RSNA2022心臟CT及MRI

趙赟，冉玲平，李浩杰，楊朝霞，喬金晗，溫金揚，羅毅，向春林，唐媛媛，嚴祥虎，朱桐，黃璐，夏黎明

2022年RSNA心臟影像學內容豐富，本文從人工智能在冠狀動脈CTA及MRA中的應用、影像組學、光子計數探測器CT成像技術、非對比增強心臟磁共振成像、冠狀動脈周圍脂肪組織定量評價及心臟磁共振新技術等方面對影像學研究熱點和進展進行闡述。

人工智能在冠狀動脈CTA及MRA中的應用

近年來，人工智能逐漸應用于心血管成像領域。冠狀動脈計算機斷層血管成像(coronary computed tomography angiography，CCTA)是一種簡單、無創的冠脈成像方式，是輔助冠狀動脈疾病(coronary artery disease，CAD)診斷和預測的重要檢查手段。超分辨率深度學習重建(super-resolution deep-learning reconstruction，SR-DLR)最近被應用于常規臨床實踐中，它可以最大限度地提高區域探測器CT的空間分辨率，但又不會降低對比度檢測能力或增加輻射劑量。Nagayama等評估CAD患者CCTA中SR-DLR的圖像質量，發現SR-DLR顯著提高了阻塞性CAD患者CCTA的主、客觀圖像質量和診斷信心。SR-DLR在提高空間分辨率的同時降低了噪聲和暈狀偽影，從而可以準確評估阻塞性CAD患者的CCTA圖像。同時，新型SR-DLR算法能減少支架引起的線束硬化偽影，改善冠狀動脈支架評估。Ohno等研究發現，與混合型和基于模型的迭代重建及體內外深度學習相比，SR-DLR在提高冠狀動脈狹窄評估準確性、圖像質量和狹窄置信度方面具有一定潛力。

修復后的法洛四聯癥(repaired tetralogy of Fallot，rTOF)患者經常因肺動脈瓣返流而出現右心室(right ventricle，RV)功能障礙。然而，一些患者也可能出現左心室(left ventricle，LV)功能障礙。Crabb等試圖應用左心室局部應變是否可以敏感地檢測出該患者的左心室功能障礙，結果發現在rTOF患者中，LV區域力學的全自動深度學習(deep learning，DL)分析可以檢測早期LV功能障礙，并可能補充RV指標，以幫助指導瓣膜置換術的時間。

Ahmed等應用基于專用卷積神經網絡(convolution neural network，CNN)的單源和雙源CCTA進行運動校正，發現所提出的CNN可以減少運動偽影并顯著改善圖像質量，且兩位評分者一致性較高。CNN可以提高單源CT的時間分辨率，使其更接近雙源CT，同時進一步提高雙源CT的時間分辨率。

Choi等在癌癥患者的非心電門控胸部CT上評估基于DL全自動冠狀動脈鈣化(coronary artery calcium，CAC)評分軟件的臨床可行性，發現目前基于DL的自動CAC軟件對Agatston評分和心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)風險分層顯示出良好的可靠性，并可以識別CVD的高危癌癥患者。

Wu等基于DL聯合壓縮感知(compressed sensing，CS)下使用加速全心改良DIXON冠狀動脈磁共振血管造影(magnetic resonance angiography，MRA)，顯著縮短了采集時間。與CS和常規方法相比，圖像質量有所提高，并且可以提供額外的脂肪信息，這可能成為增強冠狀動脈MRA臨床工作流程的可行替代方案。

影像組學

影像組學可以從大量影像信息中挖掘、提取并分析紋理特征，構建模型預測疾病狀態及臨床結局，在心臟CT及MRI領域得到初步探索，尤其應用在冠狀動脈斑塊及周圍脂肪組織的影像學特征提取。Zhu等研究發現基于CCTA的斑塊影像組學特征在預測冠狀動脈斑塊進展方面優于傳統參數，影像組學特征和傳統斑塊參數的結合進一步提高了其預測能力。

Ren等探討CCTA提取的放射學特征無創性鑒別慢性完全閉塞與次全閉塞可行性，發現基于閉塞段放射學特征構建的模型可以對兩者進行有效區分，為預測手術難度提供可靠的信息。

Jing等在探討基于冠狀動脈周圍脂肪組織(peri-coronary adipose tissue，PCAT)放射組學構建急性冠狀動脈綜合征(acute coronary syndrome，ACS)預測模型的臨床價值，發現PCAT放射組學構建的預測模型可以有效預測患者ACS的臨床風險。PCAT放射組學特征可以幫助無創識別有ACS風險的患者，從而為早期臨床預防提供方向。Shang等研究PCAT影像組學在預測ACS患者主要不良心血管事件(major adverse cardiovascular events，MACE)中的作用，基于多血管疾病和PCAT Radscore的COX比例風險回歸模型對ACS患者復發的MACE具有良好的預測能力，可以為PCAT的病理生理變化提供更多的預測信息，這些變化可能與ACS患者的臨床結局密切相關。PCAT影像組學具有早期發現高危ACS患者并進行風險分層的潛力，從而指導臨床選擇合適的治療策略。

Secchi等評估基于非增強CT量化的心外膜脂肪組織(epicardial adipose tissue，EAT)影像學特征預測CAD的能力，研究發現EAT的影像學特征可能有助于通過評估鈣化積分來預測CAD的存在。

Li等研究雙能CT衍生碘疊加圖的影像組學在心房顫動患者左心耳血栓檢測中的應用，發現與常規對比增強CT相比，碘疊加圖的影像組學表現更好，對于房顫患者準確檢測血栓形成具有重要意義。

肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy，HCM)患者心肌易發生進行性纖維化，在終生隨訪期間需要反復進行增強心臟磁共振以檢測纖維化。Pu等開發了一個基于電影成像的實用模型，融合整個左心室心肌圖像特征，以幫助識別纖維化高風險患者并篩查沒有纖維化的患者，從而避免不必要的對比劑注射。

光子計數探測器CT成像技術

近年來，光子計數探測器CT(photon-counting detector CT，PCD-CT)技術日漸成熟，相較于傳統CT，PCD-CT能夠在保證圖像質量的同時降低噪聲和輻射劑量。Griffith等發現與傳統能量積分檢測器CT(energy-integrating-detector CT，EID CT)相比，PCD-CCTA可以顯著提高圖像信噪比，有望轉化為臨床優勢，包括低劑量掃描或改善冠狀動脈疾病的檢測。Petritsch等也提出，PCD-CT和超銳卷積核的組合在相同甚至更低的噪聲水平下，提供了更好的支架內管腔可見度和主觀圖像質量，能夠提高對冠狀動脈支架以及潛在支架內再狹窄的評估。

PCD-CT的高分辨率與高能量的虛擬單能圖像(virtual monoenergetic images，VMI)的聯合使用，可以減少模型和標本鈣化斑塊的膨脹偽影。McCollough等基于雙源PCD-CT研究其對冠狀動脈管腔狹窄百分比視覺估計的影響，發現PCD-CT分辨率提高和100KeV VMI的暈狀偽影減少，從而更好地進行狹窄程度評估。Zsarnoczay等研究也發現，光譜重建可用于提高CCTA狹窄定量的準確性，因此有可能減少不必要的侵入性冠狀動脈造影。

Mergen通過PCD-CT獲得的心臟晚期增強掃描虛擬非碘重建圖像，評估主動脈瓣、二尖瓣環和冠狀動脈中定量鈣化的準確性，通過PCD-CT獲得的晚期增強光譜心臟掃描的虛擬非碘重建能夠準確定量主動脈、二尖瓣和冠狀動脈鈣化，從而降低輻射劑量。

Emrich等使用動態循環模型研究臨床PCD-CT系統上CCTA中減少碘對比劑的應用。在雙源PCD-CT系統上使用40keV的VMI重建，對比劑濃度可降低50%，以獲得動態血管體模中CTA的診斷衰減和客觀圖像質量，可能提高檢查的安全性。

Mergen等評價超高分辨率(ultra-high-resolution, UHR)CCTA聯合PCD-CT在高冠狀動脈鈣化負荷患者中的可行性和質量，發現使用Bv64內核、200mm×200mm的FOV和512矩陣可實現最佳的冠狀動脈斑塊表征。在冠狀動脈鈣負荷高的患者中使用UHR模式和PCD-CT可獲得出色的CCTA圖像質量。Heidenreich等基于專用重建內核評估超高分辨率PCD-CCTA評估支架內再狹窄，可提供卓越的圖像質量和顯著增強的分辨率，從而顯著增強支架內狹窄的評估。

非對比增強心臟磁共振成像

1.心肌應變

心肌整體縱向應變(global longitudinal strain，GLS)、環向應變(global circumferential strain，GCS)以及徑向應變(global radial strain，GRS)可以定量評價左心室局部以及整體的功能障礙，常被應用于評價早期心肌功能損傷。Ref等在豬模型上測量局部室壁應變對收縮功能障礙的預測能力，對冠狀動脈供血區域進行局部性分析，研究提供了前降支(left anterior descending，LAD)閉塞后LAD和左旋支(left circumflex，LCX)區域的預期變化。研究發現LCX區域應變的變化比LAD區域減少8.5%。右冠狀動脈(right coronary artery，RCA)區域的應變值在GLS上有顯著變化，而在GCS和GRS上無顯著變化。這種不良的RCA GLS值歸因于一種代償性現象，RCA區域彌補了LAD心肌纖維的不足。局部心肌應變的臨床前測量可以在豬模型中作為心衰結果的預測指標。

心室整體收縮功能是rTOF不良事件的既定影像學預測指標，但心肌形變測量的價值尚不明確。Thomas等通過心血管磁共振測量心肌應變，在高危人群中，雙心室應變異常與MACE相關。與常規磁共振指標相比，應變在預測rTOF晚期惡化方面可提供增量價值。

Deng等通過心臟磁共振特征追蹤(cardiac magnetic resonance feature tracking，CMR-FT)技術評估輕鏈型心肌淀粉樣變(light-chain cardiac amyloidosis，AL-CA)患者的左心室舒張功能，CMR-FT應變分析得到的左心室舒張早期整體縱向應變率和左房儲備射血分數在預測AL-CA全因死亡率中具有重要意義。

Sinha等應用CMR參數和應變分析評估風濕性二尖瓣狹窄患者中左室心肌的不良重構，研究發現幾乎所有接受CMR檢查患者的縱向應變值減低，縱向應變與射血分數呈較強的正相關關系(r=0.83，P<0.001)，提示不良的心臟重塑及功能障礙。

以蒽環類藥物為基礎的全身化療方案會對心臟產生短期和長期的毒性作用。Chen等利用CMR-FT研究基于順鉑的系統化療所致睪丸癌長期存活者心肌應變的變化。發現睪丸癌幸存者的心肌變形顯著惡化，以順鉑為基礎的化療對雙室收縮功能有晚期不良影響。雙室GCS可能是保證射血分數保存的潛在代償機制，可用于監測順鉑化療前、中、后的心功能。

Erley等通過測定整體以及區域性心肌應變監測ST段抬高性心肌梗死(ST-elevation myocardial infarction，STEMI)急性期至慢性期變化，并確定其預測晚期釓增強(late gadolinium enhancement，LGE)的能力。研究發現從急性到慢性STEMI心肌應變有所改善，但LGE陽性區域節段心肌應變持續受損，可以確定STEMI后存在心肌功能的損傷以及修復。其中，環向應變能夠用以預測STEMI后的LGE病灶。

Ming-Yen Ng等通過心臟磁共振研究射血分數保留型心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF)診斷，相比于相位對比成像、tagging和細胞外體積分數，基于CMR-FT的舒張早期徑向應變率、收縮期徑向應變率和環向應變更加具有識別 HFpEF的潛力。

2.T1/T2-mapping

Wang等基于右心室前插入部和下插入部初始T1值對肺動脈高壓患者進行危險分層，初始T1值和基于CMR的心功能參數的組合模型可以補充PAH患者危險分層的評估。另外，右心室前插入部native T1-mapping和主肺動脈/主動脈直徑比值的聯合模型有望預測PAH患者的治療效果。

Cundari等在應用心肌初始T1和T2-mapping在鑒別急性心肌炎(acute myocarditis，AM)、急性心肌梗死和應激性心肌病(Takotsubo syndrome，TTS)診斷效能發現無對比劑原始T1和T2-mapping在識別急性心臟疾病，以及AM與心肌梗死或TTS之間的鑒別中發揮作用。與整體T1、T2值相比，T1、T2最大值及平均值表現出更高的診斷效能。

T2-mapping對血氧水平敏感，Halfmann等提出的RV/LV T2比值與6分鐘步行試驗結果緊密相關，并且能夠獨立預測心衰患者的運動能力和運動后呼吸困難的存在。這是運動能力的一個標志。

Jia等利用CMR成像參數顯示心肌異常和慢性腎臟病(chronic kidney disease,CKD)嚴重程度之間的關聯，研究發現初始T1、T2值與CKD分期相關。此外，CMR參數表明血液透析可以改善心肌水腫，但不能改善心肌纖維化。非對比增強CMR可以無創評估CKD患者心臟病理變化，以預防CVD早期發生。

3.4D血流成像

Ming-Yen等利用心室內四維血流相位對比磁共振成像(four-dimensional flow magnetic resonance imaging，4D flow MRI)對HFpEF患者進行評估，發現4D flow MRI LV直接流、延遲流和停滯流在區分HFpEF和非HFpEF患者方面顯示出良好的效果，其中停滯流評價效果最佳。

4.MRS

Fabry病的特征是α-半乳糖苷酶A 缺乏引起的鞘脂沉積，心臟受累對發病率和死亡率至關重要。因此，心肌鞘脂沉積的測量對于評估早期心臟受累和酶替代治療的指征非常重要。Shiotani等使用單屏氣1H-MR波譜中的疾病特異性峰評估Fabry病患者心肌受累的新型代謝成像生物標志物，研究發現3.5ppm的MRS峰與鞘脂Lyso-GB3有關，可作為疾病特異性成像生物標志物，可用于直接定量常規MRI序列之外的Fabry病心肌鞘脂積累，對于評估早期心臟受累、疾病嚴重程度和酶替代療法適應癥具有重要意義。

冠狀動脈周脂肪組織定量評價

近年來PCAT CT衰減成為識別冠狀動脈炎癥和潛在斑塊不穩定性的工具，對周圍脂肪密度的三維映射，特別是右冠狀動脈近端周圍區域，已經顯示出預測CAD患者不良心血管結局的潛力。主動脈狹窄患者合并CAD十分常見，PCAT CT是否能在接受經導管主動脈瓣置換術(transcatheter aortic valve replacement，TAVR)的主動脈狹窄患者中發揮類似的作用仍有待探索。Martin等測定RCA近端周圍感興趣區內的平均衰減，發現與狹窄程度和冠狀動脈鈣化評分(coronary artery calcium score，CACS)相比，TAVR術前PCAT CT是MACE的更好預測指標。因此，PCAT CT 可提高識別嚴重CAD患者的特異性，并減少額外的檢查。

冠狀動脈炎癥的檢測和量化可能有助于CAD患者的早期風險分類，甚至可能有助于預測冠狀動脈斑塊的進展。Jing等基于CCTA測量CAD患者中冠狀動脈粥樣硬化斑塊周圍脂肪組織在不同斑塊類型之間的差異，發現脂肪衰減指數(fat attenuation index，FAI)和HU值等PCAT特征在鈣化斑塊、非鈣化斑塊和混合斑塊中具有差異，可以無創準確評估冠脈炎癥，有助于臨床預防CAD，改善患者預后。此外，他還發現冠狀動脈斑塊和斑塊周圍脂肪組織的CT衰減與斑塊的類型、位置和體積有關，可作為監測斑塊發展和易損性的臨床影像學標記物。

Jing等測定急性冠脈綜合征和穩定性冠狀動脈疾病患者中PCAT之間的差異，發現ACS組FAI、PCAT的90百分位數、第10百分位數和HU值中位數均高于穩定CAD組患者，PCAT的定量參數可能成為一種新的、無創的臨床影像學指標，用于血管炎癥引起的ACS患者的早期識別和預測。

Azhe等通過磁共振灌注成像分析川崎病患者PCAT CT衰減與冠狀動脈瘤(coronary artery aneurysms，CAA)和心肌灌注的關系。與無CAA的川崎病患者及正常對照組相比，川崎病伴CAA患者的PCAT CT衰減增加。CAA的存在是PCAT CT衰減的獨立預測因子。川崎病患者的PCAT CT衰減與心肌灌注功能有關。CAA川崎病患者PACT CT衰減增加提示持續性冠狀動脈炎癥反應，可能影響心肌灌注。

心臟磁共振新技術

Chen等將二階血流補償彌散和計算機化DWI相結合，無需外源性對比劑應用，研究其識別心肌梗死的價值，發現兩者結合可獲得更高的b值心臟DWI圖像，從而提高心肌梗死的檢出率，在沒有外源性對比劑的情況下提高其他微觀結構重構的檢出率。

Kravchenko等比較CMR自由呼吸(free-breathing，FB)多層呼吸觸發偽黃金分割角穩態自由進動電影序列與標準屏氣(breath-hold，BH)序列在先天性心臟病呼吸暫停困難患者中的應用，FB序列在心室容積測量和功能方面與目前可用的BH序列結果幾乎一致。當屏氣受到限制時，FB序列能夠提供一種可替代的方案。

左心房肌病(left atrial myopathy，LAM)的血流動力學改變可能導致血栓形成和腦血管栓塞，從而導致無癥狀性腦梗死(silent cerebral infarcts，SCI)。4D flow MRI能夠量化左心房(left atrium，LA)和左心耳的血流動力學改變，作為LAM的標志性指標。Pradella等利用4D flow MRI技術研究發現，年齡和左心耳峰值速度與SCI獨立相關。以體積為基礎的LA參數，如最大/最小體積或左房射血分數與SCI無關。這些發現表明，基于流量的LA測量可能優于基于體積的LA測量。

胸主動脈瘤常見于三葉主動脈瓣(tricuspid aortic valves，TAV)患者的主動脈根部和升主動脈，主動脈血流動力學的改變與動脈瘤的形成相關。Juffermans等利用4D Flow MRI主動脈根部瘤和升主動脈瘤的血流動力學特征，與無動脈瘤的患者相比，主動脈根部瘤或升主動脈瘤的患者表現出兩種不同的血流動力學特征。主動脈根部瘤患者的左心室每搏輸出量顯著增加，而升主動脈瘤患者的標準化血流位移、射流角和剪切角顯著增加。

盡管體素內不相干運動(intravoxel incoherent motion，IVIM)磁共振成像已成為微血管功能障礙的體內標志，但其在預測HCM患者預后方面的作用尚不清楚。Xiang等基于IVIM評價的微血管功能障礙與HCM患者的不良臨床預后相關，IVIM衍生的D*值和f值是除LGE外的獨立預測因子，為在常規實踐中使用非對比劑增強IVIM-MRI輔助評估微血管功能障礙提供了依據。

心肌內出血(intramyocardial hemorrhage，IMH)的檢測和定量已被確定為心肌梗死(myocardial infarction，MI)患者管理的基本生物標志物。定量磁敏感mapping成像(quantitative susceptibility mapping，QSM)是腦組織鐵成像的標準。然而，其應用于心臟存在很多的技術限制，如成像過程中的心跳及呼吸運動、心臟內B0場強烈的不均勻性，以及出血性病變中高濃度鐵聚集引起的條紋偽影，使它在心臟中的應用一直具有挑戰性。Huang等開發了一種高動態范圍重建算法，自由呼吸下進行心臟定量磁敏感成像量化再灌注損傷心肌內鐵沉積，為心臟鐵定量提供了一種可靠的方法。