RSNA2022心脏CT及MRI

赵赟，冉玲平，李浩杰，杨朝霞，乔金晗，温金扬，罗毅，向春林，唐媛媛，严祥虎，朱桐，黄璐，夏黎明

2022年RSNA心脏影像学内容丰富，本文从人工智能在冠状动脉CTA及MRA中的应用、影像组学、光子计数探测器CT成像技术、非对比增强心脏磁共振成像、冠状动脉周围脂肪组织定量评价及心脏磁共振新技术等方面对影像学研究热点和进展进行阐述。

人工智能在冠状动脉CTA及MRA中的应用

近年来，人工智能逐渐应用于心血管成像领域。冠状动脉计算机断层血管成像(coronary computed tomography angiography，CCTA)是一种简单、无创的冠脉成像方式，是辅助冠状动脉疾病(coronary artery disease，CAD)诊断和预测的重要检查手段。超分辨率深度学习重建(super-resolution deep-learning reconstruction，SR-DLR)最近被应用于常规临床实践中，它可以最大限度地提高区域探测器CT的空间分辨率，但又不会降低对比度检测能力或增加辐射剂量。Nagayama等评估CAD患者CCTA中SR-DLR的图像质量，发现SR-DLR显著提高了阻塞性CAD患者CCTA的主、客观图像质量和诊断信心。SR-DLR在提高空间分辨率的同时降低了噪声和晕状伪影，从而可以准确评估阻塞性CAD患者的CCTA图像。同时，新型SR-DLR算法能减少支架引起的线束硬化伪影，改善冠状动脉支架评估。Ohno等研究发现，与混合型和基于模型的迭代重建及体内外深度学习相比，SR-DLR在提高冠状动脉狭窄评估准确性、图像质量和狭窄置信度方面具有一定潜力。

修复后的法洛四联症(repaired tetralogy of Fallot，rTOF)患者经常因肺动脉瓣返流而出现右心室(right ventricle，RV)功能障碍。然而，一些患者也可能出现左心室(left ventricle，LV)功能障碍。Crabb等试图应用左心室局部应变是否可以敏感地检测出该患者的左心室功能障碍，结果发现在rTOF患者中，LV区域力学的全自动深度学习(deep learning，DL)分析可以检测早期LV功能障碍，并可能补充RV指标，以帮助指导瓣膜置换术的时间。

Ahmed等应用基于专用卷积神经网络(convolution neural network，CNN)的单源和双源CCTA进行运动校正，发现所提出的CNN可以减少运动伪影并显著改善图像质量，且两位评分者一致性较高。CNN可以提高单源CT的时间分辨率，使其更接近双源CT，同时进一步提高双源CT的时间分辨率。

Choi等在癌症患者的非心电门控胸部CT上评估基于DL全自动冠状动脉钙化(coronary artery calcium，CAC)评分软件的临床可行性，发现目前基于DL的自动CAC软件对Agatston评分和心血管疾病(cardiovascular disease，CVD)风险分层显示出良好的可靠性，并可以识别CVD的高危癌症患者。

Wu等基于DL联合压缩感知(compressed sensing，CS)下使用加速全心改良DIXON冠状动脉磁共振血管造影(magnetic resonance angiography，MRA)，显著缩短了采集时间。与CS和常规方法相比，图像质量有所提高，并且可以提供额外的脂肪信息，这可能成为增强冠状动脉MRA临床工作流程的可行替代方案。

影像组学

影像组学可以从大量影像信息中挖掘、提取并分析纹理特征，构建模型预测疾病状态及临床结局，在心脏CT及MRI领域得到初步探索，尤其应用在冠状动脉斑块及周围脂肪组织的影像学特征提取。Zhu等研究发现基于CCTA的斑块影像组学特征在预测冠状动脉斑块进展方面优于传统参数，影像组学特征和传统斑块参数的结合进一步提高了其预测能力。

Ren等探讨CCTA提取的放射学特征无创性鉴别慢性完全闭塞与次全闭塞可行性，发现基于闭塞段放射学特征构建的模型可以对两者进行有效区分，为预测手术难度提供可靠的信息。

Jing等在探讨基于冠状动脉周围脂肪组织(peri-coronary adipose tissue，PCAT)放射组学构建急性冠状动脉综合征(acute coronary syndrome，ACS)预测模型的临床价值，发现PCAT放射组学构建的预测模型可以有效预测患者ACS的临床风险。PCAT放射组学特征可以帮助无创识别有ACS风险的患者，从而为早期临床预防提供方向。Shang等研究PCAT影像组学在预测ACS患者主要不良心血管事件(major adverse cardiovascular events，MACE)中的作用，基于多血管疾病和PCAT Radscore的COX比例风险回归模型对ACS患者复发的MACE具有良好的预测能力，可以为PCAT的病理生理变化提供更多的预测信息，这些变化可能与ACS患者的临床结局密切相关。PCAT影像组学具有早期发现高危ACS患者并进行风险分层的潜力，从而指导临床选择合适的治疗策略。

Secchi等评估基于非增强CT量化的心外膜脂肪组织(epicardial adipose tissue，EAT)影像学特征预测CAD的能力，研究发现EAT的影像学特征可能有助于通过评估钙化积分来预测CAD的存在。

Li等研究双能CT衍生碘叠加图的影像组学在心房颤动患者左心耳血栓检测中的应用，发现与常规对比增强CT相比，碘叠加图的影像组学表现更好，对于房颤患者准确检测血栓形成具有重要意义。

肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy，HCM)患者心肌易发生进行性纤维化，在终生随访期间需要反复进行增强心脏磁共振以检测纤维化。Pu等开发了一个基于电影成像的实用模型，融合整个左心室心肌图像特征，以帮助识别纤维化高风险患者并筛查没有纤维化的患者，从而避免不必要的对比剂注射。

光子计数探测器CT成像技术

近年来，光子计数探测器CT(photon-counting detector CT，PCD-CT)技术日渐成熟，相较于传统CT，PCD-CT能够在保证图像质量的同时降低噪声和辐射剂量。Griffith等发现与传统能量积分检测器CT(energy-integrating-detector CT，EID CT)相比，PCD-CCTA可以显著提高图像信噪比，有望转化为临床优势，包括低剂量扫描或改善冠状动脉疾病的检测。Petritsch等也提出，PCD-CT和超锐卷积核的组合在相同甚至更低的噪声水平下，提供了更好的支架内管腔可见度和主观图像质量，能够提高对冠状动脉支架以及潜在支架内再狭窄的评估。

PCD-CT的高分辨率与高能量的虚拟单能图像(virtual monoenergetic images，VMI)的联合使用，可以减少模型和标本钙化斑块的膨胀伪影。McCollough等基于双源PCD-CT研究其对冠状动脉管腔狭窄百分比视觉估计的影响，发现PCD-CT分辨率提高和100KeV VMI的晕状伪影减少，从而更好地进行狭窄程度评估。Zsarnoczay等研究也发现，光谱重建可用于提高CCTA狭窄定量的准确性，因此有可能减少不必要的侵入性冠状动脉造影。

Mergen通过PCD-CT获得的心脏晚期增强扫描虚拟非碘重建图像，评估主动脉瓣、二尖瓣环和冠状动脉中定量钙化的准确性，通过PCD-CT获得的晚期增强光谱心脏扫描的虚拟非碘重建能够准确定量主动脉、二尖瓣和冠状动脉钙化，从而降低辐射剂量。

Emrich等使用动态循环模型研究临床PCD-CT系统上CCTA中减少碘对比剂的应用。在双源PCD-CT系统上使用40keV的VMI重建，对比剂浓度可降低50%，以获得动态血管体模中CTA的诊断衰减和客观图像质量，可能提高检查的安全性。

Mergen等评价超高分辨率(ultra-high-resolution, UHR)CCTA联合PCD-CT在高冠状动脉钙化负荷患者中的可行性和质量，发现使用Bv64内核、200mm×200mm的FOV和512矩阵可实现最佳的冠状动脉斑块表征。在冠状动脉钙负荷高的患者中使用UHR模式和PCD-CT可获得出色的CCTA图像质量。Heidenreich等基于专用重建内核评估超高分辨率PCD-CCTA评估支架内再狭窄，可提供卓越的图像质量和显著增强的分辨率，从而显著增强支架内狭窄的评估。

非对比增强心脏磁共振成像

1.心肌应变

心肌整体纵向应变(global longitudinal strain，GLS)、环向应变(global circumferential strain，GCS)以及径向应变(global radial strain，GRS)可以定量评价左心室局部以及整体的功能障碍，常被应用于评价早期心肌功能损伤。Ref等在猪模型上测量局部室壁应变对收缩功能障碍的预测能力，对冠状动脉供血区域进行局部性分析，研究提供了前降支(left anterior descending，LAD)闭塞后LAD和左旋支(left circumflex，LCX)区域的预期变化。研究发现LCX区域应变的变化比LAD区域减少8.5%。右冠状动脉(right coronary artery，RCA)区域的应变值在GLS上有显著变化，而在GCS和GRS上无显著变化。这种不良的RCA GLS值归因于一种代偿性现象，RCA区域弥补了LAD心肌纤维的不足。局部心肌应变的临床前测量可以在猪模型中作为心衰结果的预测指标。

心室整体收缩功能是rTOF不良事件的既定影像学预测指标，但心肌形变测量的价值尚不明确。Thomas等通过心血管磁共振测量心肌应变，在高危人群中，双心室应变异常与MACE相关。与常规磁共振指标相比，应变在预测rTOF晚期恶化方面可提供增量价值。

Deng等通过心脏磁共振特征追踪(cardiac magnetic resonance feature tracking，CMR-FT)技术评估轻链型心肌淀粉样变(light-chain cardiac amyloidosis，AL-CA)患者的左心室舒张功能，CMR-FT应变分析得到的左心室舒张早期整体纵向应变率和左房储备射血分数在预测AL-CA全因死亡率中具有重要意义。

Sinha等应用CMR参数和应变分析评估风湿性二尖瓣狭窄患者中左室心肌的不良重构，研究发现几乎所有接受CMR检查患者的纵向应变值减低，纵向应变与射血分数呈较强的正相关关系(r=0.83，P<0.001)，提示不良的心脏重塑及功能障碍。

以蒽环类药物为基础的全身化疗方案会对心脏产生短期和长期的毒性作用。Chen等利用CMR-FT研究基于顺铂的系统化疗所致睾丸癌长期存活者心肌应变的变化。发现睾丸癌幸存者的心肌变形显著恶化，以顺铂为基础的化疗对双室收缩功能有晚期不良影响。双室GCS可能是保证射血分数保存的潜在代偿机制，可用于监测顺铂化疗前、中、后的心功能。

Erley等通过测定整体以及区域性心肌应变监测ST段抬高性心肌梗死(ST-elevation myocardial infarction，STEMI)急性期至慢性期变化，并确定其预测晚期钆增强(late gadolinium enhancement，LGE)的能力。研究发现从急性到慢性STEMI心肌应变有所改善，但LGE阳性区域节段心肌应变持续受损，可以确定STEMI后存在心肌功能的损伤以及修复。其中，环向应变能够用以预测STEMI后的LGE病灶。

Ming-Yen Ng等通过心脏磁共振研究射血分数保留型心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF)诊断，相比于相位对比成像、tagging和细胞外体积分数，基于CMR-FT的舒张早期径向应变率、收缩期径向应变率和环向应变更加具有识别 HFpEF的潜力。

2.T1/T2-mapping

Wang等基于右心室前插入部和下插入部初始T1值对肺动脉高压患者进行危险分层，初始T1值和基于CMR的心功能参数的组合模型可以补充PAH患者危险分层的评估。另外，右心室前插入部native T1-mapping和主肺动脉/主动脉直径比值的联合模型有望预测PAH患者的治疗效果。

Cundari等在应用心肌初始T1和T2-mapping在鉴别急性心肌炎(acute myocarditis，AM)、急性心肌梗死和应激性心肌病(Takotsubo syndrome，TTS)诊断效能发现无对比剂原始T1和T2-mapping在识别急性心脏疾病，以及AM与心肌梗死或TTS之间的鉴别中发挥作用。与整体T1、T2值相比，T1、T2最大值及平均值表现出更高的诊断效能。

T2-mapping对血氧水平敏感，Halfmann等提出的RV/LV T2比值与6分钟步行试验结果紧密相关，并且能够独立预测心衰患者的运动能力和运动后呼吸困难的存在。这是运动能力的一个标志。

Jia等利用CMR成像参数显示心肌异常和慢性肾脏病(chronic kidney disease,CKD)严重程度之间的关联，研究发现初始T1、T2值与CKD分期相关。此外，CMR参数表明血液透析可以改善心肌水肿，但不能改善心肌纤维化。非对比增强CMR可以无创评估CKD患者心脏病理变化，以预防CVD早期发生。

3.4D血流成像

Ming-Yen等利用心室内四维血流相位对比磁共振成像(four-dimensional flow magnetic resonance imaging，4D flow MRI)对HFpEF患者进行评估，发现4D flow MRI LV直接流、延迟流和停滞流在区分HFpEF和非HFpEF患者方面显示出良好的效果，其中停滞流评价效果最佳。

4.MRS

Fabry病的特征是α-半乳糖苷酶A 缺乏引起的鞘脂沉积，心脏受累对发病率和死亡率至关重要。因此，心肌鞘脂沉积的测量对于评估早期心脏受累和酶替代治疗的指征非常重要。Shiotani等使用单屏气1H-MR波谱中的疾病特异性峰评估Fabry病患者心肌受累的新型代谢成像生物标志物，研究发现3.5ppm的MRS峰与鞘脂Lyso-GB3有关，可作为疾病特异性成像生物标志物，可用于直接定量常规MRI序列之外的Fabry病心肌鞘脂积累，对于评估早期心脏受累、疾病严重程度和酶替代疗法适应症具有重要意义。

冠状动脉周脂肪组织定量评价

近年来PCAT CT衰减成为识别冠状动脉炎症和潜在斑块不稳定性的工具，对周围脂肪密度的三维映射，特别是右冠状动脉近端周围区域，已经显示出预测CAD患者不良心血管结局的潜力。主动脉狭窄患者合并CAD十分常见，PCAT CT是否能在接受经导管主动脉瓣置换术(transcatheter aortic valve replacement，TAVR)的主动脉狭窄患者中发挥类似的作用仍有待探索。Martin等测定RCA近端周围感兴趣区内的平均衰减，发现与狭窄程度和冠状动脉钙化评分(coronary artery calcium score，CACS)相比，TAVR术前PCAT CT是MACE的更好预测指标。因此，PCAT CT 可提高识别严重CAD患者的特异性，并减少额外的检查。

冠状动脉炎症的检测和量化可能有助于CAD患者的早期风险分类，甚至可能有助于预测冠状动脉斑块的进展。Jing等基于CCTA测量CAD患者中冠状动脉粥样硬化斑块周围脂肪组织在不同斑块类型之间的差异，发现脂肪衰减指数(fat attenuation index，FAI)和HU值等PCAT特征在钙化斑块、非钙化斑块和混合斑块中具有差异，可以无创准确评估冠脉炎症，有助于临床预防CAD，改善患者预后。此外，他还发现冠状动脉斑块和斑块周围脂肪组织的CT衰减与斑块的类型、位置和体积有关，可作为监测斑块发展和易损性的临床影像学标记物。

Jing等测定急性冠脉综合征和稳定性冠状动脉疾病患者中PCAT之间的差异，发现ACS组FAI、PCAT的90百分位数、第10百分位数和HU值中位数均高于稳定CAD组患者，PCAT的定量参数可能成为一种新的、无创的临床影像学指标，用于血管炎症引起的ACS患者的早期识别和预测。

Azhe等通过磁共振灌注成像分析川崎病患者PCAT CT衰减与冠状动脉瘤(coronary artery aneurysms，CAA)和心肌灌注的关系。与无CAA的川崎病患者及正常对照组相比，川崎病伴CAA患者的PCAT CT衰减增加。CAA的存在是PCAT CT衰减的独立预测因子。川崎病患者的PCAT CT衰减与心肌灌注功能有关。CAA川崎病患者PACT CT衰减增加提示持续性冠状动脉炎症反应，可能影响心肌灌注。

心脏磁共振新技术

Chen等将二阶血流补偿弥散和计算机化DWI相结合，无需外源性对比剂应用，研究其识别心肌梗死的价值，发现两者结合可获得更高的b值心脏DWI图像，从而提高心肌梗死的检出率，在没有外源性对比剂的情况下提高其他微观结构重构的检出率。

Kravchenko等比较CMR自由呼吸(free-breathing，FB)多层呼吸触发伪黄金分割角稳态自由进动电影序列与标准屏气(breath-hold，BH)序列在先天性心脏病呼吸暂停困难患者中的应用，FB序列在心室容积测量和功能方面与目前可用的BH序列结果几乎一致。当屏气受到限制时，FB序列能够提供一种可替代的方案。

左心房肌病(left atrial myopathy，LAM)的血流动力学改变可能导致血栓形成和脑血管栓塞，从而导致无症状性脑梗死(silent cerebral infarcts，SCI)。4D flow MRI能够量化左心房(left atrium，LA)和左心耳的血流动力学改变，作为LAM的标志性指标。Pradella等利用4D flow MRI技术研究发现，年龄和左心耳峰值速度与SCI独立相关。以体积为基础的LA参数，如最大/最小体积或左房射血分数与SCI无关。这些发现表明，基于流量的LA测量可能优于基于体积的LA测量。

胸主动脉瘤常见于三叶主动脉瓣(tricuspid aortic valves，TAV)患者的主动脉根部和升主动脉，主动脉血流动力学的改变与动脉瘤的形成相关。Juffermans等利用4D Flow MRI主动脉根部瘤和升主动脉瘤的血流动力学特征，与无动脉瘤的患者相比，主动脉根部瘤或升主动脉瘤的患者表现出两种不同的血流动力学特征。主动脉根部瘤患者的左心室每搏输出量显著增加，而升主动脉瘤患者的标准化血流位移、射流角和剪切角显著增加。

尽管体素内不相干运动(intravoxel incoherent motion，IVIM)磁共振成像已成为微血管功能障碍的体内标志，但其在预测HCM患者预后方面的作用尚不清楚。Xiang等基于IVIM评价的微血管功能障碍与HCM患者的不良临床预后相关，IVIM衍生的D*值和f值是除LGE外的独立预测因子，为在常规实践中使用非对比剂增强IVIM-MRI辅助评估微血管功能障碍提供了依据。

心肌内出血(intramyocardial hemorrhage，IMH)的检测和定量已被确定为心肌梗死(myocardial infarction，MI)患者管理的基本生物标志物。定量磁敏感mapping成像(quantitative susceptibility mapping，QSM)是脑组织铁成像的标准。然而，其应用于心脏存在很多的技术限制，如成像过程中的心跳及呼吸运动、心脏内B0场强烈的不均匀性，以及出血性病变中高浓度铁聚集引起的条纹伪影，使它在心脏中的应用一直具有挑战性。Huang等开发了一种高动态范围重建算法，自由呼吸下进行心脏定量磁敏感成像量化再灌注损伤心肌内铁沉积，为心脏铁定量提供了一种可靠的方法。