应用钆贝葡胺与钆双胺3.0T磁共振冠状动脉血管成像的图像质量的对比研究

顾玲玲，李 澄，王 苇

冠状动脉MR血管成像(coronary magnetic resonance angiography, CMRA)的研究始于20世纪80年代，早期1.5 T冠状动脉血管成像主要运用稳态自由进动(SSFP)序列，属于“亮血”技术[1]，一般无需对比剂冠状动脉即成明亮的高信号。然而此方法易于出现饱和效应、对血管管腔直径产生误判断，出现假阳性的结果[2]。目前，3.0T MR广泛应用于临床，随着超高场MR带来的信噪比的提高、多种快速扫描序列的开发应用、心脏及呼吸运动伪影抑制技术的发展，使CMRA的空间及时间分辨力明显提高。3.0T CMRA序列多采用梯度回波序列成像，梯度回波序列的信噪比(signal-to-noise ratio, SNR)较低[3]，血流与周围组织的对比度也是影响CMRA成像质量的关键因素；因此，应用MR对比剂增强扫描弥补这一缺陷。不同性质的对比剂对血流增强的原理和效果均存在差异，对比剂的选择也可能是影响CMRA质量的环节之一。本研究将Gd-BOPTA和Gd-DTPABMA分别作为血管内对比剂和血管外对比剂的代表，对比分析这两种对比剂行3.0T CE-CMRA的图像质量和冠状动脉节段显示率，旨在为CMRA合理选择对比剂提供一定依据。

1 材料与方法

1.1 临床资料

2010年3月至2011年9月期间，30例因心前区疼痛而心电图未见明确异常来就诊的患者纳入本研究，纳入标准：(1)体重指数(BMI)在正常范围(18～24)；(2)无高血压、糖尿病基础病史、无冠心病家族病史；(3)血脂水平在正常范围。排除标准：(1)磁共振检查禁忌(幽闭恐惧症、金属异物、冠状动脉支架植入等)；(2)心律失常(早搏、房颤、心律不齐等)；(3)肾功能不全(血清肌酐、尿素氮异常或有血尿、蛋白尿等)及严重器质性疾病。将30例患者随机分为A和B两组，每组15名患者。A组，男9例，女6例，年龄44～68岁；B组，男7例，女8例，年龄41～71岁。所有受检者均被告知相关情况并签署知情同意书，本课题已通过伦理委员会审查。

1.2 检查前准备

对心率＞75次/min的患者检查前30min口服β受体阻滞剂50～100mg，控制心率≤75次/min。检查前对患者进行呼吸训练，指导患者平稳呼吸。

1.3 仪器与设备

采用3.0T超导磁共振扫描仪(Magnetom Verio,Siemens, Germany)，梯度场切换率为200mT/(m•ms)，最大梯度场强为40mT/m。采用8通道体部专用相控矩阵线圈(Siemens, Germany)。CE-CMRA采用自由呼吸导航门控、心电触发和非选择性反转恢复(IR)准备脉冲的三维扰相位梯度回波(3D-FLASH)序列。

1.4 检查方法

受检者仰卧位，胸前连接心电触发装置、放置呼吸导航及加压腹带。通过二腔心及短轴位获得标准四腔心，通过 FLASH 做四腔心电影，在电影图像上确定舒张中晚期左右冠状动脉运动相对静止时相间期作为采集窗宽，从而确定触发延迟时间，得到图像采集间期。将呼吸门控置于右侧膈顶，采用矢量心电门控和自由呼吸导航技术，对心脏成像。

采用MR专用双筒高压注射器经肘静脉注入对比剂，A、B组分别注入钆贝葡胺、钆双胺，均按0.2 mmol/kg计算用量[4]，注射速度0.3 ml/s，之后以相同流速注入20ml生理盐水，注药后A、B两组分别延时60s、40s启动全心冠状动脉扫描。全心冠状动脉对比增强成像参数：FOV 206 mm×330mm，矩阵：320×512；TR 360.23 ms，TE 1.45 ms，TI 200ms，反转角20°，层厚0.9mm，带宽610Hz/像素，并行采集加速因子为2。

1.5 CE CMRA图像质量分析

扫描完成后，将横断面图像传输至后处理工作站(MMWP)，进行最大密度投影(maximum intensity projection, MIP)、多平面重建(multiplanar resconstrction, MPR)及容积重建(volume rendering,VR)等后处理。综合血管信号强度、图像伪影、冠状动脉和周围组织的信号对比，对获得的冠状动脉各节段图像进行分级，标准如下[4]：4分：血管清晰, 边缘锐利，血管和周围组织对比度很好；3分：血管显示较清晰，有少许伪影，血管和周围组织对比度良好；2分：血管边缘欠清，但尚可显示，血管和周围组织对比尚可； 1分：伪影较重，血管显示不清,不能用于诊断；0分：血管未显示。由两名有经验的放射科医生在冠状动脉节段水平对图像质量进行双盲评价，对于评分≥2分的节段定义为可评价节段，用于计算显示率。若两名医师的意见不一致时，引入第3名医师一起讨论后统一意见。冠状动脉分段参照AHA的9段分类标准：右冠状动脉近、中、远段、左冠主干、左前降支近、中、远段及回旋支近、远段。

在原始图像上分别测量A、B两组CMRA图像主动脉根部的信号强度、胸壁肌肉的信号强度、背景(空气)的信号强度标准差，根据以下公式分别计算A、B两组CMRA图像的信噪比(SNR)及对比噪声比(CNR)[5]。

SNR=主动脉根部信号强度/背景噪声(空气信号强度的标准差)

CNR=主动脉根部信号强度-胸壁肌肉信号强度/背景噪声(空气信号强度的标准差)

计算A、B两组显示的冠状动脉各节段的比例(%)。

1.6 统计方法

图1 45岁男性患者，使用钆贝葡胺对比剂成像，MIP图像左冠主干、左前降支近、中、远段显示清晰；图2、4 42岁女性患者，使用钆双胺对比剂成像，MIP图像右冠主干近、中段及左前降支近、中段显示清晰，图4MIP图像左回旋支远段显示欠清晰；图3 47岁男性患者，使用钆贝葡胺对比剂成像，MIP图像左回旋支近、远段显示清晰Fig.1 MIP image in a 45-year-old man used gadobenate dimeglumine shows left main (LM) and left anterior descending (LAD)clearly.Fig.2 and Fig.4 MIP image in a 42-year-old woman used gadoxetic acid.It shows proximal and middle right coronary artery (RCA) as well as LAD.The distal of left circum fl ex (LCX)is not clear (Fig.4).Fig.3 MIP image in a 47-year-old man used gadobenate dimeglumine.The LCX is revealed clearly.

图5 65岁男性患者，使用钆贝葡胺对比剂成像，CPR重建图像右冠状动脉近、中、远段显示清晰，管腔信号均匀；图6 45岁男性患者，使用钆双胺对比剂成像，MIP图像右冠状动脉远段基本未见显示Fig.5 CPR image in a 65-year-old man used gadobenate dimeglumine.RCA is shown clearly.Fig.6 MIP image in a 45-year-old man used gadoxetic acid.The distal of right coronary artery is not shown.

采用 Excel 2003和 SPSS 10.0进行统计, 呈正态分布的定量资料以表示，计数资料用%表示。计算A、B两组显示的冠状动脉各节段的比例(%)。两组患者的一般情况及各冠状动脉节段显示率用卡方检验。对A、B两组CMRA图像的SNR、CNR进行独立样本t检验。P＜0.05有显著统计学差异。

2 结果

30例均完成检查，均未发现对比剂不良反应。A组患者男9例，女6例，平均年龄58.78±8.21岁；B组患者男7例，女8例，平均年龄55.28±12.5岁，年龄差异无统计学差异(P=0.071)。A组患者平均扫描时间7.29±1.43 min，B组患者平均扫描时间7.12±1.94 min，两组扫描时间亦无统计学差异(P=0.197)。

30名患者共270个冠状动脉节段。A组患者CEMRCA成像有119个(88.15%)冠状动脉节段图像纳入评价，而B组患者有92个冠状动脉节段(68.15%)纳入评价(图1～6)，A、B两组显示的冠状动脉节段总和两者差异有统计学意义(ɣ2=15.811，P=0.000)。A、B两组冠状动脉各节段显示率的比较见表1。A、B两组在左回旋支远段显示率两者差异有统计学意义(ɣ2=6.533, P=0.027)。A、B两组冠状动脉图像的图像质量评价结果见表2。A、B组图像的SNR分别为157.48±64.41、71.56±33.21；CNR分别为139.77±63.65、50.75±29.71，P=0.008、0.005，A、B两组冠状动脉的图像质量评价差异有统计学意义。

表1 两组冠状动脉各节段的显示率[%(段) ]Tab.1 Displayment of segments of coronary arteries and comparison between 2 groups

表2 两组冠状动脉图像的图像质量评价结果Tab.2 Image quality of coronary arteries in 2 groups

3 讨论

本研究就钆贝葡胺和钆双胺分别作为血管内和血管外对比剂的代表以相同的剂量及速度行3.0T冠状动脉血管成像，结果显示，两组患者冠状动脉血管成像时间近乎一致；利用血管内对比剂钆贝葡胺较血管外对比剂钆双胺能够获得更好的SNR和CNR；两组在可评价冠状动脉节段总和上差异有统计学意义，主要表现在回旋支远段。本研究为CMRA成像选择对比剂提高一定参考价值，目前国内外文献鲜有报道。

3.1 对比增强冠状动脉血管成像使用血管外对比剂与血管内对比剂的情况及比较

对比增强冠状动脉血管成像利用顺磁性对比剂可显著缩短血液T1的原理，注入对比剂后，血液的T1值快速恢复[6](自然血流的T1值1200ms，心肌的T1值850ms，注入对比剂后的血液T1值50～100ms)对比剂强化的血液为明亮的高信号，使得血管管腔与周围组织形成鲜明对比。冠状动脉血管成像对比剂的选择取决于能够保证冠状动脉管腔与周围心肌的对比。有报道认为缓慢注射对比剂可以将已增高的血管信号维持在一个平台期，有利于冠状动脉MRA成像[3]。本研究设计均以慢速(0.3 ml/s)注射对比剂，以维持血池短T1效应。

MR外源性对比剂分为血管外和血管内对比剂(血池对比剂)。目前临床最常用的 MR 对比剂 Gd-DTPA 属于血管外对比剂。血管外对比剂因快速渗入细胞间隙、血管内停留时间较短，因而不能保证足够的扫描时间、冠状动脉增强效果有限。本文中用的对比剂钆双胺(Gd-DTPA-BMA)亦属于血管外对比剂，它是一种非离子型的钆螯合物，易溶于水，可迅速分布到细胞外液内，并通过肾脏排泄。短时间内能迅速从肾脏排出，因此不会在体内积蓄致中毒。本研究设计即以持续注药40s启动扫描，应用较短的扫描时间、较快的成像速度，仍不能完全保障对比剂充分显影，其图像的信噪比、对比噪声比均不及使用钆贝葡胺对比剂进行扫描。

文献报道，采用持续静脉滴注Gd-DTPA或多频次注射Gd-DTPA的方法以保持血管内对比剂的浓度有望获得高对比的冠状动脉血管图像。但这样会增加对比剂固有的毒副作用及显影成本。李涛等[7]运用快速注射结合缓慢融入Gd-DTPA的方法，获得延长短T1效应的采样时间，对冠状动脉血管进行多期扫描，以获得高质量图像，但是此方法是对每一支血管进行定位成像，定位较复杂。

钆贝葡胺(Gd-BOPTA)、钆磷维司三钠(S-325)均属于血管内对比剂。血管内对比剂因分子结构较大，不易通过毛细血管床进入组织间隙，相对血管外对比剂可较长时间在血管腔内保持短T1效应，从而保证扫描时间窗。本研究证实在相同的流速、流量的情况下，使用钆贝葡胺能够保证在有限的时间内血管管腔内对比剂的充盈。文献报道，Gd-BOPTA中含有苯氧基、具有亲脂性，可与血浆蛋白尤其是白蛋白发生微弱的、高度可逆性的结合，提高了氢质子的弛豫率，使得钆贝葡胺的弛豫率显著高于其他钆类顺磁性对比剂[8]。同时在本研究过程中，发现部分患者注入对比剂后心率会有所波动，图像效果欠理想，如果扫描时间少于6 min，操作人员进行第二次扫描并且嘱患者平稳情绪，扫描结束后发现冠状动脉血管内仍可见对比剂充盈，可获得较满意的图像。

3.2 本研究局限性及展望

随着对肾源性系统性纤维化(NSF)不断深入的研究，越来越多的证据表明[9]，NSF的发病与钆对比剂的使用有着密切联系。本研究均以双倍剂量行冠状动脉增强扫描，入选患者均严格筛除有肾功能不全的情况，患者扫描完成后嘱患者饮水水化。

虽然钆贝葡胺较钆双胺可以获得更好的图像质量，但其价格相对昂贵。另本研究病例数相对有限，下一步研究将加大样本量，优化扫描序列，探索对比剂使用方案、减少对比剂用量。

总之，对比增强冠状动脉MR成像虽在成像时间、成像速度及图像质量还不及冠状动脉CT血管成像，但是MR无电离辐射、对于钙化较重的血管显示优于CT[10]。随着 MR软硬件技术的不断发展，扫描序列的优化，成像速度缩短，各对比剂方案的有效使用，对比增强冠状动脉MR成像应用将更加广泛。

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