尹剛， 陳秀玉， 崔辰， 范陽(yáng)， 楊新令， 趙世華

心臟功能特別是左心室功能的評(píng)價(jià)是心臟疾病診斷與治療中的關(guān)鍵。相對(duì)于其他影像學(xué)檢查方法，心臟磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)能準(zhǔn)確提供心臟結(jié)構(gòu)和功能的多維信息，且其計(jì)算心臟容積不依賴于任何幾何模型的假設(shè)，被認(rèn)為是評(píng)價(jià)心功能的金標(biāo)準(zhǔn)[1，2]。由于其無(wú)創(chuàng)、無(wú)輻射的優(yōu)點(diǎn)，CMR在臨床上得到廣泛應(yīng)用。配合心電門(mén)控的二維(2D)平衡式穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)(balanced steady-state free precession，bSSFP)序列采用超短TR和TE，較大翻轉(zhuǎn)角，一次屏氣采集一個(gè)心臟層面對(duì)應(yīng)心動(dòng)周期內(nèi)不同時(shí)相的圖像(即動(dòng)態(tài)電影)。該序列單次成像速度快，血池心肌對(duì)比強(qiáng)，已成為現(xiàn)今CMR評(píng)價(jià)心臟舒縮功能的常規(guī)序列[3，4]。然而，該序列需要患者配合多次屏氣以獲得從心尖到心底的多個(gè)2D切面電影圖像，總耗時(shí)較長(zhǎng)，且每次屏氣狀態(tài)的不一致也增加了成像難度。最近，Jeong等[5]學(xué)者發(fā)明了一種快速的三維(3D)bSSFP單次屏氣全心臟容積成像序列，基于高并行采集加速因子的kat-ARC加速技術(shù)，配合bSSFP采集，能夠在一次屏氣時(shí)間內(nèi)進(jìn)行3D全心數(shù)據(jù)采集。本研究旨在探討3D bSSFP序列評(píng)估左心室功能的可行性和實(shí)用性。

材料與方法

1.研究對(duì)象

搜集2016年11月-2017年1月來(lái)我院進(jìn)行CMR檢查的患者，納入標(biāo)準(zhǔn)：符合CMR檢查要求。排除標(biāo)準(zhǔn)：檢查時(shí)心律不齊，訓(xùn)練時(shí)不能屏氣15s以上。最終納入本研究的患者20例，其中男10例，女10例；年齡26～70歲，平均(47±14)歲；冠心病3例，擴(kuò)張型心肌病6例，肥厚型心肌病和肺動(dòng)脈高壓各2例，縮窄性心包炎、心房占位、心肌炎、左室致密化不全、頻發(fā)室性早搏、偶發(fā)房性早搏及高血壓患者各1例。

2.檢查方法

所有患者均知情同意。采用3.0T MR掃描儀(通用電氣醫(yī)療集團(tuán)，美國(guó)，Discovery MR 750)，最大梯度場(chǎng)強(qiáng)50 mT/m，最大梯度切換率200 mT/m/ms。采用8通道表面相控陣心臟專用線圈?；颊哐雠P位，從左前胸引出四根電極導(dǎo)線連接心電門(mén)控，呼氣末屏氣下掃描。先對(duì)患者行常規(guī)心臟MR檢查，其中包括多層面的2D bSSFP序列心臟電影成像，其掃描層面包括左心兩腔(Left 2 chamber heart，L2CH)、四腔心(4 chamber heart，4CH)、三腔心(3 chamber heart，3CH)、左室流出道(left ventricular outflow tract，LVOT)、右心兩腔(right 2 chamber heart，R2CH)和右室流出道(right ventricular outflow tract，RVOT)六個(gè)長(zhǎng)軸切面及從二尖瓣口到心尖覆蓋整個(gè)左室的等間距相互平行的八個(gè)短軸(SA)切面?；緟?shù)：FOV 320 mm×320 mm，圖像矩陣192×224，層厚8 mm，ZIP512重建像素大小0.63 mm×0.63 mm×8 mm，TR 3.3 ms，TE 1.7 ms，翻轉(zhuǎn)角50°，并行采集加速因子2，依據(jù)心率快慢設(shè)置分段填充K空間線數(shù)目14～18，時(shí)間分辨率46～60 ms，重建時(shí)相數(shù)25，采集帶寬125 Hz。隨后進(jìn)行3D單次屏氣全心臟容積電影成像。3D bSSFP序列的掃描參數(shù)：FOV 380 mm×247 mm，矩陣192×125， 層厚4 mm，ZIP2重建像素大小1.5 mm×1.5 mm×2 mm，TR 3.2 ms，TE 1.3 ms，翻轉(zhuǎn)角50°，kat-ARC并行采集加速倍數(shù)8，依據(jù)心率快慢設(shè)置分段填充K空間線數(shù)目20～24，時(shí)間分辨率64～77 ms，重建時(shí)相數(shù)25，采集帶寬125 Hz。為了最大程度的減小磁敏感性偽影，每個(gè)序列掃描前都施加B0局部勻場(chǎng)。

3.圖像分析

數(shù)據(jù)重建和定量分析均采用CVI42(Circle Cardiovascular Imaging Inc.Calgary，Canada)醫(yī)學(xué)影像后處理軟件。三維數(shù)據(jù)按照二維圖像的方向和層厚重建出對(duì)應(yīng)的六個(gè)長(zhǎng)軸切面及從二尖瓣口到心尖覆蓋整個(gè)左室的零間隔相互平行的若干(8～12個(gè))短軸切面。所有2D和3D序列數(shù)據(jù)都匿名處理并隨機(jī)順序分配，由兩名由經(jīng)驗(yàn)的影像醫(yī)師獨(dú)立進(jìn)行定性定量評(píng)價(jià)。

由于并行采集造成圖像噪聲分布不均勻，采集時(shí)間差異巨大，本文不分析、比較2D與3D圖像的信號(hào)噪聲比。對(duì)每個(gè)患者各層面二維電影和重建后的三維電影進(jìn)行圖像質(zhì)量的總體評(píng)分，依據(jù)血池心肌對(duì)比度、偽影程度對(duì)診斷可靠性的影響劃分為4個(gè)等級(jí)：很差，無(wú)法用于診斷為1分；一般，血池心肌對(duì)比較差或偽影較重可能影響診斷為2分；良好，血池心肌對(duì)比較好、有偽影但不影響診斷為3分；優(yōu)秀，血池心肌對(duì)比較好且無(wú)偽影為4分[6]。

4.心功能定量分析

運(yùn)用CVI42軟件，用二維和重建后三維短軸層面圖像計(jì)算心功能參數(shù)。觀察確定基底部和心尖部層面，選擇舒張末期(ED)和收縮末期(ES)。手動(dòng)描記心內(nèi)膜和心外膜，依據(jù)辛普森法則(Simpson′s rule)[7]計(jì)算心室容積，得到左室的一系列形態(tài)和功能參數(shù)，包括舒張末容積(EDV)、收縮末容積(ESV)、每搏輸出量(SV)、射血分?jǐn)?shù)(EF)、心排量(CO)和心指數(shù)(CI)。心內(nèi)膜和心外膜間的容積與心肌密度(1.05g/cm2)相乘即轉(zhuǎn)化為心肌質(zhì)量。CO與體表面積(BSA)相除即得到CI。

5.統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用 SPSS 20.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析，檢驗(yàn)水準(zhǔn)α=0.05。所有定量參數(shù)(圖像質(zhì)量評(píng)分，2D與3D心功能參數(shù))的比較中，若配對(duì)差值呈正態(tài)性分布，用配對(duì)t檢驗(yàn)；若呈非正態(tài)性分布，則用秩和檢驗(yàn)(Wilcoxon)。心功能結(jié)果相關(guān)性分析中，若呈正態(tài)性分布，用Pearson相關(guān)分析；若呈非正態(tài)性分布，則用Spearman相關(guān)分析。

結(jié) 果

1.檢查時(shí)間及圖像總體質(zhì)量

20例患者均成功完成2D和3D bSSFP電影成像。2D圖像的總成像時(shí)間為(488.8±27.0) s，其中包含勻場(chǎng)預(yù)掃描時(shí)間(10 s)、采集前后屏氣口令時(shí)間(10 s)、序列采集時(shí)間(8～12 s)、前后兩次屏氣患者休息停頓時(shí)間(5 s)。3D圖像的序列采集時(shí)間為(23.0±2.7) s。

20例患者的2D圖像質(zhì)量評(píng)分[(3.55±0.60)分]和3D圖像質(zhì)量評(píng)分[(2.90±0.31)分]具有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異(Z=-3.357，P=0.001)。20例患者中，1例的2D圖像質(zhì)量評(píng)分為2分，2例的3D圖像質(zhì)量評(píng)分為2分，由于有可能影響診斷，故此3例不進(jìn)行后續(xù)心功能定量分析。剩余17例患者的2D和3D圖像質(zhì)量評(píng)分均≥3分，均滿足診斷需求(圖1～14)。

2.心功能定量分析

對(duì)17例患者進(jìn)行心功能定量分析，2D和3D序列的心功能參數(shù)比較見(jiàn)表1，其中SV、EF、CO、CI在兩者間的差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。2D和3D序列的心功能參數(shù)的相關(guān)性分析見(jiàn)表2，結(jié)果顯示2D和3D序列的6項(xiàng)心功能參數(shù)均高度相關(guān)(P均<0.01)。

表1 2D和3D序列的心功能參數(shù)比較

注：*由于正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果顯示配對(duì)差值呈非正態(tài)性分布，故采用秩和檢驗(yàn)。

表2 2D和3D序列心功能定量結(jié)果的相關(guān)性分析

注：*由于正態(tài)性檢驗(yàn)結(jié)果顯示呈非正態(tài)性分布，故采用Spearman相關(guān)分析。

討 論

本文以傳統(tǒng)2D bSSFP序列作參考，結(jié)果顯示單次屏氣3D bSSFP序列能夠準(zhǔn)確評(píng)價(jià)左心室的EF、SV、CO和CI，且其所有容積測(cè)量結(jié)果均與2D序列所測(cè)結(jié)果具有良好的相關(guān)性。單次屏氣3D bSSFP序列可得到心臟全容積電影數(shù)據(jù)，相比傳統(tǒng)2D序列顯著降低了時(shí)間成本。

傳統(tǒng)2D bSSFP序列是目前CMR評(píng)價(jià)心功能的主要序列，其掃描時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，為保證足夠的時(shí)間空間分辨率，一般一次屏氣只能掃描一層，為了全方位、多角度地呈現(xiàn)心臟結(jié)構(gòu)和功能，需要患者反復(fù)屏氣配合，進(jìn)行多層面成像；同時(shí)，為滿足診斷需求，常規(guī)需要4～6個(gè)長(zhǎng)軸位和8～10個(gè)短軸位。對(duì)于耐受能力差、不能反復(fù)屏氣配合的患者，臨床需要一種能在自由呼吸下掃描或能減少屏氣次數(shù)的成像模式。自由呼吸下掃描需要同步呼吸運(yùn)動(dòng)和心臟自身的周期運(yùn)動(dòng)，常采用呼吸門(mén)控或膈肌導(dǎo)航，這樣會(huì)增加成像難度和時(shí)間。

圖1～14 女，54歲，肺動(dòng)脈高壓患者。1～7圖分別為2D bSSFP序列掃描所得L2CH、4CH、3CH、LVOT、R2CH、RVOT、SA層面舒張末期(a)和收縮末期(b)圖像；8～14圖分別為3D bSSFP序列對(duì)應(yīng)層面和期相的圖像。2D成像需要患者配合7次屏氣，而3D成像只需1次屏氣，后續(xù)能任意方位重建。對(duì)于2D定位有難度的層面，各向同性的3D數(shù)據(jù)可以任意重建，如R2CH和RVOT層面，3D圖像呈現(xiàn)三尖瓣、右室流出道時(shí)的方向角度要優(yōu)于對(duì)應(yīng)的2D圖像。

單次屏氣3D bSSFP序列采集時(shí)間短(本研究中，全心覆蓋采集的最短時(shí)間18 s，平均23 s)，對(duì)于屏氣能力良好的患者，一次屏氣就能實(shí)現(xiàn)心臟全容積的電影成像，成像效率大大提高。

心臟處于人體中特定的軸向，導(dǎo)致傳統(tǒng)2D成像定位困難，這也是CMR檢查難以普及的原因之一，特別是某些細(xì)小結(jié)構(gòu)，如主動(dòng)脈冠狀竇口，隨著心臟自身周期運(yùn)動(dòng)不斷變換位置，2D定位時(shí)尤其困難。3D bSSFP序列容積成像定位簡(jiǎn)單，取橫軸面，上下覆蓋整個(gè)心臟容積即可。另外，3D 成像得到的是各向同性的3D空間數(shù)據(jù)，后續(xù)可在工作站進(jìn)行任意方位、任意層厚的無(wú)死角重建，顯示2D定位捕捉不到的結(jié)構(gòu)[8-11]。相比于2D bSSFP序列，3D bSSFP序列無(wú)需擔(dān)心檢查過(guò)程中切面的遺漏。

本文20例患者的2D圖像總體質(zhì)量?jī)?yōu)于3D，是由于單次屏氣3D bSSFP序列的固有原因造成的。首先，3D全心容積采集會(huì)降低血液的流入增強(qiáng)效應(yīng)，在相對(duì)較短的TR下，血液信號(hào)更容易被飽和，從而降低血池和心肌的對(duì)比度；其次，由于需要加快速度進(jìn)行單次屏氣全心采集，3D序列使用很高的并行采集加速因子，信噪比會(huì)有所降低。盡管如此，剔除3例由于屏氣配合不好的患者，余下17例患者的3D電影圖像均能滿足診斷要求。

心臟功能評(píng)價(jià)是心臟檢查的重要內(nèi)容，諸多疾病的發(fā)生、進(jìn)展及治療預(yù)后都與心臟功能的變化相關(guān)[1，12]。CMR能無(wú)創(chuàng)在體定量評(píng)價(jià)心臟功能，且較其他影像學(xué)方法更準(zhǔn)確。本研究對(duì)比2D和3D bSSFP序列評(píng)價(jià)左心室收縮功能的定量結(jié)果顯示，3D bSSFP序列能準(zhǔn)確評(píng)價(jià)左室EF、SV、CO和CI。由于3D掃描覆蓋整個(gè)心臟，Z軸方向空間分辨率高，連續(xù)無(wú)間隔，所以3D掃描理論上更有利于心臟容積的測(cè)量，這也有可能是3D序列測(cè)得的EDV和ESV結(jié)果和2D高度相關(guān)但較2D高的原因，深層次的原因需要更大的樣本量來(lái)支撐和驗(yàn)證。

本研究存在的局限性：①當(dāng)2D和3D序列比較結(jié)果存在差異時(shí)，缺乏金標(biāo)準(zhǔn)；②樣本量少；③未對(duì)右心功能及心臟的舒張功能進(jìn)行比較；④3D序列一次屏氣時(shí)間太長(zhǎng)(23 s左右)，部分患者不能耐受。在今后的研究工作中，可適當(dāng)增加樣本量，并嘗試縮短成像或屏氣時(shí)間進(jìn)一步探討3D bSSFP序列評(píng)估心臟功能的價(jià)值。

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