价值挖掘 心脏磁共振成像之空间定位成像

     在心脏磁共振成像中，获得稳定可靠的心电信号之后，就进行到心脏成像的具体环节。相较于其他部位的成像，心脏因其解剖结构、空间位置及病变类型的特殊性，需要对心脏扫描进行复杂而又全面的空间定位。空间定位是心脏磁共振成像的第一步，也是困扰很多医技人员进行心脏磁共振成像的重要一步。本文将详细介绍心脏磁共振定位成像的序列类型、具体步骤和操作流程。

一、心脏空间定位的目的及意义

     不同于其他部位的成像，心脏磁共振检查的空间定位成像显得复杂而繁琐，并且往往要求在进行功能检查之前完成各种方位空间定位像的成像，其主要原因是：（1）心脏的长短轴位与人体体轴间无平行或垂直的关系，无一种切面在标准的横、冠、矢三种体轴方位上能够显示心脏心室长短轴的全部结构，另外不同个体间心脏的心轴偏转角度，心尖位置，瓣膜高度都不尽相同，很难通过单次定位实现空间位置的准确定位；（2）心脏磁共振成像因病变诊断需求的不同，需要进行不同的功能成像，例如心肌形态的显示、心脏功能的显示及测量及心肌纤维化的显示等等，这些功能成像往往需要较长的成像时间，如果在进行相关功能成像时直接空间定位容易出现卷褶伪影等，将导致相关功能成像重复进行甚至失败，为了避免上述可能出现的问题，使用成像时间更短的定位像扫描先行获得相应方位的定位像，并去除干扰因素就可以在后续的功能成像中有效提升成像的效率；（3）通过心脏磁共振定位成像获得标准的心脏显示方位并指导功能成像，有利于后续的图像处理及病变诊断。

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二、空间定位成像的序列及特点

      心脏的空间定位并不是按照人体的标准方位进行的，而是按照心脏本身组织结构的长轴及短轴进行定位，所以心脏磁共振成像空间定位的原则是按照心脏的结构特点逐步推进，直至获得所需的定位像。为了缩短心脏定位像的扫描时间，要求空间定位像在满足空间定位要求的前提下不过分要求图像的质量，成像的序列往往选择快速成像序列如TrueFISP, Trubo FLASH等，其中True FISP是目前心脏定位像中最常使用的快速序列。另外，也可以使用3D成像序列获得全心的三维容积数据，然后再进行各种方位的重建获得定位像，相关的成像序列有SPACE，FLASH-t2Prep等。下面简要介绍一下这些序列的特点及其注意事项。

1、真稳态自由进动梯度回波序列TrueFISP

      该序列在进行心脏空间定位成像中具有成像速度快，图像信噪比高以及良好的心肌血池对比，但是对局部磁场不均匀非常敏感，易出现磁化率或偏共振伪影。通过优化成像序列的参数，True FISP序列结合心电触发能够在一个心动周期的采样窗内获得一个层面的定位像。使用该序列获得的心脏定位像中，血池显示为高信号，心肌显示为低信号。随着磁共振软硬件的发展，优化了成像区域的磁场均匀性，True FISP序列可以获得非常稳定且对比良好的定位像，并逐步被临床广泛认可和接受。

      使用TrueFISP序列进行心脏定位像成像时，相关的使用技巧如下：（1） 尽量缩短序列的回波间隔ESP（Echo Spacing），减少图像的偏共振伪影；（2） 合理设置翻转角增加血池与心肌的对比，Flip angle 推荐1.5T上翻转角60°，3.0T设置为45°；（3） 优化成像区域的磁场匀场，减少磁敏感伪影；（4）呼气后屏住呼吸，并在心脏运动相对静止的时期进行成像以提升不同成像之间心脏空间位置的重复性。

2、磁化准备梯度回波序列Turbo FLASH

      磁化准备梯度回波序列Turbo FLASH结合心电触发信号，在黑血磁化准备脉冲的作用下使用小角度激发并连续读出回波，能够在非常快的时间内获得一个层面的定位像。Turbo FLASH序列获得的心脏定位像中，心肌显示为中等信号，血池显示为低信号。Turbo FLASH序列需要施加黑血准备脉冲，并且组织的对比易受到受检者血流动力学的影响。随着TrueFisp序列图像质量的改善和优化，Turbo FLASH序列在临床应用中逐渐减少。

      使用Turbo FLASH序列进行心脏定位成像时，需要注意：（1）3T及以上场强的磁共振设备中，True FISP序列的磁化率伪影较为严重，使用Turbo Flash序列可以获得伪影更少的心脏定位像；（2）该序列获得图像的血池信号对比取决于血流的方向和快慢；（3）黑血准备需要一定的时间，该序列的成像分辨率较低；（4）呼气后屏住呼吸，并在心脏运动相对静止的时期进行成像以提升不同成像之间心脏空间位置的重复性。

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3、可变翻转角三维快速自旋回波序列SPACE

      在不使用心电触发的情况下，结合流动补偿以及非层块选择激发成像的方式，使用呼吸门控在呼气末期采集获得受检者胸部的容积数据。类似于TrueFisp序列，优化后的SPACE序列获得的图像具有良好的心肌血池对比，心肌显示为低信号，血池显示为高信号。由于没有使用心电触发，心肌及血池的形态稍显模糊，信号稍显混杂，但是整体的组织结构和边界是清晰的。SPACE序列获得的是三维容积数据，能够在一次成像后进行各方位图像重建获得不同方位的心脏定位像，如下图所示为一个胸部的SPACE序列获得的图像。

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三、空间定位的方法及其流程

     能够用于进行心脏定位成像的序列有很多，上面只介绍了常用的几种。另外，进行心脏定位成像的方法也有很多，不同的医技人员有各自不同的定位及阅片习惯，甚至同一个医技人员也会根据不同受检者的需求按照不同的方式进行空间定位，但是无论如何，这些空间定位的方法都是为了更好地显示心脏及大血管的组织结构及其关系。下面我们介绍几种常见的心脏定位的方法和具体流程。

1、逐步定位法

     逐步定位 法就是在进行心脏定位像成像的过程中，按照心脏解剖结构的特点及临床需求，逐步获得所需的定位像。定位成像要求在相同的屏气条件和心动相位（舒张末期）上进行成像，以减少空间位置的不一致，并且定位像采集的时刻需要与后续解剖及功能成像的采集时刻一致。

（1）胸部标准三平面定位像，完成受检者的心电准备及摆位操作之后，先行获得一组胸部标准的三平面定位像，用该三平面定位像定位心脏所在的位置，并计划假两腔心的空间定位及放置局部匀场块（绿色框所示）以获得更好的局部磁场均匀性。

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（2）假两腔心定位像，在标准的胸部三平面定位像的轴位图像上进行空间定位，定位线平行于室间隔，并通过心尖、二尖瓣附着点连线的中点，如下图所示，将左心室一分为二。

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（3）假四腔心定位像，使用假两腔心的图像进行空间定位，定位线穿过心尖、二尖瓣附着点连线的中点，如下图所示，假四腔心显示左右心房和左右心室，并可能显示主动脉。利用假两腔心进行四腔心的定位可能不能准确显示四腔心的结构，需要在后续的定位步骤中通过两腔心及短轴位的联合定位实现四腔心的定位。

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（4）心脏短轴位定位像，使用假两腔心和假四腔心进行空间定位，定位线垂直于假两腔心的心室长轴，并垂直于假四腔心的室间隔，扫描范围覆盖整个心室，扫描层厚建议为8mm，层间距为2mm，层数为9-11层。

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（5）真两腔心定位像，使用之前扫描获得的短轴位和假四腔心进行空间定位。定位线平行于假四腔心的室间隔并通过心尖、二尖瓣附着点连线的中点，也与短轴位的室间隔平行并避开主动脉。

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（6）真四腔心定位像，使用之前扫描获得的短轴位和真两腔心进行空间定位。定位线在真两腔心中穿过心尖、二尖瓣附着点连线的中点，并类垂直于短轴位的室间隔，横穿右室最大横径，并在短轴位心底层面避开主动脉，如下图所示。

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（7）三腔心定位像，使用之前扫描获得的短轴位和真四腔心进行空间定位。在短轴位的心底层面使定位线穿过主动脉和左室形成的“葫芦”，并平行于真四腔心图像中的室间隔，通过心尖、二尖瓣附着点连线的中点。通过双斜方向的定位可以获得包含左房、左室和主动脉的三腔心。

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（8）左室流出道定位像，使用上一步扫描获得的三腔心进行空间定位。定位线平行于主动脉并通过主动脉中心，成像层面垂直于三腔心扫描层面，获得的左室流出道图像主要包含左室和主动脉。

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（9）主动脉瓣定位像，在前两步扫描获得的三腔心和左室流出道图像中进行双斜定位。定位线分别垂直于三腔心图像中的主动脉和左室流出道图像的中的主动脉。由于主动脉瓣会随着心室运动出现开合状态，其空间位置会发生变化，所以主动脉瓣的扫描一般要求扫描3层左右。除了主动脉瓣之外，其他瓣膜的扫描也参照主动脉瓣的方式，在两个不同方位的图像上进行空间定位。

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（10）右室三腔心定位像，使用之前扫描获得的短轴位和真四腔心进行空间定位。定位线平行于真四腔心图像中的室间隔，通过心尖、三尖瓣附着点连线的中点，类平行于短轴位图像中的室间隔，并穿过肺动脉开口。获得的右室三腔心分别显示右心房、右心室和肺动脉。

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（11）右室流出道定位像，使用之前扫描获得的右室三腔心图像和胸部标准轴位图像进行空间定位。定位线穿过右室三腔心图像中的肺动脉，并在胸部标准轴位图像中进行类似正中矢状位的方位定位，调整角度显示肺动脉。获得的右室流出道图像主要包含右心室和肺动脉。

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     上述只简单介绍了一下心脏逐步定位法在心脏不同方位定位像中的应用，操作者可以根据临床的实际需求进行更多方位的计划，通过一步一步的方式，获得相应方位的最优显示。逐步定位法的特点就是按照心血管的解剖形态特点在成像过程中利用之前扫描获得的图像进行定位，并逐步推进获得各个方位的定位像，优点是定位的逻辑清晰，并且在成像过程中根据需要逐步获得对应的定位像，但是对医技人员的操作水平及对心血管解剖具有较高的要求。

2、容积数据三维后处理定位法

      逐步定位法是按照心脏扫描的流程，在之前获得图像的基础上，对其他的方位进行定位，扫描及检查的流程清晰。但是，在这个过程中要求操作者对心脏大血管的解剖结构及其关系非常清楚，同时也要求受检者重复多次屏气以完成对应的扫描，整体较为耗时耗力，也对操作者的要求较高。随着成像速度的提升以及三维后处理方法的普及，先行扫描获得一组容积数据，然后将容积数据进行三维多方位重组，重建出不同方位的心脏定位像并保存作为后续心脏解剖及功能成像的定位像。目前获得容积数据的方法大致有两种：

（1）使用真稳态自由进动序列True FISP序列在心电触发下配合呼气末屏气，进行连续扫描获得一组完全包括整个心脏的二维容积数据。在受检者屏气能力范围内和保证图像信噪比的同时，扫描的层数尽量多，层厚及层间距尽量小。然后将获得的二维容积数据装载到三维后处理界面进行各种不同方位的心脏定位像的重建，并利用保存后的各方位图像进行后续心脏的解剖及功能成像，如下图所示，使用True FISP序列扫描获得的二维容积图像装载到三维后处理界面中进行短轴位、两腔心及四腔心的重建。

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（2）使用三维成像序列SPACE扫描获得胸部的容积数据。扫描过程中，不使用心电触发，仅使用呼吸门控在受检者的呼气末期成像。该成像的特点就是扫描时间相对较长，心脏的形态结构由于没有使用心电门控触发稍显模糊，但是优点是成像的层厚较薄，图像的信噪比较高，能够更好的显示组织结构之间的关系。使用同样的重建方法也可以重建出各种不同方位的心脏定位像，如下图所示。

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     容积数据三维后处理定位法的优点就是通过一次容积数据的采集，通过后处理的方式获得各种不同方位的心脏定位像，减少了受检者重复屏气完成不同方位定位像的次数，也降低了操作者对心脏解剖形态空间想象能力的要求。该方法操作简便也易于理解，有望在临床应用中逐步推广起来，其也是后续人工智能心脏定位的基础，即通过人工智能的方法在容积数据中获得心脏对应的解剖定位标志点，最后实现不同方位的空间定位。

3、人工智能定位法--智多星引擎Cardiac Dot Engine

     随着计算机技术的提升，通过计算机识别组织解剖的空间定位，然后以此进行计算机智能的定位成像，具有空间定位准确性及重复性高的优点，也具有不依赖受检者体位及摆位的特点，减少成像对医技人员操作水平的依赖，提升成像的质量。

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     西门子医疗率先在业内推出了基于人工智能的心脏定位及工作流设计，能够在基本不依赖操作者的情况下完成心脏磁共振检查。其进行心脏空间定位的原理是先行采集获得一组心脏的二维容积数据，然后通过人工智能的方法识别出心脏的左心室、右心室、心尖、主动脉根部及左心房，然后通过对应的解剖结果计算不同方位的定位像。这个过程基本上不需要医技人员手动干预，系统能够准确计算各个方位的定位像。

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      人工智能定位法能够快速并且智能地获得心脏各个方位的定位像，基本不需要设备操作者从中干预，消除了设备操作者对心脏解剖结构不熟悉可能出现的定位错误或者扫描效率低下的问题，大大增加了心脏检查的成功率和缩短心脏检查的时间，让复杂的心脏检查也成为临床常规。

四、心脏定位成像的其他注意事项

      心脏定位成像对设备的操作者及受检者的要求较为初级。要求受检者在保持致动配合的情况下按照呼吸指令完成检查即可，而对操作者则要求对心血管的解剖结构关系较为熟悉。除上述内容之外，在进行心脏定位成像时，还需要额外注意以下事项：

      1、一般情况下不修改设备默认的序列参数，因为心脏定位成像的目的是为了在最短的时间内获得心脏各方位的定位像，所以对图像的分辨率要求较低，成像的时间要求较高，大都使用单次激发序列进行成像，成像参数修改的要求较低。但是如果在定位成像过程中图像伪影时，需要根据图像伪影的类型找寻对应的解决方案予以减轻或消除，不影响心脏显示的卷褶伪影除外。

     2、如果采用逐步定位法进行心脏定位成像扫描时，需在每次扫描之前手动刷新受检者的心电信号以使用对应时刻的心电进行触发扫描。而使用人工智能定位法时，系统将自动更新并抓取成像时刻的受检者心电信号。

      3、在整个心脏定位成像过程中，建议受检者在呼气末屏气以保证不同方位心脏定位像以及后续不同心脏解剖及功能成像处于近似相同的空间位置，减少成像过程中的位置不匹配。

     4、心脏定位需要使用心电触发，一般要求触发的时刻在舒张末期左右，因为心脏的解剖形态会随着心动周期的变化而变化，所以要求定位像的触发时刻尽量落在相同的触发间期。当出现心率不齐严重影响心脏解剖结构显示时，建议重新扫描。

五、总结

     心脏空间定位成像是心脏磁共振成像进入扫描流程的第一步，也是至关重要的一步。由于心脏空间位置及解剖结构的特殊性，使得心脏空间定位变得复杂，这也阻碍了心脏磁共振成像相关临床应用的落地。随着容积数据三维后处理定位法的应用，心脏磁共振操作者能够在脱机状态下通过长期的演练，熟练掌握心脏空间定位的方法，提升空间定位的准确性和效率。人工智能心脏空间定位的方法更是摆脱了对操作者相关能力的依赖，依靠人工智能的相关技术即可轻松完成心脏的磁共振扫描，为心脏磁共振成像在临床中广泛应用提供了技术支持。心脏空间定位完成之后，不同的临床需求需要通过不同的解剖及功能成像来实现病变的诊断。下一节，我们将介绍心脏解剖形态成像的相关内容。

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