心脏磁共振成像—心肌存活性评估序列

19 8月

在磁共振成像过程中,无创性的多序列、多对比构成了心脏磁共振成像的重要临床优势。而在这些多序列、多对比的评估优势中,磁共振心肌活性评估序列具有更为突出的临床意义。相比于其他心肌活性评估手段,磁共振心肌活性评估具有相对更高的空间分辨率,影像PPT - 心脏磁共振成像—心肌存活性评估序列-1这在心肌活性评估中具有重要意义。心肌血供具有不均匀分布的特点,通常心内膜临近区域血供更丰富,而在缺血早期往往以心内膜最先受累。只有成像手段具有足够高的空间分辨率,才能够更敏感地发现这些早期改变。磁共振心肌活性评估序列由心肌首过灌注成像和心肌延迟强化两个部分组成。根据心肌在首过灌注和延迟强化的不同表现可以区分为:正常心肌、冬眠心肌、顿抑心肌、梗死心肌。对这些心肌性质的判定和评估对于治疗和预后评估都有特别重要的临床价值。

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心肌首过灌注成像

(First Pass Perfusion)

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心肌首过灌注成像是快速注射对比剂后通过快速的多时相动态增强扫描来评估心肌组织微循环灌注水平的成像技术。梗死和冬眠心肌在首过期间都可以因为病变区域的血流减少而呈现低信号改变。

首过心肌灌注成像的脉冲序列

这是一个超快速梯度回波序列,扫描中采用系统允许的最短TR、最短TE。该序列在开始进行信号采集前先结合一个非层面选择性的硬饱和脉冲,在该脉冲作用下启动一个层面的扫描。一层采集结束后再施加饱和硬脉冲开始下一个层面的采集。虽然这种快速采集模式无法直接使用心电触发模式,但心肌首过灌注成像却是在心电门控模式下进行,因为患者的心率不同,所以在一个R-R间期内可以采集的最大层数也不同。如果首过心肌灌注成像需要采集的层数多就得增加R-R间期的数目,这带来的一个问题是就是相同时相总的采集时间延长。在GE磁共振平台这个序列采用的是快速的FGRE序列,TR约2-3ms,TE约1.3ms。为了突出对比剂增强后心肌灌注的对比,这里结合了非选择性的饱和脉冲。饱和脉冲的作用是把心肌和心腔的本底信号抑制掉。这样对比剂进入心腔后会明显变亮。因为心肌内毛细血管网通透性高,在首过期间对比剂就可以进入正常的心肌组织而表现为信号明显增高。

(1) 心肌首过灌注成像的扫描方位和定位:心肌首过灌注成像的扫描方位和扫描定位都至关重要。在进行具体方位和层面定位过程中一定要认真阅读前面扫描的功能成像序列和形态学序列。其中特别要注意观察能敏感显示心肌运动功能状态的亮血序列。心肌缺血会导致心肌的收缩、舒张功能障碍,首过灌注成像的扫描层面必须覆盖运动功能异常的区域。通常首过灌注会复制心脏电影成像层面,一般扫描短轴位,但对于心尖部的缺血或梗死必须扫描至少一层的长轴位,这样才能更敏感发现心尖部病变。(2) 心肌首过灌注成像的测试扫描:心肌首过灌注成像对于对比剂的注射速度要求较高,因此该序列的扫描需采用高压注射器注射对比剂。为了确保扫描的成功并获得优异的图像对比,在进行正式的首过灌注成像扫描前建议先做一个测试扫描。该测试扫描所有参数和正式扫描序列相同,唯一的区别就是测试扫描序列采集的时相数少,比如采集5个时相。测试扫描可以帮助操作者明确几个方面的问题:其一,确定本底信号被充分抑制,这个是确保对比剂注射后获得优异对比的前提;其二,确定扫描范围是否合适,因为受总的时间限制心肌首过灌注的层数不能过多,一定确保扫描的范围能完全覆盖病变区域。如果明确测试序列没有问题,这时就可以进入正式的心肌首过灌注成像扫描了。

(3) 静息态心肌首过灌注成像扫描:在这个序列正式开始扫描之前需要和患者再次沟通配合的重要意义,同时也要对患者进行呼吸训练。首过成像是一个快速的多时相扫描,总的扫描时间在1分钟左右。如此长的时间内患者无法全程屏气。这里嘱咐患者进行尽量小幅的呼吸非常重要。在正式注射对比剂之前先让患者四次深度吸气、呼气来充分提高肺泡内血氧饱和度。实际扫描中可以先嘱患者屏气,屏不住后可以小幅呼吸。在让患者进行屏气之前须先完成序列的预扫描,此时扫描开始键亮起,接着指导患者几次换气后屏气并正式启动扫描。扫描出图像后立即注射对比剂,因为从注射对比剂到其流入心腔尚需一段时间,所以也可以扫描和注射对比剂同步进行。首过成像过程中过高的对比剂浓度可能会导致心腔和心内膜之间的环形磁敏感伪影,所以在注射对比剂剂量和注射速度上也要适当控制。一般首过灌注成像时对比剂剂量15ml,注射速度3ml/s左右,然后以相同流速给予20ml盐水。

(4) 负荷心肌灌注成像:前面所讨论的首过灌注成像是不进行特殊准备如运动或给予一些特殊药物直接进行的心肌灌注成像,这种首过心肌灌注成像可以理解为静息态首过灌注成像。如果在进行心肌灌注成像前经过运动或者给予一些特殊的药物如腺苷类或双嘧达莫类冠脉血管扩张药物(血管扩张剂)或者给一些能够增加正性肌力类药物如多巴酚丁胺后再进行首过灌注成像,这种首过灌注成像就称为负荷首过心肌灌注成像。临床上比较常用的是冠脉血管扩张剂,选择性冠脉扩张药物如腺苷可使正常冠脉血流量增加4到5倍,冠脉血流速度也会加快,而冠脉狭窄的区域则可能出现“盗血”现象,使得该区域心内膜下缺血程度加重,从而在影像上显示更加明显。负荷首过心肌灌注成像更容易发现静息状态下不能发现的缺血病灶。但是负荷法首过心肌灌注成像禁忌证较多,风险较大,因此要在生理指标实时监测和临床医生的指导下进行,临床上开展有一定局限。

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图片说明:首过心肌灌注成像可以发现心肌缺血改变。FIESTA电影成像显示心尖部及左室前壁心肌变薄,在双反转黑血成像显示部分区域心内膜下条形高信号,在心肌首过灌注成像显示室间隔、左室前壁心尖部心肌变薄呈低信号改变,提示相应区域心肌缺血。但单纯首过不能明确是否为梗死心肌。

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心肌延迟增强扫描

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单纯的心肌首过灌注成像能够提示有心肌缺血,但不能明确是否是梗死心肌,因此还需要进一步行心肌延迟增强扫描(myocardial delayed enhancement,MDE)。心肌延迟增强扫描通常是在首过快速注入对比剂后,接着继续给予一定量的对比剂,0.05-0.1mmoL/kg,流速一般控制在0.5ml/s,同时等量、等速注入生理盐水。在对比剂注射完成后5-15分钟后可以开始进行心肌延迟增强扫描。扫描前的延迟时间之所以这么长,是由钆对比剂在心肌的药代动力学特点决定的。正常心肌具有发达的血管网和较快的血液循环速度,所以对比剂浓度在心肌组织内快速达到峰值后便开始廓清,但是梗死或炎症心肌组织内往往因为血管网的破坏造成对比剂灌注和廓清速度都变慢,或者心肌细胞坏死后被纤维组织替代,组织间隙增大对比剂浓度较高等原因,造成病变组织内对比剂清除速度比正常心肌明显变慢,清除速度的差异能更准确反映组织成分的差异,但是清除率的差异要形成明显的对比剂浓度差异需要一定的时间。通过回顾性的总结发现,一般延迟时间7-20分钟病变组织与正常心肌强化程度差异比较符合诊断要求,扫描过早时灌注速度差异会对强化差异产生更多影响,诊断结果往往比实际要高估,时间过长会因为病变组织内对比剂过度清除,诊断结果往往比实际要低估。另外启动时间过早也会因为心腔内的对比剂浓度过高而掩盖心内膜下的小病灶,造成诊断不准确。心肌延迟增强扫描使用的也是一个梯度回波序列,但在序列前使用一个反转脉冲。该反转脉冲的一个重要目的就是把正常的心肌信号抑制呈低信号,正常的心肌因为反转脉冲的作用表现为黑色的背景,这时梗死或瘢痕心肌与正常心肌的信号差异更为显著,进而提高病灶检出的敏感度。心肌延迟增强扫描一个很重要的影响因素就是正常心肌信号能否被抑制掉,所以反转恢复序列的TI时间选择很重要。在很多厂商的磁共振平台进行延迟增强扫描之前都可以先扫描一个测试反转回零时间的序列,如GE磁共振平台的Cine IR序列。这是一个专门用于测定TI时间的序列。该序列在扫描过程中采集几个不同的TI,在获得这组图像后进行对比观察,找出其中心肌信号最低的那幅图像所对应的TI时间作为延迟增强扫描时TI时间。很多厂商磁共振平台也可能还会提供了一个相位敏感的心肌延迟增强扫描序列(phase sensitive myocardial delayed enhancement,PSMDE),该序列一个突出的优势就是对TI时间设置允许的范围更加宽泛,可以使得心肌延迟增强扫描能兼顾对比度和信噪比,更容易获得较满意的图像质量。

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图片说明:心肌首过灌注联合心肌延迟增强可以明确梗死心肌存在。FIESTA电影成像显示心尖部及左室前壁心肌变薄,在双反转黑血成像显示部分区域心内膜下条形高信号,在心肌首过灌注成像显示室间隔、左室前壁、及心尖部心肌变薄呈低信号改变,提示相应区域心肌缺血。在心肌延迟增强扫描图像上,显示上述首过期间表现为低信号的区域在延迟增强扫描表现为明显的延迟强化,说明这些缺血的心肌已经发生梗死。

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图片说明:心肌梗死磁共振多模态评估。左室底部及外侧壁可见一明显的室壁瘤形成,三反转黑血成像可见局部高信号,提示血流速度慢或附壁血栓形成。心肌延迟增强扫描可见左室底部及外侧壁室壁瘤区域可见明显延迟强化,提示梗死,另外其内可见不强化的血栓形成。

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