心脏MRI检查中自由呼吸单次激发FIESTA序列的应用

李帆， 程流泉， 方芳， 牛广明， 姜琨， 王利东

·心血管影像学·

心脏MRI检查中自由呼吸单次激发FIESTA序列的应用

李帆， 程流泉， 方芳， 牛广明， 姜琨， 王利东

目的研究SS-SSFP序列在心脏MRI检查中从图像质量和扫描时间方面与IR-FGRE、3D IR-FGRE序列的优势。方法本文搜集疑似或确诊心脏病患者52例进行心脏MRI检查，延迟期扫描采用SS-SSFP、IR-FGRE、3D IR-FGRE序列。通过测量扫描时间和图像质量相关参数评价新序列与传统序列的差别。结果SS-SSFP序列(24～36s)和3D IR-FGRE序列(27～35s)扫描时间明显低于IR-FGRE序列(116～154s)，两者有统计学差异(P<0.001)。统计学结果显示SS-SSFP序列图像质量、异常强化体积及百分比与IR-FGRE序列相比较无差异，而心肌信噪比、强化心肌与心肌对比信噪比有差异，SS-SSFP序列高于IR-FGRE序列(P<0.001)。3D IR-FGRE序列的所有测量值均高于IR-FGRE序列，由于有更多的呼吸运动伪影，二者在图像质量方面有统计学差异(P<0.001)。结论SS-SSFP序列加快扫描时，由于其较高的信噪比、对比信噪比，且图像质量与IR-FGRE序列无统计学差异，SS-SSFP 序列更适合患有严重心脏病和不能屏气的患者。

诊断技术，心血管； 体层摄影术，X线计算机； 磁共振成像

磁共振成像可以显示心脏解剖结构、功能及多种病理学瘢痕，更多的用于对心脏结构、功能和组织特性的评估[1]。常用的经典序列有CINE亮血序列(steady-state free precession cine MRI，SSFP-CINE)、黑血序列(FSE T2WI)、首过灌注及延迟增强扫描。通过细致分析心脏功能、灌注机细微结构特点，我们可以得出一个合理的判断，并诊断心脏病[2]。 利用MR对心肌梗死病灶进行心肌延迟强化(myocardial delayed enhancement，MDE)的首例报道是1993年[3]。随着MRI技术发展，更多的研究报道证实作为一种可视性观察心肌梗死方法，延迟强化有重要的临床应用价值[4]。近几年来，因为高性能梯度回波序列的改进，MDE成为判断心肌梗死标准可以快速判断心肌病变。MDE不仅能判断心肌梗死，还可以观察各种心脏疾病，如心肌炎、感染、心肌病、心脏肿瘤、先天性或继发性心脏病[5]。

在心脏MRI检查中最大的问题是扫描时间长，尤其患有严重心脏病不能屏气的患者更难耐受长时间的扫描。如果能缩短扫描时间，这部分患者将受益。

材料与方法

1.研究对象

共搜集疑似或确诊心脏病52例，其中男39例，女14例，年龄16～76岁，平均(54±13.02)岁。所有受检者在行心脏MRI扫描前接受12导联心电图检查。本项研究通过伦理委员会同意，所有患者签署同意书。

2.检查方法

使用1.5T MRI扫描仪(GE Medical Systems，USA) 及8通道表面线圈，仰卧位，由心电门控检测心率(律)，肘前静脉留置静脉留置针，使用50 mL注射器手推注入对比剂，对比剂使用钆喷酸匍胺(0.2 mmol/kg，最大剂量30 mL，拜耳公司，德国)。

每位受检者在常规用双反转(double inversion recovery，DIR)或者三反转(third inversion recovery，TIR)快速自选回波(FSE)黑血对比序列(black blood sequence)、平衡稳态进动(steady-state free precession sequence，SSFP)序列二维电影成像序列扫描，位置采用短轴面(覆盖全部左心室)约8～12层，长轴面、三腔心及四腔心。然后经肘静脉手推注入对比剂钆喷酸匍胺，延迟8～10 min后观察心肌是否有延迟强化，延迟强化序列采用单次激发反转恢复序列(single-shot inversion recovery 2D steady-state free precession，SS-SSFP)序列、3D反转恢复快速回波反转序列(segmented inversion recovery 3D fast gradient echo，3D IR-FGRE)序列和2D反转恢复快速梯度回波反转序列(segmented inversion recovery 2D fast gradient echo，IR-FGRE)。SS-SSFP 扫描参数：2D模式，TR 3.3 ms，TE 1.4 ms，prep time 250 ms，翻转角35°～75°，带宽125 Hz，层厚8 mm，矩阵192×160，激励次数0.5～1，视野350 mm。IR-FGRE 序列参数：2D模式，TR 4.0 ms，TE 1.8 ms，翻转角20°，带宽62.5 Hz，层厚8 mm，矩阵192×160，激励次数2，视野350 mm。3D IR-FGRE参数：3D模式，TR 3.3 ms，TE 1.4 ，翻转角15°，带宽83.33 Hz，层厚8 mm，矩阵192×160，视野350 mm。SS-SSFP序列屏气3～4次，每次屏气得到4层图像。IR-FGRE序列每次屏气得到1幅图像。3D IR-FGRE每次屏气可得到24～26图像。扫描时需要呼吸与心电门控触发。IR-FGRE序列每次屏气约有12次心脏搏动，每次心电门控触发是在ECG图R波的25%时相[6-7]。

3.图像分析

质量评价：3个序列中延迟强化心肌面积和百分比[8]在AW4.4 工作站上分析。MDE图像质量分析时按以下4个条件确定：是否出现呼吸伪影，评价心脏运动伪影，心肌是否被充分抑制，没有强化的心肌信号强度(黑色)，邻近左心室心腔部分的心内膜是否锐利。由两位有经验放射学专家对异常心肌独立进行评分。

四个评分标准如下。①呼吸运动伪影。0分：膈肌运动伪影显著，心脏大血管结构模糊不清，影响心脏结构辨认；1分：受检者胸壁呈现少量层状呼吸伪影，但心脏大血管边缘轮廓尚可辨认，不影响诊断。2分：受检者胸壁和膈肌无可辨认的运动伪影，心脏结构显示良好，边缘光滑锐利，轮廓清晰。②心脏搏动伪影。0分：心脏结构显示模糊无法辨认，或相位编码方向的血流搏动伪影叠加在心肌上，范围大于或等于左室短轴位两个心肌节段[9]，叠加部位心肌信号显示明显受影响。1分：心脏结构边缘轻度模糊，或者相位编码方向出现的少量搏动伪影叠加心肌范围小于两个心肌节段，叠加部位心肌信号显示未受明显影响。2分：心脏结构显示清晰，边缘光滑锐利，无搏动伪影。③心肌抑制。0分：心肌不能被抑制，心腔不能辨认。1分：心肌未能被充分抑制，未梗死心肌信号没有充分变黑，但心脏结构可以辨认。2分：心肌被充分抑制，未梗死心肌呈黑色，梗死心肌呈白色，心肌与心腔对比清晰。④心内膜心肌。0分：心内膜下心肌信号与心腔及其周围组织对比差，结构不能辨认。1分：心腔血流信号整体抑制不均匀，中央部被抑制，靠近心内膜下心肌有稍高信号，心肌与心腔对比存在，但分界模糊。2分：心腔信号被充分抑制，心内膜下心肌没有高信号，心脏结构显示清晰，分界锐利。

信噪比和对比信噪比：测量心肌SNR值、CNR值时，将感兴趣区(regions of interest，ROIs)置于(by W.L.D)左心室腔内血池、正常心肌、背景、肺组织和强化心肌来测量信号强度(intensity I) 和标准差(SD)。ROI被置于短轴位的每一层图像中，然后求其平均值。血池SNR值(SNR (bp)=Ib/SD bg)、心肌SNR值(SNR(myo)=Imyo/SD bg)、肺组织-背景CNR值(CNR (l/bg)=(Il-Ibg)/SD bg)、血池-心肌CNR值(CNR(bp/myo)=(Ibp -Imyo)/SD bg) 。结果使用2个独立样本非参数检验评价统计学结果。另外延迟强化的心肌ROI置于异常强化的心肌(em)。异常心肌-正常心肌CNR(em/myo)) =(Iem- Imyo)/SD bg。

4.统计学分析

统计3种序列平均耗用时间，评价3种序列图像质量，对各种扫描序列所得的图像与IR-FGRE序列进行比较，测量图像的信噪比、对比信噪比。采用SSPS 17.0软件分析，进行正态性检验(One-Sample Kolmogorov-Smirnov Test)，非正态分布数据进行非参数检验，P<0.05有统计学差异。

图1 自由状态下SS SSFP和IR-FGRE序列图像质量。a) SS SSFP序列； b) IR-FGRE序列显示膈肌(短箭)、胸壁存在明显运动伪影、肺血管主干及分支(箭头)模糊不清；心肌(箭)不能被细致观察。

分组SSSSFP3DIR⁃FGREIR⁃FGREχ2P值自由呼吸图像质量1．81±0．18/0．69±0．1077．2900．000屏气时图像质量3．82±0．71a2．93±0．94b3．85±0．77a30．7560．000扫描时间(s)27．62±1．82a30．42±3．60b146±9．89c113．6810．000

注：采用的统计方法为非参数检验，上标字母不同证明两者之间有差别。

表2 左心室节段性心肌信噪比3组的比较

注：△SS SSFP 与IR GRE相比的P值， * 3D IR-FGRE与IR GRE相比的P值。

表3 比较3组与各项参数的平均值及SD

注：△SS-SSFP与IR-GRE相比的P值，* 3D IR-FGRE与IR-GRE相比的P值。

结 果

1.扫描时间和图像质量

扫描时间：记录IR-FGRE序列、SS-SSFP序列和3D IR-FGRE序列扫描时间两两比较(表1)，统计学分析结果显示二者有统计学差异(P<0.05)。SS-SSFP序列需要3～4次屏气、IR-FGRE需要9～12次、3D IR-FGRE只需1次屏气。

评价MDE图像质量:比较在自由呼吸状态下SS-SSFP 和IR-FGRE两种序列图像质量，统计学分析结果显示二者有统计学差异(P=0.000)。比较屏气下SS-SSFP、3D IR-FGRE和 IR-FGRE 图像质量。与IR-FGRE相比统计学分析显示SS SSFP没有统计学差别(P=0.000)。由于3D IR-FGRE 1次屏气时间长，大多数患者不能完全配合，有较多呼吸伪影，图像质量低(图1～4)，与IR-FGRE相比有统计学差异(P=0.000(表1)。

2.诊断效能

延迟强化质量和百分比测量：52例成功行心脏MRI检查患者，24例发现有心肌延迟强化。在AW4.4工作站上使用MASS软件(另外购买安装于工作站)分析显示整个左心室强化心肌质量：SS-SSFP为(25.4±17.3)g，百分比(15.1±9.2)%； 3D IR-FGRE为(33.2±19.1)g，百分比(21.9±11.1)%；IR FGR为(26.7±17.2)g，(15.4±9.7)%(图1)。

心腔内血池和各段心肌信噪比：IR-FGRE序列显示心腔内血池信噪比最高，3D IR-FGRE显示各段心肌信噪比优于IR-FGRE和SS SSFP。两种快速序列与IR-FGRE相比统计学分析有显著性差异(P<0.05，表2)。信噪比和对比信噪比：在信噪比和对比噪声比方面IR-FGRE序列和SS SSFP序列、3D IR-FGRE 序列相比较均有统计学差异(表3)， IR-FGRE 显示延迟强化心肌尤其独到的优势。

图2 a) IR-FGRE； b) SS SSFP序列清晰显示心外膜(白箭)、乳头肌(黑箭)； c) 3D IR-FGRE有明显伪影。 图3 a) IR-FGRE； b)SS SSFP序列相比；c) 3D IR-FGRE序列可以清晰显示心内膜及心内膜下心梗(箭)。 图4 a) IR-FGRE序列； b) SS SSFP序列； c) 3D IR-FGRE序列比较心肌延迟强化的体积、大小，室间膈前壁(箭)、左心室前壁(黑短箭)、侧壁及下壁心梗。

讨 论

对比增强心脏磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)图像分辨率高可以很好显示急性或慢性心肌梗死[10]，在临床中常作为判断微小心内膜下心梗、测量梗死大小的金标准[11]，并能预测病变心肌功能恢复[12]。评价发生急性心肌梗死患者坏死心肌有非常重要的临床价值，能指导血管再通治疗并准确判断患者病程进展[13]。

由于心脏MRI扫描时间长，限制了其临床广泛应用，特别是那些患有严重心脏病的患者。传统IR-FGRE序列是二维节段性屏气翻转恢复快速梯度回波序列，全部信息在呼气末屏气收集。扫描整个左心室时需要重复扫描收集多组数据，整个扫描时间长。另外屏气不能配合的患者不能获取满意的图像质量[14]。

通过比较SS-SSFP、3D IR-FGRE和IR-FGRE序列的图像质量，本研究显示3种序列在MDE成像中均可行。SS-SSFP序列作为快速序列之一，扫描时间为金标准IR-FGRE序列的1/4，但是显示梗死心肌的体积和百分比和IR-FGRE序列没有统计学差异，与相关文献的结果一致[15]。显示延迟强化心肌的体积和百分比高，能更清晰显示心肌及病灶边缘。因为高SNR可以提高空间分辨率、缩短扫描时间，高CNR对于更好显示心肌边缘、心脏细微结构，可发现小病灶，所以高SNR、CNR对于心脏MRI非常重要[16]。本研究显示心肌各段(ISEP、ASEP、ANT、ALAT、ILAT、INF) 信噪比SS SSFP序列与IR-FGRE序列没有统计学差异。SNRmyo、SNRbp、CNRem-myo及CNRlung-background与IR-FGRE序列相比无统计学差异。

本研究结果显示两种快速扫描序列与其它文献相比明显缩短了扫描时间[17]。与IR-FGRE及SS-SSFP序列相比尽管3D IR-FGRE序列扫描时间明显缩短，由于其呼吸运动伪影较多，在3种序列中图像质量平均分最低。但由于这一序列有较高心肌噪声、SNR和CNR，所以并不影响梗死大小结果显示，尤其是显示心内膜下心梗优于其它两个序列，从而做出正确诊断。虽然3种序列显示病变心肌体积及百分比无统计学差异，但CNRbp/myo值以金标准IR-FGRE序列最高，其次为SS-SSFP序列，3D IR-FGRE最低，与相关报道一致[18]。

SS-SSFP序列极大地加快了扫描时间，此序列还具有更高的 SNR、CNR值，图像质量与IR-FGRE序列相比无统计学差异。显示异常强化心肌体积及百分比上SS-SSFP、3D IR-FGRE和IR-FGRE 3种序列无统计学差异。在临床中SS-SSFP序列更适合患有严重心脏病患者和不能耐受长时间屏气的呼吸功能障碍患者，能扩大心脏MRI检查的适应症。

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Myocardialdelayedenhancementusingasingleshotfree-breathingFIESTAsequence

LI Fan，CHENG Liu-quan，FANG Fang，et al.

Imaging Center,Inner Mongolia International Hospital,Huhehaote 010065，China

Objective:To study the steady-state free precession (SS-SSFP) sequence in the MRI examination of the heart and to study its advantages in image quality and scanning time as compared to IR-FGRE and 3D IR-FGRE.MethodsCardiac MRI examination data of 52 patients with suspected or confirmed heart disease were collected.For the delayed phase the SS-SSFP sequence,the ir-fgre sequence,and the 3D ir-fgre sequence were used.The difference between the new sequence and the traditional sequence was evaluated by measuring the time of the scan and the quality of the image.ResultsThe scanning time of the SS-SSFP sequence (24～36s) and 3D IR-FGRE (27～35s) were significantly lower than that of the IR-FGRE sequence (116～154s)，with statistical differences (P<0.001)；The statistical results showed that the SS-SSFP sequence image quality,anomalous enhanced volume and percentage were not different from the IR-FGRE sequence.However,the signal noise ratio of myocardium,enhanced myocardium and myocardial contrast to noise ratio were different，the CNR of SS-SSFP sequence is higher than that of the IR-FGRE sequence (P<0.0001).All measurements of the 3D IR-FGRE sequence were higher than that of the IR-FGRE sequence.Because of more respiratory artifacts，there was a statistical difference in image quality (P<0.0001).ConclusionsWhen the SS-SSFP sequence was used to speed up the scan time (27.6s)，due to its higher SNR and CNR，and no statistical significant difference of image quality compared to IR-FGRE sequences，SS-SSFP sequence is more suitable for patients with severe heart disease and unable to breath-holding in clinical treatment.

Diagnostic techniques,cardiovascular; Tomography,X-ray computed; Magnetic resonance imaging

R540.4; R814.42; R445.2

A

1000-0313(2017)10-1032-05

2017-03-16

2017-06-19)

010065 呼和浩特，内蒙古国际蒙医医院影像中心(李帆、姜琨、王利东)；100853 北京，解放军总医院放射科(程流泉)；841000 库尔勒，解放军273医院心血管内科( 方芳)；010050 呼和浩特，内蒙古医科大学附属医院放射科(牛广明)

李帆(1982-)，男，内蒙古呼和浩特人，主治医师，主要从事心血管影像学诊断工作。

王利东，E-mail：doctorlidong@163.com

2013年内蒙古卫生与计划生育委员医疗卫生科研项目(201302025)

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.10.008