伍希，唐露，岳汛，彭鵬飛，鄧巧，吳韜，孫家瑜*

磁共振非對(duì)比增強(qiáng)三維冠狀動(dòng)脈成像包括冠狀動(dòng)脈磁共振血管造影（magnetic resonance angiography,MRA）和冠狀動(dòng)脈管壁斑塊成像，具有無電離輻射、不依賴對(duì)比劑和無需屏氣等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，能無創(chuàng)檢測(cè)冠狀動(dòng)脈的管腔狹窄或擴(kuò)張及管壁斑塊等病變，在腎功能不全、對(duì)比劑過敏、兒童、孕婦及需要重復(fù)檢查的特殊患者中具有更突出的應(yīng)用價(jià)值[1-3]。但是由于冠脈直徑較小、走形彎曲、且成像受呼吸和心跳等因素的影響，導(dǎo)致采集時(shí)間長(zhǎng)、空間分辨率低和信噪比低等缺點(diǎn)，使磁共振冠脈成像技術(shù)具有較大的挑戰(zhàn)性[4-6]。近年來，隨著MRI序列、加速技術(shù)和人工智能的不斷發(fā)展，磁共振冠脈成像在加速采集、基于深度學(xué)習(xí)的運(yùn)動(dòng)估計(jì)、欠采樣和超分辨率重建等方面都取得了巨大進(jìn)展[5,7]。本文就磁共振三維全心非對(duì)比增強(qiáng)冠狀動(dòng)脈成像在檢測(cè)冠脈管腔及管壁斑塊等方面的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述，以期磁共振冠脈成像能更廣泛應(yīng)用于臨床，讓更多患者受益。

1 冠狀動(dòng)脈MRA

冠心病是冠狀動(dòng)脈粥樣硬化導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈狹窄、供血不足，引起心肌缺血壞死，進(jìn)而出現(xiàn)心臟器質(zhì)性功能改變的疾病[8]，是全球發(fā)病和死亡的主要原因之一，預(yù)計(jì)在未來幾十年對(duì)社會(huì)的負(fù)擔(dān)還會(huì)增加[9-11]。冠狀動(dòng)脈MRA作為一種無創(chuàng)、無輻射的成像技術(shù)，診斷冠心病具有較高的敏感性和特異性，并具有較高的陰性預(yù)測(cè)價(jià)值[12]。穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)（steady-state free precession, SSFP）序列因具有良好的血管對(duì)比度，是1.5 T冠脈MRA的常用序列[13-15]。而梯度回波（gradient echo, GRE）序列不易受到磁場(chǎng)不均勻性的影響，因而在3.0 T場(chǎng)強(qiáng)下更具有優(yōu)勢(shì)[6]。Kaul等[16]研究結(jié)果顯示在3.0 T場(chǎng)強(qiáng)下GRE比SSFP序列獲得更好的圖像質(zhì)量、更高的對(duì)比噪聲比和更長(zhǎng)的血管長(zhǎng)度。GRE 序列、心電門控、膈肌導(dǎo)航和脂肪抑制已成為3.0 T非對(duì)比增強(qiáng)冠脈MRA 的標(biāo)準(zhǔn)采集方案[1,17]。但因冠脈直徑小、走形彎曲、且成像受呼吸和心跳等因素的影響，掃描時(shí)間長(zhǎng)、空間分辨率低和信噪比低等因素成為限制冠脈MRA 應(yīng)用于臨床的主要因素。隨著硝酸甘油等血管舒張劑的應(yīng)用和加速技術(shù)、心臟運(yùn)動(dòng)“凍結(jié)”、呼吸運(yùn)動(dòng)校正、深度學(xué)習(xí)等技術(shù)的創(chuàng)新，冠脈MRA正在克服這些挑戰(zhàn)。

1.1 硝酸甘油等血管舒張劑

冠心病患者冠狀動(dòng)脈舒張功能的異常不僅局限于內(nèi)皮依賴機(jī)制，還可能涉及平滑肌細(xì)胞功能的損害，而硝酸甘油提供的非內(nèi)皮依賴性一氧化氮可誘導(dǎo)平滑肌細(xì)胞依賴性血管舒張[13]。Heer等[18]研究表明，舌下給藥硝酸甘油后冠狀動(dòng)脈直徑和可見血管長(zhǎng)度顯著增加，從而提高了1.5 T非對(duì)比增強(qiáng)冠狀動(dòng)脈MRA檢測(cè)＞50%冠狀動(dòng)脈狹窄的診斷性能。冠脈舒張功能反映動(dòng)脈硬度，而動(dòng)脈硬化是未來心血管事件（卒中和心肌梗死）的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，且與心力衰竭相關(guān)[13,19]。在1.5 T[13]和3.0 T[20]冠脈MRA 的研究中發(fā)現(xiàn)，硝酸甘油給藥后圖像質(zhì)量和診斷性能顯著提高，硝酸甘油誘導(dǎo)的冠狀動(dòng)脈舒張功能在嚴(yán)重冠心病患者中受損，并表明結(jié)合硝酸甘油給藥前和給藥后的冠狀動(dòng)脈MRA 能夠提供一種簡(jiǎn)單無創(chuàng)、無電離輻射的技術(shù)來評(píng)估冠狀動(dòng)脈舒張功能。

在沒有明顯禁忌證的情況下，建議舌下給藥硝酸甘油，以改善管腔內(nèi)信噪比、血管直徑和冠狀動(dòng)脈MRA 的血管清晰度[1]。但硝酸甘油也可能提高患者心率而損害圖像質(zhì)量，因此，對(duì)高心率患者應(yīng)謹(jǐn)慎使用硝酸甘油。

1.2 加速技術(shù)

冠狀動(dòng)脈管徑細(xì)小，其成像需要更高的空間分辨率。而空間分辨率越高，信噪比會(huì)相應(yīng)降低，所以在維持高空間分辨率和高圖像質(zhì)量的同時(shí)會(huì)使采集時(shí)間增加。同時(shí)，圖像采集過程中，呼吸和心率發(fā)生不規(guī)整改變，也會(huì)增加采集時(shí)間。并行采集和壓縮感知是冠狀動(dòng)脈MRA 最常用的加速方法。高分辨率冠狀動(dòng)脈MRA 采用并行采集技術(shù)可縮短圖像采集時(shí)間，并保持圖像質(zhì)量，但高加速因子會(huì)導(dǎo)致特定的偽影，如殘差混疊和g因子噪聲增強(qiáng)[1]。壓縮感知技術(shù)通過k空間的隨機(jī)欠采樣和迭代重建來快速成像[4,21]。Nakamura等[17]研究顯示，在3.0 T非對(duì)比增強(qiáng)冠脈MRA中，壓縮感知技術(shù)比并行采集的掃描時(shí)間顯著縮短，同時(shí)保持可接受的冠脈可視化。也有研究[22]表明，壓縮感知加速的冠脈MRA比傳統(tǒng)的并行采集產(chǎn)生更高的整體圖像質(zhì)量。Lu等[6]于2021 年提出3.0 T 非對(duì)比增強(qiáng)Dion 水-脂分離全心冠脈MRA 成像，結(jié)合合適的壓縮感知加速因子能夠檢測(cè)疑似冠心病患者顯著的冠狀動(dòng)脈狹窄，其診斷準(zhǔn)確度為81%。

在追求快速采集的同時(shí)，并行采集和壓縮感知技術(shù)采用合適的加速因子對(duì)圖像質(zhì)量至關(guān)重要。此外，并行采集與壓縮感知技術(shù)的結(jié)合也是活躍的研究領(lǐng)域，其有望提高冠脈MRA空間分辨率同時(shí)減少采集時(shí)間。

1.3 心臟運(yùn)動(dòng)“凍結(jié)”

冠脈隨著心臟運(yùn)動(dòng)也不斷處于運(yùn)動(dòng)的狀態(tài)，成功的冠脈MRA需要有效的運(yùn)動(dòng)控制，目前的自由呼吸方案常用節(jié)段采集和前瞻性心電門控來抑制心臟運(yùn)動(dòng)偽影，通常在舒張中晚期采集數(shù)據(jù)[23-24]。但對(duì)于心律失常、異位性搏動(dòng)、高心率和可變心率的患者，可以通過收縮期進(jìn)行圖像采集，因?yàn)槭湛s期對(duì)心律失常和心率變異性敏感性低，但是與舒張期成像相比，其靜止期相對(duì)較短，可能需要更長(zhǎng)的掃描時(shí)間[1,23]。右冠狀動(dòng)脈相對(duì)左冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)幅度更大[25]，因而多通過觀察右冠狀動(dòng)脈來選擇合適的延遲觸發(fā)時(shí)間和采集窗。在冠脈MRA 采集之前一般會(huì)掃描多時(shí)相的電影圖像，選擇右冠狀動(dòng)脈運(yùn)動(dòng)幅度最小的R-R 間期作為冠脈采集窗。另一種方法是以類似于冠狀動(dòng)脈CT 血管造影的方式連續(xù)采集，然后回顧性重建多個(gè)心臟期相，最后選擇運(yùn)動(dòng)偽影最少的時(shí)相圖像[4]。目前常用的前瞻性心電門控使數(shù)據(jù)采集與心動(dòng)周期同步，并調(diào)整到冠脈運(yùn)動(dòng)相對(duì)較少的期相，降低心臟運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像質(zhì)量的干擾，選擇準(zhǔn)確的冠脈采集窗對(duì)成功磁共振冠脈成像至關(guān)重要。

1.4 呼吸運(yùn)動(dòng)校正

最初通過屏氣來抑制呼吸運(yùn)動(dòng)偽影，但由于膈頂漂移和患者長(zhǎng)時(shí)間憋氣能力有限而圖像質(zhì)量并不理想。因此，自由呼吸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償?shù)?D冠狀動(dòng)脈MRA引起廣泛關(guān)注。膈肌導(dǎo)航技術(shù)利用肝-膈肌界面的輪廓實(shí)現(xiàn)呼吸上下平移運(yùn)動(dòng)估計(jì)，同時(shí)用于門控或校正[4]。為了獲得高質(zhì)量圖像，膈肌導(dǎo)航一般會(huì)采用窄的采集窗（±5 mm），并依賴于患者的呼吸模式，導(dǎo)致采集時(shí)間不可預(yù)測(cè)且采集效率較低（30%～50%），同時(shí)長(zhǎng)的采集時(shí)間會(huì)導(dǎo)致患者不耐受而產(chǎn)生更多的運(yùn)動(dòng)偽影或心率和呼吸模式的改變使圖像質(zhì)量降低[1,5]。因此，新的呼吸運(yùn)動(dòng)補(bǔ)償框架如一維自導(dǎo)航[26]和基于圖像的導(dǎo)航技術(shù)（image-based navigators,iNAVs）[27]被提出，將呼吸掃描效率提高到100%，從而顯著減少采集時(shí)間。Heerfordt等[28]將笛卡爾膈肌導(dǎo)航技術(shù)與3D 徑向自導(dǎo)航進(jìn)行比較，結(jié)果顯示自導(dǎo)航技術(shù)獲得了更短的采集時(shí)間和更均勻的血池圖像，但血管銳利度低和可見血管長(zhǎng)度相對(duì)更短。一維自導(dǎo)航很難將運(yùn)動(dòng)（如心臟）和靜止（如胸壁）的組織分離開來，從而產(chǎn)生偽影。iNAVs是自導(dǎo)航的一個(gè)可行替代方法，它在采集高分辨率冠脈MRA 之前，通過在每個(gè)心動(dòng)周期采集低空間分辨率的2D/3D圖像，將運(yùn)動(dòng)組織分離于靜態(tài)組織，且該框架能夠在多個(gè)方向上估計(jì)呼吸運(yùn)動(dòng)[4]。Nazir等[27]前瞻性納入45 例疑似冠心病患者，驗(yàn)證了1.5 T 非對(duì)比增強(qiáng)基于2D圖像導(dǎo)航高分辨率冠脈MRA檢測(cè)冠心病良好的診斷準(zhǔn)確性，與有創(chuàng)冠脈造影相比，具有高的敏感度（95%）和陰性預(yù)測(cè)值（93%）。Munoz 等[29]也證明了一種基于圖像導(dǎo)航的水/脂肪冠脈MRA 方法的可行性，其圖像質(zhì)量與膈肌導(dǎo)航相當(dāng)，但掃描時(shí)間更短且可預(yù)測(cè)。Hajhosseiny等[30]將基于圖像導(dǎo)航器的高度欠采樣采集和非剛性運(yùn)動(dòng)校正相結(jié)合，使三維高分辨率非對(duì)比增強(qiáng)冠脈MRA 在臨床可行和可預(yù)測(cè)的時(shí)間內(nèi)（約10 min）進(jìn)行采集，在排除低中等風(fēng)險(xiǎn)冠心病患者的顯著狹窄方面實(shí)現(xiàn)較高的診斷準(zhǔn)確性。

盡管提供了100%的呼吸掃描效率，但自導(dǎo)航或iNAVs 框架本身是不夠的。獲得高分辨率（1 mm等體素）冠脈MRA可能需要30 min 來獲得完全采樣[5]。將自導(dǎo)航或iNAVs 與圖像加速技術(shù)相結(jié)合，或應(yīng)用更先進(jìn)的運(yùn)動(dòng)校正框架，以望在臨床可行的采集時(shí)間內(nèi)實(shí)現(xiàn)高空間分辨率的冠脈MRA。各導(dǎo)航技術(shù)的效率和診斷性能還需更多研究進(jìn)一步驗(yàn)證。

1.5 深度學(xué)習(xí)

在各種加速技術(shù)的應(yīng)用下，圖像去噪是冠脈MRA 不可或缺的步驟。深度學(xué)習(xí)基于“學(xué)習(xí)噪聲”策略的特點(diǎn)，通過有效地優(yōu)化去噪水平和良好的邊緣保存來改進(jìn)去噪，有利于提高冠狀動(dòng)脈MRA 圖像質(zhì)量，且深度學(xué)習(xí)應(yīng)用具有靈活性，包括應(yīng)用于圖像域和k 空間域來創(chuàng)建去噪的空間圖像或去噪的k 空間數(shù)據(jù)[31-32]。多項(xiàng)研究[33-38]通過訓(xùn)練不同的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)去尋找重建的最優(yōu)變換，來改善冠脈MRA 圖像質(zhì)量或減少采集時(shí)間。Yokota等[33]評(píng)估深度學(xué)習(xí)重建在3.0 T 非對(duì)比增強(qiáng)冠脈MRA圖像質(zhì)量的影響，研究結(jié)果顯示與傳統(tǒng)冠脈MRA 相比，深度學(xué)習(xí)重建顯著提高了高分辨率冠脈MRA 的對(duì)比噪聲比，從而具有更高的視覺圖像質(zhì)量和更好的血管可追溯性。Qi等[34]引入深度學(xué)習(xí)方法，用于高度欠采樣自由呼吸全心冠脈MRA 同步非剛性運(yùn)動(dòng)估計(jì)和運(yùn)動(dòng)校正重建，達(dá)到快速采集和快速重建，可作為一種有效排除顯著冠狀動(dòng)脈疾病的工具。雖然深度學(xué)習(xí)與圖像采集加速技術(shù)相結(jié)合時(shí)，其在不同框架中具有很大的潛在應(yīng)用價(jià)值，但臨床應(yīng)用必須謹(jǐn)慎，因?yàn)椴贿m當(dāng)?shù)娜ピ肟赡苡绊憟D像和臨床診斷的準(zhǔn)確性。

冠脈MRA 成像不僅受場(chǎng)強(qiáng)、序列、血管舒張劑、加速技術(shù)、心臟運(yùn)動(dòng)“凍結(jié)”、呼吸運(yùn)動(dòng)校正及深度學(xué)習(xí)的影響，同時(shí)，檢查前患者準(zhǔn)備和患者自身情況（心率快慢，呼吸模式和耐受性等）也是影響冠脈MRA成功的關(guān)鍵因素。隨著MRI序列和各技術(shù)的不斷發(fā)展，冠脈MRA的臨床應(yīng)用限制因素也正逐漸克服。

2 磁共振冠狀動(dòng)脈管壁斑塊成像

冠狀動(dòng)脈粥樣硬化的早期表現(xiàn)是動(dòng)脈重塑（動(dòng)脈擴(kuò)大），并在冠狀動(dòng)脈壁形成動(dòng)脈粥樣硬化斑塊。因此，更大的動(dòng)脈粥樣硬化負(fù)擔(dān)往往先于管腔狹窄。這種早期斑塊不會(huì)導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈狹窄，在傳統(tǒng)的有創(chuàng)冠狀動(dòng)脈造影中無法識(shí)別[39]。冠狀動(dòng)脈管壁斑塊成像是一個(gè)快速發(fā)展的領(lǐng)域，在不依賴對(duì)比劑的情況下冠狀動(dòng)脈MRI 可以利用斑塊特征（斑塊內(nèi)出血、血栓、脂質(zhì)核心等）的T1 縮短作用來識(shí)別高危冠狀動(dòng)脈斑塊[4,40]，如非對(duì)比增強(qiáng)T1 加權(quán)反轉(zhuǎn)恢復(fù)（T1-weighted inversion-recovery,T1W-IR）序列，在過去十幾年內(nèi)已成為用于識(shí)別高危冠脈斑塊的一種新的無創(chuàng)成像技術(shù)[41]。Kawasaki等[42]發(fā)現(xiàn)非對(duì)比增強(qiáng)T1W-IR圖像上的高信號(hào)冠脈斑塊與動(dòng)脈重塑、超聲衰減和較低的CT 值有關(guān)，所有這些都被認(rèn)為是不穩(wěn)定斑塊的指示。最近也有研究表明，非對(duì)比增強(qiáng)T1W-IR 圖像上的管壁高信號(hào)斑塊可預(yù)測(cè)穩(wěn)定型冠狀動(dòng)脈疾病患者未來的冠狀動(dòng)脈事件[43]。Stuber[39]認(rèn)為當(dāng)非對(duì)比增強(qiáng)T1W-IR 圖像中存在高信號(hào)時(shí)，冠狀動(dòng)脈斑塊可能更容易破裂。

盡管傳統(tǒng)的T1 加權(quán)圖像對(duì)評(píng)估冠狀動(dòng)脈粥樣硬化具有前瞻性的預(yù)后能力，但仍有一些技術(shù)障礙阻礙了臨床轉(zhuǎn)化，如缺乏解剖參考、低空間分辨率、長(zhǎng)時(shí)間和不可預(yù)測(cè)的掃描時(shí)間。為解決上述斑塊表征的局限性，Xie等[44]于2017年引入冠狀動(dòng)脈粥樣硬化T1 加權(quán)表征（coronary atherosclerosis T1-weighted characterization, CATCH）技術(shù)，即在一次自由呼吸三維全心檢查中，能夠同時(shí)獲得亮血和黑血冠脈MRA 以及高信號(hào)冠狀動(dòng)脈斑塊的可視化。其研究結(jié)果顯示CATCH 提供了高時(shí)效（約10 min）全心冠狀動(dòng)脈斑塊的特征，高T1信號(hào)強(qiáng)度區(qū)域與侵入性研究中的高危斑塊特征呈正相關(guān)。但高信號(hào)斑塊的原因尚不清楚，斑塊內(nèi)出血和局部脂質(zhì)積累都可能導(dǎo)致冠狀動(dòng)脈壁的高T1 信號(hào)。Sato等[45]在一項(xiàng)回顧性研究中，使用CATCH 方法探討了冠狀動(dòng)脈斑塊成分的無創(chuàng)表征。其研究結(jié)果顯示血管內(nèi)超聲的回聲區(qū)與高信號(hào)斑塊有很強(qiáng)的聯(lián)系，但在穩(wěn)定型冠狀動(dòng)脈疾病中的高信號(hào)斑塊的主要底物是斑塊內(nèi)出血，而不是脂質(zhì)。而另一項(xiàng)研究顯示高信號(hào)斑塊與愈合的破裂斑塊和大脂質(zhì)核密切相關(guān)[46]。由于呼吸運(yùn)動(dòng)參數(shù)在亮血和黑血數(shù)據(jù)集中部分共享，冠狀動(dòng)脈斑塊的錯(cuò)位可能無法避免。Ginami等[47]最近也介紹了3D全心非對(duì)比增強(qiáng)亮血和黑血相位敏感反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列，同時(shí)獲得冠狀動(dòng)脈NRA 和血栓/斑塊內(nèi)出血可視化，允許獨(dú)立估計(jì)/糾正呼吸運(yùn)動(dòng)，進(jìn)一步減少配準(zhǔn)錯(cuò)誤的可能性。

總之，磁共振非對(duì)比增強(qiáng)T1 加權(quán)圖像上出現(xiàn)的高信號(hào)與斑塊破裂的傾向有關(guān)，而冠狀動(dòng)脈信號(hào)增強(qiáng)的幅度對(duì)指導(dǎo)和監(jiān)測(cè)治療具有重要意義。用于評(píng)估冠狀動(dòng)脈管壁斑塊的各序列正在研究中，其應(yīng)用到臨床環(huán)境中還需要更進(jìn)一步的驗(yàn)證。

3 小結(jié)與展望

磁共振非對(duì)比增強(qiáng)冠狀動(dòng)脈成像具有無電離輻射、不依賴對(duì)比劑和無需屏氣等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，對(duì)冠脈疾病的早期檢測(cè)、危險(xiǎn)分層和預(yù)后評(píng)估等方面具有重要意義。掃描時(shí)間長(zhǎng)、空間分辨率低和圖像質(zhì)量差是冠狀動(dòng)脈MRI的主要限制，隨著MRI序列、加速技術(shù)和人工智能的不斷發(fā)展，冠脈MRA 和磁共振冠脈管壁斑塊成像技術(shù)逐漸得到完善，同時(shí)聯(lián)合心臟電影技術(shù)、mapping 技術(shù)、首過灌注、延遲強(qiáng)化、彌散張量成像、相位對(duì)比和4D FLOW 等技術(shù)，對(duì)心血管形態(tài)、功能、心肌活性及血流動(dòng)力等提供全面檢查，真正實(shí)現(xiàn)“一站式”心血管MRI，造福更多心血管疾病的患者。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。