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技术研究
基于Fast 3D和R波校正技术的无对比剂磁共振冠脉成像:与CTA对照研究
陈育锋 陈振涛 胡春峰

本文引用格式:陈育锋, 陈振涛, 胡春峰. 基于Fast 3D和R波校正技术的无对比剂磁共振冠脉成像:与CTA对照研究[J]. 磁共振成像, 2025, 16(8): 131-138, 142 DOI:10.12015/issn.1674-8034.2025.08.019.


[摘要] 目的 探讨基于Fast 3D及R波校正技术的3.0 T无对比剂冠状动脉磁共振血管成像(magnetic resonance coronary angiography, MRCA)的图像质量及形态学评价,并评估其对≥50%冠状动脉狭窄的准确性。材料与方法 前瞻性纳入46例冠心病患者,于冠状动脉CT血管成像(coronary computed tomography angiography, CCTA)检查后48~72 h内行3.0 T MRCA扫描,采用R波校正技术(触发间隔±15%)及Fast 3D技术。由2名影像医师独立评估MRCA图像质量(5分法)及冠状动脉狭窄。广义估算方程(Generalized Estimating Equation, GEE)分析冠状血管8个分段图像质量。以CCTA为标准,通过Bland-Altman分析血管长度一致性,采用受试者工作特征曲线评估MRCA对≥50%冠状动脉狭窄的诊断效能。结果 MRCA检查成功率为89.13%(41/46),图像优良率65.85%。右冠状动脉(right coronary artery, RCA)及左前降支(left anterior descending coronary artery, LAD)近段图像质量优于远段(P<0.05)。较正常心率及体质量指数(body mass index, BMI)<25 kg/m²的患者,心率≥70次/min及BMI≥25 kg/m²患者的图像质量降低,差异具有统计学意义(P<0.05)。MRCA与CCTA血管长度一致性良好(95%一致性界限为-5.94~-0.68,占比<5%),但左回旋支差异率(9.76%)较高。MRCA诊断≥50%狭窄的敏感度为81.08%,特异度95.29%,曲线下面积(area under the curve, AUC)为0.889(95%置信区间:0.819~0.938)。结论 基于Fast 3D及R波校正技术的3.0 T MRCA在冠心病患者中展现出较高的检查成功率和良好的图像质量;形态学方面,其血管长度评估在RCA和LAD中与CCTA一致性良好。该技术可作为冠心病患者无创性冠状动脉筛查的有效工具,尤其适用于对比剂禁忌或需避免辐射暴露的人群。
[Abstract] Objective To investigate the image quality, morphological evaluation, and diagnostic accuracy of 3.0 T non-contrast magnetic resonance coronary angiography (MRCA) using Fast 3D and R-wave correction techniques in patients with coronary artery disease (CAD) for detecting ≥ 50% coronary stenosis.Materials and Methods Forty-six CAD patients were prospectively enrolled and underwent 3.0 T MRCA within 48 to 72 hours after coronary computed tomography angiography (CCTA). The MRCA protocol incorporated R-wave correction (trigger interval ± 15%) and Fast 3D. Two radiologists independently assessed MRCA image quality (5-point scale) and coronary stenosis. Generalized Estimating Equations (GEE) analyzed image quality across eight coronary segments. Bland-Altman analysis evaluated vessel length consistency between MRCA and CCTA, while receiver operating characteristic curves assessed diagnostic performance for ≥ 50% stenosis.Results The MRCA examination success rate was 89.13% (41/46), with an excellent image rate of 65.85%. Image quality scores for proximal right coronary artery (RCA) and left anterior descending coronary artery (LAD) segments were superior to distal segments (P < 0.05). Higher heart rate (≥ 70 bpm) and body mass index (BMI) (≥ 25 kg/m2) significantly reduced image quality (P < 0.05). MRCA and CCTA showed good consistency in vessel length (95% limits of agreement: -5.94 to -0.68; outlier rate < 5%), except for left circumflex branch (LCX) (9.76% outlier rate). For ≥ 50% stenosis, MRCA demonstrated a sensitivity of 81.08%, specificity of 95.29%, and area under the curve of 0.889 (95% confidence interval: 0.819 to 0.938).Conclusions 3.0 T MRCA with Fast 3D and R-wave correction techniques demonstrated high examination success rate and excellent image quality in CAD patients. Morphologically, the display of vessel length is in good agreement with CCTA in RCA and LAD. It can serve as an effective non-invasive screening tool for coronary artery assessment, particularly suitable for patients with contrast agent contraindications or requiring radiation avoidance.
[关键词] 冠心病;磁共振成像;冠状动脉磁共振血管成像;Fast 3D技术;R波校正技术;图像质量;诊断效能
[Keywords] coronary artery disease;magnetic resonance imaging;magnetic resonance coronary angiography;Fast 3D technique;R-wave correction technique;image quality;diagnostic performance​

陈育锋 1, 2   陈振涛 3   胡春峰 1*  

1 徐州医科大学附属医院影像科,徐州 221000

2 江苏徐州仁慈医院影像科,徐州 221004

3 佳能医疗系统(中国)公司,MR临床科研部,北京 100027

通信作者:胡春峰,E-mail:hcfxz@163.com

作者贡献声明:胡春峰设计本研究的方案,对稿件的重要内容进行了修改;陈育锋起草和撰写稿件,获取、解释本研究的数据;陈振涛获取、分析本研究的数据,对稿件的重要内容进行了修改;全体作者都同意发表最后的修改稿,同意对本研究的所有方面负责,确保本研究的准确性和诚信。


收稿日期:2025-05-08
接受日期:2025-08-08
中图分类号:R445.2  R541 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2025.08.019
本文引用格式:陈育锋, 陈振涛, 胡春峰. 基于Fast 3D和R波校正技术的无对比剂磁共振冠脉成像:与CTA对照研究[J]. 磁共振成像, 2025, 16(8): 131-138, 142 DOI:10.12015/issn.1674-8034.2025.08.019.

0 引言

       冠状动脉疾病(coronary artery disease, CAD)是导致中老年人死亡的主要原因之一。近年来,冠状动脉粥样硬化性心脏病的发病率越来越高,年轻化趋势越来越明显[1, 2, 3]。2021年,在全球年龄标准化死亡率上,CAD为首要死因,死亡率为108.7(99.8~115.6)每10万人[4]。因此,对冠状动脉无创筛查成像的临床需求日益增长。尽管冠状动脉CT血管成像(coronary computed tomography angiography, CCTA)是诊断冠状动脉狭窄的主要方法,但辐射和需使用对比剂限制了其在肾功能不全患者、对碘对比剂过敏的患者、孕妇或计划受孕的女性等需要频繁监测的人群中使用[5, 6, 7]

       无对比剂冠状动脉磁共振血管成像(magnetic resonance coronary angiography, MRCA)具有无创、无辐射、不受高钙化伪影干扰等优势,是CCTA有效的替代方法[8, 9, 10]。1.5 T基于稳态自由进动(steady state free precession, SSFP)序列的MRCA,对冠心病的诊断具有较高的敏感度与特异度,可有效排除不具有临床意义的冠状动脉狭窄[6, 11]。CHEN等[12]评估了3.0 T无对比剂MRCA在检测冠状动脉狭窄中的准确性,结果显示,该方法在检测显著狭窄(≥50%管腔直径减小)方面具有较高的敏感度和特异度。这表明无对比剂MRCA可以作为一种有效的非侵入性诊断工具,用于评估疑似冠状动脉疾病的患者。相较于1.5 T,3.0 T MRI虽具有更高的信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)、对比噪声比及空间分辨率,但场强升高导致的磁场不均匀性伪影和射频沉积效应增强,叠加数据采集时间长、呼吸运动伪影及对心率波动的高敏感性,显著限制了3.0 T MRCA的临床应用[13, 14, 15]。当前3.0 T MRCA技术仍面临两大关键瓶颈:其一,磁场不均匀性与长扫描时间的协同作用导致图像质量下降;其二,现有采集方案对心率波动的适应性不足,致使高心率及心律不齐人群检查失败率达17%~24%[13, 14]。因此,本研究采用R波校正技术抑制心律不齐或高心率因素对图像的影响;同时采用K空间欠采样技术(Fast 3D)缩短心脏冠脉检查数据采集时间,且以扰相梯度回波为基础序列,抑制高磁场强度(3.0 T)引发的磁场不均匀性伪影;探究3.0 T MRCA在冠心病患者中的图像质量及影响因素,并以CCTA为标准,评估MRCA对≥50%冠状动脉狭窄的诊断准确性。本研究旨在突破传统3.0 T MRCA在高心率及高体质量指数(body mass index, BMI)人群中的技术瓶颈,为对比剂禁忌(如肾功能不全、碘过敏)或需避免辐射暴露的冠心病患者提供一种高成功率、无创的冠状动脉精准评估工具。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       2024年12月至2025年3月前瞻性连续招募因CAD于徐州仁慈医院行CCTA检查患者。纳入标准:(1)疑似CAD患者,表现为胸痛,新发生或进展的冠状动脉狭窄;(2)年龄≥18岁。排除标准:(1)MRI检查一般禁忌证,如心脏起搏器、幽闭恐惧症等;(2)急性冠状动脉综合征、房颤等;(3)心脏支架手术及血管搭桥术;(4)拒绝参加试验的患者。

       本研究遵守《赫尔辛基宣言》,经徐州仁慈医院伦理委员会批准,全体受试者均签署了知情同意书,批准文号:XZRCLL-LW-202411001。

1.2 仪器与方法

       所有CAD患者在CCTA检查后(48~72 h内)于3.0 T磁共振扫描仪(Vantage Galan, Canon Medical System, Japan)完成MRCA扫描。采用佳能16通道腹部线圈结合16通道脊柱线圈,扫描前患者舌下含服硝酸甘油。患者仰卧位,双臂置于身体两侧。所有患者均包裹紧身腹带,以抑制呼吸相关的横膈膜运动。三轴定位获取心脏及膈肌位置。采用CardioLine智能扫描获得四腔心电影图像,进而寻找左、右冠状动脉重叠的相对静止期。MRCA采用呼吸门控和心电门控技术的扰相梯度回波(Spoiled Gradient Echo, SPGR)序列;成像参数:TR 4.9 ms,TE 1.9 ms,层厚1.8 mm,并行采集加速因子2(RL2,FH1),采集矩阵1.35 mm×1.2 mm×1.8 mm,重建矩阵0.6 mm×0.6 mm×0.9 mm,扫描时间(280±48)s;采用基于Fast 3D技术的Weel模式,K空间填充为全采样填充的80%。R波校正技术参数设置为α=85,β=115;基于Fast 3D及R波校正的MRCA序列数据采集原理示意图见图1

       CCTA扫描参数:采用佳能320排640层CT(Canon Aquilion ONE)进行检查。患者取仰卧位,扫描范围自气管隆突下至心膈面下方15 mm,扫描时嘱咐患者屏气,使用非离子对比剂碘佛醇(350 mgI/mL,江苏恒瑞医药股份有限公司,中国),用双筒高压注射器[Wave CTF,锐科(上海)医疗器械有限公司,中国]经肘前静脉团注。采用3期注药模式:第1期为纯对比剂50 mL;第2期为注射对比剂+生理盐水共30 mL,比例为30%∶70%,第3期为生理盐水30 mL,对比剂流率5 mL/s。使用对比剂实时追踪技术,在胸降主动脉相当于心脏中部平面设置感兴趣区,对比剂浓度接近260 HU时自动触发扫描。主要扫描参数:管电压120 kV,机架转速0.275 s/圈,准直320 mm×0.5 mm。

图1  基于Fast 3D及R波校正的MRCA序列数据采集原理示意图。Fast 3D原理:与K空间笛卡尔顺序填充相比,Fast 3D采用“螺旋”状非笛卡尔顺序的填充方式,以缩短数据采集时间。R波校正原理:与R波触发间隔(触发间隔)相对应的R-R间期假设为100%,在图像采集时,R-R间期在α%~β%范围内,即触发间隔±15%范围内,则正常采集数据。如果R-R间隔短于α%或长于触发间隔±3%范围,则丢弃相应数据,并自动重新计算,进行新数据采集。MRCA:冠状动脉磁共振血管成像。
Fig. 1  Schematic illustration of MRCA sequence data acquisition principle based on Fast 3D and R-wave correction. Fast 3D principle: Instead of the Cartesian order filling in K-space, Fast 3D adopts a "spiral" non-Cartesian order filling method to shorten data acquisition time. R-wave correction principle: The R-R interval corresponding to the R-wave trigger interval (trigger interval) is assumed to be 100%. During image acquisition, if the R-R interval falls within the α%-β% range, i.e., within ±15% of the trigger interval, data is normally acquired. If the R-R interval is shorter than α% or longer than the trigger interval +3% range, the corresponding data will be discarded, and the system will automatically recalculate and perform new data acquisition. MRCA: magnetic resonance coronary angiography.

1.3 图像后处理

       MRCA及CCTA数据完成采集后分别传输到Ziostation后处理工作站(Ziostation2,2.9,日本)及Vitrea后处理工作站(Version 4.0.693,美国)进行图像重建与分析。具体处理流程为:(1)数据导入,分别将MRCA原始数据导入Ziostation工作站,CCTA原始数据导入Vitrea工作站,检查数据完整性,确认是否存在因心率波动或呼吸运动导致的采集中断或伪影;(2)曲面重建(curved planar reformation, CPR),在Ziostation的“3D Reconstruction模块中选择CPR工具,Vitrea工作站选择“Cardias:Arteries CT”“Vessel Analysis”区域选择Select工具,手动标记冠状动脉起点与终点,系统自动生成血管展开图像(图2A~2B);(3)血管长度测量,在CPR图像中,使用工作站自带的测量工具标记血管起止点(图2C~2D);(4)图像质量评估,对重建图像进行质量评分;(5)数据导出与一致性检查,将处理后的图像及测量数据导出为DICOM格式,供后续分析。2名具有5年以上工作经验的影像科副主任医师在分别于工作站测量并记录冠状血管长度,2名医师对另一种MRCA图像不知情。

图2  MRCA及CCTA图像后处理流程。2A~2B显示MRCA及CCTACPR处理过程;2C~2D显示MRCA及CCTA冠脉长度测量路径及数值结果。MRCA:冠状动脉磁共振血管成像;CCTA:冠状动脉CT血管成像;CPR:曲面重建。
Fig. 2  Post-processing workflow of MRCA and CCTA images. 2A-2B show the CPR processing of MRCA and CCTA; 2C-2D display the coronary length measurement paths and numerical results of MRCA and CCTA. MRCA: magnetic resonance coronary angiography; CCTA: coronary computed tomography angiography; CPR: curved planar reconstruction.

1.4 图像质量评价

       根据美国心脏协会推荐的冠状动脉分段标准[16],将8个冠状动脉段纳入分析:右冠状动脉(right coronary artery, RCA)近段,RCA中段,RCA远段,左前降支(left anterior descending coronary artery, LAD)近段,LAD中段,LAD远段,左回旋支(left circumflex branch, LCX)近段,LCX远段。2名具有5年以上工作经验的影像科副主任医师在审阅了所有重建的CPR图像及其对应的原始横断面图像后,首先独立评估MRCA整体图像质量,随后,针对冠状动脉的8个标准分段,同样基于CPR结合原始横断面图像,2名医师独立评估各节段血管的显示质量。评分标准如下[11]:1分,较差(伪影严重,该节段冠状血管不可见,无法诊断);2分,差(存在伪影,该节段血管模糊不清,诊断置信度低);3分,一般(轻度伪影,该节段血管可见,可以满足诊断);4分,良好(该节段血管显示较好,诊断置信度高,但管腔边界稍模糊);5分,优秀(该节段血管清晰可见,诊断置信度高,管腔边界锐利)。

       46例患者中,整体图像质量<3分,为图像无法满足诊断要求;以整体图像质量≥3分为图像质量合格;4、5分为图像质量优良。计算检查成功率及图像优良率。

       为分析心率及BMI对MRCA图像质量的影响,患者按心率55~70次/min及≥70次/min分为两组,同时,按BMI≥25 kg/m²与BMI<25 kg/m²分为两组。

       2名医生采用二分法分别对MRCA图像是否存在≥50%的冠状动脉狭窄进行视觉评分:1分为血管管腔狭窄度≥50%;0分为血管管腔狭窄度<50%。

       如果2名医生评分存在差异,两者协商讨论获得一致结果。

1.5 CCTA图像评估

       CCTA的狭窄评估由另外2名具有5年以上心血管影像诊断经验的影像科副主任医师独立完成。评估采用半定量视觉评估法结合工作站(Vitrea, Version 4.0.693)的定量测量工具进行:

       (1)视觉评估:参照美国心血管CT协会指南标准[17],在CPR和横断面图像上评估管腔狭窄程度;(2)定量验证:对视觉评估≥40%的狭窄,使用工作站内置的血管分析工具测量狭窄最严重处的管腔直径减少百分比(邻近正常管腔为参考);(3)最终判定:以2名医师协商一致的结果为准(如存在分歧,由第三名高年资医师仲裁),管腔直径减少≥50%定义为显著狭窄。

       所有CCTA评估者在分析前均未接触MRCA图像及结果,且工作站中已隐去与MRCA相关的任何信息,确保对MRCA结果设盲。

1.6 统计学分析

       采用SPSS 27.0统计分析软件(IBM公司,Armonk,New York)。计数资料以频率或构成比(%)表示,计量资料以均数±标准差表示。两位医生对CCTA图像血管狭窄等级的一致性分析采用肯德尔秩相关性检验,观察肯德尔相关系数(Kendall's tau coefficient, Kendall's tau),0.20≤Kendall's tau<0.40为弱相关,0.40≤Kendall's tau<0.60为中等相关;0.60≤Kendall's tau<0.80为强相关,0.80≤Kendall's tau≤1.00为极强相关;对MRCA主观评分采用Kappa一致性分析,0.21≤Kappa<0.40为弱一致性,0.40≤Kappa<0.60为中等一致性,0.60≤Kappa<0.80为良好一致性,0.80≤Kappa≤1.00为极好一致性;两组间比较,正态分布采用配对样本t检验;非正态分布采用非参数秩和检验。采用广义估算方程(Generalized Estimating Equations, GEE)分析不同BMI及心率在8个血管节段重复观、评的冠脉血管图像质量。P<0.05为差异有统计学意义。Bland-Altman法计算MRCA与CCTA血管长度均差值超过一致性界限(limits of agreement, LoA)的血管数量,超过LoA血管数量占总数量>5%为不合格。构建受试者工作特征(receiver operating characteristic, ROC)曲线,以CCTA为标准,分析MRCA诊断≥50%冠状动脉狭窄的准确率,并计算敏感度及特异度。

2 结果

2.1 一般资料

       共纳入46例患者,其中男27例,女19例,年龄(53±12)岁,BMI(24.73±3.00)kg/m2,心率(71±8)次/min。

2.2 图像质量评分

       2名医生对CCTA血管狭窄等级的相关性分析为极强,Kendall’s tau为0.950(P<0.001);2名医生对冠脉图像整体质量评分一致性极好,Kappa值为0.871(P<0.001);对RCA(近、中及远段)、LAD(近、中及远段)及LCX(近段及远段)的8个冠脉血管分段图像评分一致性较好,Kappa值为0.847~0.967(P<0.001);8个血管分段评分结果见表1

       5例图像质量无法满足诊断要求,检查成功率为89.13%(41/46)。41例患者整体图像优良率为65.85%。RCA、LAD及LCX近段图像质量评分优于远段,差异均具有统计学意义(P<0.05);RCA及LAD近段图像质量评分与中段相当,差异均无统计学意义(P>0.05)。不同心率患者图像质量评分在整体图像质量、RCA近段、LAD(近、中、远段)及LCX(近、远段)差异均具有统计学意义(P<0.05)。不同BMI患者的图像质量评分在整体图像质量、RCA(近、中、远段)及LAD近段差异均具有统计学意义(P<0.05)。图像质量评分见表1, 表2, 表3。临床典型图像见图3

图3  女,59岁,RCA近段血管中度狭窄患者。CCTA原始图像(3A)显示RCA近端混合斑块(箭),管腔狭窄度受斑块影响不易准确评估。MRCA原始图像(3B)显示RCA近端血管管腔纤细变窄(箭),狭窄度不受混合斑块的影响CCTA(3C)及MRCA(3D)曲面重建图像均显示RCA近端血管呈中度狭窄(箭)。MRCA:冠状动脉MR血管成像;CCTA:冠状动脉CT血管成像;RCA:右冠状动脉。
Fig. 3  Female, 59 years old, patient with moderate stenosis in the proximal segment of the RCA. The original CCTA image (3A) shows a mixed plaque (arrow) in the proximal RCA, making it difficult to accurately assess the degree of luminal stenosis due to the plaque. The original MRCA image (3B) shows a narrowed lumen (arrow) in the proximal RCA, with the degree of stenosis not affected by the mixed plaque. The curved planar reconstruction images of CCTA and MRCA are shown in 3C and 3D, respectively, both demonstrating moderate stenosis (arrow) in the proximal RCA. MRCA: magnetic resonance coronary angiography; CCTA: coronary computed tomography angiography; RCA: right coronary artery.
表1  MRCA图像质量评分表
Tab. 1  MRCA image quality scoring table
表2  不同心率患者MRCA图像质量评分表
Tab. 2  Image quality score table of MRCA for patients with different heart rates
表3  不同BMI患者MRCA图像质量评分表
Tab. 3  Image quality score table of MRCA for patients with different BMI

2.3 冠状动脉血管长度

       41例CAD患者,123条冠状动脉血管,MRCA与CCTA血管长度均差值95% LoA为-5.94~-0.68;MRCA与CCTA血管长度均差值超过LoA数量为5,占比4.07%(5/123),占比<5%。分层分析,RCA与LAD的 MRCA与CCTA血管长度均差值超过LoA数量均为2,占比4.88%(2/41),占比<5%;LCX的MRCA与CCTA血管长度均差值超过LoA数量为4,占比9.76%(4/41),占比<5%。Bland-Altman法分析MRCA与CCTA血管长度一致性见图4

图4  MRCA与CCTA血管长度一致性。蓝色线:MRCA与CCTA均差值平均值连线;红色线:MRCA与CCTA均差值上、下限;绿色线:95%置信区间连线。4A:患者水平MRCA与CCTA血管长度一致性;4B:RCA时,MRCA与CCTA血管长度一致性;4C:LAD时,MRCA与CCTA血管长度一致性;4D:LCX时,MRCA与CCTA血管长度一致性。MRCA:冠状动脉MR血管成像;CCTA:冠状动脉CT血管成像。
Fig. 4  The consistency of vessel length between MRCA and CCTA. The blue line represents the average connection of mean differences between MRCA and CCTA; the red line represents the upper and lower limits of mean differences between MRCA and CCTA; the green line represents the 95% confidence interval connection. 4A: Consistency of vessel length between MRCA and CCTA at patient level; 4B: Consistency of vessel length between MRCA and CCTA for RCA; 4C: Consistency of vessel length between MRCA and CCTA for LAD; 4D: Consistency of vessel length between MRCA and CCTA for LCX. MRCA: magnetic resonance coronary angiography; CCTA: coronary computed tomography angiography.

2.4 MRCA对≥50%血管狭窄的诊断效能

       CCTA结果显示,41例患者中,25例(60.98%)共37支血管(30.08%)存在≥50%管腔狭窄。MRCA诊断≥50%冠状动脉狭窄的敏感度及特异度分别为81.08%、95.29%;曲线下面积(area under the curve, AUC)值为0.889,95%置信区间:0.819~0.938。MRCA诊断≥50%冠状动脉狭窄的ROC曲线见图5

图5  MRCA诊断≥50%冠状动脉狭窄的ROC曲线。蓝色区域为95%置信区间。MRCA:冠状动脉MR血管成像;ROC:受试者工作特征;AUC:曲线下面积。
Fig. 5  ROC curve of MRCA for diagnosing ≥ 50% coronary artery stenosis. The blue area represents the 95% confidence interval. MRCA: magnetic resonance coronary angiography; ROC: receiver operating characteristic; AUC: area under the curve.

3 讨论

       本研究首次在3.0 T无对比剂冠脉造影中联合应用基于轮盘状K空间填充的Fast 3D欠采样技术(加速因子5)与宽容差R波校正(±15%)方案。结果显示,该技术方案成功率达89.13%,图像优良率达65.85%,对≥50%冠状动脉狭窄的诊断效能(AUC)达0.889。为国内外首次提出并验证Fast 3D与R波校正技术的协同应用,显著提升了3.0 T MRCA在高心率(≥70次/min)及高BMI(≥25 kg/m2)患者心脏冠脉图像稳定性与诊断效能。该技术为肾功能不全、对比剂过敏或需避免辐射暴露的冠心病患者提供了一种高可靠性的无创筛查工具,尤其适用于冠状动脉近中段病变的精准评估。

3.1 Fast 3D技术及R波校正技术参数设置

       Fast 3D技术采用非笛卡尔顺序方式填充K空间,每次填充三条线,以增加填充效率;且K空间周围区域不填充,本研究设置Wheel=20%,为K空间周围不填充的区域为全部采样的20%。此外,Fast 3D技术可与并行采集技术相结合,进一步缩短采集时间。R波校正技术原理为:本研究触发R波对应的R-R间隔(触发间隔)为100%,实际采集时,R-R间隔设置为α=85%,β=115%。以触发R波对应的R-R间期(基准值100%)为动态基准,通过预设容差范围实时筛选数据——仅采集时实际R-R间期处于基准值-α%(≥85%)至基准值+β%(≤115%)区间内的数据用于成像;若实际间期短于基准值-α%或长于基准值+β%,则自动废弃该次数据并重新扫描,确保最终重建图像仅来源于高度一致的心动周期,从而解决心律不齐、心动过速(或过慢)患者MRCA图像质量下降的问题。

3.2 3.0 T MRCA技术可行性:成功率与图像质量的影响因素

       本研究结果显示,3.0 T MRCA的整体检查成功率为89.13%,与既往1.5 T设备研究(85%~92%)相近[11],但较部分3.0 T设备的研究(76%~83%)[13, 14]有所提升。表明R波校正技术通过动态调整R-R间期数据采集窗口(α=85%,β=115%),能够有效降低心律不齐对扫描完整性的影响。此外,3.0 T MRCA的高场强度有助于提高图像的分辨率和对比度,使得冠状动脉的解剖结构更加清晰可见。与1.5 T成像相比,3.0 T成像能够提供更好的图像质量和更高的诊断准确性,特别是在评估复杂的冠状动脉解剖结构时[18]。值得注意的是,5例失败病例中,3例因心率波动幅度超过R波校正阈值(触发间隔±3%)导致数据采集中断,2例因呼吸运动伪影难以校正,提示未来需进一步优化动态心率适应性算法,并强化呼吸门控训练。

       在成功完成检查的41例患者中,图像优良率为65.85%,较传统SSFP序列(约50%)显著改善[14]。主要得益于以下两个方面:一方面,Fast 3D技术(欠采样率20%)将平均扫描时间缩短至(280±48)s,减少了呼吸运动伪影的累积效应。Fast 3D技术采用“螺旋”状K空间欠采样填充,一次采集可填充三条线,从而缩短数据采集时间。另一方面,R波校正技术可降低患者高心率或心律不齐对图像质量的影响。分层分析显示,高心率患者图像质量评分低于正常心率患者(P<0.05),这表明R波校正技术仍无法完全消除高心率或心律不齐对图像质量的影响。心率≥70次/min组在LAD远段及LCX远段的图像质量评分显著降低(P<0.001),这与KATO等[6]提出的"远端血管运动伪影敏感度阈值"理论一致。此外,BMI≥25 kg/m2组整体图像质量低于BMI<25 kg/m2组(P<0.05),在冠状动脉壁的MRI中,较低的心率、男性和较长的冠状动脉静息期与较高的图像质量评分相关,而BMI也被认为是影响图像质量的生理参数之一[19]

3.3 图像质量对诊断效能的制约:LCX远段漏诊的挑战

       本研究结果显示,LCX远段的图像质量评分最低(优良率仅31.71%),且其血管长度测量与CCTA的一致性最差(差异率9.76%)。这直接影响了该区域病变的检出能力。在MRCA诊断≥50%狭窄的7个假阴性(false negative, FN)病例中,4个(57.1%)位于LCX远段。此外,剩余3个FN病例中,2个位于图像质量评分≤3分(一般或较差)的节段(1例在LAD远段,1例在RCA远段),仅有1例FN位于图像质量良好的LAD近段(评分为4分)。这表明,图像质量低下,尤其是LCX远段及冠状动脉远段血管,是导致病变漏诊的主要原因。

       LCX远段成像困难主要归因于其解剖特点:位置深在、走行贴近左心房后壁、血管管径细小,使其对心脏运动(尤其是心房收缩)和呼吸运动伪影更为敏感,同时SNR和空间分辨率在远端血管也显著降低[20, 21]。本研究采用的Fast 3D及R波校正技术虽提升了整体成功率和近中段图像质量,但仍未能完全克服LCX远段及细小远段血管的成像挑战。这一发现与KATO等[6]的Meta分析结论一致,即远端血管的评估仍是无对比剂MRCA的主要技术瓶颈。

       因此,提升LCX及冠状动脉远段的图像质量是未来技术优化的关键方向。可能的策略包括:(1)进一步缩短扫描时间以减少运动伪影累积(如结合更高加速因子的压缩感知或深度学习重建[22, 23, 24]);(2)开发针对远段小血管和LCX区域运动特性的特异性运动校正算法[25];(3)探索更高场强(如7 T)或专用线圈以提升该区域SNR[8]。NAKAMURA等[26]开发的基于深度学习的运动校正算法,可有效降低呼吸运动伪影,尤其对远端血管显示有显著改善。

       本研究设置的R波校正窗口(α=85%,β=115%,即基准R-R间期的±15%)是提升检查成功率(89.13%)的关键技术,尤其对于心率≥70 次/min及存在波动的患者。这一相对较宽的窗口(相比传统严格触发±5%)[13]允许更大范围的心率变化,显著减少了因单次R-R间期超出阈值导致的数据丢弃和扫描中断。KATO等[6]的Meta分析指出,心律不齐是导致传统MRCA失败的主要原因之一。本研究的成功率和图像质量稳定性(尽管高心率组评分仍较低)验证了±15%窗口在管理心率波动方面的有效性,使其能够应用于更广泛的患者群体,包括那些传统方法可能失败的患者。然而,较宽的窗口也意味着纳入重建的心动周期在时长上存在较大差异(最大可达±15%)。这种不一致性会引入额外的相位误差和运动伪影,这可能是导致远端血管(特别是运动更复杂的LCX远段)图像质量相对较差(评分低,与CCTA一致性差)以及高心率组整体评分较低的原因之一[20]。文献中使用的R波校正策略各异,从严格触发到基于导航器的自适应调整不等[21]。本研究的±15%窗口提供了一种相对简单有效的解决方案,在提高扫描鲁棒性方面具有优势,但也提示未来可研究更智能的自适应心率校正算法(如基于实时导航器或心电信号分析动态调整触发点或重建权重)[21],以在容纳心率波动的同时最小化其对图像质量的负面影响。

       本研究采用的MRCA重建分辨率为0.6 mm×0.6 mm×0.9 mm,虽较传统3.0 T MRCA序列有所提升[13, 14],但仍落后于现代CCTA的亚毫米级各向同性分辨率(可达0.5 mm×0.5 mm×0.5 mm)[7]。这一差异对小血管(如LCX远段、LAD远段)和非钙化斑块的评估构成显著限制:细小血管狭窄漏诊风险:LCX远段平均管径约(1.48±0.31)mm[27],接近本序列的体素大小,导致部分<50%狭窄病变因部分容积效应被低估(如本研究中LCX远段假阴性占比57.1%);非钙化斑块特征评估不足:尽管MRCA可能规避钙化伪影,但当前分辨率难以清晰区分纤维帽厚度、脂质核心等易损斑块特征[22, 24]。未来需结合更高加速因子的压缩感知(如K空间欠采样率>30%)[23]或深度学习重建技术[24],在保持扫描时间的前提下将分辨率提升至各向同性0.5 mm3,以改善细小血管及早期斑块的检出能力[25]

3.4 扫描效率与形态学一致性:Fast 3D加速潜力与血管评估表现

       近年来,压缩感知或并行采集结合深度学习技术可缩短无对比剂冠脉成像时间并提升质量,表现出较好的应用潜力[28, 29, 30]。而本研究采用的Fast 3D技术(K空间欠采样率20%)可联合并行采集或压缩感知技术进一步缩短采集时间。OTA等[25]在相同欠采样条件下将扫描时间缩短至约3 min且图像质量良好,而本研究实际平均时间为(280±48)s。此差异主要源于R波校正技术的应用:其对超出触发间隔±3%范围的R-R间期数据弃用并重新采集,虽抑制了心律不齐伪影,但延长了总扫描时间。

       本研究采用的Fast 3D技术设定欠采样率为20%(相当于K空间仅采集80%的数据),实现了约4.7 min [(280±48)s]的平均扫描时间。这一加速水平(加速因子=5)是本研究在有限扫描时间内获得可诊断图像(整体成功率89.13%,优良率65.85%)的关键。与传统的全采样相比,欠采样不可避免地会引入噪声和混叠伪影,影响SNR和图像清晰度,尤其是在空间分辨率要求高的冠状动脉远端(如LAD远段、LCX远段评分较低)。然而,本研究的图像优良率(65.85%)相较于早期未使用高级加速技术的3.0 T MRCA研究(约50%)[14] 有显著提升,表明20%的欠采样率在当前重建算法下是一个可行的平衡点。近期研究探索了更高的加速因子(如压缩感知结合深度学习,加速因子8~10)[22, 23],能在更短时间(<3 min)内获得图像。WU等[22]应用深度学习约束压缩感知(deep learning-constrained compressed sensing, DL-CS)实现了加速因子8下的3D bSSFP冠状动脉成像,扫描时间显著缩短。OTA等[25]也报告了使用zigzag轨迹和深度学习重建在约3 min内获得良好图像。虽然这些技术展示了更高的加速潜力,但其重建算法复杂,对计算资源要求高,且广泛临床验证仍在进行中。本研究采用的Fast 3D是一种相对成熟、计算负担较轻的非笛卡尔采样技术,其20%的欠采样率选择是在保证图像质量基本满足诊断需求(尤其是近中段血管)与实现临床可接受的扫描时间之间取得的一个实际折中方案。未来工作可探索将Fast 3D与压缩感知或深度学习重建结合,在保持或提升图像质量的同时进一步缩短扫描时间。

       Bland-Altman分析显示,MRCA与CCTA的血管长度一致性在RCA(LoA为4.88%)及LAD(LoA为4.88%)中表现良好。但LCX的差异率(9.76%)超出临床可接受范围,这种结果首先可能是LCX的解剖位置较为复杂,位于心脏的后侧,容易受到呼吸和心脏运动的影响,导致图像模糊或失真[20]。此外,LCX的直径通常较小,血管壁较薄,这使得在成像时更容易受到噪声的干扰,从而影响图像质量[21]。同时,也可能与其解剖走行贴近左房致运动伪影放大有关[26]

3.5 MRCA在钙化病变评估中的独特优势

       本研究结果显示,在诊断效能方面,MRCA对≥50%狭窄的敏感度(81.08%)与特异度(95.29%)与最新Meta分析结果(敏感度83%、特异度91%)[6]高度吻合,但较CCTA仍存在约10%的假阴性风险,主要集中于LCX中远段微小血管的漏诊,LCX远端的检测仍然具有挑战性,可能需要结合其他成像技术以提高诊断的准确性。单光子发射计算机断层扫描/计算机断层扫描(single-photon emission computed tomography/computed tomography, SPECT/CT)技术通过衰减校正可以提高右冠状动脉区域的特异性,但在左前降支区域的特异性仍然可能会降低[31]。在RCA近段混合斑块病例中,CCTA因钙化"晕染"高估狭窄程度,而MRCA清晰显示真实管腔狭窄。这一优势源于MRI不受钙化信号干扰的特性[6, 9],尤其适用于高钙化负担患者:冠脉钙化积分(coronary artery calcium score, CAC)>400 Agatston单位时,CCTA特异度降至<70%[7],而MRCA特异度仍维持>90%[29]。本研究虽未系统分析钙化亚组,但既往文献证实,无对比剂MRCA在严重钙化病变中诊断一致性(Kappa=0.81)显著优于CCTA(Kappa=0.52)[9]。未来可针对高钙化人群设计前瞻性研究,进一步验证其替代CCTA的潜力。

3.6 本研究的局限性

       本研究存在以下局限:首先,LCX远段血管的显示一致性较差(差异率9.76%),可能受其解剖位置深在、心脏运动伪影干扰及空间分辨率限制影响;其次,R波校正技术对心律波动的容差范围仍显严格,导致3例高心率波动患者扫描失败,未来应优化R波校正算法,进一步提高心律不齐或高心率患者冠脉图像质量;此外,样本量较小且仅为单中心数据,未来应扩大样本量且以数字减影血管造影为冠脉血管狭窄度评估的“金标准”,从而提高研究数据的准确性及外推性;本研究以CCTA作为参考标准,但其在钙化病变中易产生伪影,可能导致狭窄程度评估偏差,影响对MRCA诊断效能的准确判断;另外,本研究排除了支架植入及房颤患者,限制了技术在复杂病变和心律失常人群中的验证与应用推广。

4 结论

       基于Fast 3D及R波校正技术的3.0 T MRCA在冠心病患者中展现出较高的检查成功率和良好的图像质量;形态学方面,其血管长度评估在RCA和LAD中与CCTA一致性良好。该技术可作为冠心病患者无创性冠状动脉筛查的有效工具,尤其适用于对比剂禁忌或需避免辐射暴露的人群。

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