改良心臟磁共振T1 mapping序列在持續心房顫動患者中的應用研究

陸艾嘉，趙蕾，田潔，張臣，鐵紅紅，馬曉海

作為最常見的持續性心律失常——心房顫動(房顫)的發病率不斷上升[1]。我國現有房顫患者約1 000萬，房顫患者腦卒中發生率增加5～7倍，病死率增加1倍[2]。研究顯示，房顫患者存在左心室心肌間質纖維化，且該病理改變與心功能不全密切相關[3]。

隨著磁共振成像(magnetic resonance, MR)技術的發展，利用縱向弛豫時間映射圖(T1 mapping)技術能夠直接測量組織的T1值，在后處理軟件的輔助下，獲取細胞外基質容積(extracellular volume, ECV)成像，從而無創地定量化評估心肌纖維化程度[4]。T1 mapping及ECV成像可以為左室心肌纖維化的早期診斷和指導治療提供幫助，但是房顫發作時極不規則的心室率會影響其準確性[5]。本研究擬探究改良的T1 mapping成像技術對房顫患者成像的可行性，通過比較不同時相(收縮期/舒張期)和采集模式(固定/心率依賴)組合獲得的T1值和ECV數據，驗證收縮期并心率依賴(heart-rate-dependent, HRD)采集模式T1 mapping在房顫患者中應用的可靠性，報道如下。

1 資料和方法

1.1 研究對象 收集2018年1—12月首都醫科大學附屬北京安貞醫院經臨床確診為持續性房顫的患者50例。入選標準：年齡≥18歲，心電圖或動態心電圖等工具確切地記錄到房顫發作。持續性房顫為房顫心律發作持續時間超過7 d。排除標準：有MR檢查禁忌證的患者。本研究經醫院倫理委員會批準，所有受檢者均在充分了解檢查目的及風險的情況下，自愿參加并簽署知情同意書。全部患者接受心臟磁共振檢查，采用常規序列和改良序列分2次進行T1 mapping掃描。其中5例房顫患者在接受心臟電復律檢查前、后各進行1次心臟磁共振檢查，用于比較改良模式掃描結果的準確性。

1.2 HRD采集模式 固定的Look-Locker反轉恢復序列(modified Look-Locker inversion recovery，MOLLI)采集模式，如5(3)3/ 4(1)3(1),相鄰2次反轉恢復采集數據的間隔為括號內的3次心跳/1次心跳。心率加快時，每次心跳的時間較慢心率時縮短，如果此時依然采用相同的心跳次數作為間隔時間，將導致磁化矢量恢復不全，殘余效應將作用于下一次反轉恢復，導致低估T1值。為保障在下一次翻轉脈沖前得到充分的縱向磁化矢量恢復，需要依據心率增加間隔的心跳次數。理論上，經過4倍的T1時間(心肌組織的最大T1值2 000 ms)，目標組織能夠恢復磁化平衡。對于默認的5(3)3采集模式，當心率為60次/min(1 000 ms)時，需要(5+3) ×1 000=8 000 ms再開始第二次翻轉脈沖。對于高心率，則需要根據心率計算間隔心跳次數。筆者針對5(3)3/4(1)3(1) 2種采集模式進行修改。由于5(3)3適合于60次/min的心率，因此，對于增強前T1 mapping，第二次反轉恢復脈沖前的心跳次數為n = (5+3)/(以ms為單位的心率)×1 000-5，對于增強后T1 mapping，第二次反轉恢復脈沖前的心跳次數為n= (4+1)/(以ms為單位的心率) ×1 000-4。

1.3 心臟磁共振檢查 檢查采用3.0T磁共振掃描儀(Verio,德國Siemens公司)及32通道表面相控陣心臟線圈。采用運動自動矯正反轉恢復真實穩態自由進動T1 mapping序列：掃描范圍包含左心室三層短軸層面(基底段、中間段及心尖段)，主要參數：視野(FOV) 270 mm×320 mm，矩陣144×256,重復時間(TR) 2.8 ms，回波時間(TE)1.18 ms，反轉角35°，層厚10 mm，并行采集加速因子2。舒張期采用系統默認的依據ECG門控的觸發延遲(trigger delay, TD)，收縮期采用TD=0 ms。對于HRD采集模式，依據真實掃描前觀察到的最高心率決定間隔心跳次數。對比增強T1 mapping成像：靜脈注入對比劑后約15 min重復采集前述短軸層面的T1 mapping，掃描序列、參數同前。其他檢查序列包括： (1) 心臟電影成像，掃描范圍包含左心室基底段至心尖段在內的左室短軸、長軸和四腔心層面，主要成像參數：FOV 286 mm×340 mm，矩陣216×256，TR 3.4 ms，TE 1.7 ms，時間分辨率40 ms，層厚8 mm；(2) 對比劑延遲強化成像(LGE)，采用二維相位敏感反轉恢復快速小角度激發序列，經肘正中靜脈注入對比劑(Magnevist,德國Schering公司。流速2 ml/s，用量0.2 mmol/kg)，延遲5～10 min采集左心室短軸、兩腔心和四腔心圖像。主要參數: FOV 260 mm×350 mm, 矩陣130×256, TR 4.1 ms, TE 1.6 ms, 反轉角 20°，層厚8 mm，反轉恢復時間(TI)300 ms。

1.4 圖像分析 定量分析T1 mapping圖像，手動勾畫感興趣區(region of interest,ROI)分別描記增強前、后每一層面圖像左心室心內膜和心外膜邊界，軟件自動計算并輸出該層面勾畫的閉合范圍內增強前、后心肌的平均T1值(T1myo pre，T1myo post)。測量時盡量避開左心室血池(接近心內膜)及心包脂肪(接近心外膜)等可能產生部分容積效應的區域。對于存在偽影的心肌節段，在進行段水平分析時，存在偽影節段及與之對應的其他采集模式獲取的圖像均排除在外。但在計算以患者為單位的心肌T1值和ECV時，全部無偽影節段均納入評價。之后采用ROI工具勾畫增強前、后每一層面圖像左心室血池范圍，軟件自動計算并輸出該層面增強前、后血池平均T1值(T1blood pre，T1blood post)。記錄左室基底段、中間段及心尖段層面的心肌及血池增強前、后的平均T1值。左心室整體平均T1值(分別為增強前、后及血池)=3層T1值之和/3。對于接受2次MR檢查的入選者，2次檢查進行段水平分析。繼而采用公式：ECV=(1-hematocrit)(1/TI T1myo post-1/ T1myo pre)/(1/ T1blood post-1/ T1blood pre)獲得每位受試者左心室ECV數據[6]。

2 結 果

2.1 研究對象基本情況 本研究入組50例持續性房顫患者，男35例，女15例，年齡34～71(54±13)歲；體質量指數(27.9±4.91)kg/m2；合并高血壓20例，冠心病12例，高膽固醇血癥33例；LGE陽性6例。由心臟磁共振電影序列測量的心功能結果見表1。

表1 50例房顫患者心功能參數

2.2 房顫患者不同采集模式T1 mapping的比較 50例房顫患者共采集300幅增強前T1 mapping圖像和300幅增強后T1 mapping圖像。常規模式的T1 mapping圖像(增強前、后各150幅圖像)中，增強前103幅圖像的492個心肌節段、增強后123幅圖像的515個節段存在偽影；改良模式下的T1 mapping圖像(增強前、后各150幅圖像)中，增強前42幅圖像的168個節段存在偽影，增強后59幅圖像的190個節段存在偽影，常規模式和改良模式的偽影圖像的數量有明顯差異 (χ2= 189.871,P<0.01)，見圖1。

注：A.常規序列掃描，可見左心室部分前壁和側壁存在偽影(箭頭所示);B. 改良模式掃描同層面圖像，可見圖像信號均勻，乳頭肌顯示清晰，與A圖對應側(箭頭所示)無偽影存在

圖1 房顫患者常規模式和改良模式T1 mapping圖像比較

改良模式下掃描的左心室增強前T1值、增強后T1值和ECV均高于常規掃描模式獲得的相應結果(P<0.05)，見表2。

表2 房顫患者不同采集模式下獲得左心室增強前/增強后T1值和ECV比較

2.3 房顫患者電復律前、后掃描結果比較 5例患者在接受電復律前后各進行了一次心臟磁共振檢查，常規采集模式及收縮期HRD采集模式下獲得左心室增強前/增強后T1值和ECV。電復律后改良模式的T1 mapping結果與電復律前改良模式結果無明顯差異(P均>0.05)，而電復律前常規模式T1 mapping結果各項指標明顯低于電復律后常規模式的T1mapping結果(P均<0.05)，見表3。

3 討 論

T1 mapping是由在T1恢復過程中不同時間點采集的一系列圖像經過配準得到的。目前常用的T1 mapping成像序列為MOLLI技術。MOLLI技術的心率敏感性通過改良模式已大大改善[7]。影響MOLLI 技術心率敏感性的最大因素是相鄰2次反轉恢復之間的間隔時間。通過延長相鄰反轉恢復間的間隔時間可以消除殘余心率效應[8]。但具體應如何依據心率增加而增大間隔時間，目前尚無相關報道。此外，高心率時，舒張期心臟相對靜止期縮短幅度比收縮期更顯著，因此，收縮期更適合用于高心率患者的數據采集。對于房顫患者，盡管每個心動周期的R-R間期長短不一，但收縮期變異程度小于舒張期[9]。

T1 mapping應當有穩健的測量性能，才能得到廣泛的應用。任何校正都應當妥善地說明以保證其可重復性。目前專家共識推薦的方法是屏氣單層2D采集。在獲得足夠研究證據前尚不能確定患者的排除標準，同時還缺少驗證呼吸運動、心律失常及極限心率干擾T1和ECV測量的相關數據。另外,許多潛在的與疾病相關的因素，例如心肌的厚薄、心律失常、殘余心率效應均可能會影響所測量的T1值并引入不明程度的偏倚[10]。

MOLLI由3個連續的心電門控反轉恢復準備LL(Look-locker)序列(LL1、LL2、LL3)在一次閉氣內掃描完成，這3個序列在反轉脈沖之后的連續心臟跳動的舒張末期分別進行3個、3個及5個單次采集[11]。每個LL序列的TI時間為反轉脈沖到采集k空間第一幅圖像的時間。而有效TI時間為初始TI加上從第一幅圖像采集開始后的心動周期的時間長度，圖像后處理時，根據有效TI時間重新排列，使得圖像類似于一次采集得出的。在每2個LL序列之間有3個無數據采集的心動周期，從而使得縱向磁化矢量完全恢復平衡。利用MOLLI技術可在一次屏氣過程中采集心臟單層T1 mapping數據，而且每次舒張末期數據采集時間<200 ms，使運動偽影較少，具有較高的空間分辨率和可重復性[12]。低心率患者，R-R間期縮短，固定采集模式5(3)3/4(1)3(1)2不能保障足夠時間等待磁化矢量恢復至平衡狀態。完整的反轉恢復時間導致低估T1值,在前一次T1反轉恢復后增加心跳次數可以有效避免低估T1值。本研究提示，改良模式可明顯改善T1 mapping圖像質量。房顫患者復律前后CMR檢查比較后證實，收縮期HRD采集模式T1 mapping成像結果可靠。改良模式的掃描有效避免由于常規模式掃描導致的T1值低估情況。

本研究數據顯示，改良模式下收縮期所采集的可評價圖像數和心肌節段數均高于常規模式舒張期所采集的數目。心率加快時，舒張期心臟相對靜止期縮短幅度較收縮期明顯。對于房顫患者，盡管R-R間期絕對不齊，收縮期變異小于舒張期[13-14]。因此，收縮期采集數據獲得了更多的可評價圖像。

本研究入組的受試者相對數量較少，尤其是參加2次MR檢查的人數。未來需要納入更多參與2次檢查的受試者以進一步驗證HRD采集模式的準確性。此外，HRD采集模式相對操作復雜，且HRD模式的優勢在更高心率患者中更明顯，因此未來需要優化該采集模式，在保證其準確性的基礎上，進一步簡化操作流程。最后，筆者未進行觀察者間及觀察者內部一致性檢驗，但基于以往研究結果表明，T1 mapping序列觀察者間及觀察者內部一致性良好[15-16]。

綜上所述，改良(HRD)采集模式有助于避免對T1值的低估，尤其適合高心率患者。該模式在圖像質量和準確性方面明顯提高，能使更多心律不齊和高心率患者獲益。因此，收縮期并心率依賴模式T1 mapping成像序列能夠用于房顫患者進行心室纖維化定量評價。

利益沖突：所有作者聲明無利益沖突

作者貢獻聲明

表3 5例房顫患者電復律前、后掃描結果比較

陸艾嘉、趙蕾：設計研究方案，提出研究思路，研究選題，論文撰寫；田潔、鐵紅紅：數據收集、研究過程實施；張臣：文獻調研與整理，研究過程實施；馬曉海：設計論文框架，修訂論文，論文終審