心臟磁共振兩種T1加權(quán)黑血序列對兒童心肌顯示的比較研究

白萬晶，李學(xué)勝，李真林，寧剛，郭應(yīng)坤，徐蓉

1. 四川大學(xué)華西第二醫(yī)院 放射科，四川 成都 610041；2. 出生缺陷與相關(guān)婦兒疾病教育部重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（四川大學(xué)），四川 成都 610041；3. 四川大學(xué)華西醫(yī)院 放射科，四川 成都 610041

引言

常規(guī)心臟磁共振成像（Magnetic Resonance Imaging，MRI）包括平掃和增強(qiáng)。平掃包含亮血序列和黑血序列，亮血序列是顯示心臟運(yùn)動(dòng)狀態(tài)的電影序列，通常采用梯度回波序列[1-4]；黑血序列主要用于觀察心肌，又分為T1加權(quán)黑血和T2加權(quán)黑血，前者顯示心肌的基本結(jié)構(gòu)，后者往往結(jié)合脂肪抑制技術(shù)來評價(jià)有無心肌水腫[1-6]。增強(qiáng)包含首過灌注和延遲強(qiáng)化[1-5,7-10]，和其他部位增強(qiáng)掃描一樣，采用T1權(quán)重來成像，和平掃的T1加權(quán)黑血序列作對比，觀察有無心肌梗死、心肌炎、各種心肌病、心肌腫瘤[1-4,10-12]。近幾年興起了用于定量評價(jià)的T1 mapping技術(shù)，也是基于T1加權(quán)的[13-18]。因此，T1加權(quán)黑血序列和其他序列一樣，在心臟MRI檢查中十分重要。

然而，心臟MRI關(guān)于黑血序列的文獻(xiàn)報(bào)道相對較少，專門針對兒童的報(bào)道就更少，主要集中在先天發(fā)育畸形和心肌炎等[19-21]。在這些為數(shù)不多的報(bào)道中，T1加權(quán)黑血序列大多采用快速自旋回波序列：Siemens的HASTE，Philips的SSTSE，GE的SSFSE[1,3-4]。由于T1加權(quán)黑血序列的回波時(shí)間（Time of Echo，TE）比T2加權(quán)黑血序列的短，因此圖像對比度相對較差，對心肌的顯示情況不太理想。Hillenbrand等[22]運(yùn)用血管內(nèi)線圈對豬的腹主動(dòng)脈進(jìn)行MRI成像，采用了SE-EPI序列，此序列在心臟MRI尤其是兒童心臟MRI中應(yīng)用情況如何，幾乎未見報(bào)道。因此，本研究旨在探討SE-EPI和TSE兩種T1加權(quán)黑血序列在兒童心臟MRI中的應(yīng)用價(jià)值，比較兩種序列對兒童心肌的顯示程度。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

搜集來我院行心臟MRI檢查的兒童資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：① 生命體征平穩(wěn)；② 體內(nèi)沒有植入與MRI檢查不相容的設(shè)備，如心臟起搏器、電子耳蝸、胰島素泵、金屬假牙及血管鉗等；③ 不合作兒童鎮(zhèn)靜成功者。排除標(biāo)準(zhǔn)：① 幽閉恐懼癥兒童；② 未鎮(zhèn)靜兒童檢查過程中煩躁不安，不能堅(jiān)持完成檢查者；③ 鎮(zhèn)靜兒童檢查過程中醒來，不能耐受MRI掃描噪聲者；④ 心律嚴(yán)重不齊，掃描自行中斷者。按照上述納入、排除標(biāo)準(zhǔn)，共選取了20例兒童：男性12例，女性8例，年齡2～13歲，平均年齡（7.7±2.6）歲，檢查前均簽署了知情同意書。

1.2 儀器與方法

采用Philips Achieva 1.5T磁共振成像儀（荷蘭）、16通道體線圈和MRI兼容的心電門控，對于不合作兒童提前鎮(zhèn)靜。常規(guī)橫斷層掃描及四腔心、短軸電影成像之后，進(jìn)行T1加權(quán)黑血序列掃描，成像參數(shù)如下。SE-EPI序列 ：TR=740 ms，1 beat，TE=25 ms，EPI factor=3，NSA=4，multi-shot， 掃描時(shí)間56 s；TSE 序列：TR=1480 ms，2 beat，TE=29 ms，TSE factor=39，trigger delay=468 ms，SENSE=2，halfscan=0.625，NSA=8，single-shot，掃描時(shí)間83 s；兩種序列的voxel size均為2 mm，thickness均為7 mm，F(xiàn)A均為90°，F(xiàn)OV包含左心室舒張期心尖到二尖瓣之間的區(qū)域，掃描過程中均自由呼吸。

1.3 圖像分析

記錄20例兒童的MRI診斷情況。兩名放射科醫(yī)師采用5分法盲法評價(jià)兩種T1加權(quán)黑血序列圖像，根據(jù)相關(guān)文獻(xiàn)，制定評分標(biāo)準(zhǔn)[23-24]，具體如下：心肌和心腔內(nèi)信號均勻、邊界清晰，無呼吸運(yùn)動(dòng)偽影，記為5分；信號較均勻、邊界較清晰，有輕度運(yùn)動(dòng)偽影，記為4分；信號均勻性欠佳、邊界較模糊，有中度運(yùn)動(dòng)偽影，記為3分；信號不均勻、邊界模糊，運(yùn)動(dòng)偽影較重，記為2分；信號極不均勻、邊界無法識別，運(yùn)動(dòng)偽影嚴(yán)重，記為1分。3～5分者達(dá)到診斷要求，1～2分者不符合診斷要求。計(jì)算兩名醫(yī)師盲法評分的Kappa值。

2 結(jié)果

20例兒童中，心肌炎2例，心肌病1例，心律失常4例，先天性心臟病2例，代謝性疾病5例，心肌致密化不全1例，心內(nèi)膜彈力纖維增生癥1例，未見異常4例。

兩名放射科醫(yī)師盲法評分結(jié)果如表1所示，Kappa值為0.78。兩種T1加權(quán)黑血序列圖像中，都沒有得5分者；對于SE-EPI序列，7例未達(dá)到診斷要求，對于TSE序列，5例不符合診斷要求；多數(shù)圖像的評分集中在3分。得2分者，偽影更重，或邊界更不清晰、信號更不均勻（圖2a、圖1b）；得3分者，偽影比得4分者稍重，或在少許偽影的基礎(chǔ)上伴有心肌邊界欠清、信號欠均勻（圖2b、圖3a）；得4分者，心肌邊界清晰、信號均勻，僅有少許偽影（圖1a、圖3b）。

表1 20 例兒童心臟MRI 兩種T1 加權(quán)黑血序列圖像評分結(jié)果（例）

圖1 急性白血病化療后T1加權(quán)黑血序列圖像

3 討論

3.1 SE-EPI和TSE兩種序列的原理

SE序列是MRI的經(jīng)典序列，圖像具有良好的信噪比（Signal Noise Ratio，SNR）和組織對比，但采集時(shí)間較長，EPI是目前最快的MR信號采集方式[25]。二者強(qiáng)強(qiáng)聯(lián)合，實(shí)現(xiàn)了速度和質(zhì)量的統(tǒng)一，這是SE-EPI序列的優(yōu)點(diǎn)，也是本研究的創(chuàng)新之處。

圖2 室性早搏T1加權(quán)黑血序列圖像

圖3 心肌致密化不全T1加權(quán)黑血序列圖像

本研究中的TSE序列，采用的是經(jīng)典的雙反轉(zhuǎn)快速自旋回波序列[5,25]，該序列是IR和TSE兩種序列的組合。和一般的IR序列不同，在施加90°射頻脈沖之前，它經(jīng)歷了兩次180°射頻脈沖：第一次是非層面選擇的，使所有組織反轉(zhuǎn)；第二次是層面選擇的，層面內(nèi)的組織再次反轉(zhuǎn)，恢復(fù)到最初的狀態(tài)。等待一定時(shí)間之后，施加90°射頻脈沖，此時(shí)層面內(nèi)的血液已經(jīng)流出，層面外的血液剛好過零點(diǎn)，不被激發(fā)，因此呈現(xiàn)“黑血”效應(yīng)[5,25]。這里的等待時(shí)間稱為反轉(zhuǎn)恢復(fù)時(shí)間[26]，在本研究的設(shè)備中稱為觸發(fā)延遲時(shí)間。當(dāng)心率較低時(shí)，延遲時(shí)間可以稍短；當(dāng)心率較高時(shí)，延遲時(shí)間應(yīng)該相應(yīng)增加。本研究的對象為兒童，心率高于成人，所以選擇了“l(fā)ongest”這一檔，計(jì)算得到的trigger delay 為 468 ms。

3.2 SE-EPI序列心肌的信噪比、對比度高于TSE序列的原因分析

對于SE序列，施加90°射頻脈沖時(shí)，縱向磁化矢量最大，因此最終采集到的信號強(qiáng)度就大。而TSE序列由于經(jīng)歷了兩次反轉(zhuǎn)，等待了一定時(shí)間后才施加90°射頻脈沖，此時(shí)縱向磁化矢量已不再是最大，所以得到的SNR有所降低。因?yàn)檠盒盘栁幢徊杉?，所以心肌信號越高，圖像對比度越大。這是SE-EPI序列心肌的SNR、對比度大于TSE序列的主要原因。

另外，和SE序列相比，TSE序列多了回波鏈長度（Philips的設(shè)備中稱為“TSE factor”）這個(gè)參數(shù)。TSE factor越大，一個(gè)采集周期中填充k空間的部分越多，成像速度越快，但圖像模糊度增加。由此可知，TSE序列的圖像比SE-EPI序列的圖像更模糊，對比度下降。因此，同等條件下，首選SE-EPI序列進(jìn)行心臟黑血成像。

3.3 SE-EPI序列的偽影比TSE序列嚴(yán)重的原因分析

由本研究結(jié)果可知，影響圖像質(zhì)量的主要因素是偽影，包括呼吸運(yùn)動(dòng)偽影和心律不齊導(dǎo)致的偽影。由于研究對象的年齡跨度為2～13歲，為了確保一致性，采用了自由呼吸，所以呼吸運(yùn)動(dòng)偽影在所難免。因此兩種序列都未達(dá)到5分。然而SE-EPI序列中，未達(dá)到診斷要求的例數(shù)大于TSE序列，說明呼吸和心律對前者的影響更大。

其原因有以下兩點(diǎn)：第一，SE-EPI序列采用1個(gè)beat，而TSE序列采用2個(gè)beat。一個(gè)beat對應(yīng)于一個(gè)重復(fù)時(shí)間（Time of Repeat，TR），而在心臟MRI中，TR指一個(gè)心動(dòng)周期。即為SE-EPI序列每個(gè)心動(dòng)周期采集一次，而TSE序列每兩個(gè)心動(dòng)周期采集一次。由于TSE序列經(jīng)歷了兩次180°射頻脈沖和等待時(shí)間，一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)不能完成一次采集，所以選用2個(gè)beat。如果心律不齊剛好發(fā)生在沒有采集信號的那個(gè)心動(dòng)周期里，就會(huì)被巧妙的避免。所以，相對于每個(gè)心動(dòng)周期都采集信號的SE-EPI序列而言，TSE序列受心律不齊的影響要小，偽影也就沒那么嚴(yán)重。第二，SE-EPI序列的激勵(lì)次數(shù)（Philips的設(shè)備中叫“NSA”）為4，而TSE序列的NSA為8。因?yàn)門SE序列的SNR和對比度不高，所以采用增加NSA來彌補(bǔ)，同時(shí)也彌補(bǔ)了偽影。因此TSE序列的呼吸運(yùn)動(dòng)偽影也沒有SE-EPI那么嚴(yán)重。所以，當(dāng)患兒心律不齊或呼吸不平穩(wěn)時(shí)，采用TSE序列進(jìn)行心臟黑血成像。

3.4 不足之處

本研究尚存在不足之處。第一，樣本量太少。由于心臟MRI檢查時(shí)間長，對受檢者要求高，兒童難以配合，因此最終符合條件的例數(shù)不多。第二，沒有按年齡分組。對于年齡較小、不配合的兒童，采用鎮(zhèn)靜后檢查，自由呼吸，無法避免呼吸運(yùn)動(dòng)偽影。對于年齡稍大、可以配合的兒童，可以嘗試閉氣檢查；下一步將擴(kuò)大樣本量，搜集能配合的兒童，讓其閉氣檢查，來進(jìn)一步減少偽影。第三，沒有按疾病種類分組。很多先天發(fā)育異常和代謝性疾病都會(huì)累及心肌，心臟MRI沒有電離輻射，且對心肌的顯示優(yōu)于CT。下一步將探索黑血序列在每一種心肌病種的應(yīng)用，以及不同心肌病選用那種黑血序列更好，包括：肥厚性心肌病、擴(kuò)張性心肌病、限制性心肌病、心肌致密化不全、心肌淀粉樣變、各種代謝性疾?。ㄏ到y(tǒng)性紅斑狼瘡、1型糖尿病、白血病等）導(dǎo)致的心肌損傷。

4 結(jié)論

SE-EPI和TSE兩種T1加權(quán)黑血序列都可以顯示心肌，二者各有優(yōu)缺點(diǎn)。當(dāng)受檢者呼吸幅度不大且平穩(wěn)、心律齊的時(shí)候，優(yōu)先采用SE-EPI序列：成像時(shí)間短、信噪比高、對比度明顯。當(dāng)受檢者呼吸幅度大、不平穩(wěn)和（或）心律不齊明顯時(shí)，采用TSE序列，適當(dāng)減小偽影。下一步將擴(kuò)大樣本量，按年齡和疾病種類分組進(jìn)行研究，探索不同年齡段、不同疾?。ㄐ呐K本身的疾病和多種先天發(fā)育異常、代謝性疾病累及心臟）患兒心臟MRI黑血成像的序列選擇。