注射高弛豫率對比劑后采集心臟電影序列對減少心臟磁共振檢查時間的可行性研究

楊海濤，曾牧，胡俊蛟，鄧凱，楊宇，司徒衛軍

1. 中南大學湘雅二醫院 放射科，湖南 長沙 410000；2. 湖南中醫藥大學第一附屬醫院 放射科，湖南 長沙 410000；3. 西藏自治區山南市桑日縣人民醫院 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、無電離輻射、軟組織分辨率高等優勢，被廣泛地應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大小，還是心功能評估的金標準，在CMR的檢查中具有至關重要的作用。然而，在常規臨床CMR檢查過程中，由于屏氣次數多、掃描時間長，部分心功能不良的患者檢查圖像質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CMR掃描流程中，往往先進行心臟電影（Cardiac Cine Imaging，簡稱“cine”）的采集，再進行灌注成像，之后等待15 min進行延遲強化掃描，這樣的設計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，嚴重降低了CMR的檢查效率，且增加了病人的檢查時間。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間充分利用，從而縮短CMR檢查時間。因為注射對比劑后對比劑進入心肌，會引起心肌和血池對比度下降，有可能造成心功能等參數的不準確。所以我們選用高弛豫率對比劑釓貝葡胺（Gd‐BOPTA），其較常規對比劑釓噴酸葡胺（Gd‐DTPA）能夠更好地增加血池和心肌對比度。但是對于兩種檢查流程心功能定量參數、心肌應變參數及圖像質量的差異性分析少見報道。

本研究擬使用高弛豫率對比劑Gd‐BOPTA，對比打藥前電影序列與打藥后電影序列各項心功能參數及圖像質量，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。排除標準：嚴重心律不齊、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倫理學標準，并通過中南大學湘雅二醫院倫理委員會批準。所有患者均簽署了知情同意書。

1.2 掃描方案

采用德國西門子醫療系統有限公司Skyra 3.0 T超導型磁共振成像系統，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

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

第二次檢查時先掃描T1、T2等形態學序列，由靜脈注射0.1 mmol/kg的Gd‐BOPTA進行心肌灌注成像后再掃描cine序列，然后再掃描延時成像序列。本次為優化的CMR掃描流程。

兩次檢查的cine序列和延時強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左心室，根據心臟個體差異掃描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 圖像質量分析

使用西門子磁共振后處理工作站syngo.via進行圖像質量的定量分析。在圖像質量的定量分析中，于每個病人兩次短軸位電影序列舒張末期心腔最大層面進行ROI的選取，分別置于左心室血池、正常心肌和體外空氣中，記錄所測得數值的均值和標準差，以血池和心肌數值的均值作為各自組織的信號強度（Signal Intensity，SI），以空氣數值的標準差作為背景噪聲，并計算信噪比（Signal‐to‐Noise Ratio，SNR）及對比噪聲比（Contrast‐to‐Noise Ratio，CNR），計算公式為[4]：SNR（血池）=SI（血池）/SD（空氣）；CNR（血池‐心肌）=[SI（血池）‐SI（心肌）]/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）。手動勾勒心內膜與心外膜，將乳頭肌和肌小梁作為心室腔的一部分，根據辛普森法則[5]計算得出心室容積及左心室一系列形態功能參數，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）、左心室心肌質量（Left Ventricular mass，LVmass）左心室射血分數（Left Ventricular Ejection Fraction，LVEF）和左心室心肌整體及各節段3D徑向應變（Radial Strain，RS）、周向應變（Circum Strain，CS）、縱向應變（Longitudinal Strain，LS）。

使用CVI42后處理軟件（Circle Cardiovascular Imaging，Canada，版本5.9.3 ）進行心肌應變參數分析。首先將短軸位cine序列載入Short 3D模塊，點擊自動定義即可獲得舒張末期和收縮末期層面序數，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，手動標記左、右心室分界點，然后在舒張末期及收縮末期半自動勾畫心內膜和心外膜，軟件計算分析后可獲得左心室心肌整體及各節段3D RS、3D CS、3D LS等參數和各個參數的應變曲線及16節段牛眼圖。

1.5 統計學分析

所有數據使用SPSS 20.0版本進行統計分析，計量資料若符合正態分布以均數±標準差表示，若不符合正態分布以中位數（四分位距）表示。使用配對t檢驗對符合正態分布的數據進行差異性分析，使用Wilcoxon符號秩和檢驗對不滿足正態分布的數據進行差異性分析。檢驗水準為雙側α=0.05，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 檢查時間

常規流程CMR檢查時間約為30 min，優化流程CMR檢查時間約為20 min，見圖2。

圖2 常規CMR檢查流程與優化CMR檢查流程掃描流程圖

2.2 圖像質量

44例行2次CMR檢查患者血池SNR和血池‐心肌CNR結果如表1所示。常規流程CMR檢查患者SNR（血池）均值為910.63，低于優化流程CMR檢查均值1003.1，但差異無統計學意義（P>0.05）；常規流程CMR檢查患者SNR（心肌）均值為262.12，明顯低于優化流程CMR檢查均值490.79，且差異有統計學意義（P<0.05）；常規流程CMR的CNR（血池‐心肌，648.51±376.59）則明顯優于優化流程CMR的CNR（血池‐心肌，512.31±280.80），差異有統計學意義（P<0.05）。

表1 常規CMR檢查流程與優化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變參數

44例行兩次CMR檢查患者心功能定量參數結果如表2所示，其中LVEDV、LVESV、LVSV、LVCO、LVmass、LVEF在兩次CMR檢查中差異無統計學意義（P>0.05）。

表2 常規CMR檢查流程與優化CMR檢查流程心功能參數的比較

44例行2次CMR檢查患者心肌應變參數結果如表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變參數差異無統計學意義（P>0.05）。

表3 常規CMR檢查流程與優化CMR檢查流程左室心肌整體及各節段應變比較（%）

3 討論

本研究對比了兩種不同CMR檢查流程獲取的同一患者cine序列的圖像質量、心功能定量參數及心肌應變參數。結果表明兩種CMR檢查流程心功能定量參數無明顯差異，心肌應變參數除整體及心尖部LS外無明顯差異，常規流程CMR的血池‐心肌CNR則明顯優于優化流程CMR，且優化流程CMR檢查時間較常規流程CMR檢查時間短 。

在CMR檢查中，經典心功能指標對于診斷心臟疾病尤其是擴張型心肌病、肥厚型心肌病等心肌疾病有著獨特的優勢[6]。cine序列采用平衡穩態自由進動，能夠獲得具有良好的空間分辨率、優異的血池心肌對比、細節豐富的完整心動周期圖像，被認為是評估心功能及左心室容積的“金標準”[7‐9]。因此，對CMR流程進行優化以減少檢查時間，提高檢查效率的同時，準確、高效地獲取高質量電影圖像，而心功能定量參數是任何優化操作必須堅持的原則。

由于心臟電影序列局部信號強度對T1時間的敏感性，注射對比劑會引起信號強度的改變，對比劑進入心肌則會導致心肌和血池對比度甚至是梗死心肌的對比度的下降，同時可能會造成圖像質量的下降，心功能參數和心肌應變參數的測量不準確。因此，若要保證注射對比劑后電影序列圖像質量的穩定，心功能參數和心肌應變參數的準確測量。我們需要一種高弛豫率的對比劑更好地增加血池和心肌對比度，從而盡量減少對比劑進入心肌后的影響。Gd‐BOPTA最早廣泛應用于中樞神經系統和肝臟的磁共振增強掃描，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對于肝臟局灶性病變的評估沒有明顯差異[10]；并且同等劑量（0.1 mmol/kg）的Gd‐BOPTA相較于Gd‐DTPA在肝臟局灶性病變增強圖像有著更好的對比噪聲比[11]。有研究表明，在磁共振血管成像中，Gd‐BOPTA的最優使用劑量是0.1 mmol/kg，僅為常規使用的造影劑Gd‐DTPA的一半[12]。由于其優異的高弛豫率特性，Gd‐BOPTA已經開始應用于CMR延遲成像圖像質量的對比[13‐14]。D’Angelo等[15]在1.5T磁共振機器上的研究表明：將cine序列掃描時間由注射對比劑之前改為注射對比劑之后，同時配合注射0.1 mmol/kg劑量的釓布醇并在合適的時間啟動掃描，與原來掃描方案相比可以在縮短檢查時間，減少對比劑用量，提高患者檢查舒適度的同時保證圖像質量和心功能定量參數無明顯差異。這與本研究在3.0 T磁共振機器上使用GD‐BOPTA所得出結果基本相符，但是該研究使用延遲強化圖像而不是電影圖像來計算圖像的SNR和CNR，而電影序列圖像中由于對比劑進入心肌，導致血池‐心肌對比下降，CNR（血池‐心肌）不可避免地會降低，但與提高檢查效率和減少對比劑用量相比較也可以接受。同時，對比劑用量的減少也能有效降低腎源性系統纖維化的風險[16]，這對于同時患有心臟疾病和腎功能損傷（如糖尿病）的患者具有重要意義[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樣本進行性別、年齡、疾病種類的分類，研究結論的推廣還需進一步的探討；② 納入樣本均為心臟疾病患者，缺乏健康志愿者進行數據對照。

綜上所述，優化CMR檢查流程如使用弛豫率更高的對比劑、調整cine序列掃描順序可以在縮短檢查時間，減少對比劑用量，提高檢查效率，增加患者檢查舒適度的同時保證圖像質量的穩定、心功能定量參數及心肌應變參數的一致性，對于臨床醫師診療心臟疾病和臨床CMR掃描工作的開展有著重要意義。