1.5T磁共振全心冠状动脉成像技术改进

朱慧明 邱锦兴 张世科 范静

磁共振冠状动脉成像（MR coronary angiography，MRCA）对早期冠心病的诊断具有临床意义，其成像质量也在逐年提高［1］，冠状动脉主干和近心段分支能够清晰显示，为冠心病的无创检查提供了一种安全可靠的手段［2］。1.5 T MR 机器自带的全心冠状动脉成像（whole-heart MR coronary angiography，WH-MRCA）原序列对心率的要求高（心率小于70 次/分）［3］，且做出的图像能够符合诊断标准的成功率不高［4］。本研究对非对比增强全心冠状动脉成像技术进行改进，希望能进一步提高MRCA的成像质量［5］。

资料与方法

1.临床资料

收集2019 年～2020 年17 例疑诊冠心病者，其中男10 例，女7 例，年龄19～70 岁，平均（44.25±16.77）岁。17 例志愿者生命体征平稳，运用非对比增强WH-MRCA 的原序列成像（对照组），完毕后接着用修改后的序列成像（实验组）。检查前嘱咐检查者放松，保持正常的呼吸状态，检查者两次检查时心率无较大变化。

2.MR 设备和扫描方法

采用Siemens Magnetom Aera 1.5 T MR 系统，最大梯度57 mT/m，梯度切换率216 mT/m/ms，18 通道心脏线圈，胸导R 波触发心电门控。采用呼吸导航、T2预备脉冲并脂肪抑制的3D 稳态自由进动序列，对同一患者分别用原方案扫描（对照组）和改进方案（实验组）进行单次检查先后扫描。

冠状动脉MR 成像扫描方法：所有扫描序列均在自由呼吸下进行，以心脏中心位置设定为磁体中心。（1）常规心脏三平面定位像。（2）对通过主动脉根部的冠状面快速多次连续扫描，记录至少1 个呼吸周期的膈肌和心脏运动情况，确定心脏在呼气末的位置和右侧膈肌顶部，分别用来作为冠状动脉成像三维采样扫描层块和呼吸导航的定位参考。（3）高时间分辨率自由呼吸四腔心电影像，所得图像可清晰地显示右侧冠状动脉中段横截面在1 个心动周期中的运动情况，观察右侧冠状动脉运动，找到其保持相对静止开始和结束的图像，记录下图像的触发时间（trigger time，TT）。对大多数心率在正常范围的患者来说，这段时间在心脏舒张期。如患者心率比较快，可能会在收缩末期。（4）三维全心冠状动脉扫描摆位和参数设置：①在自由呼吸采用膈肌导航得到的冠状定位像上定位扫描框以保证扫描范围覆盖全心，且根据心脏大小调整层数和视野相位方向的大小。②通过上述右侧冠状动脉静止开始和结束图像的TT 时间相减计算出其保持静止时间，此段时间即为最适合进行数据采集、调整分段（segments）数目使得数据采集窗时间（data window duration）不超过静止时间，通过调整触发延迟（trigger delay）使数据采集窗开始时间（data window start）大于静止时间开始图像的TT。③将呼吸导航中心置于右侧膈项。（5）预扫描确定膈肌呼吸末位置，设置为呼吸导航接受窗的中心位置。（6）运行全心冠状动脉扫描序列。

3.两种扫描方案的主要区别

主要参数的区别：（1）对照组原序列的主要参数：TR 320.96 ms，TE 1.86 ms，翻转角90°，视野237 mm×360 mm，矩阵173×256，空间分辨力1.39 mm×1.25 mm×1.60 mm（插值0.60 mm×0.60 mm×0.80 mm，Grappa 并行采集，加速因子PE 2），B0 的匀场模式：调谐。（2）实验组序列的主要参数：TR 321.24 ms，TE 1.78 ms，翻转角90°，视野237 mm×360 mm，矩阵173×256，空间分辨力1.56 mm×1.41 mm×1.60 mm（插值0.70 mm×0.70 mm×0.80 mm，关掉并行采集），B0 的匀场模式：心脏增加特殊饱和：平行F/H。

采集窗开始的时间的算法不同：（1）对照组1.5 T系统上的一个心动周期内的全心冠状动脉成像序列（图1）。（2）实验组1.5 T 系统上的一个心动周期内的全心冠状动脉成像序列（图2）。

图1 心电触发，呼吸导航，T2 准备分段采集的3D 自由稳态进动序列示意 图2 心电触发，呼吸导航，心脏准备，T2 准备分段采集的3D 自由稳态进动序列示意 图3 a)对照组没有加饱和带的原序列扫描框；b)实验组增加饱和带的改进序列扫描框 图4 a)实验组不加并行采集的图像；b)对照组加了并行采集的图像

饱和带的使用不同：通过在扫描视野外放置饱和带，可减少一些搏动、流动、呼吸运动引起的伪影。笔者在扫描视野的上下增加了特殊平行F/H饱和带（图3）。

并行采集的应用不同：并行采集技术是磁共振一个非常重要的加速采集技术，使用并行采集技术后，主要是影响图像信噪比（图4），图像信噪比的下降和加速的倍数是相关的，其关系是：

注：其中SNR（signal to noise ratio）代表没有使用并行采集技术图像的信噪比，而SNR` 代表使用并行采集技术后图像的信噪比，g 代表几何因子，R 代表并行采集因子，也是加速的倍数［6］

对照组原序列增加Grappa 并行集，加速因子PE 2，改进序列没有使用并行采集。结合公式可知道，加了并行采集的扫描时间变为原来的一半，但是信噪比则为原来的，大约是71%。对照组的全心冠脉成像时间为（14.17±6.41）min，而实验组全心冠脉成像时间（25.45±9.2）min，这个时间是大部分患者可接受的，信噪比得到很大的提高。

4.图像处理与评价

使用3D 曲面重组软件和RadiAnt DICOM Viewer 软件（GE 公司）对全心扫描容积数据进行冠脉的三维曲面重组，分别获得冠状动脉各主要血管分支图像。参照美国心脏协会指南，分为右冠状动脉（right coronary artery，RCA）、左主干（left main，LM）、左前降支（left anterior descending，LAD）和回旋支（left circumflex，LCX）4 支［7］。根据图像质量对各支冠状动脉进行等级评分，采用0～4 级图像评分方法（图6）：0 级：冠状动脉没有对比显示；1 级：冠状动脉可以显示但是存在严重的轮廓模糊，伪影干扰；2 级：冠状动脉显示，但是存在中等程度的轮廓模糊和干扰；3 级：冠状动脉显示清晰,但是存在轻度的边缘模糊；4 级：冠状动脉显示清晰,轮廓清晰锐利，没有伪影干扰［8］。主观评价由2名具有10 年以上工作经验的影像科医师在不知道分组情况下共同对图像进行评分，结果不同时，重新阅片，商议后得出结论。

图5 主观图像评价案例。a)为4 级，b)为3 级，c)为2 级，d)为1 级。0 级冠脉显示不清无法做曲面分析 图6 用两种方法的RCA 图像。a)实验组；b)对照组 图7 用两种方法的RCA 的开口处血管图。a)实验组图像质量为优；b)对照组血管无显示较差 图8 患者心率61 次/分，用实验组方法完成的冠脉血管图。a)RCA；b)LAD；c)LCX

参考既往文献中图像评价方法［9］，本文采用了作为客观评价部分，本文中的S1 为同一层面所测量冠脉主干近段管腔内的信号强度，S2 为同一层面邻近胸壁肌肉的信号强度，SD3 为同一层面空气背景噪声的标准差，实验组和对照组采取近乎同一层面的数据，并且实验组及对照组的S1、S2及SD3 采集ROI 是一一对应的等大的椭圆形，通过实验组及对照组的三支冠脉主干近段的CNR对比分析。

数据处理采用IBM SPSS Statistics 23 统计软件，计量资料均采用表示，数据采用配对样本t 检验，P<0.05 为差异有统计学意义。

对17 例患者对照组和实验组的冠脉图像进行客观的各支冠脉的CNR 值分析并招募48 例志愿者按改进方案行磁共振冠状动脉成像，并进行主观评价。

结 果

对照组与实验组全心冠脉成像冠脉显示情况比较：表2 为对照组与实验组的冠脉各支图像质量分析：17 例志愿者成功一次检查完成了实验组和对照组的全心法冠脉成像，期间心率较平稳，扫描时的平均心率为（70.35±16.12）次/分，实验组的完成扫描时间为（25.45±9.2）min，对照组的完成扫描时间为（14.17±6.4）min。

表2 实验组与对照组CNR 值去除最大值与最小值的对比

主观评价部分（表1）：实验组RCA 评分为（2.7059±0.68699），LAD 评分为（2.5882±0.71229），LCX 评分为（2.6471±0.6034）；对照组RCA 评分为（2.1176±0.92752），LAD 评分为（1.9412±1.02899），LCX 评分为（1.9412±0.96635）。明显实验组的各支评分都比对照组的评分高（图8），用实验组做的各支血管都可以显示出来（100%），对照组做的RCA有一支没有对比显示（94%）（图9），LAD/LCX 都有两支没有对比显示（88%）。

图9 患者心率89 次/分用实验组方法完成的冠脉血管图。a)LAD；b)RCA 图10 CTA及DSA证实前降支（LAD）近端重度狭窄。a)CT横轴面图示LAD 近段管腔狭窄并钙化（箭）；b)MR 横轴面图可见重度狭窄处信号明显偏低（箭）

表1 实验组与对照组的各支冠脉图像的主观分析

客观部分评价部分（CNR 值）（表2）：实验组RCA 评分为（259.353±101.618），LAD 评分为（223.174±81.126），LCX 评分为（208.914±73.831）；对照组RCA 评分为（161.397±90.305），LAD 评分为（137.617±63.814），LCX 评分为（123.441±45.826）。明显实验组的各支评分都比对照组的评分高。

心脏准备时间：通过对65 例不同心率志愿者的检查，发现最终检查得到的心脏静止时间开始图像的TT 值并不等于数据窗口的开始时间，跟心率有关。且与心率成负相关趋势，心率高的患者，两者相差40～60 s，心率低的患者两者相差60～85 s，把这个差值拟定为心脏的准备时间（表3）。

表3 65 例WH CMRA 完成者心率与心脏准备时间的数据分析

用实验组的方法对48 位志愿者进行检查的结果见表4 和图9、10。

表4 48 位志愿者实验组检查结果分析

讨 论

冠脉动脉MR 成像起始扫描时相对图像质量影响至关重要，其由冠状动脉相对静止期决定，且图像质量与心脏搏动、呼吸运动都有紧密的关联［10］。（1）心脏搏动是影响图像质量的最直接因素。为避免心脏搏动伪影，冠状动脉成像均采用心电门控技术［11］，即在相对静止期采集数据。采集窗开始的时间的算法非常重要，关系到检查成功与否，一个心动周期内的全心冠状动脉成像应加上心脏的准备时间，心脏准备时间跟心率成负相关。（2）呼吸运动是影响图像质量的另一重要因素。呼吸导航是指在患者自由呼吸的模式下，在呼气末触发采集图像。正常人呼吸频率16～20 次/分，采集窗过窄能够最大程度减少呼吸运动伪影，但导致扫描时间延长；采集窗过宽尽管节省时间，但运动伪影过多，也将影响图像质量。适宜的采集窗应同时兼顾采集效率和扫描时间，可最大化地保证图像质量［12］。

低心率时，因为冠状动脉相对静止期长，两种方法都可以完成检查；高心率时，因为冠状动脉相对静止期短，对照组的算法会因为错开冠状动脉相对静止期而导致检查失败。

48 例按改良方案完成扫描者其心率范围为50～98 次/分，通过该组数据很好的证明了本研究的心脏准备时间与心率成负相关趋势，准确计算出心脏准备时间从而获得更准确的起始采集窗口时间。此48 例冠脉各支评分很高，图像质量优良，证明该改进序列能获得满足诊断要求的图像数据。

结合既往文献，MR 冠脉成像技术在1.5 T 系统中存在成像时间长且信噪比较低的情况，无法很好对较细的血管做出是否存在狭窄的判断［13］，故本文所提到的技术改进，能准确预判“心脏冻结时间”的起始期相，从而大大提高1.5 T 磁共振系统的冠脉成像序列图像质量。同时，由于图像质量提高能使该项技术用于早期冠心病的筛查，发现早期冠状动脉狭窄能更好地预防急性冠脉综合征的发生［14］。