改良心脏磁共振T1 mapping序列在持续心房颤动患者中的应用研究

陆艾嘉，赵蕾，田洁，张臣，铁红红，马晓海

作为最常见的持续性心律失常——心房颤动(房颤)的发病率不断上升[1]。我国现有房颤患者约1 000万，房颤患者脑卒中发生率增加5～7倍，病死率增加1倍[2]。研究显示，房颤患者存在左心室心肌间质纤维化，且该病理改变与心功能不全密切相关[3]。

随着磁共振成像(magnetic resonance, MR)技术的发展，利用纵向弛豫时间映射图(T1 mapping)技术能够直接测量组织的T1值，在后处理软件的辅助下，获取细胞外基质容积(extracellular volume, ECV)成像，从而无创地定量化评估心肌纤维化程度[4]。T1 mapping及ECV成像可以为左室心肌纤维化的早期诊断和指导治疗提供帮助，但是房颤发作时极不规则的心室率会影响其准确性[5]。本研究拟探究改良的T1 mapping成像技术对房颤患者成像的可行性，通过比较不同时相(收缩期/舒张期)和采集模式(固定/心率依赖)组合获得的T1值和ECV数据，验证收缩期并心率依赖(heart-rate-dependent, HRD)采集模式T1 mapping在房颤患者中应用的可靠性，报道如下。

1 资料和方法

1.1 研究对象 收集2018年1—12月首都医科大学附属北京安贞医院经临床确诊为持续性房颤的患者50例。入选标准：年龄≥18岁，心电图或动态心电图等工具确切地记录到房颤发作。持续性房颤为房颤心律发作持续时间超过7 d。排除标准：有MR检查禁忌证的患者。本研究经医院伦理委员会批准，所有受检者均在充分了解检查目的及风险的情况下，自愿参加并签署知情同意书。全部患者接受心脏磁共振检查，采用常规序列和改良序列分2次进行T1 mapping扫描。其中5例房颤患者在接受心脏电复律检查前、后各进行1次心脏磁共振检查，用于比较改良模式扫描结果的准确性。

1.2 HRD采集模式 固定的Look-Locker反转恢复序列(modified Look-Locker inversion recovery，MOLLI)采集模式，如5(3)3/ 4(1)3(1),相邻2次反转恢复采集数据的间隔为括号内的3次心跳/1次心跳。心率加快时，每次心跳的时间较慢心率时缩短，如果此时依然采用相同的心跳次数作为间隔时间，将导致磁化矢量恢复不全，残余效应将作用于下一次反转恢复，导致低估T1值。为保障在下一次翻转脉冲前得到充分的纵向磁化矢量恢复，需要依据心率增加间隔的心跳次数。理论上，经过4倍的T1时间(心肌组织的最大T1值2 000 ms)，目标组织能够恢复磁化平衡。对于默认的5(3)3采集模式，当心率为60次/min(1 000 ms)时，需要(5+3) ×1 000=8 000 ms再开始第二次翻转脉冲。对于高心率，则需要根据心率计算间隔心跳次数。笔者针对5(3)3/4(1)3(1) 2种采集模式进行修改。由于5(3)3适合于60次/min的心率，因此，对于增强前T1 mapping，第二次反转恢复脉冲前的心跳次数为n = (5+3)/(以ms为单位的心率)×1 000-5，对于增强后T1 mapping，第二次反转恢复脉冲前的心跳次数为n= (4+1)/(以ms为单位的心率) ×1 000-4。

1.3 心脏磁共振检查 检查采用3.0T磁共振扫描仪(Verio,德国Siemens公司)及32通道表面相控阵心脏线圈。采用运动自动矫正反转恢复真实稳态自由进动T1 mapping序列：扫描范围包含左心室三层短轴层面(基底段、中间段及心尖段)，主要参数：视野(FOV) 270 mm×320 mm，矩阵144×256,重复时间(TR) 2.8 ms，回波时间(TE)1.18 ms，反转角35°，层厚10 mm，并行采集加速因子2。舒张期采用系统默认的依据ECG门控的触发延迟(trigger delay, TD)，收缩期采用TD=0 ms。对于HRD采集模式，依据真实扫描前观察到的最高心率决定间隔心跳次数。对比增强T1 mapping成像：静脉注入对比剂后约15 min重复采集前述短轴层面的T1 mapping，扫描序列、参数同前。其他检查序列包括： (1) 心脏电影成像，扫描范围包含左心室基底段至心尖段在内的左室短轴、长轴和四腔心层面，主要成像参数：FOV 286 mm×340 mm，矩阵216×256，TR 3.4 ms，TE 1.7 ms，时间分辨率40 ms，层厚8 mm；(2) 对比剂延迟强化成像(LGE)，采用二维相位敏感反转恢复快速小角度激发序列，经肘正中静脉注入对比剂(Magnevist,德国Schering公司。流速2 ml/s，用量0.2 mmol/kg)，延迟5～10 min采集左心室短轴、两腔心和四腔心图像。主要参数: FOV 260 mm×350 mm, 矩阵130×256, TR 4.1 ms, TE 1.6 ms, 反转角 20°，层厚8 mm，反转恢复时间(TI)300 ms。

1.4 图像分析 定量分析T1 mapping图像，手动勾画感兴趣区(region of interest,ROI)分别描记增强前、后每一层面图像左心室心内膜和心外膜边界，软件自动计算并输出该层面勾画的闭合范围内增强前、后心肌的平均T1值(T1myo pre，T1myo post)。测量时尽量避开左心室血池(接近心内膜)及心包脂肪(接近心外膜)等可能产生部分容积效应的区域。对于存在伪影的心肌节段，在进行段水平分析时，存在伪影节段及与之对应的其他采集模式获取的图像均排除在外。但在计算以患者为单位的心肌T1值和ECV时，全部无伪影节段均纳入评价。之后采用ROI工具勾画增强前、后每一层面图像左心室血池范围，软件自动计算并输出该层面增强前、后血池平均T1值(T1blood pre，T1blood post)。记录左室基底段、中间段及心尖段层面的心肌及血池增强前、后的平均T1值。左心室整体平均T1值(分别为增强前、后及血池)=3层T1值之和/3。对于接受2次MR检查的入选者，2次检查进行段水平分析。继而采用公式：ECV=(1-hematocrit)(1/TI T1myo post-1/ T1myo pre)/(1/ T1blood post-1/ T1blood pre)获得每位受试者左心室ECV数据[6]。

2 结 果

2.1 研究对象基本情况 本研究入组50例持续性房颤患者，男35例，女15例，年龄34～71(54±13)岁；体质量指数(27.9±4.91)kg/m2；合并高血压20例，冠心病12例，高胆固醇血症33例；LGE阳性6例。由心脏磁共振电影序列测量的心功能结果见表1。

表1 50例房颤患者心功能参数

2.2 房颤患者不同采集模式T1 mapping的比较 50例房颤患者共采集300幅增强前T1 mapping图像和300幅增强后T1 mapping图像。常规模式的T1 mapping图像(增强前、后各150幅图像)中，增强前103幅图像的492个心肌节段、增强后123幅图像的515个节段存在伪影；改良模式下的T1 mapping图像(增强前、后各150幅图像)中，增强前42幅图像的168个节段存在伪影，增强后59幅图像的190个节段存在伪影，常规模式和改良模式的伪影图像的数量有明显差异 (χ2= 189.871,P<0.01)，见图1。

注：A.常规序列扫描，可见左心室部分前壁和侧壁存在伪影(箭头所示);B. 改良模式扫描同层面图像，可见图像信号均匀，乳头肌显示清晰，与A图对应侧(箭头所示)无伪影存在

图1 房颤患者常规模式和改良模式T1 mapping图像比较

改良模式下扫描的左心室增强前T1值、增强后T1值和ECV均高于常规扫描模式获得的相应结果(P<0.05)，见表2。

表2 房颤患者不同采集模式下获得左心室增强前/增强后T1值和ECV比较

2.3 房颤患者电复律前、后扫描结果比较 5例患者在接受电复律前后各进行了一次心脏磁共振检查，常规采集模式及收缩期HRD采集模式下获得左心室增强前/增强后T1值和ECV。电复律后改良模式的T1 mapping结果与电复律前改良模式结果无明显差异(P均>0.05)，而电复律前常规模式T1 mapping结果各项指标明显低于电复律后常规模式的T1mapping结果(P均<0.05)，见表3。

3 讨 论

T1 mapping是由在T1恢复过程中不同时间点采集的一系列图像经过配准得到的。目前常用的T1 mapping成像序列为MOLLI技术。MOLLI技术的心率敏感性通过改良模式已大大改善[7]。影响MOLLI 技术心率敏感性的最大因素是相邻2次反转恢复之间的间隔时间。通过延长相邻反转恢复间的间隔时间可以消除残余心率效应[8]。但具体应如何依据心率增加而增大间隔时间，目前尚无相关报道。此外，高心率时，舒张期心脏相对静止期缩短幅度比收缩期更显著，因此，收缩期更适合用于高心率患者的数据采集。对于房颤患者，尽管每个心动周期的R-R间期长短不一，但收缩期变异程度小于舒张期[9]。

T1 mapping应当有稳健的测量性能，才能得到广泛的应用。任何校正都应当妥善地说明以保证其可重复性。目前专家共识推荐的方法是屏气单层2D采集。在获得足够研究证据前尚不能确定患者的排除标准，同时还缺少验证呼吸运动、心律失常及极限心率干扰T1和ECV测量的相关数据。另外,许多潜在的与疾病相关的因素，例如心肌的厚薄、心律失常、残余心率效应均可能会影响所测量的T1值并引入不明程度的偏倚[10]。

MOLLI由3个连续的心电门控反转恢复准备LL(Look-locker)序列(LL1、LL2、LL3)在一次闭气内扫描完成，这3个序列在反转脉冲之后的连续心脏跳动的舒张末期分别进行3个、3个及5个单次采集[11]。每个LL序列的TI时间为反转脉冲到采集k空间第一幅图像的时间。而有效TI时间为初始TI加上从第一幅图像采集开始后的心动周期的时间长度，图像后处理时，根据有效TI时间重新排列，使得图像类似于一次采集得出的。在每2个LL序列之间有3个无数据采集的心动周期，从而使得纵向磁化矢量完全恢复平衡。利用MOLLI技术可在一次屏气过程中采集心脏单层T1 mapping数据，而且每次舒张末期数据采集时间<200 ms，使运动伪影较少，具有较高的空间分辨率和可重复性[12]。低心率患者，R-R间期缩短，固定采集模式5(3)3/4(1)3(1)2不能保障足够时间等待磁化矢量恢复至平衡状态。完整的反转恢复时间导致低估T1值,在前一次T1反转恢复后增加心跳次数可以有效避免低估T1值。本研究提示，改良模式可明显改善T1 mapping图像质量。房颤患者复律前后CMR检查比较后证实，收缩期HRD采集模式T1 mapping成像结果可靠。改良模式的扫描有效避免由于常规模式扫描导致的T1值低估情况。

本研究数据显示，改良模式下收缩期所采集的可评价图像数和心肌节段数均高于常规模式舒张期所采集的数目。心率加快时，舒张期心脏相对静止期缩短幅度较收缩期明显。对于房颤患者，尽管R-R间期绝对不齐，收缩期变异小于舒张期[13-14]。因此，收缩期采集数据获得了更多的可评价图像。

本研究入组的受试者相对数量较少，尤其是参加2次MR检查的人数。未来需要纳入更多参与2次检查的受试者以进一步验证HRD采集模式的准确性。此外，HRD采集模式相对操作复杂，且HRD模式的优势在更高心率患者中更明显，因此未来需要优化该采集模式，在保证其准确性的基础上，进一步简化操作流程。最后，笔者未进行观察者间及观察者内部一致性检验，但基于以往研究结果表明，T1 mapping序列观察者间及观察者内部一致性良好[15-16]。

综上所述，改良(HRD)采集模式有助于避免对T1值的低估，尤其适合高心率患者。该模式在图像质量和准确性方面明显提高，能使更多心律不齐和高心率患者获益。因此，收缩期并心率依赖模式T1 mapping成像序列能够用于房颤患者进行心室纤维化定量评价。

利益冲突：所有作者声明无利益冲突

作者贡献声明

表3 5例房颤患者电复律前、后扫描结果比较

陆艾嘉、赵蕾：设计研究方案，提出研究思路，研究选题，论文撰写；田洁、铁红红：数据收集、研究过程实施；张臣：文献调研与整理，研究过程实施；马晓海：设计论文框架，修订论文，论文终审