1.5T无对比剂全心冠状动脉磁共振血管成像评估冠状动脉狭窄严重程度的临床价值

林 路，张晓娜，雷 红，王 亮，沈珠军，陈 未，，王振捷，金征宇，王怡宁，

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院 1放射科 2保健医疗部 3心内科，北京100730

近年来，我国城乡居民的冠心病死亡率逐年上升[1]，对冠状动脉无创成像的临床需求日益增加。冠状动脉计算机断层摄影血管成像(coronary computed tomography angiography，CCTA)是目前临床一线采用的无创冠状动脉成像方法，在临床决策中发挥重要的作用[2-3]。然而，CCTA检查有电离辐射且需注射含碘对比剂，在对比剂过敏、肾功能不全等特殊患者中的应用受到限制。冠状动脉磁共振成像(magnetic resonance coronary angiography，MRCA)可以在无辐射、无对比剂的前提下完成，是CCTA有效的替代方法，但由于其技术复杂性尚未广泛应用于临床[4-5]。基于稳态自由进动(steady state free precession，SSFP)序列的自由呼吸全心MRCA是目前应用最广泛的无对比剂MRCA成像方法，既往研究证实，其能够准确诊断冠心病(检出≥50%冠脉狭窄)[6-7]，获得接近CCTA的诊断准确性。

在诊断冠心病的同时进一步评估冠状动脉狭窄的严重程度亦具有重要临床意义。2016年提出的冠状动脉疾病报告与数据系统(coronary artery disease reporting and data system，CAD-RADS)分类标准[8]以指导临床决策为导向，基于CCTA规范了无创冠状动脉成像的诊断报告体系，提出基于冠脉狭窄程度的0～5级分类系统。对于CAD-RADS 3类(冠状动脉50%～69%狭窄)的稳定性胸痛患者，虽诊断冠心病，但可考虑先行药物治疗或无创心脏功能成像；而对于CAD-RADS 4类(左主干>50%狭窄或其他冠状动脉70%～99%狭窄)和5类(冠状动脉完全闭塞)患者，需要介入冠状动脉造影(invasive coronary angiography，ICA)等进一步临床处理，准确识别≥70%冠状动脉狭窄在其中起到关键作用。目前MRCA诊断准确性研究均采用≥50%狭窄为评价标准，尚未见MRCA评价冠状动脉狭窄严重程度的相关研究。本研究以ICA为参考标准，分别评估了MRCA检测≥50%及≥70%冠状动脉狭窄的诊断准确性，以期为MRCA技术的深度临床应用提供参考。

对象和方法

对象2019年2月至7月前瞻性连续招纳56例在北京协和医院心内科拟行非急诊ICA的患者。入选标准：(1)临床疑诊冠心病患者或确诊冠心病患者出现新发症状提示病情进展；(2)临床评估后拟于4周内行ICA检查。排除标准：(1)存在常规磁共振成像检查禁忌证(幽闭恐惧症、体内存在MRI不兼容的金属植入物及心脏起搏器等)；(2)急性心肌梗死；(3)持续性房颤或静息心率≥100次/min；(4)冠状动脉支架置入及血管搭桥术后；(5)患者拒绝参加试验。共15例患者因上述原因被排除，最终纳入41例患者。本研究经北京协和医院伦理审查委员会批准，所有受试者在进行MRCA检查前均签署知情同意书(JS-2658)。

无对比剂1.5T全心MRCA成像方法检查前要求受试者保持均匀的呼吸频率及幅度。所有MRCA检查于同一1.5T MR扫描仪(Ingenia，Philips Medical Systems)完成，梯度磁场切换率200(mT·m-1)/ms，最大梯度场强度45 mT/m，采用32通道体部数字线控阵线圈。扫描不使用静脉对比剂、血管扩张药物、β受体阻滞剂及腹带。扫描序列主要包括三平面定位像、右冠状动脉(right coronary artery，RCA)中段水平横轴位心脏电影序列及自由呼吸全心MRCA序列。三平面定位像用于确定心脏及膈肌位置。横轴位电影图像于自由呼吸下完成，用于观察RCA横断面运动情况。电影成像采用SSFP序列：TR/TE 3.0 ms/1.48 ms，翻转角60°，感兴趣区320×320 mm，层厚7 mm，采集矩阵164×157，100个心脏时相，敏感性编码(sensitivity encoding acceleration，SENSE)加速因子2.2。选择RCA相对静止时相确定患者特异的MRCA心电门控采集时间窗，可能于收缩期或舒张期采集[9]。全心MRCA采用自由呼吸膈肌导航，心电触发SSFP序列：T2准备脉冲、频率预饱和反转恢复(spectral presaturation with inversion recovery，SPIR)脂肪抑制、笛卡尔k空间采集；TR/TE 3.7 ms/1.87 ms，翻转角90°，膈肌导航窗宽±2.5 mm，持续漂移校准，感兴趣区260 mm×309 mm×112 mm，采集矩阵168×214×75，采集体素1.55 mm×1.44 mm×1.5 mm，重建体素0.71 mm×0.71 mm×0.75 mm，SENSE加速因子3.36(RL 2.4×FH 1.4)。

MRCA图像分析扫描完成后，全心MRCA图像传输至专用后处理工作站(IntelliSpace Portal，Philips Medical Systems)。由两名有经验的放射诊断医师(心血管磁共振诊断工作经验8、15年)在不获知患者相关临床信息及ICA结果的前提下独立评估图像，在冠状动脉节段水平分别进行图像质量评分及血管狭窄诊断，评估基于MRCA原始横轴位图像、连续薄层最大密度投影(maximum intensity projection，MIP)图像及血管曲面重建(curve planar reconstruction，CPR)图像。MIP连续图像初始层厚3 mm，根据观察需要调整层厚及位置。冠状动脉分段基于2014年国际心血管CT协会(society of cardiovascular computed tomography，SCCT)冠状动脉分段标准[10]。图像质量评分采用4级评分系统：1分，冠状动脉可见但图像伪影严重，血管边缘模糊不清，不满足诊断需求；2分，冠状动脉图像存在中度伪影，但尚可进行诊断；3分，图像存在轻度伪影，冠状动脉边缘轻度模糊；4分，图像无明显伪影，血管边缘清晰锐利。图像质量评分≥2分定义为可评价节段。最终图像评分结果取两名研究者评分的平均值。对所有可见的冠状动脉节段，由两名观察者基于节段水平分别独立评价是否存在≥50%及≥70%的管腔狭窄(图1、2)，观察者不获知受试者临床信息及其他检查结果。判定存在≥50%狭窄标准：(1)血管管腔边缘较清晰、锐利，MIP及CPR图像中存在节段狭窄，狭窄处直径较参考管腔直径减小≥50%；(2)管腔边缘模糊，但节段管腔信号明显减低。判定存在≥70%狭窄标准：(1)血管管腔边缘较清晰、锐利，MIP及CPR图像中存在节段狭窄，狭窄处直径较参考管腔直径减小≥70%；(2)节段管腔信号断续显示或截断消失。为避免高估诊断准确性，本研究狭窄评价不除外图像质量评分为1的冠状动脉节段[6]，从MRCA诊断冠心病的临床应用角度出发，将所有图像质量评分为1分的冠状动脉节段解读为存在≥50%狭窄以尽量避免假阴性判读，但不判定存在≥70%狭窄。统计评价研究者间一致性后，对两名医师意见不一结果由两者协商得出统一结论，用于后续诊断准确性分析。

ICA图像分析由1名心内科医师(8年ICA工作经验)在不获知患者临床信息及MRCA结果的前提下评价ICA图像，参考多角度ICA图像，以显示冠状动脉管腔最窄的投影角度作为判断依据。对冠状动脉狭窄病变进行定量评估，分别检测≥50%及≥70%的冠状动脉管腔狭窄。将主要心外膜冠状动脉管腔连续性及前向血流中断的病变定义为慢性完全性闭塞(chronic total occlusion，CTO)。

统计学处理采用MedCalc 18.2统计分析软件[11]，符合正态分布的计量资料以均数±标准差表示，不符合正态分布的计量资料以M(Q1，Q3)表示，分类变量以频率及百分比表示；以ICA为参考标准，将参考直径≥2 mm的冠状动脉节段纳入分析，同时排除CTO病变以远的冠状动脉节段[6]，评价MRCA在冠状动脉节段水平、血管水平及患者水平对≥50%狭窄及≥70%狭窄的诊断准确性；分别计算敏感性、特异性、阳性预测值(positive predictive value，PPV)、阴性预测值(negative predictive value，NPV)，诊断准确性及其对应的95%CI；采用Fisher精确检验在患者水平比较MRCA诊断≥50%及≥70%冠状动脉狭窄的敏感性、特异性及诊断准确性，独立卡方检验在血管及节段水平比较MRCA诊断≥50%及≥70%冠状动脉狭窄的敏感性、特异性及诊断准确性；计算Cohen’s kappa(κ)值分别评价MRCA检测≥50%狭窄及≥70%狭窄血管节段的研究者间一致性：κ<0.20提示一致性差，κ介于0.21～0.40为弱一致性，κ介于0.41～0.60为中度一致性，κ介于0.61～0.80为一致性良好，κ介于0.81～1.00为高度一致性；P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

一般情况41例患者中，男31例，女10例，平均年龄(57±8)岁(39～73岁)，平均体质量指数(26.0±3.2)kg/m2(20.3～33.1 kg/m2)；25例(60.1%)有高血压，14例(34.1%)有糖尿病，24例(58.5%)有高脂血症，21例(51.2%)有吸烟史，18例(43.9%)有冠心病家族史；MRCA与ICA间隔中位时间为1 d(1～14 d)。

全心冠状动脉MRCA成像及图像质量分析MRCA成像在11例患者中于收缩期进行，扫描中平均心率为(79±8)次/min(70～98次/min)，心电门控采集时间窗平均为(97±11)ms(90～120 ms)；30例患者于舒张期进行，扫描中平均心率为(64±8)次/min(50～81次/min)，心电门控采集时间窗平均为(114±16)ms(80～150 ms)。所有41例患者的平均呼吸采集效率为(46±10)%(28%～66%)，MRCA采集时间平均为(10.1±2.2)min(6～15 min)。与ICA结果对照后，共除外62个冠状动脉节段(其中13个节段为CTO病变以远节段，49个节段管腔直径<2 mm)，最终共481个冠状动脉节段纳入诊断准确性分析，各冠状动脉节段MRCA图像质量评分见表1，其中，共36个(7.5%)冠状动脉节段图像质量评分为1分，不满足诊断要求。

表1 全心MRCA图像质量评价结果Table 1 Image quality of whole-heart MRCA

自由呼吸全心MRCA对≥50%狭窄及≥70%狭窄的诊断性能分析ICA结果显示，41例患者中，33例(80.0%)63支血管(51.2%)共124个冠状动脉节段(25.8%)存在≥50%管腔狭窄，28例(68.3%)44支血管(35.8%)共66个冠状动脉节段(13.7%)存在≥70%管腔狭窄。MRCA检测≥50%血管狭窄的研究者间一致性良好(κ=0.78，95%CI：0.74～0.83)，检测≥70%血管狭窄节段显示高度研究者间一致性(κ=0.92，95%CI：0.87～0.97)。MRCA诊断≥50%及≥70%冠状动脉狭窄的敏感性、特异性、准确性在患者水平分别为100%(95%CI：89%～100%)及82%(95%CI：63%～94%)、38%(95%CI：9%～76%)及54%(95%CI：25%～81%)、88%(95%CI：73%～95%)及73%(95%CI：57%～85%)；在血管水平分别为95%(95%CI：87%～99%)及86%(95%CI：73%～95%)、58%(95%CI：45%～71%)及76%(95%CI：65%～85%)、78%(95%CI：69%～84%)及80%(95%CI：71%～86%)(表2)。MRCA可有效发现并区分不同程度的冠状动脉狭窄(图1、2)。在患者水平，MRCA诊断≥50%血管狭窄的敏感性明显高于诊断≥70%狭窄(100%比82%；P=0.017)；在血管节段水平，MRCA诊断≥50%血管狭窄的敏感性高于诊断≥70%狭窄(97%比88%；χ2=5.73，P=0.017)，诊断≥50%血管狭窄的特异性低于≥70%狭窄(86%比94%；χ2=14.12，P<0.001)；其余各组间敏感性、特异性及诊断准确性差异均无统计学意义(P均>0.05)。

表2 全心MRCA对ICA≥50%及≥70%冠状动脉狭窄的诊断准确性(%)Table 2 Diagnostic accuracy of whole-heart MRCA for≥50% or≥70% stenosis in ICA(%)

讨 论

本研究以ICA为参考标准，分析并比较了无对比剂1.5T自由呼吸全心MRCA对≥50%及≥70%冠状动脉狭窄的诊断性能，结果显示，MRCA诊断≥50%及≥70%冠脉狭窄的敏感性、特异性及准确性在患者水平分别为100%及82%、38%及54%、88%及73%，在血管水平分别为95%及86%、58%及76%、78%及80%，在节段水平分别为97%及88%、86%及94%、89%及89%。在节段水平MRCA诊断≥50%狭窄的敏感性高于诊断≥70%狭窄，特异性低于诊断≥70%狭窄，两者总体诊断准确性无显著差异。

自由呼吸膈肌导航全心MRCA成像是目前应用最广泛的MRCA成像方法之一，其扫描定位相对简单，可通过一次成像同时显示全心冠状动脉主干及分支，并可进行血管的多角度三维重建，但其扫描时间较长，与患者呼吸模式直接相关。在一项应用5通道线圈的1.5T 无对比剂全心MRCA多中心临床研究中，Kato等[6]报道全心MRCA平均扫描时间为(9.5±3.5)min，患者水平诊断≥50%冠状动脉狭窄的敏感性、特异性及准确性为88%、72%及79%，但在研究纳入的全部138名受试者中有11人(8%)因MRCA扫描时间超过30 min未完成检查。随着多通道线圈及并行采集技术的应用，全心MRCA的扫描时间进一步缩短。Nagata等[7]在一项应用32通道线圈、SENSE加速因子4的临床研究中报道，全心MRCA扫描在全部67名受试者中成功进行，平均扫描时间为(6.2±2.8)min，在患者水平诊断≥50%管腔狭窄的敏感性、特异性及准确性为87%、86%及87%。本研究同样采用了32通道线圈及并行采集技术，但与Nagata等[7]研究不同，在患者头足方向应用了更低的SENSE因子(1.4)以降低层间噪声及伪影，在膈肌呼吸导航模式中选择了持续漂移校准模式而非固定模式以适应更大的呼吸幅度变异，故采集时间较长为(10.1±2.2)min，但所有受试者均可良好耐受并完成检查。诊断准确性方面，本研究显示了对≥50%血管狭窄更高的敏感性，而诊断特异性较低，分析造成假阳性结果的主要原因如下：(1)MRCA冠状动脉节段图像质量评分为1分时，基于避免假阴性的诊断模型判定存在≥50%狭窄；(2)ICA评估存在30%～50%狭窄，MRCA发现病变但高估狭窄≥50%；(3)局限的轻-中度管腔伪影造成假阳性判读。从冠心病临床诊治角度出发，如将MRCA作为冠心病的筛查影像检查，本研究中所显示的高敏感性及阴性预测值可满足需求。为进一步提升无对比剂MRCA成像的特异性，本研究团队在另一项研究中，尝试将全心及单支靶容积MRCA成像有机结合，与只行全心MRCA相比，联合成像可有效提高对≥50%冠状动脉狭窄的诊断特异性，但该成像方法需要更复杂的扫描定位，检查时间相应延长[12]。类比CCTA，冠状动脉无创成像对于狭窄病变程度的评价亦具有重要临床意义。根据2016年CAD-RADS分类标准[9]，如冠状动脉成像发现≥70%狭窄病变，即CAD-RADS 4类或5类，应考虑为患者进一步行有创ICA检查。本研究初步验证了无对比剂MRCA对≥70%冠状动脉狭窄定性诊断的诊断效能，结果显示MRCA对≥70%冠状动脉狭窄仍具有较高的诊断准确性，与诊断≥50%狭窄病变比较，总体诊断准确性无显著差异，敏感性有所降低，但特异性有升高趋势。针对敏感性降低回顾MRCA诊断≥70%狭窄的假阴性结果，共6支血管：其中5支血管MRCA较ICA低估狭窄，但均可发现病变并诊断存在≥50%狭窄，分析主要原因为MRCA空间分辨率较ICA低，对局限狭窄病变的显示可能受部分容积效应干扰，造成病变边缘模糊；另外1支血管的假阴性诊断位于回旋支中远段，与ICA对照发现狭窄以远管腔较纤细，在MRCA图像上显示不清故未诊断狭窄。针对上述问题，可考虑进一步优化MRCA的成像序列提高空间分辨率，但空间分辨率的提升将造成扫描时间的延长，增加产生心脏搏动及呼吸相关伪影的机率，MRCA成像需要在二者间做到较好的平衡。采用定量分析方法可能是另一种能够更加准确评价冠状动脉狭窄程度的方法，Yonezawa等[13]尝试在62例患者的队列中基于血管信号强度对无对比剂MRCA图像进行了定量评估，结果发现定量分析对≥50%冠状动脉狭窄的诊断准确性较主观定性评估获得提升。但该研究只采用了≥50%狭窄的参考标准，定量分析方法亦相对繁琐，有待进一步探索及标准化。

BMI：体质量指数；MRCA：磁共振冠状动脉成像；MIP：最大密度投影；CPR：曲面重建；RCA：右冠状动脉；LAD：左前降支；ICA：介入冠状动脉造影BMI：body mass index；MRCA：magnetic resonance coronary angiography；MIP：maximum intensity projection；CPR：curve planar reconstruction；RCA：right coronary artery；LAD：left anterior descending artery；ICA：invasive coronary angiography图1 男，57岁，发作性胸痛3年，BMI 23.5 kg/m2，行1.5T无对比剂全心MRCA，扫描时间共7 min，扫描中平均心率51 bpm，MRCA(A、D：MIP图；B、E：CPR图)示RCA近段局限50%～70%狭窄(A、B，箭)，LAD中段管腔重度狭窄(≥70%)伴局部信号缺失(D、E，箭头)，MRCA与后续ICA结果相符，ICA示RCA近中段局限50%～70%狭窄(C，箭)，LAD中段管腔完全闭塞(F，箭头)Fig 1 A 57-year-old male patient with 3 years of paroxysmal chest pain and BMI of 23.5 kg/m2,the 1.5-T whole-heart MRCA was completed in a total of 7 minutes and the patient’s average heart rate was 51 bpm,MRCA(A，D：MIP images；B，E：CPR images)showed 50%-70% stenosis in proximal RCA(A，B，arrows)and severe stenosis in middle LAD(D，E，arrowheads)with focal lumen signal loss，and the corresponding ICA indicated location-matched 50%-70%(C，arrow)stenosis in proximal RCA and total occlusion in middle LAD compared with MRCA(F,arrowhead)

图2 男，53岁，发作性胸痛1年，BMI 23.8 kg/m2，行1.5T无对比剂全心MRCA，扫描时间共9 min，扫描中平均心率52 bpm，MRCA(A、D：MIP图；B、E：CPR图)示RCA未见有意义狭窄(≥50%)，LAD近段管腔≥70%狭窄(D、E，箭头)，MRCA与后续ICA结果相符，ICA示RCA未见有意义狭窄，LAD近段90%～99%管腔狭窄(F，箭头)，病变以远LAD管腔显影浅淡(*)，TIMI血流Ⅱ级Fig 2 A 53-year-old male patient with 1 year of paroxysmal chest pain and BMI of 23.8 kg/m2，the 1.5-T whole-heart MRCA was completed in a total of 9 minutes and the patient’s average heart rate was 52 bpm，MRCA(A，D：MIP images；B，E：CPR images)showed no significant stenosis(≥50%)in RCA and≥70% stenosis in proximal LAD(D，E，arrowheads)，and the corresponding ICA indicated location-matched severe stenosis(90%-99%)(F,arrowheads)in proximal LAD and faintly visualized distal LAD(*)with TIMI Ⅱ flow

虽然目前MRCA在我国仅小范围开展，但与CCTA相比具有独特的优势，随着成像技术的不断进步，应通过深入的临床研究及实践进一步开发其临床价值。无对比剂MRCA无电离辐射、无需注射对比剂，可应用于部分存在CCTA禁忌证的患者；MR成像较CT受钙化斑块的晕状伪影影响小，在严重钙化冠状动脉管腔的评估中，可以与CCTA互补[14]；除管腔成像外，T1加权的冠状动脉管壁成像能够评价斑块性质，识别高危斑块[15]；心脏磁共振可以很好地评价不同心肌节段的血流灌注及心肌活性[16]，MRCA联合负荷灌注及心肌延迟强化显像可以实现对冠心病患者的“一站式”综合评价，更好地指导后续PCI治疗。

本研究存在以下主要局限性：(1)样本量仍有待进一步扩充，以更加准确评估MRCA对不同程度冠状动脉狭窄的诊断性能；(2)为获得ICA结果作为参考标准，本研究纳入临床评估后拟行ICA检查的患者，研究队列中冠心病患病率偏高，阴性患者样本较少，在诊断性能的评估中可能引入偏倚；(3)由于样本量较少，在狭窄程度的评价中只区分了≥50%及≥70%狭窄，未进行包括闭塞病变等的进一步分析。

综上，本研究证实无对比剂1.5T自由呼吸全心MRCA对冠状动脉≥50%及≥70%狭窄均具有较为可靠的诊断性能及临床应用价值，有望在冠心病临床诊治流程中发挥更大的作用。