中國正常人群心臟MR體素內不相干運動成像技術的影響因素

，， ， ， ，，，智勇

(大連醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院放射科，遼寧 大連 116011)

目前體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion， IVIM)已被用于評估諸多器官組織的微循環(huán)情況[1-3]。2003年，Callot等[4]于活體犬類心肌中證明IVIM技術可評估心肌微循環(huán)狀況。但IVIM成像技術對組織生理性運動極度敏感，在心臟檢查中可導致心肌信號丟失，降低信號強度和SNR[5-7]，用于心臟成像仍存在一定難度[8]。2017年本課題組[9]對人活體心肌進行了IVIM成像，但樣本量較小，未對正常人群成像的影響因素進行細化。本研究進一步探討中國正常人群心臟MR IVIM成像技術的影響因素。

圖1 正常志愿者，男，61歲，左心室短軸心尖部心臟IVIM成像，圖像質量等級為Ⅱ級 A～I.分別為b值為0、20、50、80、100、120、200、300、500 s/mm2的圖像；隨b值增加，左心室心肌信號衰減，左心室側壁信號明顯衰減，左心室心肌輪廓不清晰

1 資料與方法

1.1一般資料 納入2015年5月—2017年11月在我院接受3.0T MR心臟IVIM成像的99名正常志愿者，男46名，女53名，年齡20～77歲，平均(36.4±16.4)歲[男(34.7±15.0)歲，女(37.8±17.6)歲]，平均體質量指數(body mass index， BMI)為(23.27±4.29)kg/m2[男(24.55±4.17)kg/m2，女(22.18±4.12)kg/m2]，平均心率(66.75±7.30)次/分[男(67.15±8.21)次/分，女(66.58±6.86)次/分]。納入標準：心電圖未見異常；常規(guī)MR檢查心臟結構與功能未見異常。排除標準：存在心臟起搏器、心臟支架以及幽閉恐懼癥等相對或絕對MRI禁忌證者；糖尿病、血脂異常、高血壓、心肌梗死、心臟手術史者。本研究獲得我院倫理委員會批準，所有受檢者均簽署知情同意書。

1.2儀器與方法 采用GE Signa HDxt 3.0T MR掃描儀，心臟專用8通道線圈，梯度場50 mT/m，梯度場切換率 150 mT/m/s。主要采集層面包括左心室長軸、短軸、流入流出道層面以及四腔心層面。采用快速平衡穩(wěn)態(tài)進動序列完成主要采集層面的電影掃描。IVIM掃描中觸發(fā)延遲(trigger delay， TD)時間的選擇基于左心室四腔心層面的圖像，觀察并選取左心室舒張中晚期心肌運動幅度相對最小的時間節(jié)點，以此作為選定的TD時間；IVIM成像時依據心率的變化進行小幅度調整，以確定掃描的最佳TD時間。心臟IVIM成像均使用心電門控與呼吸門控，于呼氣末屏氣時，左心室短軸層面(心尖部、中間部、基底部)進行掃描，TE 51.2 ms，TR 857 ms，b值取0、20、50、80、100、120、200、300、500 s/mm2，激勵次數分別為2、2、2、2、2、2、2、2、4，層厚8～10 mm，層間距0，矩陣96×128，FOV 35 cm×35 cm，TD 360～640 ms；總掃描時間19～24 s，受檢者心率50～80次/分。

1.3圖像分析 采用GE ADW 4.6工作站，由2名心血管?？朴跋襻t(yī)師評估圖像質量，意見不一致時由高年資心血管專科影像醫(yī)師做出最終評定。采用3級質量等級評估IVIM圖像：Ⅰ級，左心室圖像質量較差，存在嚴重心肌信號丟失或心肌未顯示，無法測量參數；Ⅱ級，左心室圖像質量中等，可能存在部分模糊的心肌邊緣，或局部小范圍心肌信號缺失，但可完成整體心肌的參數測量；Ⅲ級，左心室圖像質量較好，心肌輪廓與邊緣顯示清楚，測量準確可靠。

表1 IVIM圖像分級結果(層)

表2 IVIM成功組與失敗組影響因素分析

圖2 正常志愿者，女，23歲，左心室短軸基底部心臟IVIM成像，圖像質量為Ⅲ級 A～I.分別為b值為0、20、50、80、100、120、200、300、500 s/mm2的圖像；左心室心肌輪廓較清晰，心肌信號無衰減，心腔內血流抑制均勻，無偽影干擾

Ⅰ級為失敗圖像，Ⅱ級(圖1)和Ⅲ級(圖2)為成功圖像。同一受檢者左心室3層圖像(心尖、中間、基底部)均完整顯像并滿足Ⅱ級或Ⅲ級圖像質量時歸入成功組，有1層及以上圖像(無論心尖、中間、基底部)符合Ⅰ級圖像質量則歸入失敗組。成功組中，年齡≤35歲為青年亞組，>35歲為中老年亞組；根據BMI分為BMI<24 kg/m2亞組和24 kg/m2≤BMI<28 kg/m2亞組。

記錄影響IVIM成像的可調節(jié)參數TD、心率、TD/RR間期×100%。

1.4統(tǒng)計學分析 采用SPSS 22.0統(tǒng)計分析軟件。計量資料以±s表示。采用K-S檢驗進行正態(tài)分布分析。成功組與失敗組間年齡、性別、BMI、心率，中老年與青年亞組間、BMI<24 kg/m2與24 kg/m2≤BMI<28 kg/m2亞組間的TD時間呈非正態(tài)分布時采用Mann-WhitneyU檢驗，呈正態(tài)分布時采用獨立樣本t檢驗。成功組中，TD時間與心率的相關性采用Spearman相關分析。以P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1IVIM圖像質量評估 以心肌層面為基準，對99名正常志愿者共計采集297層圖像，圖像總成功率為63.97%(190/297)，見表1。左心室中間部、基底部、心尖部的圖像成功率分別是66.67%(66/99)、64.65%(64/99)、60.61%(60/99)。

成功組54名，其中包括162層心肌層面，其中Ⅱ級心肌104層，Ⅲ級心肌58層。失敗組45名，包括135層心肌層面，其中Ⅰ級心肌107層，Ⅱ級心肌26層，Ⅲ級心肌2層。

2.2圖像成功率的影響因素分析 成功組受檢者心率低于失敗組，差異有統(tǒng)計學意義(t=-3.11，P=0.003)。2組之間年齡、性別和BMI差異均無統(tǒng)計學意義，見表2。失敗組中有3名受檢者心率均<60次/分。

成功組平均TD(520.93±67.10)ms，與心率呈負相關性(rs=-0.66，P<0.01)，見圖3。

成功組中，中老年亞組22名，青年亞組32名，中老年亞組TD[(554.55±60.77)ms]明顯高于青年亞組[(497.81±62.00)ms；t=-2.93，P=0.003]；BMI<24 kg/m2亞組36名，TD時間(519.71±59.48)ms，24 kg/m2≤BMI<28 kg/m2亞組18名，TD時間(535.00±64.28)ms；不同BMI亞組間TD差異無統(tǒng)計學意義(t=0.29，P=0.39)。成功組TD/RR間期為(55.77±5.51)%，較穩(wěn)定。

圖3 成功組TD與心率相關性散點圖

3 討論

目前國內外學者逐漸在人類活體心臟上進行IVIM成像，在無對比劑注入的情況下，IVIM成像也可以定量評估心肌微循環(huán)的灌注狀況[9-10]。但IVIM成像的穩(wěn)定性與成功率方面存在一定問題，嚴重制約此項技術的廣泛應用。本研究針對正常人群分析此項技術的影響因素(包括年齡、性別、BMI、心率、TD、TD/RR間期等)，以尋找較為穩(wěn)定的調節(jié)參數。

本研究在左心室短軸位進行3層心臟IVIM成像，以左心室的心肌層面為基準，圖像總成功率63.97%，較既往研究[9]IVIM心臟成像的總成功率68.23%有所降低，提示隨著納入樣本量的增加，IVIM技術的穩(wěn)定性有所下降。本研究中左心室各部位IVIM成像的成功率從高到低依次為中間部66.67%，基底部64.65%，心尖部60.61%。心尖部成功率偏低的原因可能在于心尖部的心肌運動幅度較中間部和基底部稍大；心尖部心肌距離肺組織較近，受呼吸運動影響也略大；心尖部心肌受腹部尤其是胃腸道蠕動等影響也略重。另外，本組心臟IVIM成像失敗的受檢者中，在b值較高的情況下(b=500 s/mm2)，左心室心肌往往可以顯示清晰，但在b值較低時心肌信號卻顯示不清晰，最終制約了整體圖像成功率，原因可能是在掃描期間受檢者的心率或呼吸出現了波動，或與脈沖和磁場射頻的角度有關，尤其屏氣狀態(tài)不穩(wěn)定的情況下會嚴重影響心肌信號的衰減，尚需深入研究。

心臟本身不間斷的運動狀態(tài)也影響心臟IVIM成像，因此，有效控制心臟節(jié)律和心率為成像的關鍵。心臟節(jié)律穩(wěn)定是圖像清晰、穩(wěn)定的前提條件，而心率也是制約IVIM成像的一個關鍵因素。既往研究[11]發(fā)現，當心率<70次/分時，心臟IVIM成像的成功率升高。本研究分析結果也顯示，IVIM成像成功組的平均心率為(64.74±5.99)次/分，顯著低于IVIM成像失敗組的平均心率[(69.16±8.04)次/分，P=0.003]，提示心率是IVIM成像成功與否的一個重要影響因素。同時，本研究發(fā)現成功組和失敗組間年齡、BMI以及性別均無統(tǒng)計學差異，提示年齡、性別和BMI不是影響IVIM成像成功與否的關鍵因素。

TD時間作為心臟IVIM成像的重要調節(jié)參數[6]，也會影響圖像的成功率，TD一般是在四腔心層面上，人為選定心臟舒張中晚期時心肌運動幅度最小的時間節(jié)點，即心臟相對靜止期，與心率密切相關。心率較慢時，IVIM圖像的成功率有所升高，因TD時間較長，則采集IVIM圖像的時間較充足。本研究成功組中，中老年亞組的TD時間顯著高于青年亞組(P<0.05)，可能與中老年人群的整體心率稍慢有關，盡管心率慢，心臟相對靜止期長，成像成功率高，但總體的掃描時間也會延長，進而延長患者的總體屏氣時間。本研究3名失敗組受檢者心率均<60次/分，但超長的掃描時間影響了成像質量，此時受檢者屏氣成敗可能影響圖像的成功與否。

盡管TD時間是影響心臟IVIM成像的重要調節(jié)參數，但最終選擇還需注意心率的變化情況。本研究發(fā)現心率與TD呈負相關(rs=-0.66，P<0.01)，選用兩者的比值將是一個相對穩(wěn)定的參數，即TD占RR間期(心率)的百分比。本研究成功組的TD/RR間期為(55.77±5.51)%，即選擇RR間期的50%～60%的時間節(jié)點(心室舒張中晚期)作為TD時間更穩(wěn)定、合理，成功率也更高。TD/RR間期作為一個相對穩(wěn)定的參數，也更便于臨床實踐操作，但還需更多臨床實踐加以驗證。

總之，對中國正常人群進行IVIM成像可行，成功率的影響因素包括心率、TD和TD/RR間期，心率與TD呈負相關，TD/RR間期是一個相對穩(wěn)定的調節(jié)參數。