一分钟完成全心磁共振成像：采用非笛卡尔超短回波时间序列的3D快速心脏磁共振技术

《Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance》：Whole-heart MR Imaging in One Minute: 3D fast cardiac MRI technique employing the non-Cartesian Ultra-short echo time sequence

　　三维心脏磁共振血管造影（3D cardiovascular MRA）通过单次扫描提供心脏及周围血管的三维成像，但存在运动伪影和金属植入物干扰等问题。本研究采用螺旋超短回波时间（UTE）序列，在儿科先天性心脏病患者中评估其临床可行性。结果显示，3D UTE序列扫描时间更短（54秒），可减少呼吸运动伪影（较传统bSSFP序列快0.5分钟），且对金属植入物（如心脏支架、线圈）的敏感性更低，显著改善肺静脉和右心室流出道成像质量。但左心耳和心室结构显示仍逊于bSSFP序列。该技术为复杂心脏结构的快速成像提供了新方案，尤其适用于不配合长扫描的儿童患者。

　　### 三维心血管磁共振血管造影（MRA）在先天性心脏病中的应用与挑战

心血管磁共振血管造影（MRA）作为一种无创的成像技术，已成为评估心脏结构和周围血管系统的重要工具。传统的三维心血管MRA通常依赖于平衡稳态自由进动（bSSFP）序列，配合呼吸门控和心电图（ECG）触发技术，以减少运动伪影，提供高质量的图像。这种技术在临床实践中广泛用于诊断和监测先天性心脏病（CHD）以及瓣膜性心脏病等心血管疾病，为外科手术规划和治疗效果评估提供了关键支持。然而，尽管bSSFP序列具有良好的成像能力，它在某些特定情况下仍然存在局限性，尤其是在需要快速成像和减少患者不适的场景中。

在儿科患者群体中，由于儿童的年龄较小、配合度有限，传统bSSFP序列的长时间采集和呼吸门控要求往往成为挑战。此外，自由呼吸状态下进行的bSSFP序列容易受到运动伪影的影响，而使用ECG触发则可能限制部分患者（如心律不齐或无法保持呼吸节奏的患者）的适用性。因此，开发一种更快速、更灵活的三维MRA技术，成为提升该技术在临床应用中的重要方向。

### 三维快速MRA技术的探索：螺旋超短回波时间（UTE）序列

为了解决传统bSSFP序列在儿科患者中的局限性，本研究引入了一种基于螺旋超短回波时间（UTE）序列的三维快速MRA技术。UTE序列结合了短脉冲激发和三维螺旋采样策略，能够在不依赖呼吸门控或ECG触发的情况下，实现对心脏和周围血管的快速成像。该技术特别适用于需要快速完成扫描的年轻儿童，以及在自由呼吸状态下无法保持稳定心率的患者。

UTE序列的优势在于其极短的回波时间（TE），这有助于减少磁场不均匀性对信号的影响，从而降低信号丢失的风险。此外，UTE序列的快速采集特性使得患者能够在较短时间内完成检查，减少了因运动伪影导致的图像质量问题。在本研究中，UTE序列的采集时间仅为54秒，远低于传统bSSFP序列所需的6分钟以上。这一显著的时间优势，使得该技术在临床实践中更具可行性，尤其是在需要快速成像和提高患者舒适度的场景中。

### 三维UTE序列与bSSFP序列的比较

在本研究中，研究人员对两种三维MRA序列进行了系统的比较，评估其在不同心血管结构上的成像质量。研究对象包括38名患有先天性心脏病的儿童，涵盖了多种复杂的解剖结构和临床需求。图像分析采用两种独立的评估者，分别对bSSFP和UTE序列的图像质量进行评分，并采用定量指标如表观信噪比（aSNR）和表观对比度-信噪比（aCNR）进行客观评估。

结果显示，UTE序列在肺静脉、支气管动脉等小血管结构的成像质量上显著优于bSSFP序列。这可能与UTE序列的短回波时间和高翻转角有关，这些参数有助于增强信号强度，减少因磁场不均匀性导致的伪影。此外，UTE序列在金属植入物（如导管、支架）或空气-组织界面附近表现出更低的信号丢失风险，从而提升了图像的清晰度和诊断价值。

然而，对于左心房、左心耳等结构，bSSFP序列仍然显示出更高的成像质量。这表明，尽管UTE序列在某些方面具有明显优势，但在其他结构的可视化上仍需进一步优化。研究还发现，两种序列在肺静脉、支气管动脉等区域的aSNR和aCNR值存在显著差异，而在其他结构（如上腔静脉、主动脉等）之间则无明显统计学差异。

### 三维UTE序列的临床应用价值

三维UTE序列的引入为心血管MRA提供了一种新的可能性，尤其是在儿童患者中。其快速的采集时间和自由呼吸的成像方式，使得医生能够在较短时间内获得高质量的图像，从而更有效地进行诊断和治疗规划。此外，UTE序列的抗运动伪影能力，使得其在处理不合作或无法保持呼吸节奏的患者时具有独特的优势。

在实际临床案例中，研究人员展示了UTE序列在多个复杂病例中的应用效果。例如，在一名14岁男性患者中，UTE序列成功地揭示了肺静脉和支气管动脉的细节，而传统的bSSFP序列则因运动伪影导致图像质量下降。在另一名10岁男孩的案例中，UTE序列克服了金属植入物引起的信号丢失问题，清晰地展示了肺静脉和主动脉的结构。此外，在一名21岁患者的案例中，UTE序列在不依赖呼吸门控的情况下，成功捕捉了Fontan导管和肺动脉的细节，为后续的手术规划提供了重要依据。

这些案例表明，UTE序列在某些关键结构的成像能力上优于传统bSSFP序列，尤其是在肺静脉和支气管动脉等小血管区域。然而，对于左心房、左心耳等结构，bSSFP序列仍显示出更优的成像效果。因此，未来的研究可以进一步探索如何结合UTE序列与先进的运动校正技术，以提升其在这些区域的成像质量。

### 三维UTE序列的技术细节

本研究中使用的三维UTE序列基于FLORET轨迹，这是一种优化了采样效率的非笛卡尔采集方式。FLORET轨迹通过使用费马螺旋（Fermat spiral）优化采样路径，减少了低k值区域的过度采样，从而提高了信号采集的效率。此外，该序列还采用了3D中心-外螺旋采样策略，使得图像能够在较短时间内完成采集，同时保持较高的分辨率和图像质量。

UTE序列的采集时间较短，且不需要呼吸门控或ECG触发，这一特性使其在自由呼吸状态下能够实现高质量的成像。尽管UTE序列的采集时间较短，但其成像质量仍然能够达到诊断标准，尤其是在肺静脉和支气管动脉等小血管结构上。此外，UTE序列的快速采集特性还使得医生能够在短时间内获得完整的胸腔图像，为临床决策提供了更及时的支持。

### 三维UTE序列的局限性与未来发展方向

尽管三维UTE序列在某些方面表现出色，但其仍存在一些局限性。首先，该序列在处理某些复杂的解剖结构时，如左心房和左心耳，仍然无法达到与bSSFP序列相同的成像效果。这可能与UTE序列的采样策略和图像重建方法有关。其次，UTE序列的使用依赖于特定的对比剂——ferumoxytol。虽然ferumoxytol在心血管磁共振中表现出良好的信号增强效果，但其使用仍需遵循严格的医疗规范和安全措施，尤其是在儿童患者中。

此外，UTE序列的成像质量仍然受到重建方法的影响。目前的研究中，采用的是基于笛卡尔网格的图像重建方法，这在一定程度上限制了图像的分辨率和细节表现。未来，研究人员可以探索更先进的重建算法，如基于非笛卡尔数据的图像处理方法，以进一步提升图像质量。

### 三维UTE序列的未来潜力

随着磁共振技术的不断发展，三维UTE序列在心血管成像中的应用前景十分广阔。其快速采集、自由呼吸和抗运动伪影的特性，使其在儿科患者中具有显著优势。此外，UTE序列的短回波时间特性，有助于减少磁场不均匀性对信号的影响，从而提升图像的清晰度和诊断价值。

在3.0T磁共振系统中，UTE序列可能具有更大的应用潜力。尽管3.0T系统在某些方面（如磁场均匀性和信号强度）优于1.5T系统，但bSSFP序列在3.0T系统中更容易受到场不均匀性的影响，从而产生更多的伪影。相比之下，UTE序列的短回波时间特性可以有效缓解这一问题，使其在3.0T系统中表现出更高的鲁棒性。

此外，UTE序列的快速采集特性，使得其在急诊或需要快速诊断的场景中具有更高的应用价值。例如，在需要立即评估心脏结构或血管病变的情况下，UTE序列可以提供更及时的成像结果，从而帮助医生做出更快速的决策。

### 临床意义与研究结论

本研究的结果表明，三维UTE序列在某些关键心血管结构的成像质量上优于传统bSSFP序列，尤其是在肺静脉和支气管动脉等小血管区域。此外，UTE序列在金属植入物或空气-组织界面附近表现出更低的信号丢失风险，从而提升了图像的清晰度和诊断价值。然而，对于某些特定结构，如左心房和左心耳，bSSFP序列仍显示出更高的成像效果。

总体而言，三维UTE序列作为一种快速、灵活的MRA技术，为先天性心脏病的诊断和治疗提供了新的可能性。尽管仍需进一步优化，但其在儿科患者中的应用潜力巨大，有望成为传统bSSFP序列的重要补充。未来的研究可以进一步探索如何结合UTE序列与先进的运动校正技术，以提升其在所有心血管结构上的成像效果。此外，随着对比剂和序列技术的不断进步，UTE序列的临床适用范围有望进一步扩大，为更多患者提供高质量的成像服务。

### 伦理审查与研究参与

本研究获得了当地伦理审查委员会的批准（IRB编号：STU032016-009），所有参与者或其监护人均签署了知情同意书。研究过程中，所有患者均在安全的医疗环境下完成检查，确保了研究的伦理合规性和患者的安全性。

### 研究团队与贡献

本研究由多个研究者共同完成，包括Pezad Doctor、Munes Fares、Gerald Greil、Tarique Hussain和Qing Zou。他们分别在不同方面对研究做出了重要贡献，包括图像分析、数据处理、研究设计和方法学的优化。研究团队的合作确保了研究的科学性和严谨性，为三维UTE序列在心血管MRA中的应用提供了坚实的基础。

综上所述，三维UTE序列作为一种快速、灵活的MRA技术，在儿科患者中展现出巨大的应用潜力。尽管仍需进一步优化，但其在肺静脉、支气管动脉等小血管结构的成像能力，以及在金属植入物或空气-组织界面附近的抗伪影特性，使其成为传统bSSFP序列的重要补充。未来的研究将继续探索UTE序列在不同磁场强度下的应用效果，以及如何结合先进的重建技术，以进一步提升其在所有心血管结构上的成像质量。