3.8) mm，( 26.8±2.9) mm，( 54±4) mL，0.54± 0. 04，0.53±0.06(表2)。

表1　CMRI與CUS測量值( mm)的比較

表2　15例中國小香豬CMRI測量心臟結構及功能結果

3　討論

據統計資料表明，心臟病已成為危害人類健康的重要的殺手［5］。隨著科學技術的飛速發展和人們對心臟疾病研究的深入，尤其是多種醫學成像技術的臨床應用，使得心臟疾患的診斷和技術得到飛速發展。目前，心臟影像學檢查方法眾多，除外傳統X線檢查及心導管檢查，核醫學心肌灌注顯像被認為是評估心肌是否缺血的“金標準”，但長期以來，因其電離輻射、心肌形態學結構顯示不清晰，而不被臨床廣為接受;冠狀動脈造影目前仍然是評價冠狀動脈病變的金標準，但除外其屬于有創性檢查，并且難以對心臟的結構及功能進行準確的評價;盡管目前多排螺旋CT在無創性評價冠狀動脈方面得到明顯突飛猛進的發展，但是由于其讓患者過度的暴露于電離射線下，也限制了其在臨床上的廣泛應用; CUS因其價格低廉、設備簡單、快捷無創，但CUS檢查對臨床操作醫生要求較高，并且可重復性較差，同時對復雜性心臟病的心外結構顯示欠清［6］，并難以區分心內膜及心肌組織［7］，對心臟疾病的評價有其局限性。CMRI以其高的時間分辨率和空間分辨率在評價心臟的結構及功能方面得到了廣泛認可，尤其近年來高場強MRI在空間分辨率、時間分辨率、信噪比方面得到進一步明顯提高，CMRI被認為是評價心臟功能的金標準。CMRI無創、無電離輻射性，并可“一站式”完成心臟結構、功能、心肌活性劑冠狀動脈的評估。本研究通過動物實驗，對正常實驗動物進行右心功能及形態的研究，為其在不同疾病階段類似研究奠定方法學基礎及正常參考依據。

目前臨床影像學評價心臟各房室形態及功能，通常以評價左室為主;但對于多種心臟病，如先心病、肥厚性心肌病、充血性心力衰竭、特發性肺動脈高壓及多數呼吸系統繼發性心臟病的心臟病情判斷、制定治療方案和早期干預，對右心形態結構及功能的評價有著重要的臨床意義。Raymond等學者研究認為:對于肺部疾病導致的右心室結構和功能的評價，CMRI是評價右室結構及功能的金標準，并有可能取代侵入性或輻射技術來評價右室功能［8－10］。本實驗研究亦認為對小型豬右心的觀察，CMRI采集的電影動態圖像能較好的區分右心室舒張末期及右心室收縮末期。FIESTA序列MRI電影相對于CUS具有良好的血池—心肌對比度、血池—乳頭肌對比度，能較好的觀察右室心肌的形態改變;同時標準的FIESTA電影序列能對心臟瓣膜運動進行精確觀察。FIESTA動態掃描序列能準確的再現心臟的運動規律，雖然心室腔的勾畫賴于操作者的嫻熟，但能非常準確的反應右心功能和右室質量。相對于1.5TMRI，3.0T MRI磁敏感偽影及化學偽影增多，但3.0T MRI的信噪比及對比噪聲比不斷增加，掃描速度進一步加快。目前有研究證實:3.0T MRI快速多層電影成像可準確評估慢性心臟病左室容積，并可在相對短的時間內長期準確的監測左室重構［11－12］。關于左室功能常用的測定方法為累加心室連續短軸層面的面積，即是通常的Simpson方法，是公認的測定左室功能相對準確的方法，且目前快速采集序列以大大縮短了采集時間，故本實驗對右室容積和功能的測定也采用上述方法。本實驗采用3.0T MRI掃描儀對小型豬右室進行形態及功能研究，所測得的右室結構指標與CUS所測得值相關性良好。

就當前來說，CUS是評價右心形態及功能的主要測量技術，同時因其價格便宜、簡便易行，已廣泛成為隨訪評價右室改變的主要影像學技術;但CUS有其固有缺陷影響，例如肺氣腫患者，特別是心臟與胸壁之間的肺氣腫，它會干擾超聲成像;同時右室解剖位置多變，CUS可重復性較差等這些影響了其在右心成像方面的準確性［13］。CMRI可以對右心多種斷面和多種序列成像，“一站式”完成心臟結構及功能評價，因此本研究利用CMRI的優勢，對右心及肺循環進行規范化成像研究。在實驗動物建立肺氣腫動物模型之前，以CUS作為參照標準，對正常中國小香豬心臟結構及功能等指標進行對照研究發現: CMRI所測得的左室室間隔，左室舒張末、收縮末容積與CUS所測得的結果無差異性;但CMRI所測得結果較CUS測值較大，可能與測量所采用的不同切面有關，CMRI對心外結構的顯示較CUS準確，同時CMRI對在采集心臟功能數據時與人體心動周期保持較高的對比度［14－15］。

本研究中，由于中國小香豬無法屏氣，只能采用呼吸導航技術采集，中國小香豬CMRI圖像質量參差不齊，但均可以用于心臟形態及功能的評估，所有CMRI掃描數據經segment軟件處理后均可完整地顯示右心結構及功能參數，同時測量出右室容積及心肌質量，為定量評價右室容積及心肌質量提供依據［16－17］。雖然小香豬心率較快，每次CMRI掃描都需要降低心率，CMRI獲得的RVEF可能與實際RVEF不同，但對右心的結構評估將不會受到較大影響［18］。為了進一步證實CMRI能夠準確評價肺動脈的形態，還對CMRI所測得肺動脈主干管徑結果與CUS測得的值進行了對比研究。通過對比研究后發現: CMRI所測得的肺動脈主干與CUS所測得的結果無差異性，但CMRI測量值高于CUS，其原因可能在于成像采集的層面不同，同時CMRI對肺動脈管壁的與血流的區分對比度不同所致［19］; CUS所測量的層面具有隨機性，且受胸腔內含氣量及小香豬體位亦有影響，故CUS對肺動脈主干的多次測量的結果之間差異較大，同時主肺動脈干處于不同的收縮－舒張期相也影響CUS對主肺動脈干的測值。但是，CMRI與CUS測得的主動脈干管徑存在明顯相關性，表明CMRI能夠準確評價主肺動脈的形態學特征。

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(學術編輯:黃小華)

論著

Evaluation of the anatomy and function of normal right ventricular with 3.0T MRI: an experimental study

YANG Zhi1，LI Chun-ping2，CHEN Tian-wu2，YANG Fan2，DENG Dan3，LI Rui2
( 1.Department of Radiology，Chengdu Fifth People’s Hospital，Chengdu 611130; 2.Department of Radiology，Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College，Nanchong 637000; 3.Department of Medical Imaging，Nanchong Central Hospital，Nanchong 637000，Sichuan，China)

【Abstract】Objective: To explore the value of cine magnetic resonance imaging ( Cine-MRI) in assessment of cardiac morphology and function in health piglets.Methods: A total of 15 healthy piglets were enrolled into this study，and all of piglets were examined with fast imaging employing steady-state acquisition ( FIESTA) cine MRI sequence.And all of the MRI images were dealt on Segment software.CUS was also performed in all of the piglets.The correlationships were determined with the dimensions of left ventricular wall，end-diastolic left and right myocardial mass，right ventricular end-diastolic volume and end-systolic volume，dimension of pulmonary by Cine-MRI and CUS.Results: ( 1) CMRI measured end-diastolic right myocardial mass，end-diastolic right myocardial mass，the ratio of end-diastolic right ventricular myocardial mass to end-diastolic left ventricular myocardial mass，right ventricular end-diastolic long and short dimension，right ventricular end-diastolic volume，right ventricular ejection fraction，left ventricular ejection fraction were( 10± 1) g，( 38±2) g，0. 25±0. 03，( 51. 4±3. 8) mm，( 26. 8±2. 9) mm，( 54±4) mL，0. 54±0. 04，0. 53±0. 06.( 2) CMRI results: interventricular septum: ( 9. 8±0. 8) mm，left ventricle posterior wall thickness: ( 8. 1±0. 9) mm，end-diastolic diameter of right ventricular: ( 38. 7±1. 3) mm，end-systolic volume diameters of right ventricular: ( 27. 6±1. 9) mm，dimension of pulmonary: ( 18. 9±1. 1) mm; CUS results: interventricular septum: ( 9. 3±0. 5) mm，left ventricle posterior wall thickness: ( 9. 1±0. 9) mm，end-diastolic di-book=47,ebook=52ameter of right ventricular: ( 36. 7±1. 3) mm，end-systolic volume diameters of right ventricular: ( 24. 3±2. 5) mm，dimension of pulmonary: ( 16. 3±1. 2) mm; the results of the two technologies has good correlation ( r = 0. 976，0. 860，0. 849，0. 699 and 0. 720，respectively，all P＜0. 05).Conclusion: CMRI could evaluate the morphology and function of right ventricular ( RV) and left ventricular ( LV) invasively.

【Key words】Cardiac magnetic resonance imaging( CMRI) ; Fast imaging employing stead-state acquisition ( FIESTA) ; Ventricle; Pulmonary artery

作者簡介:楊智( 1987－)，男，碩士，助教。通訊作者:李春平，E-mail: lichunping_1@163.com

基金項目:四川省教育廳計劃項目( 11ZA186)

收稿日期:2015－02－27

doi:10. 3969/j. issn. 1005-3697. 2016. 01.13

【文章編號】1005-3697( 2016) 01-0046-05

【中圖分類號】R445.2

【文獻標志碼】A