0 引言

       心脏磁共振（cardiac magnetic resonance, CMR）可无创、全面评估心脏结构与功能^{[1, 2, 3]}，其中心脏电影成像（cine）因覆盖全心并可直接计算心腔容积与射血分数，是心功能定量的重要参考标准^[4]。临床常用的传统分段cine采用2D分段采集、回顾性心电门控及屏气完成^[5]，采集时间较长，对患者配合度要求高^[6]，在心肺储备受限的肺动脉高压（pulmonary hypertension, PAH）患者中难以获得稳定、可定量的cine图像^[7]，PAH患者常存在胸闷、呼吸困难及心律失常等问题，传统分段cine在此类患者中的应用受到一定限制^[8]。因此，在保持心功能定量可靠性的前提下减轻cine的采集负担，是PAH人群CMR流程优化的关键问题。

       磁共振压缩感知（compressed sensing, CS）技术^[9]通过k空间稀疏采样和迭代重建缩短cine扫描时间，并可提高时间分辨率^[10]，从而有望提高心律不齐或心肺功能不全患者检查的成功率^{[11, 12]}。CS技术主要包括单次激发和多次激发（multi-shot, ms）两类：既往研究^{[13, 14]}显示单次激发CS cine与传统分段cine在评价左心室和功能方面总体一致，但部分参数仍存在差异；且对比度降低可能影响定量精度^[15]。ms CS cine通过增加激发次数、提高采样率，在保持较短采集时间的同时获得更稳定的图像质量。然而，ms CS cine在PAH人群中的临床应用价值尚缺乏系统验证。鉴于PAH危险分层对个体化治疗决策至关重要^[16]，且CMR在评估PAH风险方面有重要价值^{[17, 18]}，本研究在同一受试者内比较四次激发（4-shot）CS cine与传统分段cine的图像质量与时间效率，分析心腔定量参数一致性，并评估两种cine基于右室（right ventricle, RV）参数对PAH患者危险分层的判别能力。本研究旨在为在心肺储备受限的PAH患者提供一种屏气负担更低、同时保持心功能定量及危险分层能力的cine成像方案，从而为传统分段cine提供可行的替代或补充选择。

1 材料与方法

1.1 一般资料

       回顾性分析2022年10月至2024年9月在南京医科大学第一附属医院就诊、因疑似PAH行CMR检查的患者。纳入标准：（1）右心导管检查（right heart catheterization, RHC）测得静息状态下平均肺动脉压>20 mmHg且肺血管阻力≥2 WU^[19]，或超声心动图提示肺动脉压力升高（估测右室收缩压≥35 mmHg）^[20]；（2）同期完成传统分段cine与4-shot CS cine序列扫描；（3）CMR与超声心动图或RHC之间的检查时间间隔<1个月。排除标准：（1）年龄<18岁；（2）CMR图像不全或质量不佳（如短轴图像缺失或期相不足、主观评分为1分）。最终纳入患者84例。依据《中国肺动脉高压诊断与治疗指南（2021版）》推荐的简化版危险分层量表^[16]进行分层，综合WHO功能分级、6分钟步行距离（6MWD）、心衰标志物血浆氨基末端脑钠肽前体或脑钠肽（NT-proBNP/BNP）及血流动力学/循环指标（如右房压力、心脏指数或混合静脉血氧饱和度）等四类指标进行判定：低危为至少符合三项低危标准且不具有高危标准；高危为符合两项高危标准且其中包含心脏指数或混合静脉血氧饱和度；不符合低危或高危者均属于中危。将患者分为低危组和中高危组，最终低危组41例，中高危组43例。本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经南京医科大学第一附属医院伦理委员会批准，免除受试者知情同意，批准文号：2025-SR-1253。

1.2 检查设备与方法

       所有的CMR扫描均在3.0 T磁共振成像系统（MAGNETOM Skyra, Siemens Healthcare, Erlangen, Germany）配合18通道相控阵线圈完成。采用回顾性心电门控平衡稳态自由进动序列分别获得传统分段cine与4-shot CS cine两组图像。短轴cine采集范围从心室基底部至心尖部，连续覆盖心室，层厚8 mm，间距2 mm。长轴cine包括左室（left ventricle, LV）二腔、三腔和四腔心位。所有扫描均在吸气末屏气状态下进行，两种cine在扫描方向与层面定位上保持一致。传统分段cine的主要参数：TE 1.38 ms，TR 3.2 ms，时间分辨率38 ms，空间分辨率1.8 mm×1.8 mm，带宽962 Hz/pixel，GRAPPA加速因子3，每个心动周期重建25帧，每层采集需9个心动周期（第1个心动周期用于稳态准备）。4-shot CS cine的主要参数：TE 1.25 ms，TR 3 ms，时间分辨率17.7 ms，空间分辨率1.6 mm×1.6 mm，带宽906 Hz/pixel，CS加速因子6.5，每个心动周期重建50帧，每层采集需5个心动周期（第1个心动周期用于稳态准备）。其余扫描参数完全一致：视野380 mm×360 mm，矩阵256×256，翻转角45°，每次屏气时长≤15 s，扫描间隔时间7 s。

1.3 图像质量分析

       主观评分（4分法）：对短轴左室图像和长轴cine图像进行主观质量评估，采用1~4分量表：1分表示质量差，重度伪影，无法进行边缘描画和容积评估；2分表示质量尚可，中度伪影，可完成边缘描画和容积评估；3分表示质量良好，轻度伪影，不影响边缘描画和容积评估；4分表示质量佳，无伪影。评分由两名具有2年心血管影像阅片经验的住院医师采用盲法（对序列类型不知情）独立完成。

       客观指标：在短轴cine图像上分别于左、右室血池及室间隔中部心肌放置圆形ROI，避开乳头肌、肌小梁及明显伪影区，对于右室重构严重患者、常规层面难以完全避开的病例，则选择右室中部层面乳头肌间隙相对较清晰的区域放置ROI，以尽可能减少测量偏差；在左前胸壁前方距体表2~5 cm的空气区放置噪声ROI（面积与血池ROI相近），避开脂肪组织；以上所有ROI均在同一舒张末期图像上测量。记录各ROI信号强度后计算信噪比（signal-to-noise ratio, SNR）、对比噪声比（contrast-to-noise ratio, CNR）、血池心肌信号比（blood pool myocardial signal ratio, BMC），见式（1）~（3）：

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表1  研究对象基本特征及组间比较
Tab. 1  Basic characteristics of study subjects and inter-group comparison

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表2  两种cine序列图像采集时间及图像质量比较
Tab. 2  Comparison of image acquisition time and image quality between two cine sequences

1.4 心功能定量分析

       使用专用软件（CVI42 v.5.0, Circle Cardiovascular Imaging, Calgary, Canada）对双室容积进行定量分析。在短轴图像舒张末期和收缩末期分别勾画左室外膜和左、右室内膜的轮廓，软件自动计算获得左室、右室心功能参数：舒张末期容积（end diastolic volume, EDV）、收缩末期容积（end systolic volume, ESV）、每搏量（stroke volume, SV）、射血分数（ejection fraction, EF）及心肌质量（myocardial mass, MM）。右室以三尖瓣环平面为界，瓣环以上结构不计入右室，流出道层仅当心肌连续并能明确归属右室时方纳入。图1示例展示同一名受试者两组cine图像心室功能勾画结果。所有图像勾画及参数测量均由一名经培训、具有2年心血管影像阅片经验的住院医师在盲法下独立完成。1月后随机选择30例患者由同一名医师重复测量以评估观察者内一致性，并由另一名经培训、具有4年心血管影像阅片经验的住院医师在盲法下独立测量，用于评估观察者间一致性。

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图1  女，36岁，系统性红斑狼疮患者，1A~1D为传统分段cine图像，其中1A~1C为心底到心尖舒张末期短轴图像，1D为舒张末期四腔心图像，图像质量评分4分，短轴序列检查时间59 s，红线代表左室心内膜，绿线代表左室心外膜，黄线代表右室心内膜；1E~1H为4-shot CS cine图像，其中1E~1G为心底到心尖舒张末期短轴图像，1H为舒张末期四腔心图像，图像质量评分4分，短轴序列检查时间55 s，红线代表左室心内膜，绿线代表左室心外膜，黄线代表右室心内膜。CS：压缩感知。
Fig. 1  Female, 36 years old, patient with systemic lupus erythematosus. 1A to 1D represent traditional segmented cine images, where 1A to 1C are short-axis images from the base to the apex at the end of diastole, and 1D is a four-chamber image at the end of diastole. The image quality score is 4, and the short-axis sequence examination time is 59 seconds. The red line represents the left ventricular endocardium, the green line represents the left ventricular epicardium, and the yellow line represents the right ventricular endocardium. 1E to 1H represent 4-shot CS cine images, where 1E to 1G are short-axis images from the base to the apex at the end of diastole, and 1H is a four-chamber image at the end of diastole. The image quality score is 4, and the short-axis sequence examination time is 55 seconds. The red line represents the left ventricular endocardium, the green line represents the left ventricular epicardium, and the yellow line represents the right ventricular endocardium. CS: compressed sensing.

1.5 统计学分析

       采用SPSS 25.0软件进行统计学分析。计量资料先采用Shapiro-Wilk检验评估正态性，必要时结合直方图对数据分布形态进行综合判断：符合正态分布以（x¯±s）表示，组间比较采用独立样本t检验；两种cine序列在同一受试者内的比较采用配对样本t检验，不符合正态分布以中位数[M（P25，P75）]表示，组间比较采用Mann-Whitney U检验，同一受试者内两序列采用Wilcoxon符号秩和检验。计数资料以例（%）表示，组间比较采用卡方检验。相关性分析：正态分布计量资料采用Pearson相关分析，非正态分析采用Spearman相关分析，r≥0.80为强相关；0.30≤r<0.80为弱相关；r<0.30为相关性差。采用Bland-Altman分析评估两种cine序列右室定量参数结果间的偏倚。采用组内相关系数（intra-class correlation coefficient, ICC）评估观察者内和观察者间的一致性，ICC≥0.75表示一致性良好，0.40≤ICC<0.75表示一致性一般，ICC<0.40表示一致性较差。鉴于右室容积与功能参数之间存在数学耦合与共线性（如EF=SV/EDV），本研究分别基于传统分段cine与4-shot CS cine的RVESV构建单变量二元logistic回归模型。绘制受试者工作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲线、计算曲线下面积（area under the curve, AUC），并通过DeLong检验比较两模型AUC。模型拟合优度采用Hosmer-Lemeshow检验评估。P<0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 研究对象基本特征及组间比较

       两组年龄、性别、心率、收缩压、舒张压及原发病构成差异无统计学意义（P均>0.05）。与低危组相比，中高危组患者心功能Ⅲ/Ⅳ级所占比例更高、NT-proBNP水平更高、6分钟步行实验距离更短（P均<0.05）。见表1。

2.2 图像采集时间及图像质量比较

       两种cine序列均成功获得完整的短轴心动周期图像。在纳入分析的84例患者中，传统分段cine图像质量评分为2分者8例（9.5%），3分者31例（36.9%），4分者45例（53.6%）；4-shot CS cine图像质量评分为2分者14例（16.7%），3分者34例（40.5%），4分者36例（42.9%）。传统分段cine与4-shot CS cine序列成像期间平均心率差异无统计学意义（P=0.133）；4-shot CS cine与传统分段cine相比平均扫描时间缩短（P<0.001），且屏气次数更少（P<0.001）。主观评分传统分段cine略优于4-shot CS cine（P<0.001）。客观指标方面，传统分段cine BMC、SNR及CNR均高于4-shot CS cine（P均<0.001）（表2）。

2.3 观察者内与观察者间一致性分析

       两名阅片医师对传统分段cine与4-shot CS cine图像质量主观评分的一致性分析ICC值分别为0.888、0.915，提示一致性良好。在双心室的所有参数（LVEDV、LVESV、LVSV、LVEF、LVMM、RVEDV、RVESV、RVSV、RVEF）的测量中，两种cine序列均表现出良好的观察者内和观察者间一致性。传统分段cine在观察者内ICC为0.962~0.999，观察者间ICC为0.974~0.999；4-shot CS cine在观察者内ICC为0.974~0.999，观察者间ICC为0.957~0.999。其中最低ICC见于4-shot CS cine测量的RVSV的观察者间一致性（ICC=0.957），但仍处于一致性良好范围。

2.4 两种cine心脏功能参数的差异和相关性比较

       在84例受试者中，两种cine序列获得的部分双室参数差异无统计学意义：LVEDV、LVESV、RVSV、RVEF在两序列间比较差异无统计学意义（P均>0.05）。与传统分段cine相比，4-shot CS cine获得的 LVSV、LVEF、LVMM、RVEDV、RVESV略高，差异有统计学意义（P均<0.05）。相关性分析显示，两种cine所得双心功能参数均呈强相关（r均>0.80）（表3），两种cine测量右室功能参数的Bland-Altman图显示一致性良好（图2）。

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图2  传统分段cine与4-shot CS cine测量右室功能参数的Bland-Altman图。2A~2D分别显示RVEDV、RVESV、RVSV、RVEF的Bland-Altman结果。横轴为两种方法测量值的均值，纵轴为差值（传统分段cine-4-shot CS cine）。图中实线表示差值的均值（bias），上下虚线表示95%一致性界限（Limits of agreement, LoA）。4-shot CS cine：四次激发压缩感知电影成像；RVEDV：右室舒张末期容积；RVESV：右室收缩末期容积；RVSV：右室每搏输出量；RVEF：右室射血分数。
Fig. 2  Bland-Altman plots for agreement between traditional segmented cine and 4-shot CS cine in the measurement of right ventricular functional parameters. 2A to 2D show the Bland-Altman analyses for RVEDV, RVESV, RVSV, and RVEF, respectively. The x-axis represents the mean of the measurement obtained by the two methods, and the y-axis represents the difference between the measurements (traditional segmented cine - 4-shot CS cine). The solid line indicates the mean difference (bias), and the dashed lines indicate the 95% limits of agreement (LoA). 4-shot CS cine: 4-shot compressed sensing cine imaging; RVEDV: right ventricular end diastolic volume; RVESV: right ventricular end systolic volume; RVSV: right ventricular stroke volume; RVEF: right ventricular ejection fraction.

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表3  传统分段cine与4-shot CS cine心脏功能参数的差异和相关性
Tab. 3  Differences and correlations between traditional segmented cine and 4-shot CS cine in cardiac functional parameters

2.5 两种cine测得右室功能参数的组间比较

       在传统分段cine序列中，中高危组的RVEDV、RVESV值均高于低危组（P均<0.05）；中高危组RVEF值低于低危组（P<0.05）；中高危组RVSV值低于低危组，但差异无统计学意义（P>0.05）。4-shot CS cine测得的右室各参数与传统分段cine有相同的组间差异趋势，统计学结果一致（表4）。

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表4  两种cine测得右室功能参数在低危组与中高危组间的比较
Tab. 4  Comparison of right ventricular functional parameters measured by two cine techniques between low-risk and intermediate-to-high-risk groups

2.6 建立CMR右室参数危险分层预测模型

       将传统分段cine中所获得的RVEDV、RVESV、RVSV、RVEF作为候选变量进行单因素二元logistic回归分析。结果显示，RVEDV、RVESV、RVEF 与PAH临床危险分层相关（P<0.05）。为避免右室容积与功能指标间数学耦合导致模型不稳定，本研究在上述差异具有统计学意义的右室参数中进一步筛选最终建模变量，并以模型拟合优度作为主要依据：RVEF模型Hosmer-Lemeshow检验提示拟合不足（P=0.032），而RVESV模型Hosmer-Lemeshow检验未提示拟合不足（χ²=13.083，P=0.109），且ROC分析显示其区分能力良好（AUC=0.772，95% CI：0.667~0.856，P<0.001）。因此，最终选取RVESV构建单变量危险分层预测模型。在传统分段cine中，RVESV的最佳截断值为106.22 mL，敏感度67.4%，特异度87.8%。在4-shot CS cine中，基于RVESV的模型同样具有较好拟合度（Hosmer-Lemeshow：χ²=11.049，P=0.199），其区分能力与传统分段cine一致（AUC=0.772，95% CI：0.668~0.856，P<0.001）。DeLong检验显示两种cine的基于RVESV预测模型AUC差异无统计学意义（Z=0.046，P=0.964）。两种cine的基于RVESV预测模型ROC曲线、校准曲线及决策曲线分析（decision curve analysis, DCA）结果见图3。两种cine模型的ROC表现相近，校准曲线总体趋势一致，DCA所示净获益亦大致相当。

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图3  两种cine 基于RVESV参数预测模型的ROC 曲线（3A）、校准曲线（3B）、DCA 图（3C）。ROC：受试者工作特征；RVESV：右室收缩末期容积；4-shot CS cine：四次激发压缩感知电影成像；PAH：肺动脉高压；DCA：决策曲线分析。
Fig. 3  ROC curves (3A), calibration curves (3B), and DCA plots (3C) of the prediction models based on RVESV parameter derived from the two-cine sequence. ROC: receiver operating characteristic; RVESV: right ventricular end systolic volume; 4-shot CS cine: 4-shot compressed sensing cine imaging; PAH: pulmonary hypertension; DCA: decision curve analysis.

2.7 重新分组率

       以传统分段cine中RVESV参数的最佳截断值106.22 mL作为阈值，对4-shot CS cine的RVESV进行危险分层再分组，仅有1例患者分组发生改变，重新分组率为1/84（1.19%），配对分类一致性检验提示两种cine的分组结果差异无统计学意义（P=0.320）。

3 讨论

       本研究在同一批PAH患者中系统比较了4-shot CS cine与传统分段cine在心功能定量及危险分层预测中的表现。结果表明：4-shot CS cine在缩短cine采集时间、减少屏气次数的同时，仍可获得用于定量分析的图像质量，在关键的双室容积与功能指标层面，两种cine序列测量结果整体一致性良好，支持其在常规心功能评估场景中的可替代性。更重要的是，4-shot CS cine 所得RVESV在组间差异趋势及基于RVESV的PAH危险分层判别效能方面与传统分段cine基本一致，提示有望在心肺储备受限的人群中以更低的屏气负担完成风险评估，从而提高检查成功率和流程效率。

3.1 图像质量评估

       CS技术通过k空间稀疏采样结合迭代重建^[21]，减少采样量，从而缩短扫描时间^[22]，已逐步应用于临床心脏cine成像^{[23, 24]}。两种成像方法图像质量的差异，除加速因子不同，还与采样策略、重建算法及采样程度不同有关。传统分段cine采用GRAPPA并行成像技术，加速因子为3，在保留较多k空间信息的基础上实现加速，其图像质量主要受线圈几何因子及信噪比下降的影响，但对心肌边界的锐利度和纹理保真度影响相对有限。相比之下，4-shot CS cine采用CS加速因子为6.5，欠采样程度更高，并通过非相干稀疏采样结合迭代重建获得图像，虽然这种方式能够进一步缩短采集时间并提高时间分辨率，但也更容易受稀疏变换方式、正则化参数及迭代次数的影响，出现一定程度的纹理平滑或边缘模糊，从而导致SNR及CNR低于传统分段cine。这也是两种序列图像客观质量指标存在差异的重要原因。尽管如此，4-shot CS cine图像总体仍可满足诊断与后处理需求，仅在部分病例中需对自动勾画结果进行手动调整。另一方面，更高的时间分辨率在一定程度上弥补图像质量下降带来的影响。本研究中，4-shot CS cine较传统分段cine平均扫描时间更短、屏气次数更少，可减少患者屏气负担并降低呼吸运动伪影，从而有助于提高PAH患者cine获取的成功率与检查流程效率。

3.2 心功能评估

       本研究发现，传统分段cine与4-shot CS cine序列获得的LVSV、LVEF、LVMM、RVEDV、RVESV等参数上存在差异，其原因除了与图像质量有关外，还可能与时间分辨率和重建帧数差异有关。4-shot CS cine的时间分辨率为17.7 ms，每个心动周期重建50帧，而传统分段cine 时间分辨率为38 ms，每个心动周期重建25帧。由于心室收缩末期持续时间很短，较大的采样间隔时间可能不足以精确定位收缩末期和舒张末期。相较之下，更高的时间分辨率和更多重建帧数有助于更准确地捕捉心腔容积变化峰值，从而更接近真实的最大及最小心腔容积。这种技术特性一方面可能解释本研究中部分参数，尤其是ESV相关参数在两种序列出现轻微系统性差异；另一方面，本研究4-shot CS cine测得的部分SV、EF值略高，与既往研究结果一致^{[25, 26]}，提示从时间分辨率角度看，CS cine所得结果可能更接近真实值。其次，LVMM的计算公式^[27]为：LVMM(g)=0.8×{1.04[(IVSd+LVEDD+LVPWd)³-(LVEDD)³]}+0.6。其中，IVSd为舒张末期室间隔厚度，LVEDD为舒张末期左心室内径，LVPWd为舒张末期左心室后壁厚度，CS图像SNR及CNR降低导致cine图像中心外膜（低信号）与周围肺组织（低信号）边界勾画不准确，导致LVPWd增大，从而使得LVMM估计偏大。再次，RVESV值偏大还可能是与右心室几何形态复杂、严重右室重构时内膜边界识别困难，以及CS图像SNR及CNR降低导致勾画误差增大相关。王健等^[28]在22例患者中比较了传统分段cine与2-shot CS cine测量左室功能参数的差异，发现两种序列获得的各项左室参数差异均无统计学意义。与之相比，本研究观察到部分左室参数在两种序列间存在统计学差异，但两项研究所呈现的参数变化方向总体一致。上述差异可能与样本量、激发次数、重建方式及具体成像参数设置不同有关；此外，本研究样本量相对更大，因而对小幅差异的检出更为敏感。尽管存在轻微系统性偏差，这些差异幅度较小、未超出正常变异范围、临床影响可能有限，且也未影响本研究中危险分层的判断。两种cine获得各项容积、功能参数仍表现为强相关，整体一致性良好，与既往研究结果一致^[29]。

3.3 PAH危险分层评估

       PAH患者肺动脉压力及血管阻力增高，可通过右室肥大代偿维持心输出量，导致右室重构与功能受损^{[30, 31]}。既往研究已证实右室舒张和收缩功能减退与PAH症状的严重程度及预后密切相关^{[32, 33]}。本研究显示，在多个右室功能参数中，RVESV对危险分层的判别能力优于RVEDV，这可能与右室收缩功能受损时RVESV较RVEDV更早且更明显升高有关。进一步分析表明，基于RVESV构建的单变量危险分层预测模型在传统分段cine与4-shot CS cine间的AUC差异无统计学意义；同时，校准曲线与DCA结果提示，两种cine模型在校准趋势及潜在临床净获益表现相近。需要指出的是，校准曲线局部存在一定波动，相关结果仍需在更大样本中进一步验证。同时，将传统分段cine 所确定的RVESV最佳截断值应用于4-shot CS cine在PAH患者进行重新分组后，分组结果差异无统计学意义。提示4-shot CS cine右室功能评估及危险分层预测方面具有与传统分段cine相似的判别效能，具备潜在的临床替代价值。

3.4 本研究的局限性

       （1）本研究为单中心回顾性研究，样本量相对有限，相关结论仍需在更大样本、多中心队列中进一步验证；（2）入组对象皆为PAH患者，缺乏健康志愿者对照，尚不能全面评价4-shot CS cine在不同心功能状态下的稳定性；（3）两种序列在部分参数（如LVMM，RVEDV，RVESV）上存在轻微差异，这可能与时间分辨率差异及边界勾画误差相关，提示不同序列间结果互换时仍需注意潜在偏倚；（4）入组患者女性占比>90%，存在显著的性别偏倚，本研究结论在向男性人群、或其他性别比例均衡的临床队列外推时应谨慎。未来将进一步扩大样本量、纳入性别比例更为均衡的样本并引入健康志愿者组，以验证4-shot CS cine在不同人群与心功能状态下的稳定性与一致性，从而为其临床推广应用提供更充分的证据。

4 结论

       综上，4-shot CS cine序列可缩短cine采集时间、减少屏气次数，同时保持与传统分段cine相当的心功能定量准确性和危险分层判别效能。在PAH患者中，4-shot CS cine既可用于常规心功能评估，也可在危险分层判别方面作为传统分段cine的可行替代或补充方案。