心脏延迟增强MRI不同TI值对心肌梗死诊断效能的影响

陆虹宇,杨映霞,黄涛,蒋平平,崔盟,林华

心血管疾病(cardiovascular disease,CVD)仍然是全世界死亡率高的主要病因之一[1]。心肌梗死是心血管疾病中的常见病,目前,延迟增强(late gadolinium-enhanced,LGE)MRI已成为诊断心肌纤维化和疤痕组织的首选方法,也是目前公认的无创性评估局限性纤维化的金标准[2-3]。心肌梗死面积是梗死患者发生二尖瓣反流的影响因素之一[4],LGE能够全面反映心内膜下至透壁性心肌梗死等不同程度的病变,同时能准确评估缺血梗死范围,直接指导冠心病再血管化治疗[5-6],对于指导临床治疗能起到关键的作用。曾道兵等[7]学者指出心肌首过灌注和LGE扫描不仅能评估梗死病灶内心肌的活性,还能发现存在微循环障碍的心肌,对临床评估冠状动脉非阻塞性心肌梗死的预后具有重要意义。LGE-MRI是一种众所周知的评估心肌活性的重要方法[8]。传统的LGE-MRI检查方法为静脉注射钆对比剂10～20 min后使用反转脉冲的快速梯度回波序列进行多方位2D采集。通过正确选择反转时间(inversion time,TI),即心肌信号从负值恢复到零时的时间,来消除健康心肌的信号,而心腔内血液和纤维化的心肌则保持高信号[9-10]。血池内的高信号有时会影响心内膜侧心肌组织的观察。寻找能更敏感地检出心内膜下高信号的方法势在必行。2017年Francis等[11]学者提出了使用T2准备脉冲加IR反转恢复的延迟强化技术,该技术能能把心腔内血池信号完全抑制,显著提高心内膜下高信号病灶的检出,具有重要的临床意义。本研究中常规使用相位敏感反转恢复(phase sensitive inversion recovery,PSIR)序列行LGE-MRI扫描。此序列结合了心电门控、k空间节段填充和多个心动周期数据整合等技术,已成为临床上行心脏LGE-MRI扫描最常用的序列[12-13]。此序列在成像过程中先使用一个反转脉冲来抑制正常心肌的信号,使得正常心肌在图像上呈低信号,一个突出的优势就是在设置TI时间时取值范围更广,更容易获得较满意的图像质量[14]。由于此序列能自动校正相位信息重建出心肌信号最低时的图像,所以可以直接使用序列进行扫描,不需要基于正常心肌过零点时的时间来设置TI值。在此序列的图像上,正常心肌的信号强度通常为零,即使在血液呈明显高信号的LGE图像上,仍然能获得血池与心肌疤痕之间的良好对比[15]。这种亮血LGE方法虽然也能实现缺血和健康心肌之间的高对比度,然而,来自相邻血池的高信号还是会影响到与血池邻近的心肌内疤痕的显示和体积的评估[11]。本研究中尝试调整SPIR序列LGE成像时的TI值(寻找合适的TI值以抑制血池高信号),并通过与采用常规TI值的LGE-MRI图像的质量进行对比,观察调整后的LGE-MRI对心肌梗死病灶的显示情况,旨在进一步提高MRI技术在评估心肌梗死中的临床应用价值。

材料与方法

1.研究对象

前瞻性将2022年3月-2022年12月在本院确诊为心肌梗死并进行定期复查的35例患者纳入本研究。纳入标准:通过临床表现,心电图,肌钙蛋白,冠脉造影等诊断为心肌梗死,且愿意配合检查患者。排除标准:①有幽闭恐惧症等磁共振检查禁忌证;②有严重的系统系统疾病,包括肾功能不全(肾小球滤过率<30 ms/min)、严重心率失常及意识不清等,导致患者无法长时间配合扫描;③MRI检查前对患者进行呼吸训练,但是扫描过程中患者仍然无法配合闭气而导致图像质量较差。

2.MRI检查方法

使用Siemens 3.0T Skyra MR扫描仪和18通道表面相控阵线圈,正确连接心电门控及呼吸门控,扫描时嘱患者屏气,于呼气末采集图像。①首先采集常规心脏形态学序列及电影序列MR图像,扫描平面包括左室长轴位、四腔心、心尖至基底段的短轴位和左室三腔心。形态学成像序列主要使用黑血技术双反转和三反转FSE序列,电影成像采用平衡式稳态自由进动梯度回波(balanced steady-state free precession,True-FISP)序列。②然后,采用饱和准备脉冲短时FLASH序列行对比增强(contrast-enhanced,CE)首过灌注成像。扫描前经肘正中静脉注入对比剂马根维显,注射流率4.0 mL/s, 剂量0.125 mmol/kg。③灌注扫描结束后,再以2.0 mL/s的流率追加注射等量对比剂,10 min后采用2组TI值分别行PSIR-LGE扫描,扫描平面包括两腔心、四腔心和病变区短轴位,2次扫描时的层面保持一致。传统的采用固定TI值的长TI组主要扫描参数:TR 4.1 ms,TE 1.6 ms,层厚8.0 mm,视野260 mm×350 mm,矩阵130×256,TI 300 ms,反转角20°。短TI组扫描时先采用TI-scout序列选择多个TI采集多个期相(phase)的数据,得到不同TI的多种对比度图像。以此来确定左心室内血液信号至零时的TI值,然后使用此TI值来完成PSIR扫描,其它扫描参数则与长TI组一致。根据心率不同,2次扫描的时间均为5～10 s,平均7.5 s。

3.图像后处理及分析

由2位分别具有5年以上心血管磁共振诊断经验的副主任医师采用双盲法对两组图像的质量进行主观评分。1分:效果差,无法诊断疤痕心肌有无强化。2分:效果中等,疤痕心肌可见强化,但边界模糊不清。3分:效果尚好,小于一半疤痕心肌强化边界可清晰识别;4分:效果好,一半以上疤痕心肌强化边界清晰识别; 5分:效果优,疤痕心肌整体强化呈明显高信号,边界清晰。

由以上2位医师在Siemens副工作台上独立进行数据的测量和计算,其中一位医师24 h后再次重复测量所有患者的疤痕心肌的强化面积。放大图像,沿心肌延迟强化灶的边缘勾画其轮廓测量强化灶的面积,然后,分别在远端正常心肌、疤痕心肌和左心室腔内血池区域勾画圆形ROI,并保证同一层面两组图像上所画的ROI区域位置和面积一致。获得各ROI的信号强度(signal intensity,SI)及标准差(standard deviation,SD)的数据。然后计算不同组织SI的差值(∆SI)及SNR和CNR[16]:

SIA-B=SI(A)-SI(B)

(1)

(2)

(3)

其中,A、 B代表所测量的2种组织。

4.统计学方法

所有数据的分析使用SPSS 26.0统计软件。采用配对样本t检验(正态分布数据)或非参数Wilcoxon符号秩检验(非正态分布数据)评估两种方法图像上远端正常心肌、疤痕心肌和左心室腔内血池的SNR,疤痕心肌-左心室腔内血池,疤痕心肌-左心室腔内血池 ,左心室腔内血池-正常心肌之间的CNR,疤痕心肌面积,远端正常心肌、疤痕心肌和血池之间信号强度的差异。计量资料符合正态分布者以均数±标准差表示,不符合正态分布者则以中位数(上、下四分位数)表示。采用Kappa检验评估2位医师对图像质量评分的一致性,Kappa≤0.20为一致性较差,0.21

结 果

1.一般临床资料

35例心肌梗死患者中,男30例,女5例。年龄(59.06±10.34)岁,身高 (168.17±5.53)cm,体重(71.37±21.67)kg,心率(71.69±5.40)次/分。

2.图像质量评估结果及一致性分析

两位医师对两组图像主观评分的一致性均为强(短TI组:Kappa=1.00,P<0.05;长TI组:Kappa=0.91,P<0.05)。2位医师测量两组图像上心肌延迟强化面积的一致性良好(短-LGE组ICC=0.99,长-LGE组ICC=1.00,P均<0.05)。同一位医师重复测量强化面积的一致性均为良好(短LGE组ICC=0.79,长LGE组ICC=0.98,P均<0.05)。

两组图像质量主观评分短TI组优于长TI组[5(5,5)vs. 4(4,4),Z=-7.82,P<0.01]。

3.心肌和血池各项定量参数值的比较

两组图像上心肌和血池各项定量参数值的比较详见表2。两组图像上测量的心肌、疤痕和血池之间?劃?SI值的对比见图1。

图1 两组图像上正常心肌、疤痕和血池之间∆SI值对比的条形图。* 为两组间比较差异有统计学意义(P<0.05)。短TI组图像上疤痕与血池之间SI的差异更显著,而血池与正常心肌之间的SI的差异更小。

与长TI组相比,短TI组中心肌疤痕与血池之间的∆SI值更高,正常心肌与血池之间的∆SI值更低,且疤痕与血液之间的CNR明显提高(P均<0.05),因此更能突出疤痕灶的明显强化表现,可为观察者提供更好的视觉对比。但是,正常心肌、疤痕和血池的SNR在两组之间的差异均无统计学意义(P>0.05)。与此同时,短TI组测得的疤痕面积更大(P<0.05)。所有的短TI组图像上血池信号均有所降低(“变暗”),其中28帧视觉上已达到了黑血效果,占所有短TI图像的26.7% (图2);其余短TI图像虽没有达到黑血效果,但血池信号与长TI图像相比仍有明显降低,使得疤痕的强化轮廓变得更清晰,显示的强化灶的面积可能也更大,尤其是位于心内膜下和乳头肌处的病灶(图3～5)。

表1 两组之间心肌及血池定量参数值的比较

图2 男性,69岁,心肌梗死7年患者的SPIR-LGE图像。与长TI图像相比,短TI图像上心腔内血池信号较低,视觉上达到黑血效果,且心肌内瘢痕组织(箭)强化更显著、边界更清晰。a)长TI幅度图;b)长TI相位图;c)短TI幅度图;d)短TI相位图。 图3 男性,64岁,心肌梗死4个月患者的SPIR-LGE图像。与长TI图像相比,短TI图像上血池信号明显降低,且心肌内瘢痕组织(箭)强化更显著,轮廓更清晰,强化面积也更大。a)长TI幅度图;b)长TI相位图;c)短TI幅度图;d)短TI相位图。

图4 男性,63岁,心肌梗死1年患者的SPIR-LGE图像。与长TI图像相比,短TI图像上血池信号明显降低,且心肌内瘢痕组织(箭)强化轮廓更清晰,强化面积也更大。a)长TI幅度图;b)长TI相位图;c)短TI幅度图;d)短TI相位图。 图5 男性,47岁,心肌梗死1个月患者的SPIR-LGE图像。短TI图像上血池信号明显降低,且相位图上发现了长TI图像上未能显示的乳头肌内强化病灶(箭),且在长TI显示为高信号的区域内短TI幅度图上出现了混杂信号,而重建的相位图上心肌、疤痕轮廓仍然清晰,有良好的正常心肌、疤痕心肌和血池的信号对比。a)长TI幅度图;b)长TI相位图;c)短TI幅度图;d)短TI相位图。

讨 论

过去很多学者提出了同时消除正常心肌和血池信号来增加疤痕与周围正常心肌及血池信号对比的方法,其中包括使用T2磁化准备后的反转脉冲来抑制血液和正常心肌的信号[17]。使用稳定增加的动态TI补偿技术来改善血液高信号,以优化血液与疤痕的对比度[18]。同时采集组织的T1和T2信号,即可计算获得亮血和黑血LGE图像[19]。这些方法都能有效改善心肌内疤痕与血池的对比度,显示透壁梗死灶的边界提高疤痕检出率[17-19]。然而这些方法需要工程师在临床实践中不断进行序列的广泛优化及软件的改进,而这在部分医院实现起来有一定难度。本研究在于找到简便有效的方法进一步提高对心肌内延迟强化病灶的检出敏感性。PSIR序列在一次扫描中分别在两个R-R间期内采集两次信号,得到两个模数幅度图,再用第二个模数幅度图校正第一个模数幅度图的信息,重建出一个校正实图(corrected real,CR),用于对LGE图像的分析。因为PSIR序列对TI的宽容度大,生成的CR图可以确保正常心肌信号被抑制,因此不再需要确定心肌过零点的时间来设置TI。此时,如果将TI值设置为左室血池过零点的时间,重建得出的CR图正常心肌显示低信号,心腔血池的信号也会降低。本研究中,所有短TI图像的血池信号都要低于长TI,图像质量主观评分也要优于长TI。且通过比较发现短TI组CNR疤痕-血池、CNR血池-正常心肌 都高于长TI组。笔者认为主要原因是因为短TI图像上血池信号被有效抑制,增加了血池与其它组织之间的对比。血池信号被抑制后,一些原来被血池显著高信号所掩盖的心内膜下和乳头肌内的病变得到了良好地显示,延迟强化的病变轮廓显示更加清晰,梗死面积也增大。本组短TI病例中,有病例幅度图上,在长TI显示为高信号的区域内出现了混杂信号。我们知道幅度图的重建只包含信号的振幅信息,反映的是组织信号的绝对值,短TI幅度图上出现混杂信号的原因,可能是由于TI值较短,正常心肌与异常心肌的振幅信息存在重叠所致。即便如此,通过相位矫正重建出的校正实图信号并未受影响(图5c),仍然有良好的正常心肌、疤痕心肌、血池信号对比。

需要指出,短TI扫描也存在一些不足之处:增加了TI-Scout预扫描来确定左室血池最暗时的TI值,会延长扫描时间;其次,视觉上观察,短TI图像上梗死灶的范围较长TI图像上有所增加,但是否存在假阳性还有待进一步验证;最后,本研究中搜集的样本数量也有限。即便如此,短TI-LGE的优点也很突出:血池信号较长TI-LGE更低,能有效提高疤痕与血液之间的信号对比,能更清晰地显示既往被血池高信号所掩盖的乳头肌和心内膜下的强化,从而提高检测心肌活性的敏感度。

综上所述,短TI-LGE扫描方法比较简单,扫描中无需额外的磁化准备,仅调整图像的TI值即能明显抑制血池信号,具有较高的临床应用价值,值得在临床上推广使用。