1.5T磁共振全心冠狀動脈成像技術改進

朱慧明 邱錦興 張世科 范靜

磁共振冠狀動脈成像（MR coronary angiography，MRCA）對早期冠心病的診斷具有臨床意義，其成像質量也在逐年提高［1］，冠狀動脈主干和近心段分支能夠清晰顯示，為冠心病的無創檢查提供了一種安全可靠的手段［2］。1.5 T MR 機器自帶的全心冠狀動脈成像（whole-heart MR coronary angiography，WH-MRCA）原序列對心率的要求高（心率小于70 次/分）［3］，且做出的圖像能夠符合診斷標準的成功率不高［4］。本研究對非對比增強全心冠狀動脈成像技術進行改進，希望能進一步提高MRCA的成像質量［5］。

資料與方法

1.臨床資料

收集2019 年～2020 年17 例疑診冠心病者，其中男10 例，女7 例，年齡19～70 歲，平均（44.25±16.77）歲。17 例志愿者生命體征平穩，運用非對比增強WH-MRCA 的原序列成像（對照組），完畢后接著用修改后的序列成像（實驗組）。檢查前囑咐檢查者放松，保持正常的呼吸狀態，檢查者兩次檢查時心率無較大變化。

2.MR 設備和掃描方法

采用Siemens Magnetom Aera 1.5 T MR 系統，最大梯度57 mT/m，梯度切換率216 mT/m/ms，18 通道心臟線圈，胸導R 波觸發心電門控。采用呼吸導航、T2預備脈沖并脂肪抑制的3D 穩態自由進動序列，對同一患者分別用原方案掃描（對照組）和改進方案（實驗組）進行單次檢查先后掃描。

冠狀動脈MR 成像掃描方法：所有掃描序列均在自由呼吸下進行，以心臟中心位置設定為磁體中心。（1）常規心臟三平面定位像。（2）對通過主動脈根部的冠狀面快速多次連續掃描，記錄至少1 個呼吸周期的膈肌和心臟運動情況，確定心臟在呼氣末的位置和右側膈肌頂部，分別用來作為冠狀動脈成像三維采樣掃描層塊和呼吸導航的定位參考。（3）高時間分辨率自由呼吸四腔心電影像，所得圖像可清晰地顯示右側冠狀動脈中段橫截面在1 個心動周期中的運動情況，觀察右側冠狀動脈運動，找到其保持相對靜止開始和結束的圖像，記錄下圖像的觸發時間（trigger time，TT）。對大多數心率在正常范圍的患者來說，這段時間在心臟舒張期。如患者心率比較快，可能會在收縮末期。（4）三維全心冠狀動脈掃描擺位和參數設置：①在自由呼吸采用膈肌導航得到的冠狀定位像上定位掃描框以保證掃描范圍覆蓋全心，且根據心臟大小調整層數和視野相位方向的大小。②通過上述右側冠狀動脈靜止開始和結束圖像的TT 時間相減計算出其保持靜止時間，此段時間即為最適合進行數據采集、調整分段（segments）數目使得數據采集窗時間（data window duration）不超過靜止時間，通過調整觸發延遲（trigger delay）使數據采集窗開始時間（data window start）大于靜止時間開始圖像的TT。③將呼吸導航中心置于右側膈項。（5）預掃描確定膈肌呼吸末位置，設置為呼吸導航接受窗的中心位置。（6）運行全心冠狀動脈掃描序列。

3.兩種掃描方案的主要區別

主要參數的區別：（1）對照組原序列的主要參數：TR 320.96 ms，TE 1.86 ms，翻轉角90°，視野237 mm×360 mm，矩陣173×256，空間分辨力1.39 mm×1.25 mm×1.60 mm（插值0.60 mm×0.60 mm×0.80 mm，Grappa 并行采集，加速因子PE 2），B0 的勻場模式：調諧。（2）實驗組序列的主要參數：TR 321.24 ms，TE 1.78 ms，翻轉角90°，視野237 mm×360 mm，矩陣173×256，空間分辨力1.56 mm×1.41 mm×1.60 mm（插值0.70 mm×0.70 mm×0.80 mm，關掉并行采集），B0 的勻場模式：心臟增加特殊飽和：平行F/H。

采集窗開始的時間的算法不同：（1）對照組1.5 T系統上的一個心動周期內的全心冠狀動脈成像序列（圖1）。（2）實驗組1.5 T 系統上的一個心動周期內的全心冠狀動脈成像序列（圖2）。

圖1 心電觸發，呼吸導航，T2 準備分段采集的3D 自由穩態進動序列示意 圖2 心電觸發，呼吸導航，心臟準備，T2 準備分段采集的3D 自由穩態進動序列示意 圖3 a)對照組沒有加飽和帶的原序列掃描框；b)實驗組增加飽和帶的改進序列掃描框 圖4 a)實驗組不加并行采集的圖像；b)對照組加了并行采集的圖像

飽和帶的使用不同：通過在掃描視野外放置飽和帶，可減少一些搏動、流動、呼吸運動引起的偽影。筆者在掃描視野的上下增加了特殊平行F/H飽和帶（圖3）。

并行采集的應用不同：并行采集技術是磁共振一個非常重要的加速采集技術，使用并行采集技術后，主要是影響圖像信噪比（圖4），圖像信噪比的下降和加速的倍數是相關的，其關系是：

注：其中SNR（signal to noise ratio）代表沒有使用并行采集技術圖像的信噪比，而SNR` 代表使用并行采集技術后圖像的信噪比，g 代表幾何因子，R 代表并行采集因子，也是加速的倍數［6］

對照組原序列增加Grappa 并行集，加速因子PE 2，改進序列沒有使用并行采集。結合公式可知道，加了并行采集的掃描時間變為原來的一半，但是信噪比則為原來的，大約是71%。對照組的全心冠脈成像時間為（14.17±6.41）min，而實驗組全心冠脈成像時間（25.45±9.2）min，這個時間是大部分患者可接受的，信噪比得到很大的提高。

4.圖像處理與評價

使用3D 曲面重組軟件和RadiAnt DICOM Viewer 軟件（GE 公司）對全心掃描容積數據進行冠脈的三維曲面重組，分別獲得冠狀動脈各主要血管分支圖像。參照美國心臟協會指南，分為右冠狀動脈（right coronary artery，RCA）、左主干（left main，LM）、左前降支（left anterior descending，LAD）和回旋支（left circumflex，LCX）4 支［7］。根據圖像質量對各支冠狀動脈進行等級評分，采用0～4 級圖像評分方法（圖6）：0 級：冠狀動脈沒有對比顯示；1 級：冠狀動脈可以顯示但是存在嚴重的輪廓模糊，偽影干擾；2 級：冠狀動脈顯示，但是存在中等程度的輪廓模糊和干擾；3 級：冠狀動脈顯示清晰,但是存在輕度的邊緣模糊；4 級：冠狀動脈顯示清晰,輪廓清晰銳利，沒有偽影干擾［8］。主觀評價由2名具有10 年以上工作經驗的影像科醫師在不知道分組情況下共同對圖像進行評分，結果不同時，重新閱片，商議后得出結論。

圖5 主觀圖像評價案例。a)為4 級，b)為3 級，c)為2 級，d)為1 級。0 級冠脈顯示不清無法做曲面分析 圖6 用兩種方法的RCA 圖像。a)實驗組；b)對照組 圖7 用兩種方法的RCA 的開口處血管圖。a)實驗組圖像質量為優；b)對照組血管無顯示較差 圖8 患者心率61 次/分，用實驗組方法完成的冠脈血管圖。a)RCA；b)LAD；c)LCX

參考既往文獻中圖像評價方法［9］，本文采用了作為客觀評價部分，本文中的S1 為同一層面所測量冠脈主干近段管腔內的信號強度，S2 為同一層面鄰近胸壁肌肉的信號強度，SD3 為同一層面空氣背景噪聲的標準差，實驗組和對照組采取近乎同一層面的數據，并且實驗組及對照組的S1、S2及SD3 采集ROI 是一一對應的等大的橢圓形，通過實驗組及對照組的三支冠脈主干近段的CNR對比分析。

數據處理采用IBM SPSS Statistics 23 統計軟件，計量資料均采用表示，數據采用配對樣本t 檢驗，P<0.05 為差異有統計學意義。

對17 例患者對照組和實驗組的冠脈圖像進行客觀的各支冠脈的CNR 值分析并招募48 例志愿者按改進方案行磁共振冠狀動脈成像，并進行主觀評價。

結 果

對照組與實驗組全心冠脈成像冠脈顯示情況比較：表2 為對照組與實驗組的冠脈各支圖像質量分析：17 例志愿者成功一次檢查完成了實驗組和對照組的全心法冠脈成像，期間心率較平穩，掃描時的平均心率為（70.35±16.12）次/分，實驗組的完成掃描時間為（25.45±9.2）min，對照組的完成掃描時間為（14.17±6.4）min。

表2 實驗組與對照組CNR 值去除最大值與最小值的對比

主觀評價部分（表1）：實驗組RCA 評分為（2.7059±0.68699），LAD 評分為（2.5882±0.71229），LCX 評分為（2.6471±0.6034）；對照組RCA 評分為（2.1176±0.92752），LAD 評分為（1.9412±1.02899），LCX 評分為（1.9412±0.96635）。明顯實驗組的各支評分都比對照組的評分高（圖8），用實驗組做的各支血管都可以顯示出來（100%），對照組做的RCA有一支沒有對比顯示（94%）（圖9），LAD/LCX 都有兩支沒有對比顯示（88%）。

圖9 患者心率89 次/分用實驗組方法完成的冠脈血管圖。a)LAD；b)RCA 圖10 CTA及DSA證實前降支（LAD）近端重度狹窄。a)CT橫軸面圖示LAD 近段管腔狹窄并鈣化（箭）；b)MR 橫軸面圖可見重度狹窄處信號明顯偏低（箭）

表1 實驗組與對照組的各支冠脈圖像的主觀分析

客觀部分評價部分（CNR 值）（表2）：實驗組RCA 評分為（259.353±101.618），LAD 評分為（223.174±81.126），LCX 評分為（208.914±73.831）；對照組RCA 評分為（161.397±90.305），LAD 評分為（137.617±63.814），LCX 評分為（123.441±45.826）。明顯實驗組的各支評分都比對照組的評分高。

心臟準備時間：通過對65 例不同心率志愿者的檢查，發現最終檢查得到的心臟靜止時間開始圖像的TT 值并不等于數據窗口的開始時間，跟心率有關。且與心率成負相關趨勢，心率高的患者，兩者相差40～60 s，心率低的患者兩者相差60～85 s，把這個差值擬定為心臟的準備時間（表3）。

表3 65 例WH CMRA 完成者心率與心臟準備時間的數據分析

用實驗組的方法對48 位志愿者進行檢查的結果見表4 和圖9、10。

表4 48 位志愿者實驗組檢查結果分析

討 論

冠脈動脈MR 成像起始掃描時相對圖像質量影響至關重要，其由冠狀動脈相對靜止期決定，且圖像質量與心臟搏動、呼吸運動都有緊密的關聯［10］。（1）心臟搏動是影響圖像質量的最直接因素。為避免心臟搏動偽影，冠狀動脈成像均采用心電門控技術［11］，即在相對靜止期采集數據。采集窗開始的時間的算法非常重要，關系到檢查成功與否，一個心動周期內的全心冠狀動脈成像應加上心臟的準備時間，心臟準備時間跟心率成負相關。（2）呼吸運動是影響圖像質量的另一重要因素。呼吸導航是指在患者自由呼吸的模式下，在呼氣末觸發采集圖像。正常人呼吸頻率16～20 次/分，采集窗過窄能夠最大程度減少呼吸運動偽影，但導致掃描時間延長；采集窗過寬盡管節省時間，但運動偽影過多，也將影響圖像質量。適宜的采集窗應同時兼顧采集效率和掃描時間，可最大化地保證圖像質量［12］。

低心率時，因為冠狀動脈相對靜止期長，兩種方法都可以完成檢查；高心率時，因為冠狀動脈相對靜止期短，對照組的算法會因為錯開冠狀動脈相對靜止期而導致檢查失敗。

48 例按改良方案完成掃描者其心率范圍為50～98 次/分，通過該組數據很好的證明了本研究的心臟準備時間與心率成負相關趨勢，準確計算出心臟準備時間從而獲得更準確的起始采集窗口時間。此48 例冠脈各支評分很高，圖像質量優良，證明該改進序列能獲得滿足診斷要求的圖像數據。

結合既往文獻，MR 冠脈成像技術在1.5 T 系統中存在成像時間長且信噪比較低的情況，無法很好對較細的血管做出是否存在狹窄的判斷［13］，故本文所提到的技術改進，能準確預判“心臟凍結時間”的起始期相，從而大大提高1.5 T 磁共振系統的冠脈成像序列圖像質量。同時，由于圖像質量提高能使該項技術用于早期冠心病的篩查，發現早期冠狀動脈狹窄能更好地預防急性冠脈綜合征的發生［14］。