3D SSFP成像技术在先天性心脏病Fontan术后中的应用
引言
复杂先天性心脏病Fontan（全腔静脉-肺动脉吻合术）术后随访是个长期的过程，一直以来先天性心脏病解剖结构畸形以对比剂增强血管成像（Contrast Enhanced Magnetic Resonance Angiography，CE-MRA）[1-3]来 诊 断， 三 维稳态自由进动序列（Three Dimensional Steady State Free Precession，3D SSFP）是近些年迅速发展起来的磁共振成像技术，无须对比剂成像，逐步应用于儿童先天性心脏病解剖畸形诊断中[4-7]。本研究探讨3D SSFP在Fontan术后随访中的应用价值和技术要点。
1 资料与方法
1.1 一般资料
回顾分析2017年6月至2018年12月在上海交通大学医学院附属上海儿童医学中心进行先天性心脏病Fontan术后MRI检查的30例患者，其中男性17例，女性13例；年龄5～15岁，平均（7.87±2.52）岁。
1.2 MRI检查
采用Philips 1.5T Achieva磁共振扫描仪。八通道心脏相控阵线圈。不能配合患儿则给予10%水合氯醛0.4 mL/kg口服或鲁米那5 mg/kg肌注镇静。
1.2.1 常规扫描序列
在3D SSFP成像前，先进行常规先心病诊断扫描序列。2D cine SSFP（B-TFE）：包括横轴位，或矢状位、冠状位、四腔位，短轴位。扫描参数：TR＜4 ms，TE＜2 ms，翻转角 60°，层厚 5～8 mm，层间隔 0.5～0.8 mm，视野250～320 mm×150～260 mm， 体 素 1.2～1.4×1.4～1.7 mm2，每层20～25幅图像，3～4次激励，回顾性心电门控，自由呼吸或控制呼吸。图像采集时间150～200 s。对比剂增强血管造影采用三维快速扰相位梯度回波（3D fast SPGR）或4D TRAK序列。CE-MRA扫描参数：视野280～330mm×160～240 mm，体素 1.4～1.7×1.4～1.7×0.85～1.2 mm3，体位冠状位，覆盖心脏和周围大血管，3次动态扫描。4D TRAK设置keyhole：40%～45%，13次动态扫描。非离子型对比剂（马根维显或欧乃影），剂量0.1～0.2 mmoL/kg，透视下监测造影至左心房后即刻扫描。4D TRAK为注射对比剂5 s后扫描。注射对比剂后予用5～10 mL生理盐水稀释。
1.2.2 3D SSFP序列
采集框为冠状位，覆盖心脏及周围大血管。自由呼吸，运用前瞻性心电门控和膈肌导航技术，在呼气末，采集心脏收缩末期或舒张中晚期图像。扫描参数：TR：4.6 ms，TE ：2.3 ms，翻转角 90°，视野 250～320 mm×150～280 mm，体素：1.3～1.7 mm×1.3～1.7 mm×0.75～1.1 mm。Sense因子：2，T2预脉冲（T2 preparation）：35 ms，采集窗宽48～120 ms，1次激励，图像采集时间：160～210 s。膈肌导航窗宽为4～8 mm。导航效率（Navigator Effect）：35%～65%。心电图触发延迟时间和图像采集窗宽因人而异，心电触发延迟时间具体通过高时间分辨率（60～80 幅/心动周期）、2D SSFP（B-TFE）电影序列的四腔心获得。心电图触发延迟时间为心电图R波至右房室沟内右冠状动脉停止运动的时间；收缩期采集窗宽为右房室沟右冠状动脉停止运动至三尖瓣开始开放间期，舒张采集窗宽为右冠状动脉停止运动至心房开始收缩间期。
1.2.3 图像处理
3D SSFP和CE-MRA、4D TRAK图像在工作站进行最大密度投影重建（Maximal Intensity Projection，MIP）。由一名高年资医师及一名高年资技术员共同对CE-MRA和3D SSFP进行图像质量评分，并协商达成一致意见。评分原则如下：图像质量差，无法进行诊断为1分；图像边缘明显模糊，诊断不确定为2分；图像边缘中度模糊，但不影响诊断为3分；图像边缘轻度模糊，明确诊断为4分；图像边界清晰，提供高质量诊断信息为5分。
1.3 统计学分析
采用SPSS 11.0软件进行统计学分析。计量资料以
表示。不同序列图像质量评分比较采用配对t检验。P ＜0.05表示差异有统计学意义。
2 结 果
患者术前先天性心脏病按种类分布见表1。心率 62～102 次 /分， 平 均（84.03±9.78） 次 /分。21例收缩末期采集图像，心电触发延迟时205～245 ms，平均（226.57±12.50）ms，采集窗宽 48～65 ms；9例舒张中晚期采集图像，心电触发延迟时间565～680 ms，平均（646.11±34.17）ms，采集窗宽85～120 ms。膈肌导航窗宽4～8 mm，导航效率35%～65%。
表1 术前患者先天性心脏病种类分布情况
images/BZ_105_1284_1203_2243_1256.png右室双出口 8完全性大动脉错位 4肺动脉瓣闭锁伴室间隔缺损 2纠正性大动脉转位 2肺动脉瓣闭锁伴室间隔完整 3三尖瓣闭锁 5单心室 6
3D SSFP和CE-MRA图像质量比较见表2。上腔静脉与肺动脉吻合口清晰度（图像质量评分）3D SSFP和CEMRA图像质量比较见表2。上腔静脉与肺动脉吻合口清晰度（图像质量评分）3D SSFP（4.83±0.38）高于CE-MRA（3.93±0.58），且两者比较有显著差异（P＜0.001）。下腔静脉与肺动脉吻合口清晰度3D SSFP（4.93±0.25）优于CEMRA（3.77±0.57），且两者比较有显著差异（P＜0.001），左肺动脉的图像清晰度3D SSFP（4.90±0.31）高于CEMRA（3.83±0.38），两者比较有显著差异（P＜0.001），右肺动脉的图像清晰度3D SSFP（4.93±0.25）高于CE-MRA（3.80±0.41），两者比较有显著差异（P＜0.05）。
表2 3D SSFP和CE-MRA图像质量比较
成像方法上腔静脉和肺动脉吻合口下腔静脉和肺动脉吻合口 左肺动脉 右肺动脉CE-MRA 3.93±0.58 3.77±0.57 3.83±0.383.80±0.41 3D SSFP 4.83±0.38 4.93±0.25 4.90±0.314.93±0.25 t值 6.92 9.87 11.22 12.23 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001
3 讨论
对比剂增强的CE-MRA一直作为评价先心性心脏病无论术前还是术后心外大血管解剖结构的主要MRI成像技术[8]。但多数先天性心脏病患儿检查时无法控制呼吸，呼吸运动及心脏搏动的双重影响，会影响到图像的清晰度，血管及心内结构边缘的锐利度。而且CE-MRA需用对比剂成像，MRI对比剂在肾功能不全中可引起的肾源性纤维化[9]，且在心血管成像时，往往需要是双倍的剂量（0.2 mmol/kg），更增加了对肾脏功能影响的危险性。Fontan术后随访是个长期的过程，术后随访中应谨慎应用。Fontan术后血流流向复杂，图像采集时间点（造影剂浓度达到峰值的时间）选择不易掌控，影响图像质量稳定性（图1a）。3D SSFP 序列血管成像时，无须对比剂，即可使高信号的血流和低信号的心肌和血管壁形成良好对比（图1b），不受血流影响，可同时显示吻合口及肺血管发育情况，以及心内及其他大血管病变[10-13]，非常适用于Fontan术后长期随访中[14-15]。而且由于膈肌导航和心电触发技术的应用，去除了运动伪影（包括心脏搏动和呼吸运动）的影响，3D SSFP成像无论是心内结构还是心外结构，心内膜边界还是血管边缘都较CEMRA清晰、锐利（图2），尤其适用于不能控制呼吸的儿童心脏病患者，或有心肺功能不全、不能很好合作控制呼吸的患者。而且Fontan手术是全腔肺吻合术，旷置了心室，腔静脉血不经过心室搏动流入肺动脉，肺动脉血非搏动心血流，肺循环需要低压、低阻力。如果屏气呼吸会增加肺循环压力，影响到左心的前负荷及心搏量。3D SSFP成像无须控制呼吸，图像采集时对血液动力学无任何影响。本组30例Fontan术后患者中，无论是上腔静脉还是下腔静脉，其与肺动脉的吻合口图像质量，清晰度3D SSFP均高于CE-MRA。
图1 Fontan术后上腔静脉和下腔静脉与右肺动脉吻合口图像
注：a. CE-MRA MIP重建；b. 3D SSFP MIP重建；图b吻合口清晰度明显高于图a。
图2 Fontan术后冠状窦口关闭图像
注：a. CE-MRA MIP重建；b. 3D SSFP MIP重建；图b冠状窦清晰度明显高于图a。
影响3D SSFP图像质量关键是心电延迟触发时间及图像采集窗宽的选择，膈肌导航的设置，即图像采集时应选择心脏运动相对静止期及呼吸运动静止期，避免心脏搏动伪影及呼吸运动伪影。先心病无论术前或是术后往往伴随较快心率，本组中平均84次/分。由于不同的心率，心脏相对静止的收缩期和舒张中晚期往往不一致[16]。本组中21例收缩末期采集图像，只有9例于舒张中晚期采集图像。为获得高质量的图像，同时可以在适度增加图像采集时间的前提下，尽可选择相对短的采集窗宽。本组中最短的采集窗宽为48秒，图像采集时间约3 min。准确的心电触发延迟时间及采集窗宽是获得高质量3D SSFP图像的关键，可以从高时间分辨率的2D 4CH Cine SSFP序列中获得，即每个心动周期60～80幅的图像，以房室沟内运动幅度较大的右冠状动脉的运动情况，来判断心脏收缩期及舒张期的相对静止期。而且Fontan术后膈肌麻痹的发生率比较高，所以膈肌导航的设置应选择膈肌运动正常的一侧，如与胃泡同侧，应尽量避开胃泡。
总之，3D SSFP可以作为CE-MRA很好的辅助检查序列，甚至可以替代CE-MRA，其无须控制呼吸图像质量稳定，且可以减少造影剂的应用，尤其适用于Fontan术后随访。
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Application of 3D SSFP to Patients with Congenital Heart Disease After Fontan Operation