注射高弛豫率對(duì)比劑后采集心臟電影序列對(duì)減少心臟磁共振檢查時(shí)間的可行性研究

楊海濤，曾牧，胡俊蛟，鄧凱，楊宇，司徒衛(wèi)軍

1. 中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院 放射科，湖南 長沙 410000；2. 湖南中醫(yī)藥大學(xué)第一附屬醫(yī)院 放射科，湖南 長沙 410000；3. 西藏自治區(qū)山南市桑日縣人民醫(yī)院 放射科，西藏 山南 856200

引言

心臟磁共振（Cardiac Magnetic Resonance，CMR）由于具有無創(chuàng)、無電離輻射、軟組織分辨率高等優(yōu)勢(shì)，被廣泛地應(yīng)用于心臟疾病的診斷[1]。心臟電影序列不僅能夠觀察心臟的形態(tài)大小，還是心功能評(píng)估的金標(biāo)準(zhǔn)，在CMR的檢查中具有至關(guān)重要的作用。然而，在常規(guī)臨床CMR檢查過程中，由于屏氣次數(shù)多、掃描時(shí)間長，部分心功能不良的患者檢查圖像質(zhì)量較差甚至完全不能耐受檢查，限制了CMR的開展，給疾病的診療帶來了極大的不便[2‐3]。

在常規(guī)CMR掃描流程中，往往先進(jìn)行心臟電影（Cardiac Cine Imaging，簡稱“cine”）的采集，再進(jìn)行灌注成像，之后等待15 min進(jìn)行延遲強(qiáng)化掃描，這樣的設(shè)計(jì)是為了得到更好的電影圖像，然而此種掃描方式在灌注掃描與延遲掃描之前存在15 min等待期，嚴(yán)重降低了CMR的檢查效率，且增加了病人的檢查時(shí)間。因此，我們嘗試將電影序列放到灌注掃描之后，這樣能將原本的等待時(shí)間充分利用，從而縮短CMR檢查時(shí)間。因?yàn)樽⑸鋵?duì)比劑后對(duì)比劑進(jìn)入心肌，會(huì)引起心肌和血池對(duì)比度下降，有可能造成心功能等參數(shù)的不準(zhǔn)確。所以我們選用高弛豫率對(duì)比劑釓貝葡胺（Gd‐BOPTA），其較常規(guī)對(duì)比劑釓噴酸葡胺（Gd‐DTPA）能夠更好地增加血池和心肌對(duì)比度。但是對(duì)于兩種檢查流程心功能定量參數(shù)、心肌應(yīng)變參數(shù)及圖像質(zhì)量的差異性分析少見報(bào)道。

本研究擬使用高弛豫率對(duì)比劑Gd‐BOPTA，對(duì)比打藥前電影序列與打藥后電影序列各項(xiàng)心功能參數(shù)及圖像質(zhì)量，探討將電影序列置于打藥后的可行性。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

研究納入我院44名包含多種類型心臟疾病的患者，包括擴(kuò)張型心肌病、瓣膜性心臟病、冠心病、心肌梗塞、心肌炎和肥厚型梗阻性心臟病，其中男性28例，女性16例；年齡11～74歲，平均（49.23±15.39）歲。排除標(biāo)準(zhǔn)：嚴(yán)重心律不齊、腎功能衰竭及具有磁共振心臟檢查一般禁忌癥。本研究方案符合人體試驗(yàn)倫理學(xué)標(biāo)準(zhǔn)，并通過中南大學(xué)湘雅二醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)。所有患者均簽署了知情同意書。

1.2 掃描方案

采用德國西門子醫(yī)療系統(tǒng)有限公司Skyra 3.0 T超導(dǎo)型磁共振成像系統(tǒng)，所有患者間隔48 h行2次CMR檢查，見圖1。

圖1 CMR檢查短軸位電影圖像

第一次檢查時(shí)先掃描T1、T2等形態(tài)學(xué)序列，然后掃描cine序列，接下來由靜脈注射0.2 mmol/kg的Gd‐DTPA進(jìn)行心肌灌注成像，15 min后再掃描延遲成像序列。本次為常規(guī)CMR掃描流程。

第二次檢查時(shí)先掃描T1、T2等形態(tài)學(xué)序列，由靜脈注射0.1 mmol/kg的Gd‐BOPTA進(jìn)行心肌灌注成像后再掃描cine序列，然后再掃描延時(shí)成像序列。本次為優(yōu)化的CMR掃描流程。

兩次檢查的cine序列和延時(shí)強(qiáng)化序列均需掃描短軸位、兩腔心及四腔心層面的圖像。在短軸位掃描范圍覆蓋整個(gè)左心室，根據(jù)心臟個(gè)體差異掃描8～10層圖像，在兩腔心和四腔心層面分別掃描三層圖像。

1.3 圖像質(zhì)量分析

使用西門子磁共振后處理工作站syngo.via進(jìn)行圖像質(zhì)量的定量分析。在圖像質(zhì)量的定量分析中，于每個(gè)病人兩次短軸位電影序列舒張末期心腔最大層面進(jìn)行ROI的選取，分別置于左心室血池、正常心肌和體外空氣中，記錄所測得數(shù)值的均值和標(biāo)準(zhǔn)差，以血池和心肌數(shù)值的均值作為各自組織的信號(hào)強(qiáng)度（Signal Intensity，SI），以空氣數(shù)值的標(biāo)準(zhǔn)差作為背景噪聲，并計(jì)算信噪比（Signal‐to‐Noise Ratio，SNR）及對(duì)比噪聲比（Contrast‐to‐Noise Ratio，CNR），計(jì)算公式為[4]：SNR（血池）=SI（血池）/SD（空氣）；CNR（血池‐心肌）=[SI（血池）‐SI（心?。/SD（空氣）。

1.4 心功能定量分析

使用西門子磁共振后處理工作站syngo.via進(jìn)行心功能定量分析。將短軸位cine序列載入心功能序列卡，通過觀察心尖部和基底部層面，選定舒張末期（ED）和收縮末期（ES）。手動(dòng)勾勒心內(nèi)膜與心外膜，將乳頭肌和肌小梁作為心室腔的一部分，根據(jù)辛普森法則[5]計(jì)算得出心室容積及左心室一系列形態(tài)功能參數(shù)，其中包括：左心室舒張末期容積（Left Ventricular End‐Diastolic Volume，LVEDV）、左心室收縮末期容積（Left Ventricular End‐Systolic Volume，LVESV）、左心室每搏輸出量（Left Ventricular Stroke Volume，LVSV）、 左 心 室 心 輸 出 量（Left Ventricular Cardiac Output，LVCO）、左心室心肌質(zhì)量（Left Ventricular mass，LVmass）左心室射血分?jǐn)?shù)（Left Ventricular Ejection Fraction，LVEF）和左心室心肌整體及各節(jié)段3D徑向應(yīng)變（Radial Strain，RS）、周向應(yīng)變（Circum Strain，CS）、縱向應(yīng)變（Longitudinal Strain，LS）。

使用CVI42后處理軟件（Circle Cardiovascular Imaging，Canada，版本5.9.3 ）進(jìn)行心肌應(yīng)變參數(shù)分析。首先將短軸位cine序列載入Short 3D模塊，點(diǎn)擊自動(dòng)定義即可獲得舒張末期和收縮末期層面序數(shù)，隨后將短軸位、兩腔心長軸位、四腔心位cine序列載入軟件Tissue tracking模塊，手動(dòng)標(biāo)記左、右心室分界點(diǎn)，然后在舒張末期及收縮末期半自動(dòng)勾畫心內(nèi)膜和心外膜，軟件計(jì)算分析后可獲得左心室心肌整體及各節(jié)段3D RS、3D CS、3D LS等參數(shù)和各個(gè)參數(shù)的應(yīng)變曲線及16節(jié)段牛眼圖。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

所有數(shù)據(jù)使用SPSS 20.0版本進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料若符合正態(tài)分布以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，若不符合正態(tài)分布以中位數(shù)（四分位距）表示。使用配對(duì)t檢驗(yàn)對(duì)符合正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析，使用Wilcoxon符號(hào)秩和檢驗(yàn)對(duì)不滿足正態(tài)分布的數(shù)據(jù)進(jìn)行差異性分析。檢驗(yàn)水準(zhǔn)為雙側(cè)α=0.05，P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 檢查時(shí)間

常規(guī)流程CMR檢查時(shí)間約為30 min，優(yōu)化流程CMR檢查時(shí)間約為20 min，見圖2。

圖2 常規(guī)CMR檢查流程與優(yōu)化CMR檢查流程掃描流程圖

2.2 圖像質(zhì)量

44例行2次CMR檢查患者血池SNR和血池‐心肌CNR結(jié)果如表1所示。常規(guī)流程CMR檢查患者SNR（血池）均值為910.63，低于優(yōu)化流程CMR檢查均值1003.1，但差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；常規(guī)流程CMR檢查患者SNR（心?。┚禐?62.12，明顯低于優(yōu)化流程CMR檢查均值490.79，且差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；常規(guī)流程CMR的CNR（血池‐心肌，648.51±376.59）則明顯優(yōu)于優(yōu)化流程CMR的CNR（血池‐心肌，512.31±280.80），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。

表1 常規(guī)CMR檢查流程與優(yōu)化CMR檢查流程血池SNR、心肌SNR和血池‐心肌CNR的比較

2.3 心功能定量及心肌應(yīng)變參數(shù)

44例行兩次CMR檢查患者心功能定量參數(shù)結(jié)果如表2所示，其中LVEDV、LVESV、LVSV、LVCO、LVmass、LVEF在兩次CMR檢查中差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

表2 常規(guī)CMR檢查流程與優(yōu)化CMR檢查流程心功能參數(shù)的比較

44例行2次CMR檢查患者心肌應(yīng)變參數(shù)結(jié)果如表3所示，除整體和心尖部LS顯示差異外，兩次CMR檢查其余各組心肌應(yīng)變參數(shù)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）。

表3 常規(guī)CMR檢查流程與優(yōu)化CMR檢查流程左室心肌整體及各節(jié)段應(yīng)變比較（%）

3 討論

本研究對(duì)比了兩種不同CMR檢查流程獲取的同一患者cine序列的圖像質(zhì)量、心功能定量參數(shù)及心肌應(yīng)變參數(shù)。結(jié)果表明兩種CMR檢查流程心功能定量參數(shù)無明顯差異，心肌應(yīng)變參數(shù)除整體及心尖部LS外無明顯差異，常規(guī)流程CMR的血池‐心肌CNR則明顯優(yōu)于優(yōu)化流程CMR，且優(yōu)化流程CMR檢查時(shí)間較常規(guī)流程CMR檢查時(shí)間短 。

在CMR檢查中，經(jīng)典心功能指標(biāo)對(duì)于診斷心臟疾病尤其是擴(kuò)張型心肌病、肥厚型心肌病等心肌疾病有著獨(dú)特的優(yōu)勢(shì)[6]。cine序列采用平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)，能夠獲得具有良好的空間分辨率、優(yōu)異的血池心肌對(duì)比、細(xì)節(jié)豐富的完整心動(dòng)周期圖像，被認(rèn)為是評(píng)估心功能及左心室容積的“金標(biāo)準(zhǔn)”[7‐9]。因此，對(duì)CMR流程進(jìn)行優(yōu)化以減少檢查時(shí)間，提高檢查效率的同時(shí)，準(zhǔn)確、高效地獲取高質(zhì)量電影圖像，而心功能定量參數(shù)是任何優(yōu)化操作必須堅(jiān)持的原則。

由于心臟電影序列局部信號(hào)強(qiáng)度對(duì)T1時(shí)間的敏感性，注射對(duì)比劑會(huì)引起信號(hào)強(qiáng)度的改變，對(duì)比劑進(jìn)入心肌則會(huì)導(dǎo)致心肌和血池對(duì)比度甚至是梗死心肌的對(duì)比度的下降，同時(shí)可能會(huì)造成圖像質(zhì)量的下降，心功能參數(shù)和心肌應(yīng)變參數(shù)的測量不準(zhǔn)確。因此，若要保證注射對(duì)比劑后電影序列圖像質(zhì)量的穩(wěn)定，心功能參數(shù)和心肌應(yīng)變參數(shù)的準(zhǔn)確測量。我們需要一種高弛豫率的對(duì)比劑更好地增加血池和心肌對(duì)比度，從而盡量減少對(duì)比劑進(jìn)入心肌后的影響。Gd‐BOPTA最早廣泛應(yīng)用于中樞神經(jīng)系統(tǒng)和肝臟的磁共振增強(qiáng)掃描，在以往的研究中，半劑量（0.05 mmol/kg）與單劑量（0.1 mmol/kg）的Gd‐BOPTA對(duì)于肝臟局灶性病變的評(píng)估沒有明顯差異[10]；并且同等劑量（0.1 mmol/kg）的Gd‐BOPTA相較于Gd‐DTPA在肝臟局灶性病變?cè)鰪?qiáng)圖像有著更好的對(duì)比噪聲比[11]。有研究表明，在磁共振血管成像中，Gd‐BOPTA的最優(yōu)使用劑量是0.1 mmol/kg，僅為常規(guī)使用的造影劑Gd‐DTPA的一半[12]。由于其優(yōu)異的高弛豫率特性，Gd‐BOPTA已經(jīng)開始應(yīng)用于CMR延遲成像圖像質(zhì)量的對(duì)比[13‐14]。D’Angelo等[15]在1.5T磁共振機(jī)器上的研究表明：將cine序列掃描時(shí)間由注射對(duì)比劑之前改為注射對(duì)比劑之后，同時(shí)配合注射0.1 mmol/kg劑量的釓布醇并在合適的時(shí)間啟動(dòng)掃描，與原來掃描方案相比可以在縮短檢查時(shí)間，減少對(duì)比劑用量，提高患者檢查舒適度的同時(shí)保證圖像質(zhì)量和心功能定量參數(shù)無明顯差異。這與本研究在3.0 T磁共振機(jī)器上使用GD‐BOPTA所得出結(jié)果基本相符，但是該研究使用延遲強(qiáng)化圖像而不是電影圖像來計(jì)算圖像的SNR和CNR，而電影序列圖像中由于對(duì)比劑進(jìn)入心肌，導(dǎo)致血池‐心肌對(duì)比下降，CNR（血池‐心肌）不可避免地會(huì)降低，但與提高檢查效率和減少對(duì)比劑用量相比較也可以接受。同時(shí)，對(duì)比劑用量的減少也能有效降低腎源性系統(tǒng)纖維化的風(fēng)險(xiǎn)[16]，這對(duì)于同時(shí)患有心臟疾病和腎功能損傷（如糖尿?。┑幕颊呔哂兄匾饬x[17‐18]。

本研究也存在著一些不足之處：① 患者樣本量不足且未對(duì)樣本進(jìn)行性別、年齡、疾病種類的分類，研究結(jié)論的推廣還需進(jìn)一步的探討；② 納入樣本均為心臟疾病患者，缺乏健康志愿者進(jìn)行數(shù)據(jù)對(duì)照。

綜上所述，優(yōu)化CMR檢查流程如使用弛豫率更高的對(duì)比劑、調(diào)整cine序列掃描順序可以在縮短檢查時(shí)間，減少對(duì)比劑用量，提高檢查效率，增加患者檢查舒適度的同時(shí)保證圖像質(zhì)量的穩(wěn)定、心功能定量參數(shù)及心肌應(yīng)變參數(shù)的一致性，對(duì)于臨床醫(yī)師診療心臟疾病和臨床CMR掃描工作的開展有著重要意義。