心臟延遲增強MRI不同TI值對心肌梗死診斷效能的影響

陸虹宇,楊映霞,黃濤,蔣平平,崔盟,林華

心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)仍然是全世界死亡率高的主要病因之一[1]。心肌梗死是心血管疾病中的常見病,目前,延遲增強(late gadolinium-enhanced,LGE)MRI已成為診斷心肌纖維化和疤痕組織的首選方法,也是目前公認的無創性評估局限性纖維化的金標準[2-3]。心肌梗死面積是梗死患者發生二尖瓣反流的影響因素之一[4],LGE能夠全面反映心內膜下至透壁性心肌梗死等不同程度的病變,同時能準確評估缺血梗死范圍,直接指導冠心病再血管化治療[5-6],對于指導臨床治療能起到關鍵的作用。曾道兵等[7]學者指出心肌首過灌注和LGE掃描不僅能評估梗死病灶內心肌的活性,還能發現存在微循環障礙的心肌,對臨床評估冠狀動脈非阻塞性心肌梗死的預后具有重要意義。LGE-MRI是一種眾所周知的評估心肌活性的重要方法[8]。傳統的LGE-MRI檢查方法為靜脈注射釓對比劑10～20 min后使用反轉脈沖的快速梯度回波序列進行多方位2D采集。通過正確選擇反轉時間(inversion time,TI),即心肌信號從負值恢復到零時的時間,來消除健康心肌的信號,而心腔內血液和纖維化的心肌則保持高信號[9-10]。血池內的高信號有時會影響心內膜側心肌組織的觀察。尋找能更敏感地檢出心內膜下高信號的方法勢在必行。2017年Francis等[11]學者提出了使用T2準備脈沖加IR反轉恢復的延遲強化技術,該技術能能把心腔內血池信號完全抑制,顯著提高心內膜下高信號病灶的檢出,具有重要的臨床意義。本研究中常規使用相位敏感反轉恢復(phase sensitive inversion recovery,PSIR)序列行LGE-MRI掃描。此序列結合了心電門控、k空間節段填充和多個心動周期數據整合等技術,已成為臨床上行心臟LGE-MRI掃描最常用的序列[12-13]。此序列在成像過程中先使用一個反轉脈沖來抑制正常心肌的信號,使得正常心肌在圖像上呈低信號,一個突出的優勢就是在設置TI時間時取值范圍更廣,更容易獲得較滿意的圖像質量[14]。由于此序列能自動校正相位信息重建出心肌信號最低時的圖像,所以可以直接使用序列進行掃描,不需要基于正常心肌過零點時的時間來設置TI值。在此序列的圖像上,正常心肌的信號強度通常為零,即使在血液呈明顯高信號的LGE圖像上,仍然能獲得血池與心肌疤痕之間的良好對比[15]。這種亮血LGE方法雖然也能實現缺血和健康心肌之間的高對比度,然而,來自相鄰血池的高信號還是會影響到與血池鄰近的心肌內疤痕的顯示和體積的評估[11]。本研究中嘗試調整SPIR序列LGE成像時的TI值(尋找合適的TI值以抑制血池高信號),并通過與采用常規TI值的LGE-MRI圖像的質量進行對比,觀察調整后的LGE-MRI對心肌梗死病灶的顯示情況,旨在進一步提高MRI技術在評估心肌梗死中的臨床應用價值。

材料與方法

1.研究對象

前瞻性將2022年3月-2022年12月在本院確診為心肌梗死并進行定期復查的35例患者納入本研究。納入標準:通過臨床表現,心電圖,肌鈣蛋白,冠脈造影等診斷為心肌梗死,且愿意配合檢查患者。排除標準:①有幽閉恐懼癥等磁共振檢查禁忌證;②有嚴重的系統系統疾病,包括腎功能不全(腎小球濾過率<30 ms/min)、嚴重心率失常及意識不清等,導致患者無法長時間配合掃描;③MRI檢查前對患者進行呼吸訓練,但是掃描過程中患者仍然無法配合閉氣而導致圖像質量較差。

2.MRI檢查方法

使用Siemens 3.0T Skyra MR掃描儀和18通道表面相控陣線圈,正確連接心電門控及呼吸門控,掃描時囑患者屏氣,于呼氣末采集圖像。①首先采集常規心臟形態學序列及電影序列MR圖像,掃描平面包括左室長軸位、四腔心、心尖至基底段的短軸位和左室三腔心。形態學成像序列主要使用黑血技術雙反轉和三反轉FSE序列,電影成像采用平衡式穩態自由進動梯度回波(balanced steady-state free precession,True-FISP)序列。②然后,采用飽和準備脈沖短時FLASH序列行對比增強(contrast-enhanced,CE)首過灌注成像。掃描前經肘正中靜脈注入對比劑馬根維顯,注射流率4.0 mL/s, 劑量0.125 mmol/kg。③灌注掃描結束后,再以2.0 mL/s的流率追加注射等量對比劑,10 min后采用2組TI值分別行PSIR-LGE掃描,掃描平面包括兩腔心、四腔心和病變區短軸位,2次掃描時的層面保持一致。傳統的采用固定TI值的長TI組主要掃描參數:TR 4.1 ms,TE 1.6 ms,層厚8.0 mm,視野260 mm×350 mm,矩陣130×256,TI 300 ms,反轉角20°。短TI組掃描時先采用TI-scout序列選擇多個TI采集多個期相(phase)的數據,得到不同TI的多種對比度圖像。以此來確定左心室內血液信號至零時的TI值,然后使用此TI值來完成PSIR掃描,其它掃描參數則與長TI組一致。根據心率不同,2次掃描的時間均為5～10 s,平均7.5 s。

3.圖像后處理及分析

由2位分別具有5年以上心血管磁共振診斷經驗的副主任醫師采用雙盲法對兩組圖像的質量進行主觀評分。1分:效果差,無法診斷疤痕心肌有無強化。2分:效果中等,疤痕心肌可見強化,但邊界模糊不清。3分:效果尚好,小于一半疤痕心肌強化邊界可清晰識別;4分:效果好,一半以上疤痕心肌強化邊界清晰識別; 5分:效果優,疤痕心肌整體強化呈明顯高信號,邊界清晰。

由以上2位醫師在Siemens副工作臺上獨立進行數據的測量和計算,其中一位醫師24 h后再次重復測量所有患者的疤痕心肌的強化面積。放大圖像,沿心肌延遲強化灶的邊緣勾畫其輪廓測量強化灶的面積,然后,分別在遠端正常心肌、疤痕心肌和左心室腔內血池區域勾畫圓形ROI,并保證同一層面兩組圖像上所畫的ROI區域位置和面積一致。獲得各ROI的信號強度(signal intensity,SI)及標準差(standard deviation,SD)的數據。然后計算不同組織SI的差值(?SI)及SNR和CNR[16]:

SIA-B=SI(A)-SI(B)

(1)

(2)

(3)

其中,A、 B代表所測量的2種組織。

4.統計學方法

所有數據的分析使用SPSS 26.0統計軟件。采用配對樣本t檢驗(正態分布數據)或非參數Wilcoxon符號秩檢驗(非正態分布數據)評估兩種方法圖像上遠端正常心肌、疤痕心肌和左心室腔內血池的SNR,疤痕心肌-左心室腔內血池,疤痕心肌-左心室腔內血池 ,左心室腔內血池-正常心肌之間的CNR,疤痕心肌面積,遠端正常心肌、疤痕心肌和血池之間信號強度的差異。計量資料符合正態分布者以均數±標準差表示,不符合正態分布者則以中位數(上、下四分位數)表示。采用Kappa檢驗評估2位醫師對圖像質量評分的一致性,Kappa≤0.20為一致性較差,0.21

結 果

1.一般臨床資料

35例心肌梗死患者中,男30例,女5例。年齡(59.06±10.34)歲,身高 (168.17±5.53)cm,體重(71.37±21.67)kg,心率(71.69±5.40)次/分。

2.圖像質量評估結果及一致性分析

兩位醫師對兩組圖像主觀評分的一致性均為強(短TI組:Kappa=1.00,P<0.05;長TI組:Kappa=0.91,P<0.05)。2位醫師測量兩組圖像上心肌延遲強化面積的一致性良好(短-LGE組ICC=0.99,長-LGE組ICC=1.00,P均<0.05)。同一位醫師重復測量強化面積的一致性均為良好(短LGE組ICC=0.79,長LGE組ICC=0.98,P均<0.05)。

兩組圖像質量主觀評分短TI組優于長TI組[5(5,5)vs. 4(4,4),Z=-7.82,P<0.01]。

3.心肌和血池各項定量參數值的比較

兩組圖像上心肌和血池各項定量參數值的比較詳見表2。兩組圖像上測量的心肌、疤痕和血池之間?劃?SI值的對比見圖1。

圖1 兩組圖像上正常心肌、疤痕和血池之間?SI值對比的條形圖。* 為兩組間比較差異有統計學意義(P<0.05)。短TI組圖像上疤痕與血池之間SI的差異更顯著,而血池與正常心肌之間的SI的差異更小。

與長TI組相比,短TI組中心肌疤痕與血池之間的?SI值更高,正常心肌與血池之間的?SI值更低,且疤痕與血液之間的CNR明顯提高(P均<0.05),因此更能突出疤痕灶的明顯強化表現,可為觀察者提供更好的視覺對比。但是,正常心肌、疤痕和血池的SNR在兩組之間的差異均無統計學意義(P>0.05)。與此同時,短TI組測得的疤痕面積更大(P<0.05)。所有的短TI組圖像上血池信號均有所降低(“變暗”),其中28幀視覺上已達到了黑血效果,占所有短TI圖像的26.7% (圖2);其余短TI圖像雖沒有達到黑血效果,但血池信號與長TI圖像相比仍有明顯降低,使得疤痕的強化輪廓變得更清晰,顯示的強化灶的面積可能也更大,尤其是位于心內膜下和乳頭肌處的病灶(圖3～5)。

表1 兩組之間心肌及血池定量參數值的比較

圖2 男性,69歲,心肌梗死7年患者的SPIR-LGE圖像。與長TI圖像相比,短TI圖像上心腔內血池信號較低,視覺上達到黑血效果,且心肌內瘢痕組織(箭)強化更顯著、邊界更清晰。a)長TI幅度圖;b)長TI相位圖;c)短TI幅度圖;d)短TI相位圖。 圖3 男性,64歲,心肌梗死4個月患者的SPIR-LGE圖像。與長TI圖像相比,短TI圖像上血池信號明顯降低,且心肌內瘢痕組織(箭)強化更顯著,輪廓更清晰,強化面積也更大。a)長TI幅度圖;b)長TI相位圖;c)短TI幅度圖;d)短TI相位圖。

圖4 男性,63歲,心肌梗死1年患者的SPIR-LGE圖像。與長TI圖像相比,短TI圖像上血池信號明顯降低,且心肌內瘢痕組織(箭)強化輪廓更清晰,強化面積也更大。a)長TI幅度圖;b)長TI相位圖;c)短TI幅度圖;d)短TI相位圖。 圖5 男性,47歲,心肌梗死1個月患者的SPIR-LGE圖像。短TI圖像上血池信號明顯降低,且相位圖上發現了長TI圖像上未能顯示的乳頭肌內強化病灶(箭),且在長TI顯示為高信號的區域內短TI幅度圖上出現了混雜信號,而重建的相位圖上心肌、疤痕輪廓仍然清晰,有良好的正常心肌、疤痕心肌和血池的信號對比。a)長TI幅度圖;b)長TI相位圖;c)短TI幅度圖;d)短TI相位圖。

討 論

過去很多學者提出了同時消除正常心肌和血池信號來增加疤痕與周圍正常心肌及血池信號對比的方法,其中包括使用T2磁化準備后的反轉脈沖來抑制血液和正常心肌的信號[17]。使用穩定增加的動態TI補償技術來改善血液高信號,以優化血液與疤痕的對比度[18]。同時采集組織的T1和T2信號,即可計算獲得亮血和黑血LGE圖像[19]。這些方法都能有效改善心肌內疤痕與血池的對比度,顯示透壁梗死灶的邊界提高疤痕檢出率[17-19]。然而這些方法需要工程師在臨床實踐中不斷進行序列的廣泛優化及軟件的改進,而這在部分醫院實現起來有一定難度。本研究在于找到簡便有效的方法進一步提高對心肌內延遲強化病灶的檢出敏感性。PSIR序列在一次掃描中分別在兩個R-R間期內采集兩次信號,得到兩個模數幅度圖,再用第二個模數幅度圖校正第一個模數幅度圖的信息,重建出一個校正實圖(corrected real,CR),用于對LGE圖像的分析。因為PSIR序列對TI的寬容度大,生成的CR圖可以確保正常心肌信號被抑制,因此不再需要確定心肌過零點的時間來設置TI。此時,如果將TI值設置為左室血池過零點的時間,重建得出的CR圖正常心肌顯示低信號,心腔血池的信號也會降低。本研究中,所有短TI圖像的血池信號都要低于長TI,圖像質量主觀評分也要優于長TI。且通過比較發現短TI組CNR疤痕-血池、CNR血池-正常心肌 都高于長TI組。筆者認為主要原因是因為短TI圖像上血池信號被有效抑制,增加了血池與其它組織之間的對比。血池信號被抑制后,一些原來被血池顯著高信號所掩蓋的心內膜下和乳頭肌內的病變得到了良好地顯示,延遲強化的病變輪廓顯示更加清晰,梗死面積也增大。本組短TI病例中,有病例幅度圖上,在長TI顯示為高信號的區域內出現了混雜信號。我們知道幅度圖的重建只包含信號的振幅信息,反映的是組織信號的絕對值,短TI幅度圖上出現混雜信號的原因,可能是由于TI值較短,正常心肌與異常心肌的振幅信息存在重疊所致。即便如此,通過相位矯正重建出的校正實圖信號并未受影響(圖5c),仍然有良好的正常心肌、疤痕心肌、血池信號對比。

需要指出,短TI掃描也存在一些不足之處:增加了TI-Scout預掃描來確定左室血池最暗時的TI值,會延長掃描時間;其次,視覺上觀察,短TI圖像上梗死灶的范圍較長TI圖像上有所增加,但是否存在假陽性還有待進一步驗證;最后,本研究中搜集的樣本數量也有限。即便如此,短TI-LGE的優點也很突出:血池信號較長TI-LGE更低,能有效提高疤痕與血液之間的信號對比,能更清晰地顯示既往被血池高信號所掩蓋的乳頭肌和心內膜下的強化,從而提高檢測心肌活性的敏感度。

綜上所述,短TI-LGE掃描方法比較簡單,掃描中無需額外的磁化準備,僅調整圖像的TI值即能明顯抑制血池信號,具有較高的臨床應用價值,值得在臨床上推廣使用。