心血管磁共振成像(magnetic resonance imaging, MRI)可以利用多种扫描技术完成心脏形态结构(包括冠状动脉)、收缩功能、心肌缺血及活性的判断，具有其独特的优势^[1]，其中磁共振冠状动脉成像具有无创、无电离辐射、可不使用对比剂进行成像的特点，一直是影像学研究的热点和难点^[2,3,4,5]，随着磁共振梯度场强的提高及成像序列的改进，二维成像序列已逐步被屏气及自由呼吸导航的三维成像序列代替，本研究拟采用自由呼吸导航三维采样磁共振冠脉靶容积与全心成像方法进行扫描，通过对照研究，探讨两种扫描方法的特点及各自的优势，从而利于临床应用。

1　材料与方法

1.1　研究对象

       研究共纳入21例无心脏疾患的志愿者，所有研究对象均无磁共振检查禁忌证，男12例，女9例，平均年龄38岁，检查前交代注意事项并签署知情同意书。

1.2　检查方法

       本研究采用1.5 T超导MR扫描仪(Magnetom Avanto, Siemens AG, Erlangen, Germany)，梯度场强45 mT/m，切换率为200 T/(m^•s)，联合应用体部相控阵线圈及脊柱线圈，受检者取仰卧位，心前区置3枚无磁性电极片，连接模拟心电发射器相应导联，根据心电信号的情况做相应的调整，直至模拟心电的R波能被MR成像系统稳定的识别。

       使用真实稳态自由进动序列对研究对象进行定位像扫描，获得心脏的横轴位、冠状位、两腔心、四腔心层面图像，选取通过主动脉根部的冠状位层面进行快速多次连续扫描，观察膈肌的运动情况，以确定右侧膈顶及心脏于呼气末的位置，并以此图像作为冠脉成像三维采样扫描层块的定位参考。

       非屏气真实稳态自由进动序列电影扫描序列完成四腔心电影扫描，以右冠状动脉中段的运动轨迹为参照，分析计算冠脉成像数据采集的触发延迟时间和时间窗宽。

       将导航条置于呼气末右膈顶，预扫描确定自由呼吸导航的膈肌运动触发窗口的位置，导航触发门控距宽设为4 mm。

       本研究使用的冠脉成像序列在心电触发开始后先施加T2对比准备脉冲，紧接为呼吸导航脉冲与频率饱和法脂肪抑制脉冲，最后是三维数据采集，数据采集部分为稳态自由进动序列，基本参数为TR 3.3 ms，TE 1.5 ms，Flip angle 90°，T2对比准备时间40 ms，不同个体间的体素大小略有变动(0.8 mm×0.8 mm~1.3 mm×1.3 mm，层厚0.9~1.5 mm)，每个个体在靶容积扫描与全心扫描中保持一致。靶容积和全心冠脉成像两种扫描方法在不同个体的先后次序随机安排，全心扫描的扫描层块主要根据冠状位呼吸末图像进行放置，冠脉靶容积成像扫描层块同时结合冠状位图像及四腔心电影扫描图像进行放置，扫描层块同时包含右冠脉和左旋支的走行区域。两种方法均不使用磁共振对比剂，联合应用并行采集技术，加速因子为2。此外，有5例志愿者在完成上述扫描后，再完成了左前降支的靶容积扫描，扫描的基本参数不变，扫描定位时，尽量沿左主干和前降支的走行方向放置。

1.3　图像分析和统计处理

       扫描完成后记录相应的扫描时间，原始图像传输至工作站，使用最大信号强度投影(MIP)、多平面重组(MPR)和曲面重组(CPR)等方法进行后处理分析，主要内容如下：分别对靶容积扫描与全心扫描获得的右冠脉各节段图像从呼吸运动、心脏搏动伪影及冠脉边缘清晰度方面进行综合评分(1级，冠状动脉无法显影；2级，冠状动脉显影，血管壁边缘重度模糊不清、伪影干扰严重；3级，冠状动脉显影，血管壁边缘中度模糊不清，可见中度伪影干扰；4级，冠状动脉显影良好，血管壁稍有模糊改变，仅见轻度伪影干扰；5级，冠状动脉管壁光滑锐利，显示清晰，无伪影)；使用曲面重组方法分别测量两种扫描方法获得的右冠状动脉及左旋支的长度，方法为逐层追踪标识沿房室沟走行的左旋支和右冠脉主支图像，完成后通过曲面重组将走形纡曲的冠状动脉伸展、拉直于一幅图像显示，再测量所显示冠状动脉的长度；观察右冠状动脉后降支的显示情况。

       对靶容积和全心扫描方法获得的右冠状动脉和左旋支各节段的图像评分使用配对双侧秩和检验方法进行统计分析，检验水平α设为0.05；对于两种方法的扫描时间和冠状动脉长度测量结果进行配对双侧t检验，检验水平α设为0.05。

       对于5例靶容积扫描获得的冠脉左前降支，由于样本量少，只进行初步的图像质量比较，不作统计学处理。

2　结果

       所有研究对象均完成两种扫描方法的检查，冠脉靶容积扫描的时间短于全心扫描，靶容积扫描的右冠脉及左旋支长度与全心扫描的差别无统计学意义，但是对于右冠状动脉后降支，靶容积扫描无法显示其全貌，全心扫描方法可以显示其全貌，具有明显的优势。靶容积扫描右冠脉及左旋支各节段的图像综合评分高于全心扫描，详情见表1。初步分析左前降支靶容积和全心扫描图像，提示前者图像质量优于后者。部分冠脉图像见图1,图2,图3。

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图1  磁共振靶容积扫描(A、C)和全心扫描(B、D)成像方法在同一研究对象中获得的右冠状动脉图像(A、B)与左旋支图像(C、D)，靶容积扫描的图像质量优于全心扫描图像
Fig 1  The RCA (A, B) and LCX (C, D) were visualized in the same volunteer using volume-targeted (A, C) and whole-heart (B, D) methods. Note: the improved image quality for this subject using volume-targeted imaging.

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图2  全心扫描多平面重组图像显示右冠状动脉的后降支(黑箭)，从理论上分析，靶容积扫描需针对后降支专门放置扫描层块(白箭头)才能较好地显示后降支
Fig 2  Multiplanar reformatted image showed the posterior descending arterial branch (black arrow) derived from the RCA. Theoretically, the posterior descending artery could be visualized using volume-targeted method with the 3D imaging slab placed specifically (white arrow head).

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图3  磁共振靶容积扫描(A)和全心扫描(B)成像方法在同一研究对象中获得的冠脉左主干和左前降支图像，靶容积扫描的图像质量及血管锐利度略优于全心扫描图像，前胸壁的脂肪抑制效果优于全心扫描方法
Fig 3  The LM and LAD were shown in the same volunteer using volume-targeted (A) and whole-heart (B) methods. Note: the slightly improved image quality and vessel sharpness and better fat-suppression for volume-targeted imaging in comparison with whole-heart imaging.

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表1  21例志愿者靶容积扫描和全心扫描结果比较
Tab 1  Comparison of measured results using volume-targeted and whole-heart methods in 21 volunteers

3　讨论

       本研究针对自由呼吸导航三维采样磁共振冠状动脉成像的靶容积和全心扫描方法进行对照研究，所用的序列为基于1.5 T磁共振的不用造影剂的稳态自由进动序列，研究结果表明该序列的两种成像方法具有各自的优势，在临床工作中可根据不同的情况，选择相应的成像方法或者联合应用两种方法进行临床影像诊断工作。

       磁共振冠状动脉全心扫描方法由Weber^[6]等于2003年首次提出，近年来逐步得到推广应用，该序列能在一次扫描中完成全心数据的采集，可以通过后处理重组出冠状动脉所有主支的图像。本研究认为与靶容积扫描方法相比较，全心扫描方法在显示冠脉主干的重要分支方面具有明显的优势(图2)，全心扫描方法的扫描前定位工作较简单，操作较容易，一般取冠状位图像作为定位参考即可，对于自由呼吸导航成像序列，需要判断呼气末心脏的位置，以利于放置扫描层块，由于使用三维采样方法，最后进行原始图像重建时，扫描层块的上下缘图像存在卷积现象，因此，设置扫描层块的范围时，需要略大于冠状位定位图像所示心脏的上下边缘，有利于避免卷积伪影的干扰。相对而言，靶容积扫描因为单次扫描覆盖的范围较小，对扫描前的定位工作要求较高，需要联合应用三点定位技术进行多方位、多角度的观察，使得靶容积扫描的三维采样层块尽可能包含所要显示的冠状动脉，若要完成全心所有冠脉分支的显示，则需进行多次定位，以显示不同的冠状动脉分支，操作过程比较繁琐。全心扫描结束后可获得全心的数据，可以在工作站进行任意方位的重建^[4,6,7]，除了显示冠状动脉外，还可以良好地观察心脏各房室的情况。自由呼吸导航三维采样的磁共振冠脉成像可以获得较高的空间分辨率，但是其扫描时间较长^[8]，需联合应用并行采集技术以加快扫描速度、缩短采集时间^[4,9,10]，由于全心扫描覆盖的范围较大，更有利于并行采集技术的优化应用，可以同时使用层面内及层面间相位编码方向上的并行采集技术^[4,6]。由于靶容积扫描方法所能覆盖的空间范围有限，导致在获得线圈空间敏感性信息方面存在一定的难度，平行采集仅能施加于层面内的相位编码方向(即1D加速)，不能在层面间的相位编码方向上同时应用，而三维采样的全心扫描方法可以同时在两个相位编码方向上施加平行采集(2D加速)，如果配合使用更多通道相控阵线圈，不仅可以进一步提高其扫描速度，而且信噪比的下降程度也会较1D加速相对减轻^[11]。

       磁共振冠状动脉靶容积扫描方法的优势在于单次扫描速度快、采集时间较短，本研究使用相同的空间分辨率进行靶容积和全心扫描的比较，结果提示靶容积扫描获得的图像质量优于全心扫描(图1)。分析其原因，与单次靶容积扫描所需的时间较全心扫描短、其间受到各种因素干扰的机会也随之减少有关，这些可能的干扰因素，包括不规则的呼吸运动、受检者的身体运动、心律的变化。靶容积扫描的三维采样层块较小，因而磁场不均匀性所产生的影响也小于全心扫描，这对于脂肪信号的抑制会产生不同的影响，相对而言，靶容积扫描在这方面优于全心扫描方法(图3)。由于全心扫描的射频脉冲范围大，对血液饱和作用的影响大于靶容积扫描，这会降低血液的流入增强效应，在观察比较靶容积扫描图像和全心扫描图像时，前者的冠脉血管通常较后者显得更加明亮，与周围组织的对比更强。目前磁共振三维采样冠脉成像常用的空间分辨率在层面内和层面间的差距也会对两种扫描方法产生不同的影响，如Bi^[12]和Chang^[13]的研究中，分别采用1.5 T和3.0 T磁共振冠脉靶容积和全心扫描对照研究，空间分辨率均为层面内的空间分辨率高于层面间的空间分辨率。本研究所用的层面内空间分辨率(0.8 mm×0.8 mm~1.3 mm×1.3 mm)也高于层面间的空间分辨率(0.9~1.5 mm)，这样对于靶容积扫描和全心扫描而言，虽然所获得的原始图像的空间分辨率一样，但在工作站进行重组后处理时，不同的方位却会有差别，因为全心扫描时，原始图像的层面内分辨率是基于人体的横轴位(X、Y轴)，由于冠状动脉不同的走行方向，使得重组时获得的图像会受到层面间(Z轴)稍低的空间分辨率影响，然而靶容积扫描的X、Y轴在扫描前定位时，尽量沿冠脉的走行方向进行放置，在最后进行多平面重组获得的冠脉图像分辨率更倾向于层面间(X、Y轴)的分辨率，受层面间(Z轴)分辨率的影响相对较全心扫描减少，因此，重组获得的冠脉图像实际上较全心扫描的分辨率高，血管的边缘锐利度会更好一些。

       Chang^[13]等采用3.0 T的磁共振进行冠脉全心扫描和靶容积扫描的研究结果提示：两种方法在显示冠脉的长度上没有区别(包括右冠脉、左旋支、左主干及左前降支)，靶容积扫描的图像质量优于全心扫描方法。Bi^[12]等采用1.5 T的磁共振冠脉全心和靶容积扫描(左前降支和右冠脉)进行研究，结果认为：靶容积扫描的图像质量优于全心扫描方法，全心扫描方法获得的冠脉长度大于靶容积扫描。本研究也提示靶容积扫描获得的图像质量优于全心扫描，对于右冠状动脉和左旋支的显示长度上，我们认为对于沿房室沟走行的右冠状动脉及左旋支的本身长度来说，两者无明显区别，但是对于显示冠状动脉的分支而言，比如后降支的显示，靶容积单次扫描方法显然不如全心扫描方法，在本研究中若要完成右冠脉后降支的显示，靶容积扫描需专门针对后降支的走行区域进行一次扫描(图2)。本研究存在一些不足之处：靶容积单次扫描可涵盖右冠状动脉和左旋支，即可同时显示右冠脉和左回旋支，为本文重点研究内容，由于自由呼吸导航磁共振冠脉成像的扫描时间较长，本组研究仅部分个体(5例)同时完成了左前降支的靶容积扫描，只能进行初步分析，结果也提示靶容积扫描在显示左前降支的图像质量方面优于全心扫描(图3)，由于样本量少，本文未作统计学处理分析，有待扩大样本量，进一步探讨；另外，本研究只纳入了无心脏疾患的志愿者，对于这两种方法在冠心病患者中的应用情况，有待于深入研究。

       总之，笔者认为：靶容积扫描和全心扫描可以相互参考、联合应用，比如，全心扫描完成后，对可疑有病变的区域使用靶容积方法再次扫描，提供补充信息；如果CT扫描发现某一冠脉节段粗大钙化斑块，影响管腔狭窄程度判断时，可使用靶容积扫描针对该区域进行扫描，既可以缩短扫描时间，又可以获得更高的图像质量，有利于提供补充诊断信息等。当然，随着磁共振扫描技术的改进，所能采用的空间分辨率也会更高，扫描速度也会提高，全心扫描的图像质量可以进一步得到改善，具有较好的临床应用前景。