心脏磁共振两种T1加权黑血序列对儿童心肌显示的比较研究引言常规心脏磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging,MRI)包括平扫和增强。平扫包含亮血序列和黑血序列,亮血序列是显示心脏运动状态的电影序列,通常采用梯度回波序列[1-4];黑血序列主要用于观察心肌,又分为T1加权黑血和T2加权黑血,前者显示心肌的基本结构,后者往往结合脂肪抑制技术来评价有无心肌水肿[1-6]。增强包含首过灌注和延迟强化[1-5,7-10],和其他部位增强扫描一样,采用T1权重来成像,和平扫的T1加权黑血序列作对比,观察有无心肌梗死、心肌炎、各种心肌病、心肌肿瘤[1-4,10-12]。近几年兴起了用于定量评价的T1 mapping技术,也是基于T1加权的[13-18]。因此,T1加权黑血序列和其他序列一样,在心脏MRI检查中十分重要。 然而,心脏MRI关于黑血序列的文献报道相对较少,专门针对儿童的报道就更少,主要集中在先天发育畸形和心肌炎等[19-21]。在这些为数不多的报道中,T1加权黑血序列大多采用快速自旋回波序列:Siemens的HASTE,Philips的SSTSE,GE的SSFSE[1,3-4]。由于T1加权黑血序列的回波时间(Time of Echo,TE)比T2加权黑血序列的短,因此图像对比度相对较差,对心肌的显示情况不太理想。Hillenbrand等[22]运用血管内线圈对猪的腹主动脉进行MRI成像,采用了SE-EPI序列,此序列在心脏MRI尤其是儿童心脏MRI中应用情况如何,几乎未见报道。因此,本研究旨在探讨SE-EPI和TSE两种T1加权黑血序列在儿童心脏MRI中的应用价值,比较两种序列对儿童心肌的显示程度。 1 材料与方法1.1 临床资料搜集来我院行心脏MRI检查的儿童资料。纳入标准:① 生命体征平稳;② 体内没有植入与MRI检查不相容的设备,如心脏起搏器、电子耳蜗、胰岛素泵、金属假牙及血管钳等;③ 不合作儿童镇静成功者。排除标准:① 幽闭恐惧症儿童;② 未镇静儿童检查过程中烦躁不安,不能坚持完成检查者;③ 镇静儿童检查过程中醒来,不能耐受MRI扫描噪声者;④ 心律严重不齐,扫描自行中断者。按照上述纳入、排除标准,共选取了20例儿童:男性12例,女性8例,年龄2~13岁,平均年龄(7.7±2.6)岁,检查前均签署了知情同意书。 1.2 仪器与方法采用Philips Achieva 1.5T磁共振成像仪(荷兰)、16通道体线圈和MRI兼容的心电门控,对于不合作儿童提前镇静。常规横断层扫描及四腔心、短轴电影成像之后,进行T1加权黑血序列扫描,成像参数如下。SE-EPI序列 :TR=740 ms,1 beat,TE=25 ms,EPI factor=3,NSA=4,multi-shot, 扫描时间56 s;TSE 序列:TR=1480 ms,2 beat,TE=29 ms,TSE factor=39,trigger delay=468 ms,SENSE=2,halfscan=0.625,NSA=8,single-shot,扫描时间83 s;两种序列的voxel size均为2 mm,thickness均为7 mm,FA均为90°,FOV包含左心室舒张期心尖到二尖瓣之间的区域,扫描过程中均自由呼吸。 1.3 图像分析记录20例儿童的MRI诊断情况。两名放射科医师采用5分法盲法评价两种T1加权黑血序列图像,根据相关文献,制定评分标准[23-24],具体如下:心肌和心腔内信号均匀、边界清晰,无呼吸运动伪影,记为5分;信号较均匀、边界较清晰,有轻度运动伪影,记为4分;信号均匀性欠佳、边界较模糊,有中度运动伪影,记为3分;信号不均匀、边界模糊,运动伪影较重,记为2分;信号极不均匀、边界无法识别,运动伪影严重,记为1分。3~5分者达到诊断要求,1~2分者不符合诊断要求。计算两名医师盲法评分的Kappa值。 2 结果20例儿童中,心肌炎2例,心肌病1例,心律失常4例,先天性心脏病2例,代谢性疾病5例,心肌致密化不全1例,心内膜弹力纤维增生症1例,未见异常4例。 两名放射科医师盲法评分结果如表1所示,Kappa值为0.78。两种T1加权黑血序列图像中,都没有得5分者;对于SE-EPI序列,7例未达到诊断要求,对于TSE序列,5例不符合诊断要求;多数图像的评分集中在3分。得2分者,伪影更重,或边界更不清晰、信号更不均匀(图2a、图1b);得3分者,伪影比得4分者稍重,或在少许伪影的基础上伴有心肌边界欠清、信号欠均匀(图2b、图3a);得4分者,心肌边界清晰、信号均匀,仅有少许伪影(图1a、图3b)。 表1 20 例儿童心脏MRI 两种T1 加权黑血序列图像评分结果(例) 序列 5分 4分 3分 2分 1分SE-EPI 0 5 8 4 3 TSE 0 3 12 3 2 图1 急性白血病化疗后T1加权黑血序列图像 注:男,10岁,心率85次/min,律齐。a. SE-EPI序列得4分;b. TSE序列得2分。 3 讨论3.1 SE-EPI和TSE两种序列的原理SE序列是MRI的经典序列,图像具有良好的信噪比(Signal Noise Ratio,SNR)和组织对比,但采集时间较长,EPI是目前最快的MR信号采集方式[25]。二者强强联合,实现了速度和质量的统一,这是SE-EPI序列的优点,也是本研究的创新之处。 图2 室性早搏T1加权黑血序列图像 注:女,10岁,心率波动于40~50次/min和110~120次/min。a. SE-EPI序列得2分;b. TSE序列得3分。 图3 心肌致密化不全T1加权黑血序列图像 注:男,5岁,心率100次/min,律齐。a. SE-EPI序列得3分;b. TSE序列得4分。 本研究中的TSE序列,采用的是经典的双反转快速自旋回波序列[5,25],该序列是IR和TSE两种序列的组合。和一般的IR序列不同,在施加90°射频脉冲之前,它经历了两次180°射频脉冲:第一次是非层面选择的,使所有组织反转;第二次是层面选择的,层面内的组织再次反转,恢复到最初的状态。等待一定时间之后,施加90°射频脉冲,此时层面内的血液已经流出,层面外的血液刚好过零点,不被激发,因此呈现“黑血”效应[5,25]。这里的等待时间称为反转恢复时间[26],在本研究的设备中称为触发延迟时间。当心率较低时,延迟时间可以稍短;当心率较高时,延迟时间应该相应增加。本研究的对象为儿童,心率高于成人,所以选择了“longest”这一档,计算得到的trigger delay 为 468 ms。 3.2 SE-EPI序列心肌的信噪比、对比度高于TSE序列的原因分析对于SE序列,施加90°射频脉冲时,纵向磁化矢量最大,因此最终采集到的信号强度就大。而TSE序列由于经历了两次反转,等待了一定时间后才施加90°射频脉冲,此时纵向磁化矢量已不再是最大,所以得到的SNR有所降低。因为血液信号未被采集,所以心肌信号越高,图像对比度越大。这是SE-EPI序列心肌的SNR、对比度大于TSE序列的主要原因。 另外,和SE序列相比,TSE序列多了回波链长度(Philips的设备中称为“TSE factor”)这个参数。TSE factor越大,一个采集周期中填充k空间的部分越多,成像速度越快,但图像模糊度增加。由此可知,TSE序列的图像比SE-EPI序列的图像更模糊,对比度下降。因此,同等条件下,首选SE-EPI序列进行心脏黑血成像。 3.3 SE-EPI序列的伪影比TSE序列严重的原因分析由本研究结果可知,影响图像质量的主要因素是伪影,包括呼吸运动伪影和心律不齐导致的伪影。由于研究对象的年龄跨度为2~13岁,为了确保一致性,采用了自由呼吸,所以呼吸运动伪影在所难免。因此两种序列都未达到5分。然而SE-EPI序列中,未达到诊断要求的例数大于TSE序列,说明呼吸和心律对前者的影响更大。 其原因有以下两点:第一,SE-EPI序列采用1个beat,而TSE序列采用2个beat。一个beat对应于一个重复时间(Time of Repeat,TR),而在心脏MRI中,TR指一个心动周期。即为SE-EPI序列每个心动周期采集一次,而TSE序列每两个心动周期采集一次。由于TSE序列经历了两次180°射频脉冲和等待时间,一个心动周期内不能完成一次采集,所以选用2个beat。如果心律不齐刚好发生在没有采集信号的那个心动周期里,就会被巧妙的避免。所以,相对于每个心动周期都采集信号的SE-EPI序列而言,TSE序列受心律不齐的影响要小,伪影也就没那么严重。第二,SE-EPI序列的激励次数(Philips的设备中叫“NSA”)为4,而TSE序列的NSA为8。因为TSE序列的SNR和对比度不高,所以采用增加NSA来弥补,同时也弥补了伪影。因此TSE序列的呼吸运动伪影也没有SE-EPI那么严重。所以,当患儿心律不齐或呼吸不平稳时,采用TSE序列进行心脏黑血成像。 3.4 不足之处本研究尚存在不足之处。第一,样本量太少。由于心脏MRI检查时间长,对受检者要求高,儿童难以配合,因此最终符合条件的例数不多。第二,没有按年龄分组。对于年龄较小、不配合的儿童,采用镇静后检查,自由呼吸,无法避免呼吸运动伪影。对于年龄稍大、可以配合的儿童,可以尝试闭气检查;下一步将扩大样本量,搜集能配合的儿童,让其闭气检查,来进一步减少伪影。第三,没有按疾病种类分组。很多先天发育异常和代谢性疾病都会累及心肌,心脏MRI没有电离辐射,且对心肌的显示优于CT。下一步将探索黑血序列在每一种心肌病种的应用,以及不同心肌病选用那种黑血序列更好,包括:肥厚性心肌病、扩张性心肌病、限制性心肌病、心肌致密化不全、心肌淀粉样变、各种代谢性疾病(系统性红斑狼疮、1型糖尿病、白血病等)导致的心肌损伤。 4 结论SE-EPI和TSE两种T1加权黑血序列都可以显示心肌,二者各有优缺点。当受检者呼吸幅度不大且平稳、心律齐的时候,优先采用SE-EPI序列:成像时间短、信噪比高、对比度明显。当受检者呼吸幅度大、不平稳和(或)心律不齐明显时,采用TSE序列,适当减小伪影。下一步将扩大样本量,按年龄和疾病种类分组进行研究,探索不同年龄段、不同疾病(心脏本身的疾病和多种先天发育异常、代谢性疾病累及心脏)患儿心脏MRI黑血成像的序列选择。 [1]Aquaro GD, Bella GD, Castellette S,et al.Clinical recommendations of cardiac magnetic resonance, partⅠ: ischemic and valvular heart disease: a position paper of the working group applicazioni della risonanza magnetica’ of the Italian society of cardiology[J].J Cardiovasc Med,2017,18(4):197-208. 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