3.0T MRI评价心脏正常结构及功能的实验研究

杨智，李春平，陈天武，杨帆，邓丹，李睿

( 1.成都市第五人民医院放射科，四川成都　611130; 2.川北医学院附属医院放射科，四川南充　637000; 3.南充市中心医院放射科，四川南充　637000)



3.0T MRI评价心脏正常结构及功能的实验研究

杨智1，李春平2，陈天武2，杨帆2，邓丹3，李睿2

( 1.成都市第五人民医院放射科，四川成都611130; 2.川北医学院附属医院放射科，四川南充637000; 3.南充市中心医院放射科，四川南充637000)

【摘要】目的:探讨心脏磁共振( cardiac magnetic resonance imaging，CMRI)电影成像对于评价中国小型猪心脏结构及功能的价值。方法:应用快速稳态平衡进动( fast imaging employing stead-state acquisition，FIESTA)电影序列对15只健康中国小型猪进行CMRI检查，图像经Segment进行分析，并测量左室室壁厚度，左、右心室收缩及舒张末期容积，肺动脉主干管径，并将CMRI测量的结果与心脏超声( cardiac ultra sound，CUS)所测量的对应的左室室壁厚度，左、右室收缩及舒张末期容积，肺动脉主干管径进行相关性研究。此外，还用MRI测量舒张末期左、右心室肌质量。结果: ( 1) CMRI测得的舒张末期右心室肌质量，舒张末期左心室肌质量，舒张末期右心室与左心室肌质量比，右室舒张末期长、短径，右室舒张末期容积，右室射血分数，左室射血分数结果分别为( 10±1) g，( 38±2) g，0.25±0.03，( 51.4±3.8) mm，( 26.8±2.9) mm，( 54±4) mL，0.54±0. 04，0.53±0.06。( 2) CMRI测得的室间隔厚度，左室后壁厚度，左室舒张末期内径，左室收缩末期内径及主肺动脉干管径分别为( 9.8±0.8) mm，( 8.1±0.9) mm，( 38.7±1.3) mm，( 27.6±1.9) mm，( 18.9±1.1) mm，CUS测得的相应值分别为( 9.3±0.5) mm，( 9.1±0.9) mm，( 36.7±1.3) mm，( 24.3±2.5) mm，( 16.3±1.2) mm，CMRI测定的相应值均高于CUS测得的相应值，但两种技术下测得的结果具有良好相关性( r依次为0.976、0.860、0.849、0.699和0.720，均有P＜0.05)。结论: CMRI是无创性评价心脏左右心室形态及功能的检查方法。

【关键词】CMRI; FIESTA;心室;肺动脉

网络出版时间: 2016-3-4 10∶16网络出版地址: http: / /www.cnki.net/kcms/detail/51.1254.R.20160304.1016.026.html

1　材料与方法

1.1实验动物

中国小型猪15头(川北医学院动物实验中心提供)，其中雄性10头，雌性5头;月龄8～9个月，体重( 25±5) kg。

1.2 CMRI及CUS检查前准备及动物麻醉

检查前24 h流质饮食，12 h前禁食，4 h前禁水，避免因胃内容物过多导致心脏上移，并向后转位。首先耳后肌内注射盐酸氯氨酮15 mg/kg行初步麻醉;然后用20 G留置针行耳缘静脉穿刺、置管，并建立静脉通道，并将盐酸氯氨酮与安定约以25∶1(盐酸氯胺酮600 mg，安定25 mg)混于500 mL生理盐水中静脉滴注( 85滴/min)，以维持猪深度麻醉至陈－施呼吸状态，最后将小型猪以仰卧位固定于特制长方形固定架内。采用盐酸氯胺酮及安定联合使用进行全麻及呼吸动度的控制，以降低实验动物的呼吸频率及呼吸深度，使之维持在呼吸深度均匀、节律整齐的陈-施呼吸状态，同时在行CMRI检查期间，间断使用安定平稳心率，使心率在65～85次/ min。

1.3 CMRI检查

1.3.1磁共振成像仪采用超导3.0 T高场强MRI扫描仪( Discovery MR750，USA)，最大梯度场强50 mT/m，切换率每毫秒200 mT/m/s，信号采集应用32通道腹部相控阵线圈，应用呼吸门控、前瞻性心电向量门控，VCG放置方法: 3个电极片放置在胸骨左缘第2、4肋间隙和肋弓下缘，另一电极放置在左锁骨中线外第5肋间隙，左锁骨中线第2肋间隙电极与肋弓下缘电极配对成A组，余下两枚电极配对成B组，连线根部相同颜色对应放置A、B组(图1)。

1.3.2定位像扫描小型猪采用头先进，心脏标准定位步骤如下(图2)［3］: ( 1)在标准横轴位上，经过心尖平行于室间隔定位单斜左室长轴位; ( 2)在单斜左室长轴位上，于心尖与二尖瓣连线中点获得四腔心层面; ( 3)在四腔心层面上，垂直于心尖和二尖瓣的连线定位获得两腔心标准短轴位。

图1　VCG放置方法

图2　小型猪心脏磁共振定位扫描图

1.3.3成像序列采用序列如下:快速自由稳态平衡进动序列( fast imaging employing steady-state acquisition，FIESTA)，呼吸导航回波触发，成像参数如下TR: 3.0 ms; TE: 1.5 ms; FA: 20°; FOV: 30 mm，phase FOV为0.8 mm，矩阵256×256，激励次数为1，带宽为83.33 kHz，层厚为8 mm，层间间距为0 mm; phase为20，约共采集7～8层，每层约20个期相，在小型猪心脏扫描中始终使用VCG的QRS波作为触发标记，心电触发方式为前瞻性心电门控，触发延迟时间为最短，仰卧位平静呼吸均匀状态下采集数据。

1.3.4图像评估所获得的心脏标准定位图像由两位有经验的心血管MRI诊断医师进行主观评估，以意见一致为评判指标。0级无法进行心脏功能及形态评估;Ⅰ级较差;Ⅱ级较好;Ⅲ级很好。两位医师均行盲法共同观察分析，认为所获得的图像为Ⅱ或Ⅲ级者纳入分析，否者小型猪将进行重新CMRI扫描，以获得Ⅱ级或Ⅲ级图像质量进行分析。

1.4 CUS检查

15头中国小型猪均在本院行心脏超声( cardiac ultra sound，CUS)检查，CUS检查于CMR检查之后，检查间隔＜6 h。

1.5测量指标

采用美国心脏病学会( AHA) 2002年心脏标准平面命名方式［4］，并将获得的中国小型猪CMRI图像应用segment软件进行后处理及分析。测量指标及标准如下: ( 1)室间隔( interventricular septum，IVS)厚度:与左室短轴位舒张末期基底段出现完整一圈左心室肌，并避开左室流出道层面，垂直于心内膜测量;左室后壁( left ventricle posterior wall，LVPW)厚度:与IVS同一层面于舒张末期垂直于左心室后壁基底段心内膜测量(图3) ; ( 2)左室舒张末内径( end diastolic dimension of left ventricle，LVEDD) :于舒张末期与IVS及LVPW同一平面测量左室内径;左室收缩末内径( end systolic dimension of left ventricle，LVESD) :与LVPW及IVS同一平面的收缩末图像上测量左室内径(见图4) ; ( 3)右室长径( major dimension of right ventricle) :于舒张末期四腔心层面，右室心尖到三尖瓣中点的长度;右室短径( minor dimension of right ventricle) :垂直于右室长径，右室侧壁至室间隔的最大距离(图5) ; ( 4)肺动脉主干内径( pulmonary arterial diameter) :肺动脉主干内径于轴位平升主动脉根部; ( 5)右室舒张末期容积，舒张末期右心室肌质量，舒张末期左心室肌质量，舒张末期右心室与左心室肌质量比，右室射血分数( left ventricular ejection fraction LVEF)及左室射血分数( right ventricular ejection fraction RVEF)，将动态两腔心标准短轴位导入到segment心功能分析软件中获得。

1.6统计学分析

采用SPSS16.0统计软件包，IVS、LVPW、LVEDD、LVEPW、右室长径及短径、肺动脉主干内径、左室舒张末期及收缩末期容积、右室舒张末期容积、舒张末期右心室肌质量、舒张末期左心室肌质量、舒张末期右心室与左心室肌质量比、LVEF、RVEF测量指标均以±s表示。用Pearson相关分析CUS及CMRI测量的上述数据相关系数反应二者相关性。P＜0. 05认为有统计学意义。

图3　CMRI测量室间隔及左室后壁

图4　CMRI测量左室收缩及舒张末期内径

图5　CMRI测量右室舒张末期内径

2　结果

15例健康中国小型猪CMRI测得的室间隔厚度，左室后壁厚度，左室舒张末期内径，左室收缩末期内径及主肺动脉干管径分别为( 9.8±0.8) mm，( 8.1± 0.9) mm，( 38.7±1.3) mm，( 27.6±1.9) mm，( 18.9 ±1.1) mm，CUS测得的相应值分别为( 9.3±0.5 ) mm，( 9.1±0.9) mm，( 36.7±1.3) mm，( 24.3±2.5) mm，( 16.3±1.2) mm，CMRI测定的相应值均高于CUS测得的相应值，但两种技术下测得的结果具有良好相关性( r依次为0.976、0. 860、0.849、0.699和0.720，均有P＜0.05) (表1)。

15例健康中国小型猪CMRI测得的舒张末期右心室肌质量，舒张末期左心室肌质量，舒张末期右心室与左心室肌质量比，右室舒张末期长、短径，右室舒张末期容积，右室射血分数，左室射血分数结果分别为( 10±1) g，( 38±2) g，0.25±0.03，( 51.4± 3.8) mm，( 26.8±2.9) mm，( 54±4) mL，0.54± 0. 04，0.53±0.06(表2)。

表1　CMRI与CUS测量值( mm)的比较

表2　15例中国小香猪CMRI测量心脏结构及功能结果

3　讨论

据统计资料表明，心脏病已成为危害人类健康的重要的杀手［5］。随着科学技术的飞速发展和人们对心脏疾病研究的深入，尤其是多种医学成像技术的临床应用，使得心脏疾患的诊断和技术得到飞速发展。目前，心脏影像学检查方法众多，除外传统X线检查及心导管检查，核医学心肌灌注显像被认为是评估心肌是否缺血的“金标准”，但长期以来，因其电离辐射、心肌形态学结构显示不清晰，而不被临床广为接受;冠状动脉造影目前仍然是评价冠状动脉病变的金标准，但除外其属于有创性检查，并且难以对心脏的结构及功能进行准确的评价;尽管目前多排螺旋CT在无创性评价冠状动脉方面得到明显突飞猛进的发展，但是由于其让患者过度的暴露于电离射线下，也限制了其在临床上的广泛应用; CUS因其价格低廉、设备简单、快捷无创，但CUS检查对临床操作医生要求较高，并且可重复性较差，同时对复杂性心脏病的心外结构显示欠清［6］，并难以区分心内膜及心肌组织［7］，对心脏疾病的评价有其局限性。CMRI以其高的时间分辨率和空间分辨率在评价心脏的结构及功能方面得到了广泛认可，尤其近年来高场强MRI在空间分辨率、时间分辨率、信噪比方面得到进一步明显提高，CMRI被认为是评价心脏功能的金标准。CMRI无创、无电离辐射性，并可“一站式”完成心脏结构、功能、心肌活性剂冠状动脉的评估。本研究通过动物实验，对正常实验动物进行右心功能及形态的研究，为其在不同疾病阶段类似研究奠定方法学基础及正常参考依据。

目前临床影像学评价心脏各房室形态及功能，通常以评价左室为主;但对于多种心脏病，如先心病、肥厚性心肌病、充血性心力衰竭、特发性肺动脉高压及多数呼吸系统继发性心脏病的心脏病情判断、制定治疗方案和早期干预，对右心形态结构及功能的评价有着重要的临床意义。Raymond等学者研究认为:对于肺部疾病导致的右心室结构和功能的评价，CMRI是评价右室结构及功能的金标准，并有可能取代侵入性或辐射技术来评价右室功能［8－10］。本实验研究亦认为对小型猪右心的观察，CMRI采集的电影动态图像能较好的区分右心室舒张末期及右心室收缩末期。FIESTA序列MRI电影相对于CUS具有良好的血池—心肌对比度、血池—乳头肌对比度，能较好的观察右室心肌的形态改变;同时标准的FIESTA电影序列能对心脏瓣膜运动进行精确观察。FIESTA动态扫描序列能准确的再现心脏的运动规律，虽然心室腔的勾画赖于操作者的娴熟，但能非常准确的反应右心功能和右室质量。相对于1.5TMRI，3.0T MRI磁敏感伪影及化学伪影增多，但3.0T MRI的信噪比及对比噪声比不断增加，扫描速度进一步加快。目前有研究证实:3.0T MRI快速多层电影成像可准确评估慢性心脏病左室容积，并可在相对短的时间内长期准确的监测左室重构［11－12］。关于左室功能常用的测定方法为累加心室连续短轴层面的面积，即是通常的Simpson方法，是公认的测定左室功能相对准确的方法，且目前快速采集序列以大大缩短了采集时间，故本实验对右室容积和功能的测定也采用上述方法。本实验采用3.0T MRI扫描仪对小型猪右室进行形态及功能研究，所测得的右室结构指标与CUS所测得值相关性良好。

就当前来说，CUS是评价右心形态及功能的主要测量技术，同时因其价格便宜、简便易行，已广泛成为随访评价右室改变的主要影像学技术;但CUS有其固有缺陷影响，例如肺气肿患者，特别是心脏与胸壁之间的肺气肿，它会干扰超声成像;同时右室解剖位置多变，CUS可重复性较差等这些影响了其在右心成像方面的准确性［13］。CMRI可以对右心多种断面和多种序列成像，“一站式”完成心脏结构及功能评价，因此本研究利用CMRI的优势，对右心及肺循环进行规范化成像研究。在实验动物建立肺气肿动物模型之前，以CUS作为参照标准，对正常中国小香猪心脏结构及功能等指标进行对照研究发现: CMRI所测得的左室室间隔，左室舒张末、收缩末容积与CUS所测得的结果无差异性;但CMRI所测得结果较CUS测值较大，可能与测量所采用的不同切面有关，CMRI对心外结构的显示较CUS准确，同时CMRI对在采集心脏功能数据时与人体心动周期保持较高的对比度［14－15］。

本研究中，由于中国小香猪无法屏气，只能采用呼吸导航技术采集，中国小香猪CMRI图像质量参差不齐，但均可以用于心脏形态及功能的评估，所有CMRI扫描数据经segment软件处理后均可完整地显示右心结构及功能参数，同时测量出右室容积及心肌质量，为定量评价右室容积及心肌质量提供依据［16－17］。虽然小香猪心率较快，每次CMRI扫描都需要降低心率，CMRI获得的RVEF可能与实际RVEF不同，但对右心的结构评估将不会受到较大影响［18］。为了进一步证实CMRI能够准确评价肺动脉的形态，还对CMRI所测得肺动脉主干管径结果与CUS测得的值进行了对比研究。通过对比研究后发现: CMRI所测得的肺动脉主干与CUS所测得的结果无差异性，但CMRI测量值高于CUS，其原因可能在于成像采集的层面不同，同时CMRI对肺动脉管壁的与血流的区分对比度不同所致［19］; CUS所测量的层面具有随机性，且受胸腔内含气量及小香猪体位亦有影响，故CUS对肺动脉主干的多次测量的结果之间差异较大，同时主肺动脉干处于不同的收缩－舒张期相也影响CUS对主肺动脉干的测值。但是，CMRI与CUS测得的主动脉干管径存在明显相关性，表明CMRI能够准确评价主肺动脉的形态学特征。

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(学术编辑:黄小华)

论著

Evaluation of the anatomy and function of normal right ventricular with 3.0T MRI: an experimental study

YANG Zhi1，LI Chun-ping2，CHEN Tian-wu2，YANG Fan2，DENG Dan3，LI Rui2
( 1.Department of Radiology，Chengdu Fifth People’s Hospital，Chengdu 611130; 2.Department of Radiology，Affiliated Hospital of North Sichuan Medical College，Nanchong 637000; 3.Department of Medical Imaging，Nanchong Central Hospital，Nanchong 637000，Sichuan，China)

【Abstract】Objective: To explore the value of cine magnetic resonance imaging ( Cine-MRI) in assessment of cardiac morphology and function in health piglets.Methods: A total of 15 healthy piglets were enrolled into this study，and all of piglets were examined with fast imaging employing steady-state acquisition ( FIESTA) cine MRI sequence.And all of the MRI images were dealt on Segment software.CUS was also performed in all of the piglets.The correlationships were determined with the dimensions of left ventricular wall，end-diastolic left and right myocardial mass，right ventricular end-diastolic volume and end-systolic volume，dimension of pulmonary by Cine-MRI and CUS.Results: ( 1) CMRI measured end-diastolic right myocardial mass，end-diastolic right myocardial mass，the ratio of end-diastolic right ventricular myocardial mass to end-diastolic left ventricular myocardial mass，right ventricular end-diastolic long and short dimension，right ventricular end-diastolic volume，right ventricular ejection fraction，left ventricular ejection fraction were( 10± 1) g，( 38±2) g，0. 25±0. 03，( 51. 4±3. 8) mm，( 26. 8±2. 9) mm，( 54±4) mL，0. 54±0. 04，0. 53±0. 06.( 2) CMRI results: interventricular septum: ( 9. 8±0. 8) mm，left ventricle posterior wall thickness: ( 8. 1±0. 9) mm，end-diastolic diameter of right ventricular: ( 38. 7±1. 3) mm，end-systolic volume diameters of right ventricular: ( 27. 6±1. 9) mm，dimension of pulmonary: ( 18. 9±1. 1) mm; CUS results: interventricular septum: ( 9. 3±0. 5) mm，left ventricle posterior wall thickness: ( 9. 1±0. 9) mm，end-diastolic di-book=47,ebook=52ameter of right ventricular: ( 36. 7±1. 3) mm，end-systolic volume diameters of right ventricular: ( 24. 3±2. 5) mm，dimension of pulmonary: ( 16. 3±1. 2) mm; the results of the two technologies has good correlation ( r = 0. 976，0. 860，0. 849，0. 699 and 0. 720，respectively，all P＜0. 05).Conclusion: CMRI could evaluate the morphology and function of right ventricular ( RV) and left ventricular ( LV) invasively.

【Key words】Cardiac magnetic resonance imaging( CMRI) ; Fast imaging employing stead-state acquisition ( FIESTA) ; Ventricle; Pulmonary artery

作者简介:杨智( 1987－)，男，硕士，助教。通讯作者:李春平，E-mail: lichunping_1@163.com

基金项目:四川省教育厅计划项目( 11ZA186)

收稿日期:2015－02－27

doi:10. 3969/j. issn. 1005-3697. 2016. 01.13

【文章编号】1005-3697( 2016) 01-0046-05

【中图分类号】R445.2

【文献标志码】A