心臟MRI檢查中自由呼吸單次激發(fā)FIESTA序列的應(yīng)用

李帆， 程流泉， 方芳， 牛廣明， 姜琨， 王利東

·心血管影像學(xué)·

心臟MRI檢查中自由呼吸單次激發(fā)FIESTA序列的應(yīng)用

李帆， 程流泉， 方芳， 牛廣明， 姜琨， 王利東

目的研究SS-SSFP序列在心臟MRI檢查中從圖像質(zhì)量和掃描時間方面與IR-FGRE、3D IR-FGRE序列的優(yōu)勢。方法本文搜集疑似或確診心臟病患者52例進(jìn)行心臟MRI檢查，延遲期掃描采用SS-SSFP、IR-FGRE、3D IR-FGRE序列。通過測量掃描時間和圖像質(zhì)量相關(guān)參數(shù)評價新序列與傳統(tǒng)序列的差別。結(jié)果SS-SSFP序列(24～36s)和3D IR-FGRE序列(27～35s)掃描時間明顯低于IR-FGRE序列(116～154s)，兩者有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.001)。統(tǒng)計學(xué)結(jié)果顯示SS-SSFP序列圖像質(zhì)量、異常強(qiáng)化體積及百分比與IR-FGRE序列相比較無差異，而心肌信噪比、強(qiáng)化心肌與心肌對比信噪比有差異，SS-SSFP序列高于IR-FGRE序列(P<0.001)。3D IR-FGRE序列的所有測量值均高于IR-FGRE序列，由于有更多的呼吸運動偽影，二者在圖像質(zhì)量方面有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.001)。結(jié)論SS-SSFP序列加快掃描時，由于其較高的信噪比、對比信噪比，且圖像質(zhì)量與IR-FGRE序列無統(tǒng)計學(xué)差異，SS-SSFP 序列更適合患有嚴(yán)重心臟病和不能屏氣的患者。

診斷技術(shù)，心血管； 體層攝影術(shù)，X線計算機(jī)； 磁共振成像

磁共振成像可以顯示心臟解剖結(jié)構(gòu)、功能及多種病理學(xué)瘢痕，更多的用于對心臟結(jié)構(gòu)、功能和組織特性的評估[1]。常用的經(jīng)典序列有CINE亮血序列(steady-state free precession cine MRI，SSFP-CINE)、黑血序列(FSE T2WI)、首過灌注及延遲增強(qiáng)掃描。通過細(xì)致分析心臟功能、灌注機(jī)細(xì)微結(jié)構(gòu)特點，我們可以得出一個合理的判斷，并診斷心臟病[2]。 利用MR對心肌梗死病灶進(jìn)行心肌延遲強(qiáng)化(myocardial delayed enhancement，MDE)的首例報道是1993年[3]。隨著MRI技術(shù)發(fā)展，更多的研究報道證實作為一種可視性觀察心肌梗死方法，延遲強(qiáng)化有重要的臨床應(yīng)用價值[4]。近幾年來，因為高性能梯度回波序列的改進(jìn)，MDE成為判斷心肌梗死標(biāo)準(zhǔn)可以快速判斷心肌病變。MDE不僅能判斷心肌梗死，還可以觀察各種心臟疾病，如心肌炎、感染、心肌病、心臟腫瘤、先天性或繼發(fā)性心臟病[5]。

在心臟MRI檢查中最大的問題是掃描時間長，尤其患有嚴(yán)重心臟病不能屏氣的患者更難耐受長時間的掃描。如果能縮短掃描時間，這部分患者將受益。

材料與方法

1.研究對象

共搜集疑似或確診心臟病52例，其中男39例，女14例，年齡16～76歲，平均(54±13.02)歲。所有受檢者在行心臟MRI掃描前接受12導(dǎo)聯(lián)心電圖檢查。本項研究通過倫理委員會同意，所有患者簽署同意書。

2.檢查方法

使用1.5T MRI掃描儀(GE Medical Systems，USA) 及8通道表面線圈，仰臥位，由心電門控檢測心率(律)，肘前靜脈留置靜脈留置針，使用50 mL注射器手推注入對比劑，對比劑使用釓噴酸匍胺(0.2 mmol/kg，最大劑量30 mL，拜耳公司，德國)。

每位受檢者在常規(guī)用雙反轉(zhuǎn)(double inversion recovery，DIR)或者三反轉(zhuǎn)(third inversion recovery，TIR)快速自選回波(FSE)黑血對比序列(black blood sequence)、平衡穩(wěn)態(tài)進(jìn)動(steady-state free precession sequence，SSFP)序列二維電影成像序列掃描，位置采用短軸面(覆蓋全部左心室)約8～12層，長軸面、三腔心及四腔心。然后經(jīng)肘靜脈手推注入對比劑釓噴酸匍胺，延遲8～10 min后觀察心肌是否有延遲強(qiáng)化，延遲強(qiáng)化序列采用單次激發(fā)反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(single-shot inversion recovery 2D steady-state free precession，SS-SSFP)序列、3D反轉(zhuǎn)恢復(fù)快速回波反轉(zhuǎn)序列(segmented inversion recovery 3D fast gradient echo，3D IR-FGRE)序列和2D反轉(zhuǎn)恢復(fù)快速梯度回波反轉(zhuǎn)序列(segmented inversion recovery 2D fast gradient echo，IR-FGRE)。SS-SSFP 掃描參數(shù)：2D模式，TR 3.3 ms，TE 1.4 ms，prep time 250 ms，翻轉(zhuǎn)角35°～75°，帶寬125 Hz，層厚8 mm，矩陣192×160，激勵次數(shù)0.5～1，視野350 mm。IR-FGRE 序列參數(shù)：2D模式，TR 4.0 ms，TE 1.8 ms，翻轉(zhuǎn)角20°，帶寬62.5 Hz，層厚8 mm，矩陣192×160，激勵次數(shù)2，視野350 mm。3D IR-FGRE參數(shù)：3D模式，TR 3.3 ms，TE 1.4 ，翻轉(zhuǎn)角15°，帶寬83.33 Hz，層厚8 mm，矩陣192×160，視野350 mm。SS-SSFP序列屏氣3～4次，每次屏氣得到4層圖像。IR-FGRE序列每次屏氣得到1幅圖像。3D IR-FGRE每次屏氣可得到24～26圖像。掃描時需要呼吸與心電門控觸發(fā)。IR-FGRE序列每次屏氣約有12次心臟搏動，每次心電門控觸發(fā)是在ECG圖R波的25%時相[6-7]。

3.圖像分析

質(zhì)量評價：3個序列中延遲強(qiáng)化心肌面積和百分比[8]在AW4.4 工作站上分析。MDE圖像質(zhì)量分析時按以下4個條件確定：是否出現(xiàn)呼吸偽影，評價心臟運動偽影，心肌是否被充分抑制，沒有強(qiáng)化的心肌信號強(qiáng)度(黑色)，鄰近左心室心腔部分的心內(nèi)膜是否銳利。由兩位有經(jīng)驗放射學(xué)專家對異常心肌獨立進(jìn)行評分。

四個評分標(biāo)準(zhǔn)如下。①呼吸運動偽影。0分：膈肌運動偽影顯著，心臟大血管結(jié)構(gòu)模糊不清，影響心臟結(jié)構(gòu)辨認(rèn)；1分：受檢者胸壁呈現(xiàn)少量層狀呼吸偽影，但心臟大血管邊緣輪廓尚可辨認(rèn)，不影響診斷。2分：受檢者胸壁和膈肌無可辨認(rèn)的運動偽影，心臟結(jié)構(gòu)顯示良好，邊緣光滑銳利，輪廓清晰。②心臟搏動偽影。0分：心臟結(jié)構(gòu)顯示模糊無法辨認(rèn)，或相位編碼方向的血流搏動偽影疊加在心肌上，范圍大于或等于左室短軸位兩個心肌節(jié)段[9]，疊加部位心肌信號顯示明顯受影響。1分：心臟結(jié)構(gòu)邊緣輕度模糊，或者相位編碼方向出現(xiàn)的少量搏動偽影疊加心肌范圍小于兩個心肌節(jié)段，疊加部位心肌信號顯示未受明顯影響。2分：心臟結(jié)構(gòu)顯示清晰，邊緣光滑銳利，無搏動偽影。③心肌抑制。0分：心肌不能被抑制，心腔不能辨認(rèn)。1分：心肌未能被充分抑制，未梗死心肌信號沒有充分變黑，但心臟結(jié)構(gòu)可以辨認(rèn)。2分：心肌被充分抑制，未梗死心肌呈黑色，梗死心肌呈白色，心肌與心腔對比清晰。④心內(nèi)膜心肌。0分：心內(nèi)膜下心肌信號與心腔及其周圍組織對比差，結(jié)構(gòu)不能辨認(rèn)。1分：心腔血流信號整體抑制不均勻，中央部被抑制，靠近心內(nèi)膜下心肌有稍高信號，心肌與心腔對比存在，但分界模糊。2分：心腔信號被充分抑制，心內(nèi)膜下心肌沒有高信號，心臟結(jié)構(gòu)顯示清晰，分界銳利。

信噪比和對比信噪比：測量心肌SNR值、CNR值時，將感興趣區(qū)(regions of interest，ROIs)置于(by W.L.D)左心室腔內(nèi)血池、正常心肌、背景、肺組織和強(qiáng)化心肌來測量信號強(qiáng)度(intensity I) 和標(biāo)準(zhǔn)差(SD)。ROI被置于短軸位的每一層圖像中，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)、肺組織-背景CNR值(CNR (l/bg)=(Il-Ibg)/SD bg)、血池-心肌CNR值(CNR(bp/myo)=(Ibp -Imyo)/SD bg) 。結(jié)果使用2個獨立樣本非參數(shù)檢驗評價統(tǒng)計學(xué)結(jié)果。另外延遲強(qiáng)化的心肌ROI置于異常強(qiáng)化的心肌(em)。異常心肌-正常心肌CNR(em/myo)) =(Iem- Imyo)/SD bg。

4.統(tǒng)計學(xué)分析

統(tǒng)計3種序列平均耗用時間，評價3種序列圖像質(zhì)量，對各種掃描序列所得的圖像與IR-FGRE序列進(jìn)行比較，測量圖像的信噪比、對比信噪比。采用SSPS 17.0軟件分析，進(jìn)行正態(tài)性檢驗(One-Sample Kolmogorov-Smirnov Test)，非正態(tài)分布數(shù)據(jù)進(jìn)行非參數(shù)檢驗，P<0.05有統(tǒng)計學(xué)差異。

圖1 自由狀態(tài)下SS SSFP和IR-FGRE序列圖像質(zhì)量。a) SS SSFP序列； b) IR-FGRE序列顯示膈肌(短箭)、胸壁存在明顯運動偽影、肺血管主干及分支(箭頭)模糊不清；心肌(箭)不能被細(xì)致觀察。

分組SSSSFP3DIR?FGREIR?FGREχ2P值自由呼吸圖像質(zhì)量1．81±0．18/0．69±0．1077．2900．000屏氣時圖像質(zhì)量3．82±0．71a2．93±0．94b3．85±0．77a30．7560．000掃描時間(s)27．62±1．82a30．42±3．60b146±9．89c113．6810．000

注：采用的統(tǒng)計方法為非參數(shù)檢驗，上標(biāo)字母不同證明兩者之間有差別。

表2 左心室節(jié)段性心肌信噪比3組的比較

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

表3 比較3組與各項參數(shù)的平均值及SD

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

結(jié) 果

1.掃描時間和圖像質(zhì)量

掃描時間：記錄IR-FGRE序列、SS-SSFP序列和3D IR-FGRE序列掃描時間兩兩比較(表1)，統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果顯示二者有統(tǒng)計學(xué)差異(P<0.05)。SS-SSFP序列需要3～4次屏氣、IR-FGRE需要9～12次、3D IR-FGRE只需1次屏氣。

評價MDE圖像質(zhì)量:比較在自由呼吸狀態(tài)下SS-SSFP 和IR-FGRE兩種序列圖像質(zhì)量，統(tǒng)計學(xué)分析結(jié)果顯示二者有統(tǒng)計學(xué)差異(P=0.000)。比較屏氣下SS-SSFP、3D IR-FGRE和 IR-FGRE 圖像質(zhì)量。與IR-FGRE相比統(tǒng)計學(xué)分析顯示SS SSFP沒有統(tǒng)計學(xué)差別(P=0.000)。由于3D IR-FGRE 1次屏氣時間長，大多數(shù)患者不能完全配合，有較多呼吸偽影，圖像質(zhì)量低(圖1～4)，與IR-FGRE相比有統(tǒng)計學(xué)差異(P=0.000(表1)。

2.診斷效能

延遲強(qiáng)化質(zhì)量和百分比測量：52例成功行心臟MRI檢查患者，24例發(fā)現(xiàn)有心肌延遲強(qiáng)化。在AW4.4工作站上使用MASS軟件(另外購買安裝于工作站)分析顯示整個左心室強(qiáng)化心肌質(zhì)量：SS-SSFP為(25.4±17.3)g，百分比(15.1±9.2)%； 3D IR-FGRE為(33.2±19.1)g，百分比(21.9±11.1)%；IR FGR為(26.7±17.2)g，(15.4±9.7)%(圖1)。

心腔內(nèi)血池和各段心肌信噪比：IR-FGRE序列顯示心腔內(nèi)血池信噪比最高，3D IR-FGRE顯示各段心肌信噪比優(yōu)于IR-FGRE和SS SSFP。兩種快速序列與IR-FGRE相比統(tǒng)計學(xué)分析有顯著性差異(P<0.05，表2)。信噪比和對比信噪比：在信噪比和對比噪聲比方面IR-FGRE序列和SS SSFP序列、3D IR-FGRE 序列相比較均有統(tǒng)計學(xué)差異(表3)， IR-FGRE 顯示延遲強(qiáng)化心肌尤其獨到的優(yōu)勢。

圖2 a) IR-FGRE； b) SS SSFP序列清晰顯示心外膜(白箭)、乳頭肌(黑箭)； c) 3D IR-FGRE有明顯偽影。 圖3 a) IR-FGRE； b)SS SSFP序列相比；c) 3D IR-FGRE序列可以清晰顯示心內(nèi)膜及心內(nèi)膜下心梗(箭)。 圖4 a) IR-FGRE序列； b) SS SSFP序列； c) 3D IR-FGRE序列比較心肌延遲強(qiáng)化的體積、大小，室間膈前壁(箭)、左心室前壁(黑短箭)、側(cè)壁及下壁心梗。

討 論

對比增強(qiáng)心臟磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)圖像分辨率高可以很好顯示急性或慢性心肌梗死[10]，在臨床中常作為判斷微小心內(nèi)膜下心梗、測量梗死大小的金標(biāo)準(zhǔn)[11]，并能預(yù)測病變心肌功能恢復(fù)[12]。評價發(fā)生急性心肌梗死患者壞死心肌有非常重要的臨床價值，能指導(dǎo)血管再通治療并準(zhǔn)確判斷患者病程進(jìn)展[13]。

由于心臟MRI掃描時間長，限制了其臨床廣泛應(yīng)用，特別是那些患有嚴(yán)重心臟病的患者。傳統(tǒng)IR-FGRE序列是二維節(jié)段性屏氣翻轉(zhuǎn)恢復(fù)快速梯度回波序列，全部信息在呼氣末屏氣收集。掃描整個左心室時需要重復(fù)掃描收集多組數(shù)據(jù)，整個掃描時間長。另外屏氣不能配合的患者不能獲取滿意的圖像質(zhì)量[14]。

通過比較SS-SSFP、3D IR-FGRE和IR-FGRE序列的圖像質(zhì)量，本研究顯示3種序列在MDE成像中均可行。SS-SSFP序列作為快速序列之一，掃描時間為金標(biāo)準(zhǔn)IR-FGRE序列的1/4，但是顯示梗死心肌的體積和百分比和IR-FGRE序列沒有統(tǒng)計學(xué)差異，與相關(guān)文獻(xiàn)的結(jié)果一致[15]。顯示延遲強(qiáng)化心肌的體積和百分比高，能更清晰顯示心肌及病灶邊緣。因為高SNR可以提高空間分辨率、縮短掃描時間，高CNR對于更好顯示心肌邊緣、心臟細(xì)微結(jié)構(gòu)，可發(fā)現(xiàn)小病灶，所以高SNR、CNR對于心臟MRI非常重要[16]。本研究顯示心肌各段(ISEP、ASEP、ANT、ALAT、ILAT、INF) 信噪比SS SSFP序列與IR-FGRE序列沒有統(tǒng)計學(xué)差異。SNRmyo、SNRbp、CNRem-myo及CNRlung-background與IR-FGRE序列相比無統(tǒng)計學(xué)差異。

本研究結(jié)果顯示兩種快速掃描序列與其它文獻(xiàn)相比明顯縮短了掃描時間[17]。與IR-FGRE及SS-SSFP序列相比盡管3D IR-FGRE序列掃描時間明顯縮短，由于其呼吸運動偽影較多，在3種序列中圖像質(zhì)量平均分最低。但由于這一序列有較高心肌噪聲、SNR和CNR，所以并不影響梗死大小結(jié)果顯示，尤其是顯示心內(nèi)膜下心梗優(yōu)于其它兩個序列，從而做出正確診斷。雖然3種序列顯示病變心肌體積及百分比無統(tǒng)計學(xué)差異，但CNRbp/myo值以金標(biāo)準(zhǔn)IR-FGRE序列最高，其次為SS-SSFP序列，3D IR-FGRE最低，與相關(guān)報道一致[18]。

SS-SSFP序列極大地加快了掃描時間，此序列還具有更高的 SNR、CNR值，圖像質(zhì)量與IR-FGRE序列相比無統(tǒng)計學(xué)差異。顯示異常強(qiáng)化心肌體積及百分比上SS-SSFP、3D IR-FGRE和IR-FGRE 3種序列無統(tǒng)計學(xué)差異。在臨床中SS-SSFP序列更適合患有嚴(yán)重心臟病患者和不能耐受長時間屏氣的呼吸功能障礙患者，能擴(kuò)大心臟MRI檢查的適應(yīng)癥。

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Myocardialdelayedenhancementusingasingleshotfree-breathingFIESTAsequence

LI Fan，CHENG Liu-quan，F(xiàn)ANG 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，內(nèi)蒙古國際蒙醫(yī)醫(yī)院影像中心(李帆、姜琨、王利東)；100853 北京，解放軍總醫(yī)院放射科(程流泉)；841000 庫爾勒，解放軍273醫(yī)院心血管內(nèi)科( 方芳)；010050 呼和浩特，內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院放射科(牛廣明)

李帆(1982-)，男，內(nèi)蒙古呼和浩特人，主治醫(yī)師，主要從事心血管影像學(xué)診斷工作。

王利東，E-mail：doctorlidong@163.com

2013年內(nèi)蒙古衛(wèi)生與計劃生育委員醫(yī)療衛(wèi)生科研項目(201302025)

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.10.008