注射高弛豫率对比剂后采集心脏电影序列对减少心脏磁共振检查时间的可行性研究

杨海涛，曾牧，胡俊蛟，邓凯，杨宇，司徒卫军

1. 中南大学湘雅二医院 放射科，湖南 长沙 410000；2. 湖南中医药大学第一附属医院 放射科，湖南 长沙 410000；3. 西藏自治区山南市桑日县人民医院 放射科，西藏 山南 856200

引言

心脏磁共振（Cardiac Magnetic Resonance，CMR）由于具有无创、无电离辐射、软组织分辨率高等优势，被广泛地应用于心脏疾病的诊断[1]。心脏电影序列不仅能够观察心脏的形态大小，还是心功能评估的金标准，在CMR的检查中具有至关重要的作用。然而，在常规临床CMR检查过程中，由于屏气次数多、扫描时间长，部分心功能不良的患者检查图像质量较差甚至完全不能耐受检查，限制了CMR的开展，给疾病的诊疗带来了极大的不便[2‐3]。

在常规CMR扫描流程中，往往先进行心脏电影（Cardiac Cine Imaging，简称“cine”）的采集，再进行灌注成像，之后等待15 min进行延迟强化扫描，这样的设计是为了得到更好的电影图像，然而此种扫描方式在灌注扫描与延迟扫描之前存在15 min等待期，严重降低了CMR的检查效率，且增加了病人的检查时间。因此，我们尝试将电影序列放到灌注扫描之后，这样能将原本的等待时间充分利用，从而缩短CMR检查时间。因为注射对比剂后对比剂进入心肌，会引起心肌和血池对比度下降，有可能造成心功能等参数的不准确。所以我们选用高弛豫率对比剂钆贝葡胺（Gd‐BOPTA），其较常规对比剂钆喷酸葡胺（Gd‐DTPA）能够更好地增加血池和心肌对比度。但是对于两种检查流程心功能定量参数、心肌应变参数及图像质量的差异性分析少见报道。

本研究拟使用高弛豫率对比剂Gd‐BOPTA，对比打药前电影序列与打药后电影序列各项心功能参数及图像质量，探讨将电影序列置于打药后的可行性。

1 材料与方法

1.1 临床资料

研究纳入我院44名包含多种类型心脏疾病的患者，包括扩张型心肌病、瓣膜性心脏病、冠心病、心肌梗塞、心肌炎和肥厚型梗阻性心脏病，其中男性28例，女性16例；年龄11～74岁，平均（49.23±15.39）岁。排除标准：严重心律不齐、肾功能衰竭及具有磁共振心脏检查一般禁忌症。本研究方案符合人体试验伦理学标准，并通过中南大学湘雅二医院伦理委员会批准。所有患者均签署了知情同意书。

1.2 扫描方案

采用德国西门子医疗系统有限公司Skyra 3.0 T超导型磁共振成像系统，所有患者间隔48 h行2次CMR检查，见图1。

图1 CMR检查短轴位电影图像

第一次检查时先扫描T1、T2等形态学序列，然后扫描cine序列，接下来由静脉注射0.2 mmol/kg的Gd‐DTPA进行心肌灌注成像，15 min后再扫描延迟成像序列。本次为常规CMR扫描流程。

第二次检查时先扫描T1、T2等形态学序列，由静脉注射0.1 mmol/kg的Gd‐BOPTA进行心肌灌注成像后再扫描cine序列，然后再扫描延时成像序列。本次为优化的CMR扫描流程。

两次检查的cine序列和延时强化序列均需扫描短轴位、两腔心及四腔心层面的图像。在短轴位扫描范围覆盖整个左心室，根据心脏个体差异扫描8～10层图像，在两腔心和四腔心层面分别扫描三层图像。

1.3 图像质量分析

使用西门子磁共振后处理工作站syngo.via进行图像质量的定量分析。在图像质量的定量分析中，于每个病人两次短轴位电影序列舒张末期心腔最大层面进行ROI的选取，分别置于左心室血池、正常心肌和体外空气中，记录所测得数值的均值和标准差，以血池和心肌数值的均值作为各自组织的信号强度（Signal Intensity，SI），以空气数值的标准差作为背景噪声，并计算信噪比（Signal‐to‐Noise Ratio，SNR）及对比噪声比（Contrast‐to‐Noise Ratio，CNR），计算公式为[4]：SNR（血池）=SI（血池）/SD（空气）；CNR（血池‐心肌）=[SI（血池）‐SI（心肌）]/SD（空气）。

1.4 心功能定量分析

使用西门子磁共振后处理工作站syngo.via进行心功能定量分析。将短轴位cine序列载入心功能序列卡，通过观察心尖部和基底部层面，选定舒张末期（ED）和收缩末期（ES）。手动勾勒心内膜与心外膜，将乳头肌和肌小梁作为心室腔的一部分，根据辛普森法则[5]计算得出心室容积及左心室一系列形态功能参数，其中包括：左心室舒张末期容积（Left Ventricular End‐Diastolic Volume，LVEDV）、左心室收缩末期容积（Left Ventricular End‐Systolic Volume，LVESV）、左心室每搏输出量（Left Ventricular Stroke Volume，LVSV）、 左 心 室 心 输 出 量（Left Ventricular Cardiac Output，LVCO）、左心室心肌质量（Left Ventricular mass，LVmass）左心室射血分数（Left Ventricular Ejection Fraction，LVEF）和左心室心肌整体及各节段3D径向应变（Radial Strain，RS）、周向应变（Circum Strain，CS）、纵向应变（Longitudinal Strain，LS）。

使用CVI42后处理软件（Circle Cardiovascular Imaging，Canada，版本5.9.3 ）进行心肌应变参数分析。首先将短轴位cine序列载入Short 3D模块，点击自动定义即可获得舒张末期和收缩末期层面序数，随后将短轴位、两腔心长轴位、四腔心位cine序列载入软件Tissue tracking模块，手动标记左、右心室分界点，然后在舒张末期及收缩末期半自动勾画心内膜和心外膜，软件计算分析后可获得左心室心肌整体及各节段3D RS、3D CS、3D LS等参数和各个参数的应变曲线及16节段牛眼图。

1.5 统计学分析

所有数据使用SPSS 20.0版本进行统计分析，计量资料若符合正态分布以均数±标准差表示，若不符合正态分布以中位数（四分位距）表示。使用配对t检验对符合正态分布的数据进行差异性分析，使用Wilcoxon符号秩和检验对不满足正态分布的数据进行差异性分析。检验水准为双侧α=0.05，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 检查时间

常规流程CMR检查时间约为30 min，优化流程CMR检查时间约为20 min，见图2。

图2 常规CMR检查流程与优化CMR检查流程扫描流程图

2.2 图像质量

44例行2次CMR检查患者血池SNR和血池‐心肌CNR结果如表1所示。常规流程CMR检查患者SNR（血池）均值为910.63，低于优化流程CMR检查均值1003.1，但差异无统计学意义（P>0.05）；常规流程CMR检查患者SNR（心肌）均值为262.12，明显低于优化流程CMR检查均值490.79，且差异有统计学意义（P<0.05）；常规流程CMR的CNR（血池‐心肌，648.51±376.59）则明显优于优化流程CMR的CNR（血池‐心肌，512.31±280.80），差异有统计学意义（P<0.05）。

表1 常规CMR检查流程与优化CMR检查流程血池SNR、心肌SNR和血池‐心肌CNR的比较

2.3 心功能定量及心肌应变参数

44例行两次CMR检查患者心功能定量参数结果如表2所示，其中LVEDV、LVESV、LVSV、LVCO、LVmass、LVEF在两次CMR检查中差异无统计学意义（P>0.05）。

表2 常规CMR检查流程与优化CMR检查流程心功能参数的比较

44例行2次CMR检查患者心肌应变参数结果如表3所示，除整体和心尖部LS显示差异外，两次CMR检查其余各组心肌应变参数差异无统计学意义（P>0.05）。

表3 常规CMR检查流程与优化CMR检查流程左室心肌整体及各节段应变比较（%）

3 讨论

本研究对比了两种不同CMR检查流程获取的同一患者cine序列的图像质量、心功能定量参数及心肌应变参数。结果表明两种CMR检查流程心功能定量参数无明显差异，心肌应变参数除整体及心尖部LS外无明显差异，常规流程CMR的血池‐心肌CNR则明显优于优化流程CMR，且优化流程CMR检查时间较常规流程CMR检查时间短 。

在CMR检查中，经典心功能指标对于诊断心脏疾病尤其是扩张型心肌病、肥厚型心肌病等心肌疾病有着独特的优势[6]。cine序列采用平衡稳态自由进动，能够获得具有良好的空间分辨率、优异的血池心肌对比、细节丰富的完整心动周期图像，被认为是评估心功能及左心室容积的“金标准”[7‐9]。因此，对CMR流程进行优化以减少检查时间，提高检查效率的同时，准确、高效地获取高质量电影图像，而心功能定量参数是任何优化操作必须坚持的原则。

由于心脏电影序列局部信号强度对T1时间的敏感性，注射对比剂会引起信号强度的改变，对比剂进入心肌则会导致心肌和血池对比度甚至是梗死心肌的对比度的下降，同时可能会造成图像质量的下降，心功能参数和心肌应变参数的测量不准确。因此，若要保证注射对比剂后电影序列图像质量的稳定，心功能参数和心肌应变参数的准确测量。我们需要一种高弛豫率的对比剂更好地增加血池和心肌对比度，从而尽量减少对比剂进入心肌后的影响。Gd‐BOPTA最早广泛应用于中枢神经系统和肝脏的磁共振增强扫描，在以往的研究中，半剂量（0.05 mmol/kg）与单剂量（0.1 mmol/kg）的Gd‐BOPTA对于肝脏局灶性病变的评估没有明显差异[10]；并且同等剂量（0.1 mmol/kg）的Gd‐BOPTA相较于Gd‐DTPA在肝脏局灶性病变增强图像有着更好的对比噪声比[11]。有研究表明，在磁共振血管成像中，Gd‐BOPTA的最优使用剂量是0.1 mmol/kg，仅为常规使用的造影剂Gd‐DTPA的一半[12]。由于其优异的高弛豫率特性，Gd‐BOPTA已经开始应用于CMR延迟成像图像质量的对比[13‐14]。D’Angelo等[15]在1.5T磁共振机器上的研究表明：将cine序列扫描时间由注射对比剂之前改为注射对比剂之后，同时配合注射0.1 mmol/kg剂量的钆布醇并在合适的时间启动扫描，与原来扫描方案相比可以在缩短检查时间，减少对比剂用量，提高患者检查舒适度的同时保证图像质量和心功能定量参数无明显差异。这与本研究在3.0 T磁共振机器上使用GD‐BOPTA所得出结果基本相符，但是该研究使用延迟强化图像而不是电影图像来计算图像的SNR和CNR，而电影序列图像中由于对比剂进入心肌，导致血池‐心肌对比下降，CNR（血池‐心肌）不可避免地会降低，但与提高检查效率和减少对比剂用量相比较也可以接受。同时，对比剂用量的减少也能有效降低肾源性系统纤维化的风险[16]，这对于同时患有心脏疾病和肾功能损伤（如糖尿病）的患者具有重要意义[17‐18]。

本研究也存在着一些不足之处：① 患者样本量不足且未对样本进行性别、年龄、疾病种类的分类，研究结论的推广还需进一步的探讨；② 纳入样本均为心脏疾病患者，缺乏健康志愿者进行数据对照。

综上所述，优化CMR检查流程如使用弛豫率更高的对比剂、调整cine序列扫描顺序可以在缩短检查时间，减少对比剂用量，提高检查效率，增加患者检查舒适度的同时保证图像质量的稳定、心功能定量参数及心肌应变参数的一致性，对于临床医师诊疗心脏疾病和临床CMR扫描工作的开展有着重要意义。