冠状动脉粥样硬化性心脏病（简称冠心病）是一种最常见的心脏病，严重威胁人类健康，具有较高的致死率和致残率。早期检出和评价冠状动脉粥样硬化病变，对指导冠心病治疗具有重要意义。目前，选择性冠状动脉造影检查是检查冠状动脉的"金标准"，它可以显示冠状动脉及其分支的全貌，判定狭窄是否存在及其部位和严重程度。但是造影检查是一种创伤性检查方法，而且检查费用高，有些患者不易接受。近几年发展迅速的多层螺旋CT冠状动脉成像由于其无创、低危、快速、时间空间分辨率高的特点在临床上得到了广泛应用。但对于钙化和支架置入后血管的显示还受到限制，此外，这两种方法都存在电离辐射，且碘过敏的患者无法进行检查。心脏MRI（CMRI）在诊断冠心病方面相比其他检查具有几个潜在的优势：（1）避免了电离辐射；（2）评价心脏形态学改变和局部和整体心肌功能；（3）通过心肌灌注成像评估心肌缺血；（4）通过延迟强化成像明确心肌梗死的存在和范围。近年来，最具挑战性的MR冠状动脉成像（MRCA）技术也有很大发展，成像质量明显改善，冠状动脉主干和近心段分支能够清晰地显示，为冠心病的无创检查提供了一种安全可靠的手段。西门子公司在1.5和3.0 T MR系统上都提供了靶容积与全心扫描的冠状动脉成像序列，笔者主要针对全心冠状动脉成像的技术进行介绍。

1　冠状动脉MRI的挑战

1.1　高分辨率和全心覆盖

       左、右冠状动脉从主动脉发出，成人冠状动脉直径通常只有4.0或5.0 mm，而分支血管的直径减少到2.0 mm以及更小。因此，为了能够准确地显示血管的狭窄，扫描所需要的空间分辨率至少要达到1.0 mm，最好能够达到0.5 mm。冠状动脉动脉走行迂回曲折，以往的靶容积扫描方式一次只能针对一侧的主要分支进行定位，定位方法相对复杂，要求检查者熟悉冠状动脉解剖结构，而三维全心扫描既满足空间分辨率的要求，又可简单快速定位，一次扫描可以获得所有主要分支信息。

1.2　时间设定（克服心脏运动）

       对于常规的心脏扫描，为了减少心脏运动给图像带来的伪影，扫描序列通常结合心电门控技术分段采集数据，每次采集窗设定在心脏运动幅度最小的舒张期。冠状动脉由于相对细小，轻微的运动对图像质量有明显的影响，因此对数据采集开始时间及持续时间的设定要求更加严格，以保证数据采集发生在心动周期内的相对静止期。有研究表明，在1个心动周期内，左侧冠状动脉的静止期为66~333 ms（平均161 ms）；右侧冠状动脉的静止期在66~200 ms（平均120 ms）^[1]。由此可见，适合采集数据的时间窗存在明显个体差异，在进行冠状动脉动脉扫描之前先要运行高时间分辨率的电影序列，以获知患者最佳数据采集窗的范围，从而正确设定冠状动脉成像序列的触发延迟时间和数据采集窗时间。

1.3　导航技术（克服呼吸运动）

       除了心脏运动的影响，呼吸过程中的膈肌运动同样会导致图像伪影。由于全心冠状动脉扫描的空间分辨率和扫描覆盖范围都明显高于靶容积扫描，整个扫描时间相对长，不能用屏气方式来限制呼吸运动的影响，因此，用来监测膈肌位置的导航技术被用于全心冠状动脉成像序列中，全心冠状动脉序列里选用的导航技术是由一个选层90°激发脉冲和一个选层180°重聚脉冲组成，垂直放置在右侧膈肌顶部（图1A，图1B），在两选层交叉区域形成自旋回波信号，实际上是膈肌和肺部交界处的一维图像。在此图像上，膈肌为亮信号，肺部为暗信号，亮暗信号的交界处显示膈顶部位置，每个心动周期采集1次，即可实时监测到膈肌运动（图1C）。在冠状动脉序列扫描之前设定接受窗的中心位置以及范围。此外，基于膈肌运动和心脏位置具有一定的相关性^[2]，扫描层面的激发可以根据膈肌在接受框内的位移按照相应的比例实时调整。一般为0.6，即相对于膈肌运动1.0 mm，扫描层面相应调整0.6 mm。由于只有呼气末膈顶落入事先设定的接受窗内，采集的数据才会被用于重建，图像的采集效率与患者的呼吸情况和接受窗范围直接相关，要求患者在扫描过程中保持平稳呼吸，避免深呼吸。接受窗设置得越宽，采集效率就越高，但是对运动伪影的限制会降低，一般为4.0~6.0 mm。全心冠状动脉序列还提供了呼吸运动调整（Resp. Motion Adaption）功能，如果膈肌运动的呼气末位置在扫描过程中有漂移的话，接受窗的中心位置可以动态更新，使采集效率明显提高。

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图1  A，B：呼吸导航的位置。C：连续采集的导航信号显示膈肌的位置，外框表示搜索范围，内框表示接受窗范围
图2  心电触发，呼吸导航，T2准备分段采集的3D自由稳态进动序列示意图
图3  心电触发，呼吸导航，分段采集的三维小角度快速激发梯度回波序列示意图
Fig. 1  A, B: Display of the navigator pulses. C: Signals of the navigator echo shows the diagram position. Outer box is the search window andinner box is the acceptance window.
Fig. 2  Scheme of the ECG-triggered, navigator-gated, T2-prep, segmented 3D TrueFISP sequence.
Fig. 3  Scheme of the ECG-triggered, navigator-gated, inversion-prepared, segmented 3D FLASH sequence.

1.4　扫描序列及图像对比度

       大多数的冠状动脉成像技术都是"亮血"技术，最终目的都是为了使血液显示亮信号，明显强于周围组织信号。冠状动脉及其分支分布在心肌表面，被心外膜脂肪包裹，因此，抑制脂肪和心肌的信号更有利于血管的显示。序列在不同磁场强度下表现不同，为了得到最佳的图像对比和信噪比，在1.5 T和3.0 T场强下选择不同的冠状动脉成像序列。

1.4.1　在1.5 T MR系统

       在1.5 T的MR系统上，自由稳态进动（TrueFISP）序列由于在心肌和血液之间具有非常好的对比，被普遍用于心脏成像。相对于传统的小角度快速激发梯度回波（FLASH）序列而言，成像速度快，血管呈现为均匀高信号，图像信噪比高，因此，TrueFISP序列同样被用于冠状动脉成像。除此之外，为了进一步使动脉血管清晰显示，在数据采集前选用了频率选择性饱和（fatsat）脉冲饱和抑脂肪信号和T2准备（T2Prep）脉冲抑制心肌和静脉血的信号。心肌和动、静脉血的T2值存在明显差异，在1.5 T场强下，动脉血的T2值为250 ms，而心肌的T2在50 ms，静脉血的T2只有35 ms左右。T2准备脉冲^[3]由一组非选择性硬脉冲（90x、180x、180x、180-x、180-x、90-x）组成，因而对血液流动不敏感。第一个90°脉冲把所有组织的纵向磁化矢量翻转为横向磁化矢量，然后在适当的时刻施加一系列180°重聚脉冲，在此期间，不同组织存在不同的T2衰减，横向磁化矢量经过一定的衰减时间后将存在强度差别，即存在T2对比，T2越短，剩余信号越弱，在施加最后一个180°脉冲后一段时间（相当于快速自旋回波序列中的TE时间），横向磁化矢量被重聚，形成自旋回波，在这一刻施加最后一个90°脉冲把横向磁化矢量打回到纵向，则各组织中的纵向磁化矢量差别实际上来自T2准备脉冲阶段不同的T2衰减，这时利用超快速梯度技术采集梯度回波信号来记录这种T2对比，所获得的是T2权重图像。短T2组织如心肌和静脉信号被明显抑制，而长T2的动脉血则仍旧具有强信号。动脉血和心肌之间的对比可通过2个90°脉冲之间的时间（T2 prep. duration）来调整，通常在40~50 ms。图2为1.5 T系统上的一个心动周期内的全心冠状动脉成像序列的示意图。

1.4.2　在3.0 T MR系统

       在3.0 T MR系统上，图像的信噪比较1.5 T明显提高。尽管T2-prep TrueFISP全心冠状动脉成像技术取得了很大成功。但是它在3.0 T MR系统上的应用却大打折扣，原因有以下几点：TrueFISP序列由于场不均匀性所导致的"黑带伪影"在3.0 T上表现更为严重，因此，在整个3D全心扫描范围之内很难避免；另外，SAR值的限制使激发脉冲的反转角度降低，也会牺牲图像对比度和信噪比。此外，在1.5 T场强下使用的T2准备脉冲为硬脉冲，在3.0 T MR系统由于介电效应导致B1不均的问题，也会导致图像信号不均匀。相比较而言，传统的FLASH序列采集的图像质量更加稳定，而且使用小角度激发（<30°）的SAR值低。但是，FLASH虽然是"亮血"序列，动脉血与心肌的对比不强烈，不利于清晰显示冠状动脉。因此，将FLASH序列结合T1增强对比剂的应用成为3.0 T MR系统上全心冠状动脉成像技术的选择^[4]。目前，被批准用于临床的T1对比剂都是属于非特异性细胞外液对比剂，在血液内停留时间短暂，传统的增强血管成像采用团注对比剂的方法，迅速进行数据采集，时间一般不超过20 s。这种办法不适用全心冠状动脉成像，由于序列结合了呼吸导航和心电触发，扫描时间相对较长，因而采用缓慢滴注的办法，在整个扫描过程中使血液都保持一定浓度的对比剂，在对比剂滴注45 s中后开始扫描，是为了能在填充3D数据k空间中心时达到最高对比剂浓度，以达到最佳的T1增强效果。临床上常用的T1对比剂Gd-DTPA和钆贝葡胺（Gd-BOPTA）都可使用在这项技术中，但是由于Gd-BOPTA能与血清蛋白短暂相互作用，弛豫率较高，即使在较低的浓度下也可达到很好的增强效果。随着缓慢滴入对比剂，心肌的T1也会被轻微缩短，通过TI为200 ms的非选择性反转恢复脉冲可以将心肌信号明显抑制。图3为3.0 T MR系统上的一个心动周期内的全心冠状动脉成像序列的示意图。

2　冠状动脉MR成像扫描步骤

       所有扫描序列均在自由呼吸下进行，以心脏中心位置设定为磁体中心。

       （1）常规心脏横轴面、冠状面、矢状面定位像扫描。（2）对通过主动脉根部的冠状面快速多次连续扫描，记录至少1个呼吸周期的膈肌和心脏运动情况，确定心脏在呼气末的位置和右侧膈肌顶部，分别用来作为冠状动脉成像三维采样扫描层块和呼吸导航的定位参考。（3）高时间分辨率自由呼吸四腔心电影像，所得图像可清晰地显示右侧冠状动脉中段横截面在1个心动周期中的运动情况，观察右侧冠状动脉运动，找到它保持相对静止开始和结束的图像，记录下图像的触发时间（TT）。大多数心率在正常范围的患者来说，这段时间在心脏舒张期。但是如果在患者心率比较快的情况下，可能会在收缩末期找到。（4）三维全心冠状动脉扫描摆位和参数设置：①在呼气末期的冠状定位像上定位扫描框以保证扫描范围覆盖全心，并且根据心脏的大小调整层数和FOV相位方向的大小（图4）。②通过上述右侧冠状动脉静止开始和结束图像的TT时间相减计算出其保持静止时间，此段时间即为最适合进行数据采集、调整分段（segments）数目使得数据采集窗时间（data window duration）≤静止时间，通过调整触发延迟（trigger delay）使数据采集窗开始时间（data window start）>静止时间开始图像的TT（图5）。③将呼吸导航中心置于右侧膈顶。（5）预扫描确定膈肌呼吸末位置，设置为呼吸导航接受窗的中心位置。（6）运行全心冠状动脉序列：①1.5 T MR系统，完成前面5步，可直接进行全心冠状动脉序列扫描。重要参数：TR 3.4 ms，TE 1.7 ms，反转角90°，体素大小为1.4 mm×1.4 mm×1.6 mm（差值为0.7 mm×0.7 mm×0.8 mm），并行采集加速因子2，T2prep 40 ms；②3.0 T MR系统，以0.3 ml/s的速度缓慢注射对比剂，45s后进行全心冠状动脉序列扫描。20 ml生理盐水在对比剂滴完后以同样的速度滴入。对比剂采用双倍剂量（0.2 mmol/kg）。重要参数：TR 3.0 ms，TE 1.4 ms，反转角20°，体素大小为1.3 mm×1.3 mm×1.3 mm（差值围0.65 mm×0.65 mm×0.65 mm），并行采集加速因子2。TI 200 ms。

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图4  全心冠状动脉扫描框位置
图5  数据采集窗时间和数据采集开始时间的设定。通过调整分段（segments）数目来优化数据采集窗时间，通过调整触发延迟（trigger delay）时间来优化采集窗开始时间
图6  1.5 T MR系统上重建后的3D TrueFISP全心冠状动脉成像示例。A：左前降支和左旋支；B：右侧冠状动脉（感谢北京安贞医院戴沁怡医生提供图像）
图7  3.0 T MR系统上的重建后增强全心冠状动脉成像示例。A：左前降支和左旋支；B：右侧冠状动脉（感谢北京宣武医院杨旗医生提供图像）
Fig. 4  Imaging slab positioning for whole-heart coronary MRA.
Fig. 5  How to set data window start and duration. Adapting number of segments to optimize data window duration and adapting trigger delay to optimize data window start.
Fig. 6  Reformatted 3D TrueFISP whole-heart coronary MRA at 1.5 T. A: left anterior descending (LAD) artery and left circumflex (LCX) artery. B: Right coronary artery (RCA) (Courtesy of Dr. Qinyi Dai, Beijng Anzen Hospital)
Fig. 7  Reformatted contrast enhanced 3D FLASH whole-heart coronary MRA at 3.0 T. A: left anterior descending (LAD) artery and left circumflex (LCX) artery. B: Right coronary artery (RCA) （Courtesy of Dr. Qi Yang, Beijng Xuanwu Hospital）.

3　图像示例

       见图6，图7。

4　总结与展望

       MR冠状动脉成像技术是心脏MRI领域中最为挑战的技术之一，目前在1.5 T和3.0 T MR系统上均取得了令人鼓舞的成绩。尤其是在冠状动脉异常起源、小儿川崎病的诊断中与CT或X线造影结果非常一致^[5,6]。在缺血性心脏病中，3.0 T MR上的增强全心冠状动脉成像可以清楚地显示直径1.5 mm以上的冠状动脉狭窄情况^[7]，为冠心病的诊断提供了无创的检查手段。虽然MR冠状动脉成像质量与传统冠状动脉血管造影和发展快速的CT冠状动脉成像还有一段距离，但是随着MR软硬件的不断发展，相信MR冠状动脉成像技术必将更加重要并且有一个崭新的、全面的临床应用前景。