冠状动脉MR 血管成像面临的机遇和挑战

文章来源：中华放射学杂志, 2022, 56(10):1047-1050.

作者：王怡宁 金征宇

作者单位：中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院放射科，北京 100730

通信作者：金征宇，Email：[e-mail]

摘要

冠状动脉MR血管成像（CMRA）技术逐步发展成熟，临床需求日益增长，但在我国的临床应用仍有待推广。本文介绍CMRA成像技术的主要进步及发展，浅析该技术在临床应用中的机遇和挑战，以期推动该技术的普及及合理临床应用。

当前，我国心血管疾病特别是冠心病的患病率和病死率逐年上升，有效的无创影像评估手段对冠心病的诊断和预防至关重要。心血管MR（cardiovascular MR，CMR）具有无创、无辐射、多参数定量成像的优势，在各类心血管疾病诊疗路径中的作用日益凸显。冠状动脉MRA（coronary MRA，CMRA）作为一种非侵入性和无电离辐射的冠状动脉成像技术，在儿童、孕妇以及不能使用对比剂的患者中具有优势，可为冠心病筛查提供新的影像学手段。

尽管目前冠状动脉CTA（coronary CTA，CCTA）在成像速度及空间分辨率上较CMRA更具优势，并具有更高的检查成功率和诊断准确度；但CMRA在有效控制运动伪影的前提下能获得与CCTA相近的图像质量和诊断准确度。新兴技术如压缩感知（compressed SENSE，CS）和人工智能的应用可在保证CMRA图像质量的前提下缩短扫描时间。CMRA技术的进步提高了其对冠心病患者冠状动脉的评估能力，为进一步临床推广应用创造了条件。

一、CMRA的应用契机及技术优势

    1.应用契机：随着社会经济发展，我国正面临人口老龄化和代谢危险因素持续流行的双重压力，根据《中国心血管健康与疾病报告2021 概要》及《2021年中国心血管病医疗质量报告概要》的数据显示，目前中国冠心病患病率、病死率高，给全社会带来了非常沉重的经济负担，冠心病的防治也已成为全社会重大的公共卫生问题。加强心血管健康状态的检测及评估，早期发现病变并及时干预治疗是预防心血管疾病的重要基础。在此背景下，CMRA 尤其是无对比剂（non‑contrast，NC）‑CMRA作为一种安全、无创、有效的冠心病筛查及监测随访影像检查方法，临床需求迅速增长，拥有良好的发展契机。一项纳入417 例患者的Meta 分析显示，与有创冠状动脉造影相比，NC‑CMRA 在检测可疑冠心病患者冠状动脉≥50%狭窄方面具有较高的诊断准确度（灵敏度90.3%，特异度77.9%），能够有效排除≥50%血管狭窄，节段及血管水平的阴性预测值分别为98% 和90.4%。

2.技术优势：随着CMRA技术的成熟及临床研究数据的积累，目前已具备了在临床中逐步推广应用的条件。该技术具有与CCTA互补的独特临床优势，主要包括：（1）无创、无辐射、可不依赖对比剂，能够安全应用于儿童、肾功能不全、孕妇和对比剂过敏等特殊患者；（2）软组织对比度高，管壁成像可对冠状动脉斑块特征进行观察；（3）评估管腔狭窄程度时可克服管壁钙化伪影的干扰；（4）可与反映心脏结构功能、心肌血流灌注和组织特性的CMR多参数成像结合，进行冠心病心脏“一站式”检查。2021年中国《冠状动脉MR血管成像临床应用专家共识（第一版）》针对上述技术特点提出了CMRA适应证的建议，主要包括儿童冠状动脉起源及发育异常的诊断、冠状动脉扩张或冠状动脉瘤的诊断和随访以及冠心病中低风险患者冠状动脉主干病变的筛查诊断（尤其适用于存在CCTA检查禁忌证的患者）。但目前仍缺乏CMRA临床应用的高级别循证医学证据，其临床应用价值有待进一步探索和评估。

近30年来CMRA 技术获得了长足进步，实现了从对比增强到无需对比剂，从屏气靶容积成像到自由呼吸全心冠状动脉成像，扫描速度及图像质量不断提高，诊断冠心病的准确度显著提升。近年来包括超高分辨率成像、CS 技术及深度学习（deep learning，DL）重建方法等新技术不断涌现，为CMRA技术的进一步优化及临床应用带来了广阔前景。

二、CMRA临床应用的挑战

    1. CMRA应用难点：CMR已成为临床无创评估心脏结构功能、心肌血流灌注及梗死瘢痕的成熟检查方法，但是CMRA在临床的应用仍然受限，主要原因包括：（1）与CCTA相比，CMRA空间分辨率较低（MR 采集分辨率为1.0~1.5 mm，CT 分辨率为0.4~0.6 mm），对较细血管的评估受到限制；（2）检查时间长，目前主流CMRA成像序列需使用膈肌呼吸导航，全心序列图像采集时间通常在10 min 以上；（3）扫描方案较为复杂，需依赖人工选择合理的心电门控采集窗，调整多参数平衡图像质量与扫描时间，对扫描技师要求高；（4）易出现由于心脏搏动、呼吸运动等导致的图像伪影，影响诊断准确度，因此该检查不适用于明显心律不齐或者高心率患者；（5）NC‑MRCA在3.0 T MR的成像质量仍有待改进。1.5 T NC‑CMRA 应用三维平衡稳态自由进动成像（balance steady‑state free procession，bSSFP）序列，能够获得良好的冠状动脉成像对比度，对磁场不均匀性和运动伪影相对不敏感。但3.0 T MR由于受到磁场不均匀性和使用大反转角带来的射频能量吸收比值（specific absorption rate，SAR）限制，需采用快速梯度回波（gradient echo，GRE）序列来代替bSSFP序列，导致血管成像的对比度偏低，往往需要注射对比剂来获得满足诊断要求的冠状动脉血管对比度。此外，常规MRI扫描的禁忌证包括金属植入物和幽闭恐惧症等，也会带来一定的临床应用限制。

2.当前阶段应对措施：CMRA临床应用的主要挑战源于成像技术本身的局限性，针对这些技术问题，主要从采集序列和重建方法等方面进行优化：（1）应用心电门控及呼吸运动校正技术以抑制运动伪影；应用脂肪饱和预脉冲、磁化预脉冲和T2预备脉冲等加强血管的对比度。（2）为缩短扫描时间引入CS技术。研究显示，无论在1.5 T还是3.0 T的NC‑CMRA成像中，CS技术与传统并行成像加速技术相比，均可在不降低图像质量的情况下显著缩短采集时间。（3）采用大幅欠采样的各向同性投影重建轨迹与稳态自由进动结合来缩短TR，通过增加带宽和减少条带伪影来提高3.0 T CMRA图像质量。（4）采用多源发射技术和局部射频匀场与高阶匀场相结合，可显著增强局部磁场的均匀性并实现更准确的激发角，提高bSSFP 成像均匀性、减少非共振伪影。

成像技术的进步需要切实向临床转化，其中“人”的作用至关重要。2021年中国医学装备协会磁共振应用专业委员会发布了《冠状动脉MR血管成像临床应用专家共识（第一版）》，针对CMRA检查人员及设备要求、检查适用人群、检查流程、扫描序列选择及参数设置、图像后处理及报告书写等方面提出了具体、操作性强的应用标准及建议。在现有的硬件及技术条件下，建议遵循专家共识的标准及建议，对诊断医师、扫描技师进行标准化培训；对入组患者进行合理筛选以提高检查成功率（基础心率超过80 次/min，有可能需要在检查前口服药物控制心率，绝对心律不齐及平均心率≥90 次/min的患者，不建议进行CMRA检查）；在时间允许的条件下，可以尝试对图像质量欠佳的主要冠状动脉节段，进一步做自由呼吸或屏气靶容积成像，与全心成像互为补充。

三、未来展望

    虽然CMRA拥有较多临床应用优势，但其技术局限性亦较明显，仍有待改进技术，从而获得更广泛的临床应用。未来，新兴的人工智能技术提供了更多手段应对CMRA的技术挑战。

    在成像方面，针对呼吸运动校正，有研究者提出了一种使用无监督卷积神经网络的快速3D非刚性呼吸运动估计方法，可用于九倍欠采样的自由呼吸全心CMRA的非刚性运动校正及重建，采集时间可缩短至2.5 min。为缩短扫描时间，进一步将CS加速技术与DL算法相结合，可在仅重建29%的k空间数据情况下获得与全采样MRI图像质量相当的结果。在后处理方面，使用DL技术通过对图像去噪水平和边缘保留能力的优化，可实现比传统滤波器更高的信噪比，通过信噪比的提升可以交换更短的扫描时间。

与此同时，基于人工智能在CMRA辅助诊断方面的研究也崭露头角。研究显示，通过机器学习算法测量心脏房室容积及射血功能等参数，与人工处理的结果有很高的相关性。而冠状动脉树跟踪和狭窄评估技术在CMRA中的应用也日益受到重视。在不久的将来，随着临床应用和科学研究相辅相成的发展，有希望通过人工智能等技术手段对成像工作流进行优化，例如：实现通过对患者的呼吸、心率进行智能化监控；实时对图像的采集过程进行优化等，将协助影像医师和操作技师从繁琐的工作中解放出来，进一步助推CMRA的临床普及。

在我国，应鼓励更多的中心在临床工作中尝试使用该技术，培养相关技术人员，在实践中优化流程、积累临床经验，通过更大的临床队列及相关数据验证其在不同疾病群体中的价值。CMRA的临床应用，也将进一步推进人工智能等新兴技术在MR冠状动脉图像质量评估、冠状动脉树分割、狭窄评估、疾病相关参数定量分析及疾病预后预测研究中的应用。