ISMRM云端相聚之CMR

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CardiacMagneticResonance

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心脏是人体生命之泉源，它自主地跳动，促进血液流动全身，维持温度与提供养分。「所谓修身在正其心者：身有所忿懥，则不得其正…心不在焉，视而不见，听而不闻，食而不知其味。此谓修身在正其心。」总包万虑谓之心。心脏磁共振（Cardiacmagneticresonance，CMR）已成为心肌组织特征检出的主要影像手段之一。心脏参数图包括T1，T2，T2*,ECV在各种心脏疾病有非特异性的不一致表现；不同于加权图像的是，能够同时可视化与量化疾病演进的过程，显示出病灶的聚焦性或扩散性。心脏功能技术包括首次灌注、延迟增强、动脉血流方向与比例等，能提示心肌、瓣膜、血管功能正常与否的信息。

今年国际磁共振年会上，GE磁共振团队和全球客户一起发表探索心脏的丰硕科研成果有但不仅止于：

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组织检测

心肌炎与年轻运动员心脏性猝死相关。新冠疫情肆虐全球，有研究指出15%（4/26）从COVID-19康复的运动员在心脏磁共振上的表现与心肌炎一致，且校园内新冠病例的不断增加，一项心脏磁共振筛查计划，对名新冠康复的运动员进行心肌炎的患病率和严重程度评估。结果显示无症状和轻度至中度症状的学生运动员心肌炎发病率较低。

一名最初无症状的运动员伴有心肌晚期钆增强和心包强化(白色箭头)，并伴有相应的T2加权信号(黄色箭头)升高，表现为急性心包炎。下图：新冠康复期间伴有轻到中度症状的运动员的轻度MRI表现与心肌炎相符。白色箭头表示心肌晚期钆轻度增强，T2加权信号(黄色箭头)轻度升高。星号表示邻近少量心包积液。

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鉴别诊断

多b值弥散加权成像可以提供肌细胞间水分子运动、微循环和血管流动的微观结构细节，用于评估急性心肌梗死和肥厚性心肌病的验证和可行性已被证实。心脏淀粉样变(CA)是一种淀粉样原纤维发生在心脏细胞外空间的情况，其特征是错误折叠蛋白的聚集和沉积。研究显示与健康组相比，CA患者组ADCslow显着升高。此外，CA患者组的LGE(?)节段ADCslow高于正常节段，而LGE(+)节段ADCfast低于正常节段且与应变峰值或T1值存在显着相关（均p0.05）。

(A)健康对照者的IVIM衍生参数(ADCslow,ADCfast,F：水分子扩散系数、灌注系数、灌注分数)。(B)CA患者的IVIM衍生参数、LGE和应变图(PRS,PCS,PLS:径向,环向及纵向应变峰值)。

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疗效评价

极端早产(≤28妊娠周)的婴儿罹患心力衰竭的风险增加了17倍。早产的年轻成年人心脏结构小，双心室腔小，心脏搏出量低，有右心室功能障碍以及肺动脉高压的表现，而且高静息心率可能导致异常填充时间而出现功能障碍。给予这类病人Sildenafil药物，并于用药前后进行4Dflow扫描，利用血流随时间的流动方向变化判别血流类型，包括直流（绿）、停滞流（黄）、延迟射出流（蓝）、残余流（红）。结果显示，Sildenafil能降低右心室负荷，改善心脏结构，增加直流血。

左图显示使用Sildenafil药物前后，上排左心室与下排右心室内的血流类型占比。对应右图上、下排使用药物前后，舒张压末期至收缩压时，右心室直流血（白色箭头）明显增加。说明此药物能改善心室负荷现象。

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图像优化

与二维扫描相比，心脏3D成像序列能够提供各向同性分辨率的全心脏覆盖，有助于理解心脏的复杂病理模式，包括功能和形态。然而代价是增加采集时间，尤其不利于心肺模式不规则的患者图像。针对缩短扫描时间采集的3D心脏血管图像，AIR?ReconDL能降低图像噪声、提高边缘清晰度和减少截断伪影。

分别使用标准的3D笛卡尔（左图）和深度学习框架（右图）重建的冠状3D心脏血管最大强度投影图。

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分割自动化

心肌T1值与组织性质的变化相关，如细胞外水、脂肪和淀粉样蛋白含量。因此，T1值可以作为诊断和预后不同心血管疾病（水肿、纤维化、…）的有力工具。在MOLLI图像上勾画ROI测量T1值之前，需要进行图像的运动校正，否则T1估计值可能有误而导致误诊。此研究使用U-net卷积神经网络（CNN）自动分割连续图像上的整个心脏和血池。从后处理至自动分割整个心脏得到T1值平均需要0.13秒的时间，相较于乏味耗时的手动分割，此结果能成功解决问题，尽管增强后图像分割表现以及血池分割结果略逊一筹。

第一列为血池勾画，其余为全心勾画结果。第一行为用于训练模型的手动分割轮廓，第二列为自动分割的结果，第三行则显示了两个分割的重叠区域（绿色），自动勾画缺失的区域（红色），自动勾画多出的区域（黄色）。

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运动矫正

基于非刚性运动矫正模型重建自由呼吸磁共振图像时，计算非刚性变换的伴随函数是很重要的。使用稀疏矩阵重建高分辨率体积图像效率差；位移场的逆矩阵会产生一对不匹配的前向和伴随运算子，反而降低重建的图像质量。本研究对于每个心跳以3D图像的自我导航方式收集稀疏复盖整个k空间的分段锥体交错叶，并将最小三维平移运动估计值作为参考，重新采样图像到任意网格作为非刚性变换的前向和伴随运算子，为了避免k空间出现重新采样的混叠表现，在k空间网格中加入傅立叶变换算子，使用图形处理单元来加速分组后的个别图像重建。

靠近左前降支(LAD)和右冠状动脉(RCA)的重建切面影像。与三维平移运动校正重建图像（两位被试的第一行图像）相比，此法在冠状动脉附近(橙色箭头)和非心脏区域(绿色箭头)的清晰度所提高。

CMR

目前临床CMR方法在心脏病（先天性、缺血性、扩散型、限制性）、心肌病（肥厚型）、心肌炎、心包疾病、心脏占位、瓣膜病、获得性血管病、冠状动脉疾病等各种心血管相关疾病中的心脏与血管解剖和功能成像方面已占有一席之地。然而传统加权图象、延迟增强图像、动态电影图象大多数方法不能提供精确的组织特征（心肌血流、水肿严重程度、活性、心肌内出血、微血管阻塞），甚至是定量参数。因此，新的定量技术，如参数图、应变成像和定量灌注仍需仰赖更多人工智能技术的整合，如运动矫正、自动化分割、图象优化，以提高CMR在临床工作流程中的诊断和预后性能。

参考文献：

1.EvaluationforMyocarditisinCompetitiveAthletesRecoveringfromCOVID-19usingCardiacMRI,ISMRM,#

2.EvaluatingtheMyocardialDiffusionStatusinCardiacAmyloidosis:ANovelIntravoxelIncoherentMotionDiffusion-weightedMRImagingStudy,ISMRM,#

3.SildenalAdministrationImprovesRightVentricularFunctionon4DFlowMRIinYoungAdultsBornPremature,ISMRM,#

4.EvaluationofaDeepLearningreconstructionframeworkforthree-dimensionalcardiacimaging,ISMRM,#

5.ImprovingT1mappingrobustnessbyautomaticsegmentationofmyocardialtissueinMOLLIseries,ISMRM,#

6.NonrigidMotion-correctedReconstructionUsingImage-spaceGriddingforFree-breathingCardiacMRI,ISMRM,#

注：

「问渠那得清如许？为有源头活水来。」出自儒学集大成者，宋代理学家朱熹的古诗作品《观书有感》。

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