心臟MRI檢查中自由呼吸單次激發FIESTA序列的應用

李帆， 程流泉， 方芳， 牛廣明， 姜琨， 王利東

·心血管影像學·

心臟MRI檢查中自由呼吸單次激發FIESTA序列的應用

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檢查中從圖像質量和掃描時間方面與IR-FGRE、3D IR-FGRE序列的優勢。方法本文搜集疑似或確診心臟病患者52例進行心臟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量相關參數評價新序列與傳統序列的差別。結果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)，兩者有統計學差異(P<0.001)。統計學結果顯示SS-SSFP序列圖像質量、異常強化體積及百分比與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，二者在圖像質量方面有統計學差異(P<0.001)。結論SS-SSFP序列加快掃描時，由于其較高的信噪比、對比信噪比，且圖像質量與IR-FGRE序列無統計學差異，SS-SSFP 序列更適合患有嚴重心臟病和不能屏氣的患者。

診斷技術，心血管； 體層攝影術，X線計算機； 磁共振成像

磁共振成像可以顯示心臟解剖結構、功能及多種病理學瘢痕，更多的用于對心臟結構、功能和組織特性的評估[1]。常用的經典序列有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掃描。通過細致分析心臟功能、灌注機細微結構特點，我們可以得出一個合理的判斷，并診斷心臟病[2]。 利用MR對心肌梗死病灶進行心肌延遲強化(myocardial delayed enhancement，MDE)的首例報道是1993年[3]。隨著MRI技術發展，更多的研究報道證實作為一種可視性觀察心肌梗死方法，延遲強化有重要的臨床應用價值[4]。近幾年來，因為高性能梯度回波序列的改進，MDE成為判斷心肌梗死標準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導聯心電圖檢查。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)。

每位受檢者在常規用雙反轉(double inversion recovery，DIR)或者三反轉(third inversion recovery，TIR)快速自選回波(FSE)黑血對比序列(black blood sequence)、平衡穩態進動(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化，延遲強化序列采用單次激發反轉恢復序列(single-shot inversion recovery 2D steady-state free precession，SS-SSFP)序列、3D反轉恢復快速回波反轉序列(segmented inversion recovery 3D fast gradient echo，3D IR-FGRE)序列和2D反轉恢復快速梯度回波反轉序列(segmented inversion recovery 2D fast gradient echo，IR-FGRE)。SS-SSFP 掃描參數：2D模式，TR 3.3 ms，TE 1.4 ms，prep time 250 ms，翻轉角35°～75°，帶寬125 Hz，層厚8 mm，矩陣192×160，激勵次數0.5～1，視野350 mm。IR-FGRE 序列參數：2D模式，TR 4.0 ms，TE 1.8 ms，翻轉角20°，帶寬62.5 Hz，層厚8 mm，矩陣192×160，激勵次數2，視野350 mm。3D IR-FGRE參數：3D模式，TR 3.3 ms，TE 1.4 ，翻轉角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。IR-FGRE序列每次屏氣約有12次心臟搏動，每次心電門控觸發是在ECG圖R波的25%時相[6-7]。

3.圖像分析

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

四個評分標準如下。①呼吸運動偽影。0分：膈肌運動偽影顯著，心臟大血管結構模糊不清，影響心臟結構辨認；1分：受檢者胸壁呈現少量層狀呼吸偽影，但心臟大血管邊緣輪廓尚可辨認，不影響診斷。2分：受檢者胸壁和膈肌無可辨認的運動偽影，心臟結構顯示良好，邊緣光滑銳利，輪廓清晰。②心臟搏動偽影。0分：心臟結構顯示模糊無法辨認，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段[9]，疊加部位心肌信號顯示明顯受影響。1分：心臟結構邊緣輕度模糊，或者相位編碼方向出現的少量搏動偽影疊加心肌范圍小于兩個心肌節段，疊加部位心肌信號顯示未受明顯影響。2分：心臟結構顯示清晰，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。1分：心肌未能被充分抑制，未梗死心肌信號沒有充分變黑，但心臟結構可以辨認。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心內膜心肌。0分：心內膜下心肌信號與心腔及其周圍組織對比差，結構不能辨認。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，心內膜下心肌沒有高信號，心臟結構顯示清晰，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(regions of interest，ROIs)置于(by W.L.D)左心室腔內血池、正常心肌、背景、肺組織和強化心肌來測量信號強度(intensity I) 和標準差(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) 。結果使用2個獨立樣本非參數檢驗評價統計學結果。另外延遲強化的心肌ROI置于異常強化的心肌(em)。異常心肌-正常心肌CNR(em/myo)) =(Iem- Imyo)/SD bg。

4.統計學分析

統計3種序列平均耗用時間，評價3種序列圖像質量，對各種掃描序列所得的圖像與IR-FGRE序列進行比較，測量圖像的信噪比、對比信噪比。采用SSPS 17.0軟件分析，進行正態性檢驗(One-Sample Kolmogorov-Smirnov Test)，非正態分布數據進行非參數檢驗，P<0.05有統計學差異。

圖1 自由狀態下SS SSFP和IR-FGRE序列圖像質量。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)不能被細致觀察。

分組SSSSFP3DIR?FGREIR?FGREχ2P值自由呼吸圖像質量1．81±0．18/0．69±0．1077．2900．000屏氣時圖像質量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：采用的統計方法為非參數檢驗，上標字母不同證明兩者之間有差別。

表2 左心室節段性心肌信噪比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 果

1.掃描時間和圖像質量

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

2.診斷效能

延遲強化質量和百分比測量：52例成功行心臟MRI檢查患者，24例發現有心肌延遲強化。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化心肌質量：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)。

心腔內血池和各段心肌信噪比：IR-FGRE序列顯示心腔內血池信噪比最高，3D IR-FGRE顯示各段心肌信噪比優于IR-FGRE和SS SSFP。兩種快速序列與IR-FGRE相比統計學分析有顯著性差異(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 序列相比較均有統計學差異(表3)， IR-FGRE 顯示延遲強化心肌尤其獨到的優勢。

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膜及心內膜下心梗(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化的體積、大小，室間膈前壁(箭)、左心室前壁(黑短箭)、側壁及下壁心梗。

討 論

對比增強心臟磁共振(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膜下心梗、測量梗死大小的金標準[11]，并能預測病變心肌功能恢復[12]。評價發生急性心肌梗死患者壞死心肌有非常重要的臨床價值，能指導血管再通治療并準確判斷患者病程進展[13]。

由于心臟MRI掃描時間長，限制了其臨床廣泛應用，特別是那些患有嚴重心臟病的患者。傳統IR-FGRE序列是二維節段性屏氣翻轉恢復快速梯度回波序列，全部信息在呼氣末屏氣收集。掃描整個左心室時需要重復掃描收集多組數據，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量[14]。

通過比較SS-SSFP、3D IR-FGRE和IR-FGRE序列的圖像質量，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，掃描時間為金標準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序列沒有統計學差異，與相關文獻的結果一致[15]。顯示延遲強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、心臟細微結構，可發現小病灶，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序列沒有統計學差異。SNRmyo、SNRbp、CNRem-myo及CNRlung-background與IR-FGRE序列相比無統計學差異。

本研究結果顯示兩種快速掃描序列與其它文獻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果顯示，尤其是顯示心內膜下心梗優于其它兩個序列，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計學差異，但CNRbp/myo值以金標準IR-FGRE序列最高，其次為SS-SSFP序列，3D IR-FGRE最低，與相關報道一致[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，圖像質量與IR-FGRE序列相比無統計學差異。顯示異常強化心肌體積及百分比上SS-SSFP、3D IR-FGRE和IR-FGRE 3種序列無統計學差異。在臨床中SS-SSFP序列更適合患有嚴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，能擴大心臟MRI檢查的適應癥。

[1] 趙世華.心臟CT和MRI如何選擇[J].放射學實踐，2014，29(7):763-765.

[2] Qi Yang，Kuncheng Li，PHD，et al.Contrast-enhanced whole-heart coronary magnetic resonance angiography at 3.0T[J].J Am College of Cardiology，2009，54 (1):69-76.

[3] Dulce MC，Duerinckx AJ，Hartiala J，et al.MR imaging of the myocardium using nonionic contrast medium:signal-intensity changes in patients with subacute myocardial infarction[J].AJR，1993，160(5):963-970.

[4] Kim RJ，Fieno DS，Parrish TB，et al.Relationship of MRI delayed contrast enhancement to irreversible injury，infarct age，and contractile function[J].Circulation，1999，100(19):1992-2002.

[5] Jens Vogel-Claussen，Carlos E.Rochitte，Katherine C，et al.Delayed enhancement MR imaging:utility in myocardial assessment[J].RadioGraphics，2006，26(3):795-810.

[6] Gupta A，Lee VS，Chung YC，et al.Myocardial infarction:optimization of inversion times at delayed contrast-enhanced MR imaging[J].Radiology，2004，233(3):921-926.

[7] Simonetti OP，Kim RJ，Fieno DS，et al.An improved MR imaging technique for the visualization of myocardial infarction[J].Radiology，2001，218(1):215-223.

[8] Heiberg E，Ugander M，Engblom H，et al.Automated quantification of myocardial infarction from MR images by accounting for partial volume effects:animal，phantom，and human study[J].Radiology，2008，246(2):581-588.

[9] Standardized myocardial segmentation and nomenclature for tomographic imaging of the heart[J].Circulation，2002，105(5):539-542.

[10] Kim RJ,Fieno DS,Parrish TB,et al.Relationship of MRI delayed contrast enhancement to irreversible injury,infarct age,and contractile function[J].Circulation,1999,100(19):1992-2002.

[11] Wagner A,Mahrholdt H,Holly TA,et al.Contrast-enhanced MRI and routine single photon emission computed tomography (SPECT) perfusion imaging for detection of subendocardial myocardial infarcts:an imaging study[J].Lancet,2003,361(9355):374-379.

[12] Kim RJ,Wu E,Rafael A,et al.The use of contrast-enhanced magnetic resonance imaging to identify reversible myocardial dysfunction[J].N Engl J Med,2000,343(20):1445-1453.

[13] Bear FM,Erdmann E.Methods of assessment and clinical relevance of myocardial hibernation and stunning.Assessment of myocardial viability[J].Thorac Cardiovasc Surg,1998,46(suppl 2):264-269.

[14] Jahnke C，Gebker R，Manka R,et al．Navigator-gated 3D blood oxygen level-dependent CMR at 3.0T for detection of stress-induced myocardial ischemic reactions[J].JACC Cardiovasc Imaging,2010,3(4):375.

[15] Li W,Li BS,Polzin JA,et al.Myocardial delayed enhancement imaging using inversion recovery single-shot steady-state free precession: initial experience[J].J Magn Reson Imaging,2004,20(2):327-330.

[16] Wen H,Denison TJ,Singerman RW,et al.The intrinsic signal-to-noise ratio in human cardiac imaging at 1.5,3,and 4T[J].J Magn Reson,1997,125(1):65-71.

[17] Lene Rosendahl,Britt-Marie Ahlander,Per-Gunnar Bj?klund,et al．Image quality and myocardial scar size determined with magnetic resonance imaging in patients with permanent atrial fibrillation:a comparison of two imaging protocols[J].Clin Physiol Funct Imaging,2010,30(2):122-129.

[18] Huber A,Schoenberg SO,Spannagl B,et al.Single-shot inversion recovery TrueFISP for assessment of myocardial infarction[J].AJR,2006,186(3):627-633.

Myocardialdelayedenhancementusingasingleshotfree-breathingFIESTAsequence

LI Fan，CHENG Liu-quan，FANG 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，內蒙古國際蒙醫醫院影像中心(李帆、姜琨、王利東)；100853 北京，解放軍總醫院放射科(程流泉)；841000 庫爾勒，解放軍273醫院心血管內科( 方芳)；010050 呼和浩特，內蒙古醫科大學附屬醫院放射科(牛廣明)

李帆(1982-)，男，內蒙古呼和浩特人，主治醫師，主要從事心血管影像學診斷工作。

王利東，E-mail：doctorlidong@163.com

2013年內蒙古衛生與計劃生育委員醫療衛生科研項目(201302025)

10.13609/j.cnki.1000-0313.2017.10.008