優化膈肌定位準確性提高磁共振無對比劑冠脈成像圖像質量的應用效果

王雪瑩，顧霞，許冰，王國坤，劉聲亮，李云靈，趙雁鳴，李冶，潘春宇，付寶闊

哈爾濱醫科大學附屬第二醫院 心血管影像中心，黑龍江 哈爾濱 150000

引言

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病（簡稱冠心病）是世界上備受關注的主要健康問題之一，我國的冠心病發病率呈逐年上升趨勢[1]。冠狀動脈血管造影（Coronary Angiography，CAG）作為診斷冠狀動脈疾病的金標準[2]，其費用昂貴且存在有創傷、有輻射性的特點，大大限制了該檢查的普及[3]。影像檢查技術發展至今，常規冠狀動脈疾病的檢查方法是冠狀動脈CT血管造影（CT Angiography，CTA），其可較準確地診斷冠狀動脈狹窄，并被推薦為診斷冠心病的首選無創檢查[4]，但其電離輻射具有潛在致癌風險以及嚴重冠狀動脈鈣化情況下對管腔狹窄程度的過高評價等，也使其存在一定的局限性。

磁共振冠狀動脈成像（Magnetic Resonance Coronary Angiography，MRCA）技術始于20世紀80年代[5]，沒有電離輻射且無須對比劑，其優勢在于其無創性和較好的軟組織對比效果，尤其適用于妊娠婦女、兒童、腎功能不全者及對碘對比劑過敏者的檢查[6]。目前，3.0 T磁共振掃描儀采用膈肌導航回波觸發掃描技術，但膈肌定位的不準確會導致掃描定位效率及膈肌導航效率偏低而造成檢查時間長、成像質量差的問題[7]。本研究在采用膈肌導航回波觸發掃描基礎上聯合膈肌定位追蹤的方法，通過優化膈肌定位的準確性來提高磁共振無對比劑冠狀動脈成像的圖像質量，研究中對42例行磁共振無對比劑冠脈成像檢查的患者分別進行了有、無膈肌追蹤定位序列掃描，并回顧性分析掃描結果，以期提高掃描定位效率及膈肌導航效率，縮短掃描時間，得到可以滿足診斷需求的更高質量的磁共振無對比劑冠狀動脈圖像。

1 材料與方法

1.1 臨床資料

研究對象為2020年11月至2021年5月在哈爾濱醫科大學附屬第二醫院心血管影像中心行磁共振無對比劑冠狀動脈成像檢查且冠脈未見明顯異常的42例患者。將42例患者分為2組，每組患者男性均為14例、女性7例。一組不使用膈肌追蹤定位序列進行掃描，另一組使用膈肌追蹤定位序列進行掃描。本研究經我院倫理委員會批準，且全部患者均簽署知情同意書并自愿接受磁共振無對比劑冠狀動脈檢查。患者納入標準：體內無鐵磁性金屬植入物、心率和心律表現基本或完全正常，并且心率≤80次/min。排除標準：MRI的一般禁忌證（如心臟起搏器和幽閉恐懼癥等）、嚴重心律失常、心率＞80次/min。

1.2 儀器與方法

1.2.1 檢查前的準備工作

患者進行掃描前，需要監測其心率是否≤80次/min，心率過快、心律波動都會降低圖像質量[3]。不符合者需由醫生評估患者的綜合情況，予以25～50 mg倍他樂克，服用倍他樂克后持續監測患者心率，直至心率≤80次/min后，再進行呼吸訓練。同時，檢查前的呼吸訓練對于檢查的成敗也有至關重要的作用，叮囑患者檢查時保持均勻的淺呼吸，每次呼吸幅度需保持一致，并且使用加壓腹帶，盡量減少膈肌的運動幅度。檢查前交代相關注意事項，提高患者的配合度，通過心理疏導和撫慰緩解和改善患者的緊張不安等負面情緒。

1.2.2 掃描儀器與方法

所有研究對象均使用我中心最新引進的3.0 T MRI 掃描 儀（Ingenia CX，Philips Healthcare，the Netherlands）進行MRCA檢查，其梯度場強為80 mT/m，梯度切換率為200 mT/(m·ms)。使用32通道體部相控陣線圈置于患者胸部，定位使心臟中心、線圈中心及磁體中心重合。檢查應用的主要技術是呼吸門控導航技術及矢量心電向量（Vector Cardiogram，VCG）門控技術。全心冠脈掃描序列使用飽和反轉（Spectral Presaturation with Inversion Recovery，SPIR）技術和T2預脈沖技術的K空間快速梯度回波（Turbo Field Echo，TFE）序列。

患者采用仰臥位、頭先進的方式，雙手自然放于身體兩側，使用腹帶固定呼吸門控氣囊，心前區置4枚無磁性電極片，在心電門控校準后觀察心電觸發信號是否良好，直至調整為最佳狀態。兩組患者均掃描三平面定位像（橫軸位、冠狀位、矢狀位）、四腔心電影序列（100個時相）、全心冠脈序列。在四腔心電影圖像上，觀察右冠狀動脈并記錄其在舒張中晚期位置相對不動的起始及結束時間，由此得到冠脈掃描的觸發延遲時間，經計算得到右冠狀動脈相對不動的持續時間，由此得到冠脈采集窗口的時間窗寬。

四腔心電影序列成像參數：重復時間2.8 ms，回波時間1.42 ms，翻轉角45°，視野350 mm×350 mm，層厚8 mm，采集矩陣168×146，心臟時相100個，壓縮感知加速，加速因子4。全心冠脈序列掃描范圍為肺動脈分叉至心底，掃描參數：視野256×301 mm，重復時間4.1 ms，回波時間1.17 ms，翻轉角20°，層厚1.5 mm，層數150層，采集矩陣212×201，壓縮感知加速，加速因子4.5。勻場框范圍包括全心臟及主動脈并盡量少地包含空氣。

有膈肌追蹤定位序列組在全心冠脈序列前加掃膈肌追蹤定位序列：自由呼吸狀態下，單層面冠狀位多次快速掃描（共30個時相），其定位方法如下。橫軸位定位像：掃描線平行于身體冠狀面，并平行穿過肝頂；冠狀位定位像：掃描框中心位于脊柱與膈肌的中心。膈肌導航定位時，軸位上使導航條位于肝頂，冠位上無膈肌追蹤定位序列組使用三平面定位像進行定位，導航條放置于肺組織:肝臟=1:2的位置；有膈肌追蹤定位序列組使用膈肌追蹤定位序列進行定位，觀察并找到右側膈頂呼氣末的位置，導航條放置于肺組織:肝臟=1:1的位置。

1.2.3 圖像后處理及分析

兩組患者數據均上傳至PHILIPS IntelliSpace Portal后處理工作站，由2名具有豐富診斷工作經驗的主治醫師進行后處理分析及評分，處理全心MRCA圖像的主要后處理方法有曲面重建技術、厚層最大信號強度投影技術、ISP心臟容積分割技術等。

1.2.4 圖像質量評價標準

分析中，通過觀察呼吸運動偽影情況、冠脈各分支連續情況、冠脈管腔信號均勻情況及冠脈血管邊緣情況，并結合適用于美國心臟協會的冠狀動脈分割模型[8]，每個冠脈圖像質量分別按以下5級評分（0～4分）來進行分析及評分。0分：無冠狀動脈可見；1分：冠狀動脈可見，但無診斷意義；2分：冠狀動脈具有診斷意義，但中度模糊；3分：冠狀動脈具有診斷意義，輕度模糊；4分：良好的圖像均勻性，最小至無模糊。

1.3 統計學分析

采取SPSS 21.0統計學軟件處理數據，分別統計膈肌定位次數、冠脈掃描次數、冠脈掃描時間、總掃描時間、膈肌導航效率、呼吸運動偽影、冠脈分支連續情況、冠脈信號均勻情況、冠脈管壁邊緣情況及圖像質量評分結果，所有的計量資料以±s表示，進行獨立樣本t檢驗、二元Logistic回歸分析，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 膈肌定位準確性比較

采用膈肌追蹤定位序列觀察30個時相膈肌隨呼吸運動的位置變化幅度（圖1），從而更精準地定位膈肌導航的位置。兩組患者的基線資料無統計學差異（表1，P＞0.05），有膈肌追蹤定位序列組（圖2a～b）與無膈肌追蹤定位序列組（圖2c～d）的膈肌定位次數、冠脈定位次數指標間也無顯著差異（P＞0.05），但前者可以更準確地找到呼氣末膈肌的位置進行膈肌導航定位，顯著提高了膈肌定位準確性及膈肌導航效率，明顯縮短了冠脈掃描時間及總掃描時間，從而提高了磁共振無對比劑冠脈的掃描效率（表1，P＜0.05）。

圖1 膈肌導航追蹤序列

圖2 兩組的掃描定位圖及膈肌導航實時監測圖

表1 有、無膈肌導航追蹤序列掃描一般資料（±s）

表1 有、無膈肌導航追蹤序列掃描一般資料（±s）

項目 有膈肌導航追蹤序列無膈肌導航追蹤序列Pearson值 P值性別 ＜0.001 1男/n (%) 14 (66.7) 14 (66.7)女/n (%) 7 (33.3) 7 (33.3）年齡/歲 54.29±11.279 53.05±12.229 0.735體重/kg 71.29±10.752 72.19±7.846 0.757心率/(次/min) 67.57±8.42 66.52±6.65 0.657膈肌定位次數/次 1.81±1.25 2.05±1.16 0.526冠脈掃描次數/次 1.14±0.36 1.43±0.60 0.069冠脈掃描時間/min 10.38±2.25 13.29±2.78 0.001總掃描時間/min 22.95±5.95 30.95±8.02 0.001膈肌導航效率/% 45.19±9.15 35.96±7.94 0.001

2.2 圖像質量比較

兩組患者均由具有豐富診斷工作經驗的2名主治醫師通過觀察呼吸運動偽影、冠脈分支連續情況、冠脈信號均勻情況及冠脈管壁邊緣情況，按照圖像質量評價標準對圖像進行分析評分，所有患者冠脈圖像質量評分的平均值為2.83分，通過分析發現，有膈肌追蹤定位序列組患者冠脈圖像質量的平均評分是無膈肌追蹤定位序列組的4.6倍（P＜0.05，表2），膈肌追蹤定位序列是影響圖像質量的獨立因素。雖然兩組間呼吸運動偽影、冠脈分支連續情況及冠脈管壁邊緣情況總體無顯著差異（P＞0.05），但無膈肌追蹤定位序列組的中重度呼吸運動偽影圖像較有膈肌追蹤定位序列組有明顯增多趨勢，并且前者的冠脈管壁邊緣較清楚的圖像（47.6%）較后者（76.2%）有明顯減少趨勢（表3和圖3）。

表2 圖像質量評分的二元Logistic回歸（評分＞均值2.83）

表3 有、無膈肌追蹤定位序列對MRCA圖像質量的影響

圖3 3.0 T磁共振無對比劑冠狀動脈全心掃描圖像

3 討論

由于冠狀動脈很容易受呼吸運動的干擾，而且其走行極不規則、相對其他血管管徑較細，研究者們不斷地探索、研究提高空間分辨力的方法，并在克服心臟搏動的生理運動偽影及呼吸運動偽影方面持續努力著[9]。目前，3.0 T磁共振無對比劑冠狀動脈全心掃描序列的不足是掃描時間比較長，很容易受不規則呼吸運動、心臟搏動偽影的干擾[10]。采用屏氣技術可較好地克服呼吸運動的干擾，但這種檢查方法對于患者屏氣的配合度有較高的要求，這在一定程度上限制了其臨床應用。

已有研究提出的自由呼吸狀態下膈肌導航三維全心冠狀動脈（Whole-heart MRCA）掃描技術在單中心和多中心研究中顯示出對冠心病診斷的有效性和準確性[11-14]，目前已成為1.5 T非對比劑MRCA的主流方法，該技術最大的優點是能在自由、均勻呼吸狀態下，通過一次采集即可完成全心MRCA掃描，獲得的圖像空間分辨率更高，但是掃描時間長是其突出的問題[15]。為了解決這一問題，3.0 T磁共振使用壓縮感知技術可以在很大程度上縮短MRCA的圖像采集時間，同時能保證可接受的圖像質量[16-17]。He等[18]的研究表明自由呼吸狀態下利用三維自動導航技術可以縮短全心MRCA掃描時間。膈肌定位的不準確導致的掃描定位效率及膈肌導航有效采集率偏低是造成檢查時間長的主要原因之一[7]，均衡的心率、規律的呼吸運動及膈肌導航的有效采集率是獲得優質圖像的保證[4]，本研究在實時呼吸導航回波觸發技術基礎上聯合膈肌追蹤定位成像技術來優化膈肌導航的有效采集率，評估其對3.0 T非對比MRCA成像圖像質量的影響。本研究采用了呼吸導航回波觸發技術和VCG技術，最大限度地減少了心臟搏動帶來的生理運動的影響；采用SPIR壓脂和T2預脈沖技術相結合的方法，達到了提高血液和心肌及心肌內外膜脂肪對比度的目的；采集信號使用的是3D穩態快速梯度回波序列，該序列的優勢是不僅可以得到信噪比和對比度較高的全心冠脈圖像，而且成像速度較快；在上述技術基礎上，本研究獨特應用了膈肌追蹤定位技術，該技術能更加精準地確定右側膈頂呼氣末的位置，優化膈肌定位的準確性，與單純采用實時呼吸導航回波觸發技術相比，聯合使用膈肌追蹤定位序列組的冠脈掃描時間及總掃描時間均顯著縮短，膈肌導航有效采集率明顯提高，呼吸運動偽影有減輕趨勢，冠脈管壁邊緣清晰程度有提高趨勢。

4 結論

在3.0 T自由呼吸狀態下膈肌導航三維全心冠狀動脈成像中加掃膈肌追蹤定位序列，顯著提高了膈肌定位效率及膈肌導航效率，縮短了整體成像時間，明顯提高磁共振無對比劑冠脈成像圖像質量，可為臨床診斷提供更精準的影像信息，值得臨床應用。