体素内不相干运动扩散加权磁共振成像在心脏成像中的应用

张学强，相世峰，杨素君，杨振，侯博，石建平，霍双

(邯郸市中心医院，河北邯郸056001)

扩散加权磁共振成像(DWI)技术逐渐成为一种常规的影像学检查，应用于全身各个系统。体素内不相干运动(IVIM)依据多扩散敏感因子(b值)双指数模型，通过多参数测量反映活体组织的扩散和灌注信息，已成为国内外临床研究的热点[1～3]。但目前应用于心脏领域检查仍面临诸多挑战，由于呼吸运动及心脏搏动等原因，使得扩散梯度持续时间内水分子移位较大，心肌信号丢失严重。随着磁共振技术的发展以及3.0T高场强磁共振机器的应用，使IVIM技术应用于心脏心肌的检查中已经变得可能，其可定量测定心肌血流灌注和细胞组织内水分子的扩散情况。本研究拟对IVIM-DWI在心肌成像方面的应用进行探讨。

1 资料与方法

1．1 临床资料 选取2016年5月～2017年8月健康志愿者12例，男7例、女5例，年龄23～53岁，平均年龄35.7岁，心率为50～82 次/min，心律大致齐。纳入标准：①既往无心肺脑血管病史者；②全部病例均行磁共振增强(CE-MRI)检查，证实无心肌损伤及纤维化者。排出标准：①严重心脑血管病变等无法配合的患者；②无法行CE-MRI检查者(包括幽闭恐惧症、体内置入起搏器或除颤器等)。所有受试者均签署知情同意书。

1.2 扫描方法 采用SIEMENS SKYRA 3.0T磁共振扫描仪、相控阵表面线圈和心电门控技术。常规采集黑血序列横断面和冠状面、True FISP序列多层面电影(左室四腔面、两腔面、通过左窒流出道的左室长轴面和自房室瓣环到心尖部连续9～12层短轴)。所有受试者均行心肌延迟增强序列。行心脏短轴的多个低b值DWI序列扫描，扩散敏感梯度场参数b值分别为0、20、60、100、150、200、600 s/mm2。扫描参数如下：频率编码扫描野306 mm，相位编码扫描野为75%，重复时间为2 200.0 ms，回波时间67 ms，层厚为8 mm, 层间隔为1.5～3.5 mm，激励次数为8.00次，局部匀场，使用心电门控，呼气末屏气扫描。

1.3 图像分析 由2位从事心血管影像诊断的高年资医师将IVIM序列所得数据传至Syngo.via工作站，采用相应软件包进行处理，参照短轴延迟强化图像，在DWI(b值=120 s/mm2)的图像中分别在经室间隔基底部、中部的心脏短轴位图像分别于室间隔前部、后部及侧壁各选取1个兴趣区，得到扩散系数(D值)、灌注系数(D＊值)和灌注分数(f值)参数的伪彩图像，记录第2、3、5、8、9、11节段心肌各参数值。IVIM-DWI图像分级标准：Ⅰ级，存在严重变形伪影，有一个或多个b值图像心肌信号丢失严重，不能进行定量测量；Ⅱ级，局部有少量伪影，各b值图像心肌显示清楚，不影响兴趣区的测量；Ⅲ级，没有伪影干扰，各b值图像心肌显示清楚，轮廓清晰锐利。本实验中图像均符合Ⅱ级或Ⅲ级标准，可以测量。

2 结果

所有病例得到左室短轴位6个b值DWI原始图像，b值为0 s/mm2时，心腔血流信号呈高信号，心肌信号呈稍高信号。随着b值增加，心腔血流信号减低逐渐变为无信号，心肌信号亦逐渐减低， b值为600 s/mm2时心肌信号较低，并得到D值、D＊值和f值伪彩图。左心室不同节段心肌D值、D＊值和f值差异有统计学意义(P<0.05)。第5、11节段心肌D值较2、3、8、9心肌节段低，两两比较差异具有统计学意义(P均<0.05)，第5、11节段心肌D值差异无统计学意义(P>0.05)；第5、11节段心肌D＊值和f值较2、3、8、9心肌节段高，两两比较差异具有统计学意义(P均<0.05)，第5、11节段心肌D＊值和f值差异无统计学意义(P均>0.05)。见表1。

表1 左心室不同节段心肌D值、D＊值和 f 值测量结果

3 结论

DWI是目前惟一能够观察活体组织内水分子微观运动的成像方法，是目前功能MRI技术中应用最成熟和最重要的检查方法[1,2]，但传统的DWI技术并未对组织内水分子的不同运输模式加以区分，基于IVIM理论用双指数模型通过多个b值的DWI成像，并对不同b值图像中相应体素内的测量值进行拟合，得到D值、D＊值和f值等参数，能准确反映心肌血流灌注和水分子扩散情况[2～5]。

对于IVIM而言，b值的选择非常重要。b值越高对水分子扩散运动越敏感，更接近水分子真实的扩散运动。而用于心脏的难点主要在于呼吸运动和心脏搏动导致图像解剖变形、失真，影响测量的准确性，导致信号丢失严重[6～8]。随着磁共振软硬件技术的发展和呼吸导航技术、心电门控技术与DWI序列的兼容，这一难点正在逐渐被克服，本研究采用心脏短轴DWI成像，选取6个0～200 s/mm2的低b值，1个最高b值600 s/mm2，扫描图像质量较为稳定，感兴趣区的参数测量较为可靠，筛选了12例健康志愿者的图像均达到Ⅱ级或Ⅲ级标准，心肌信号未见明显丢失，且心肌轮廓清晰，临床应用中可重复性和临床价值较高，但要进一步推广还需进行大量深入研究。

左心室不同节段分别由左冠状动脉前降支、回旋支及右冠状动脉供血，大多数国人以冠状动脉右优势型为主，所以左心室前壁、前室间隔主要由左冠状动脉前降支供血；左心室下壁及下间隔主要由右冠状动脉供血，左心室侧壁主要由回旋支供血。左室目前国际上通用“17个节段分析法”[9～12]，由于心尖部较薄、短轴DWI成像前壁及下壁易产生轻度伪影，DWI图像参数值干扰较大，未纳入本组测量指标。本试验中测量左室近中部心肌节段参数值，2、8段代表前降支供血，3、9段代表右冠状动脉供血，5、11段代表回旋支供血[13～15]。

试验中获得的左室不同节段心肌D值、D＊值和f值不全相等，部分心肌间存在统计学差异，D值2、8段及3、9段左室心肌﹥5、11段左室心肌，其中前降支供血、右冠状动脉供血与回旋支供血的D值间差异有统计学意义，前降支供血、右冠状动脉供血D值间差异无统计学意义；D＊值和f值与D值相反，结果2、8段及3、9段左室心肌﹤5、11段左室心肌，其中前降支供血、右冠状动脉供血与回旋支供血的D＊值和f值间差异有统计学意义，前降支供血、右冠状动脉供血D＊值间差异无统计学意义。由此可知，本试验中多个低b值DWI序列下获得的D值、D＊值和f值可能与心肌灌注血流量有关。已有研究表明左冠状动脉血流量一般大于右冠状动脉，且左前降支血流量最大，优势型对其影响不大，但因正常人中冠状动脉优势型不同，而大多数国人以右优势型多见，右冠状动脉血流量常大于左旋支血流量，本试验中前降支、右冠状动脉供血区D值高于左旋支， D＊值和f值则低于左旋支，与其他研究结果相近，但前降支与右冠状动脉参数值无明显差异。因此，此结果对提示心肌不同血供、血流量有一定价值。 本次研究对心肌IVIM-DWI技术应用进行了初步探讨，对不同节段心肌D值、D＊值和f值进行对比分析，能定量反映心肌的扩散状态及血流灌注状态，结果提示具有一定意义，但样本量较小，今后应该扩大样本量，改进成像技术，提高图像质量，并对全部心肌节段进一步对比分析，探讨与心肌灌注及延迟强化的关系。

参考文献：

[1] 郭启勇，辛军，张新，等.MRI水扩散加权成像分子机理研究进展[J].中国临床医学影像杂志，2013,24 (7):496-500.

[2] 尹茵，甘洁.体素内不相干运动成像[J] .中国临床医学影像杂志，2013,24(5):353-356.

[3] 王岳，蔡文超，叶锦棠，等.多b值DWI序列检测前列腺癌扩散和灌注信息的初步研究[J] .实用放射学杂志，2012,28(12):1835-1837.

[4] 刘明熙，张挽时，张子衡，等.多个低b值DWI技术在心脏成像中的初步研究[J]. 中国医疗设备, 2016,31(3):42-47.

[5] 李志伟,袁思殊,黄璐,等.心肌磁共振多b值DWI的初步探讨[J].放射学实践,2013,28(3):337-340.

[6] 张兆琪，徐磊. 心脏MRI的应用现状与新技术进展[J].磁共振成像, 2013,4(3):218-225.

[7] 邹倩，罗城，龚良庚.基于体素内不相干运动的扩散加权成像在肾脏疾病中的应用进展[J]．中华放射学杂志，2016，50(3)：235-237.

[8] 谢丽芬,梁长虹.体素内不相干运动成像在肝脏中的研究进展[J].中华放射学杂志，2014，48(1)：77-79.

[9] Deux JF, Maatouk M, Vignaud A, et al. Diffusion-weighted echo planar imaging in patients with recent myocardial infarction[J]. Eur Radiol,2011,21(1):46-53.

[10] Takahara T, Kwee TC. Low b-value diffusion-weighted imaging:emerging applications in the body[J]. J Magn Reson Imaging,2012,35(6):1266-1273.

[11] 吉婷婷，杨成.MRI在评价高血压对心血管系统影响方面的应用价值[J]．临床放射学杂志，2012，31(11)：1670-1672.

[12] 崔辰，赵世华.MRI识别肥厚型心肌病心肌纤维化的临床意义及技术进展[J]．中华放射学杂志，2015，49(12)：963-965.

[13] 张晓，李锡军，赵猛. 心脏磁共振在心肌病变诊断中的临床应用价值[J].医学影像学杂志, 2017，27(3): 441-445.

[14] Rapacchi S, Wen H, Viallon M, et al. Low b-value diffusion-weighted cardiac magnetic resonance imaging: initial results in humans using an optimal time-window imaging approach[J]. Invest Radiol, 2011, 46(12): 751-758.

[15] Laissy JP, Gaxotte V, Ironde-Laissy E, et al. Cardiac diffusion-weighted MR imaging in recent, subacute, and chronic myocardialinfarction:a pilot study[J]. J Magn Reson Imaging, 2013,38(6):1377-1387.