多回波快速自旋回波T 2 mapping定量技术评价心肌T 2值的价值

刘明熙，张挽时，张子衡，孟利民，徐先荣，田建伟，龚万沣，刘　洁1,

1.710032　西安，第四军医大学西京医院放射科；100142　北京，空军总医院：2.CT、MR科，4.空勤科，5.心内科；3.100176　北京，GE磁共振研究中心

多回波快速自旋回波T2mapping定量技术评价心肌T2值的价值

刘明熙1，2，张挽时2，张子衡3，孟利民2，徐先荣4，田建伟5，龚万沣2，刘洁1,2

1.710032西安，第四军医大学西京医院放射科；100142北京，空军总医院：2.CT、MR科，4.空勤科，5.心内科；3.100176北京，GE磁共振研究中心

【摘要】目的探讨多回波快速自旋回波序列(MEFSE)的T2mapping定量技术评价左室心肌T2值的价值。方法30例健康志愿者，均行3.0T心脏磁共振(CMR)Cine电影、T2WI序列、MEFSE T2mapping序列扫描，依据描述性研究方法，探索MEFSE T2mapping序列临床应用的可行性和可重复性，测定感兴趣区T2值，应用方差分析方法统计分析心肌17节段和不同供血区下有无差异。应用Bland~Altman分析和Pearson相关分析方法研究此技术在不同观察者间的一致性。结果健康志愿者17节段心肌T2值不全相等(P<0.01)。不同冠状动脉供血区T2值无统计学差异(F=1.656，P=0.192)。左室心肌平均T2值如下：基底部，(71.6±7.1)ms；中间部，(77.3±9.2) ms；心尖部，(83.0±8.5)ms，差异有统计学意义(F=14.245，P<0.01)。根据Bland-Altman一致性分析和Pearson相关分析得到参数测量在观察者间具有良好的一致性，95%一致性界限(-6.1，24.8)ms，相关系数r=0.809。结论CMR MEFSE T2mapping定量技术在心脏成像中具有较好的可行性和可重复性。中国健康志愿者中心肌T2值存在节段性差异。

【关键词】心脏磁共振；T2mapping；健康志愿者

【中国图书分类号】R445

A quantitative T2mapping technique by multi-echo fast spin-echo in cardiac magnetic resonance

LIU Mingxi1,2, ZHANG Wanshi2,ZHANG Ziheng3, MENG Limin2,XU Xianrong4,TIAN Jianwei5,GONG Wanfeng2,and LIU Jie1,2.1.Department of Radiology, Xijing Hospital ,The Fourth Military Medical University, Xi’an 710032,China;2.Department of CT and MR,Air Force General Hospital, Beijing 100142,China;3.Advanced Application GE Healthcare China, Beijing 100176,China;4.Department of Aircrew,Air Force General Hospital,Beijing 100142,China;5.Department of Cardiology,Air Force General Hospital,Beijing 100142,China

【Abstract】ObjectiveTo investigate the clinical feasibility and repeatability of a quantitative T2mapping technique by multi-echo fast spin-echo (MEFSE), and to evaluate the left ventricular myocardial T2values in different segments. MethodsWith a 3.0T magnetic resonance (MR) imaging system, according to descriptive research method, cardiovascular magnetic imaging(CMR)was performed in 30 healthy volunteers to investigate the clinical feasibility and repeatability of the quantitative MEFSE T2mapping technique, combined with Cine and T2WI. T2values in 17 segments of myocardium and different blood supply areas were measured and compared using one-way ANOVA. The agreement of two radiologists was evaluated by Bland-Altman method and Pearsosn correlation analysis. ResultsThere were differences in the T2values between some of 17 segmental myocardia (P<0.01). T2values were similar in different blood supply areas (F=1.656,P=0.192). Mean myocardial T2 values from the base to the apex were different (F=14.245，P<0.01): (71.6±7.1) ms (base), (77.3±9.2) ms (middle), (83.0±8.5)ms(apex).According to the Bland—Altman method and Pearson correlation analysis, the measurement of T2values had a good inter-observer agreement [95% limits of agreement (-6.1，24.8) ms, correlation coefficientr=0.809]. ConclusionsQuantitative CMR MEFSE T2mapping technology is feasible and repeatable.Myocardial T2reference values for the specific CMR setting are provided and they have regional variation.

【Key words】cardiac magnetic resonance; T2mapping；normal volunteers

目前，T2mapping技术逐渐应用于各种心肌损伤和心脏疾病的临床试验中，定量测定T2值有助于评估心肌损伤的严重程度。因心肌细胞内含水量增加，水分子从细胞外进入细胞内，以及水分子从蛋白质中分离由结合水变为自由水，都可引起损伤后心肌T2值的升高[1]。与传统的心脏磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR )检查比较，其定量优势较明显，但其正常阈值尚无统一标准，灵敏度、特异度、准确度及临床价值还需大规模的临床试验研究探讨。本试验拟通过描述性研究的方法，使用基于多回波的快速自旋回波序列(multi-echo fast spin-echo，MEFSE)的T2mapping定量扫描技术评价左室不同区域心肌的T2值，并探讨其应用于临床CMR检查的可行性和可重复性。

1对象与方法

1.1对象健康志愿者30例，男21例，女9例，年龄23~66岁，平均42.7岁，心率54~78次/min，呼吸8~25次/min，体重指数17.6~29.2 kg/m2，心肌质量(left ventricular myocardium mass，LVM)44~128 g，射血分数(ejection fraction，EF)50%~69%，每搏输出量(stroke volume，SV)37~97 ml。入组条件为无胸闷、心悸、心绞痛等常见心血管疾病的临床症状，心电图检查均正常，既往无心肺脑疾病和肿瘤史，CMR Cine电影和T2WI黑血压脂序列扫描后心脏形态结构和功能未见异常。排除条件为MR禁忌证人群。所有健康志愿者均签署知情同意书。

1.2检查方法使用3.0T超导型磁共振扫描机(Discovery Signa MR750，GE)和心脏8通道射频线圈进行CMR检查，扫描前连接好呼吸门控和心电门控，对检查者进行呼吸训练，扫描过程中使用并行采集系统加快扫描速度和局部匀场技术减少磁敏感伪影。

先对30例健康志愿者行CMR Cine电影序列和T2WI黑血压脂序列检查，扫描层面为6个层面短轴位和各1个层面的四腔心、两腔心层面。然后，对其进行同一层面的MEFSE T2mapping序列扫描，扫描参数如下：freq. FOV (34~42)cm×(34~42)cm，Phase FOV 70%~100%，每次扫描含4个不同回波时间(TE)图像(TEs per Scan,4)，不同TE值依次为5.4~6.1 ms、48.4~52.6 ms、80.9~87.7 ms、113.2~122.3 ms， 回波链长度(echo train length，ETL)16~32；反转角(flip angle, FA)为45°；层厚8 mm；带宽62.5 kHz；触发时间窗 10%RR；触发延迟时间为心搏舒张中末期。完成一次扫描屏气时间15~25 s，屏气时间与心率有关。

1.3图像分析所有图像均传入AW 4.5工作站进行后处理。T2mapping分别选择FUNCTOOL软件进行后处理，添加伪彩，测量感兴趣区(region of interest,ROI)T2值。由2位从事心血管诊断的放射科医师分别进行图像分析和数据测量，各感兴趣区T2值取两者测量的平均值。扫描左室基底部、中间部、心尖部心肌各两层，并依据美国心脏病协会建议采用的心肌17节段分析法划定感兴趣区，不包含心腔血池和心外膜脂肪组织，分别测量每个层面平均T2值及各节段心肌的T2值，然后计算基底部、中间部、心尖部各两层心肌的平均T2值，以及两层面中各节段心肌的平均T2值，心肌第17节段取两腔心和四腔心层面心尖处T2值的平均值。

1.4图像分级标准Ⅰ级，存在严重的呼吸和心脏搏动伪影，图像不能进行测量；Ⅱ级，图像中出现呼吸和心脏搏动伪影或心肌内存在异常高或低信号，可能会影响此区域心肌各种参数值测量的准确度；Ⅲ级，图像中出现少许呼吸和心脏搏动伪影或心肌旁异常高或低信号伪影，但不影响此区域心肌各种参数值测量的准确度；Ⅳ级，心肌显示清楚，轮廓清晰锐利，图像无伪影。

2结果

2.1T2mapping图像质量评估所有健康志愿者均顺利完成扫描，检查后均未出现不适症状，获得了具有诊断价值的图像。30例健康志愿者心脏Cine电影和T2WI黑血压脂序列显示心脏大小、形态和结构正常，各节段心肌运动功能正常，各瓣膜未见异常，心功能参数未见异常。每名健康志愿者在T2mapping中扫描短轴位层面各6层，两腔心、四腔心层面各1层，共扫描短轴位180层，两腔心30层，四腔心30层。本试验研究的短轴位心肌510节段，两腔心和四腔心层面分别为210节段。T2mapping序列扫描图像如表1。

表1　T2 mapping技术左室心肌层面图像质量评估　(层；%)

2.2T2值统计结果左室心肌短轴位、两腔心及四腔心层面测得的健康志愿者心肌T2值的平均值、标准差及95%可信区间如表2、3，心尖T2值取四腔心和两腔心层面测得的心尖处T2平均值。其17节段心肌、两腔心及四腔心层面各节段心肌T2值不全相等，差异具有统计学意义(F值分别为8.202、13.802和16.251，均P<0.01)。从基底部到心尖部心肌平均T2值不相等(F=14.245，P<0.01，图1)，基底部心肌平均T2值为(71.6±7.1)ms，中间部为(77.3±9.2)ms，心尖部为(83.0±8.5)ms，95%可信区间分别为(68.9~74.2)ms、(73.9~80.8)ms和(79.8~86.2)ms。30例健康志愿者中左前降支、右冠状动脉、左旋支供血区T2值无统计学差异(F=1.656，P=0.192)，对应区域的心肌T2值和95%可信区间如下：左前降支供血区，(77.0±14.0)ms，(75.1~78.9)ms；(76.3±11.6)ms，(74.4~78.2)ms；(79.0±15.3)ms,(76.6~81.5)ms。其中健康志愿者左室心肌T2值示意图如图2和3。

图1　左室心肌T2值

两位放射科医师分别测得的T2值差值均数为9.3 ms，差值标准差为7.9 ms，95%一致性界限(差值±1.96x差值标准差)为(-6.1，24.8)ms，除个别测量点外，其余各测量点均在95%一致性界限范围内，其在观察者间具有较好的一致性(相关系数r=0.809)。

表2　左室短轴位心肌17节段T2参考值　±s)

表3　左室两腔心和四腔心层面心肌T2参考值　±s)

图2　健康志愿者左室心肌T2值示意图

健康志愿者，男，28岁。A、B和C分别为左室从心尖部到基底部短轴位层面T2mapping图像，各层面心肌平均T2值和心肌各节段T2值分别为80.6 ms、73.9 ms、69.4 ms，各节段心肌T2值不全相等。T2值伪彩为0~120 ms，伪彩的内外边缘分别代表心内膜和心外膜。D为左室心肌按供血区域划分的T2值箱式图(供血区1、2、3分别代表左前降支供血区、右冠状动脉供血区和左旋支供血区)，E为左室心肌17节段示意图，蓝色、黄色、紫色分别表示左前降支、右冠状动脉、左旋支供血区域

图3　健康志愿者左室心肌T2值示意图

健康志愿者，男，35岁。A和B分别为四腔心和两腔心层面T2mapping图像，心肌各节段T2值不全相等。T2值伪彩为0~120 ms，伪彩的内外边缘分别代表心内膜和心外膜。C和D为左室四腔心和两腔心层面心肌节段示意图，蓝色、黄色和紫色表示左前降支、右冠状动脉和左旋支供血区域

3讨论

T2mapping技术是新兴的CMR检查技术，由于其对细胞内水分的增加较敏感，主要应用于心肌梗死、梗死后缺血再灌注、心肌炎、心脏移植及其他疾病引起的心肌水肿的定量检测，有助于对心肌梗死心肌损伤危险区域和心肌炎性损伤等病变的评估，具备良好的应用价值[2-8]。目前，国外部分研究已取得了一定的研究成果，但国内相关研究尚缺乏。

3.1MEFSE T2mapping技术的优势T2mapping技术以T2WI黑血序列为基础，可定量测定心肌组织的T2值，不仅具有T2WI序列的优点，而且还能有效弥补其不足，如心肌与血池分界清晰，能够有效的抑制血池内高信号缓慢血流，受线圈表面信号强度的变化、电解质伪影、心脏搏动伪影和呼吸运动伪影影响较小。在T2mapping图像中，基底部心肌轮廓和边界的显示常较心尖部清晰。T2mapping图像的准确性与激励回波有关，激励回波可引入纵向弛豫时间T1值而使信号衰减[9]。检查前有效的呼吸训练，检查中局部匀场技术和心电门控技术的应用，能够有效的提高T2mapping的图像质量。

3.2左室心肌T2值初步观察研究发现，17节段心肌T2值不全相等，其中心肌第2节段即基底部前间壁T2值较同层面余心肌节段稍低，而第17节段心尖心肌的T2值则高于其余心肌节段，从基底部到心尖部的心肌T2值呈逐渐升高的趋势，而中间部、心尖部同层面各节段心肌间T2值差异不明显。这与之前文献中如Markl等[10]试验结果相近；Von等[11]只发现在基底部前壁T2值比同层面其余节段略低，中间部和心尖部同一层面中各节段心肌T2值差异不明显；Wassmuth等[12]试验中短轴位前间壁心肌T2值略高于下壁。本研究采用MEFSE序列，其T2值比文献报道中使用的稳态自由进动 (steady-state free-precession，SSFP)序列采集的T2值[11,13]和多回波自旋回波(multi-echo spin-echo，MESE)序列[14]测得的左室中间部心肌T2值略高。 Hagio等提示，根据T2值算法的不同，T2值可略有差别。MEFSE序列中的多个激励回波等可使测量的T2值大于多个自旋回波序列采集的T2值[15]。若将左室17节段心肌按照供血区域划分，结果显示心肌T2值与血流灌注无关。另外，曾有西方国家的文献[12]报道，健康志愿者中在短轴位、四腔心层面测得的各节段T2值不全相等，且部分节段或心肌平均T2值可升高，四腔心层面出现这种情况的比例高于短轴位层面，且发现大多数健康志愿者心尖T2值较高。本试验中健康志愿者部分心肌节段也出现了T2值升高的现象。扫描过程中，磁场不均匀性、部分容积效应、运动伪影、舒张末期残留的心肌舒张运动、心肌厚度较小及心率均可能影响心肌T2值的大小。研究提示，使用T2值鉴别损伤心肌时，应注意这种节段性差异的影响。

虽然，目前T2mapping技术测定的T2值尚具有一定的变异性，多种因素可影响其值的测定，仍需要根据不同技术自身特点进行技术优化，但其定量优势较明显，在评估心肌损伤尤其是心肌水肿的范围和程度方面，具有良好的临床应用前景。

3.3本研究局限性由于医学伦理学限制，入组的健康志愿者均未行冠脉造影检查，属于相对健康人群。试验中样本例数较少，仍需扩大样本量进一步研究。扫描和后处理过程中可能会出现微小差异。本试验未将T2mapping技术与T2WI黑血压脂序列进行比较，也未将正常心肌与损伤心肌的T2值进行对照研究，这将是后续研究的重点。

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(2015-05-14收稿2015-06-24修回)

(责任编辑张楠)

作者简介：刘明熙，在读硕士，E-mail:liumingxi1216@126.com通讯作者：张挽时，E-mail:cjr.zhangwanshi@vip.163.com

基金项目：全军后勤科研十二五重大项目(AKJ11J004)