心肌运动编码SENC定量成像

pppsss 2022-04-22

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心肌运动标记成像（Tagging）是利用1D条纹或2D网格标记心肌，进行心肌运动电影成像，分析心肌运动幅度；在心肌运动的过程中，网格标记会随着心肌运动发生变形、移位。当心肌发生病变时，心肌往往表现为运动减弱、运动不能甚至反向运动，此时，心肌上标记的网格将随之表现为网格形变减弱、网格不消失等现象。在心肌图像上进行网格标记的脉冲，一般是使用SPAMM (Spatial Modulation of Magnetization)技术（图1）。

图1，心肌运动标记图像。左图为网格状心肌标记，右图为条带状心肌标记。这些网格将随着心肌运动，发生形变，随着时间延长而逐渐减弱、消失。

但这种Tagging成像方法，只能判断成像平面内心肌运动的幅度和方向、转角，而实际上整个心脏的运动同时在心脏长轴方向上有伸缩、旋转运动。除非这种网格标记技术能实现心肌三维电影成像，在心肌运动的周期内，心肌运动的方向、幅度在三维的各个方向上，都有唯的一网格标记作为运动的参照。但临床实践中，这种技术在目前仍无法实现。另外一种心肌运动标记成像技术，SENC成像，在心肌运动的定量分析中，尤其是用于心肌纵向收缩、舒张运动的分析，开始进入临床应用。

SENC技术原理

心肌运动张力编码SENC（Strain Encoded）技术与SPAMM技术类似，不同之处在于SPAMM是在图像的相位编码或频率编码方向实现网格标记，而SENC是在层面选择方向进行运动标记，这种标记起到的作用，实际上是对成像层面的共振频率进行调制。当心肌在重直于层面方向进行收缩和舒张运动时，由于当前成像层面经过SENC标记脉冲的频率调制，在舒张和收缩时，成像层面内的心肌共振频率会发生或高或低的变化。针对这种心肌运动过程中成像层面共振频率随运动而发生的变化，在图像采集时，使用额外的选层梯度进行高频（High Tuning）和低频（Low Tuning）调制，采集两幅或多幅图像，经过这种额外的层面梯度进行频率调制后所采集的图像信号强度，与心肌运动的位置有关，因此通过对SENC图像信号强度的变化实现对心肌运动的定量分析。

SENC脉冲采用了与SPAMM类似的标记方法，唯一不同的是这种标记脉冲是在成像层面方向施加的，见图2。

图2，SENC层面选择标记脉冲原理。SENC脉冲也由一对正反90度射频脉冲组成，两个射频脉冲之间有一个调制梯度，这个梯度脉冲不同于SPAMM，并非施加在相位编码或频率编码方向上，而是施加在层面方向。图a，第1个非选择性正向90度射频脉冲将成像层面的纵向弛豫翻至横向层面My，经过调制梯度的作用，在成像层面内形成一系列的等距频率带（或认为是具有不同相位过渡变化的横向磁化矢量），第2个负向90度射频脉冲My轴上的磁化矢量翻转回纵向，这样，就在层面方向上（也包括层面内），形成具有高低频率不同的标记带，然后在SENC标记脉冲之后施加扰相梯度，消除残留横向磁化矢量的影响。图b，一维SENC脉冲，第1个射频脉冲使用的是选择90度射频脉冲，作用在相位编码方向上，实现对相位编码FOV大小的选择。图c，二维SENC脉冲，两个射频脉冲均使用选择性射频脉冲，分别作用在相位编码和频率编码方向上，实现对成像FOV大小的选择。上面三种SENC脉冲均能实现在层面方向上（包括层面内）的高、低频率编码标记。

SENC脉冲对成像层面内的高、低频率标记，以及成像层面内的某种心肌运动状态，对应的或高或低共振频率变化，见图3。

图3，成像层面内共振频率随心肌运动状态的变化。图a为静止状态心肌，在SENC标记脉冲的作用下，成像层面内被标记为高频、低频交叉的频率带，右侧图示是对应的静止状态成像层面的频率带；图b为收缩状态心肌，由于成像层面内包含更多的高低频成份，因此在右侧频率带发生更多的频率偏移；图以在舒张状态心肌，成像层面的高低频部分减少，右侧频率带的频率偏移减少。

SENC脉冲序列

根据图3，在心肌运动中的静止、收缩、舒张不同状态之间，成像层面表现为高低不同的频率变化，因此在SENC层面内标记之后进行图像采集时，使用对应的高低不同的频率调制梯度（LT和HT）进行层面图像采集，见图4。

图4，快速SENC脉冲序列。在序列的起始部分，使用SENC标记脉冲，对成像平面进行频率标记；然后利用快速采集序列进行成像，此处使用的是单次激发SPIRAL采集方法。采集序列先是施加射频激励和层面选择梯度SS，然后使用层面频率调制梯度，针对心肌舒张和收缩的不同状态，分别使用低频调制梯度LT和高频调制梯度HT，再进行SPIRAL图像信号采集（HP）。因为SPIRAL采集速度很快，所以在1个RR间期内可以实现低频LT和高频LT的多期采集。

SENC成像序列在SENC脉冲标记心肌成像层面后，采集图像的过程中，需要使用频率调制梯度采集处于不同运动状态下的心肌信号，因为在SENC脉冲标记下，不同运动状态的心肌，具有不同的共振频率。图5展示了当使用不同强度的频率调制梯度后，一个心动周期中，所采集到的处于不同运动状态的心肌图像。

图5，快速SENC序列成像层面的频率调制与图像采集。对于特定的心肌成像层面，当使用从低到高的频率调制梯度时，从一系列16幅采集的图像中可以看到，在当前的心肌收缩状态下，心肌信号由低到高，再从高到低变化，在某一特定频率调制梯度作用下，背景组织信号比较高，在某一特定频率调制梯度作用下，背景信号比较低而心肌信号比较高。因此，在实际的SENC成像序列中，只需使用这两个特定的频率调制梯度进行图像采集，即能实现心肌运动张力的分析。

SENC标记SPIRAL图像采集，获得1个心动周期多期的高频调制（High Tuning，HT）和低频调制（Low Tuning，LT）的两种图像，见图6。一种图像是低频调制图像，其中包含着静态组织信号，一种图像是高频调制图像，包含着运动状态的心肌图像，如果两者结合，则形成了背景组织与心肌形态合并在一起的解剖结构图像。

图6，快速SENC序列采集的图像。图a和图b分别为低频和高频调制采集的图像，图c为图a和图b相加得到的解剖结构图像，图d为多期采集的图像，勾画心肌组织进行心肌运动张力分析。

SENC序列采集的LT和HT图像，需要使用后处理软件进行心肌运动张力分析，我们以Myocardial Solutions提供的MyoStrain软件为例，展示SENC图像后处理的结果，见图7。

图7，左图显示短轴位心肌在纵向的运动张力后处理图像；右图显示长轴位心肌在扭转方向的运动张力后处理图像。箭头所指的位置提示心肌运动张力减弱。

SENC成像参数

快速SENC序列成像中，扫描层厚、标记脉冲的频率、层面频率的带宽、被标记的厚度、频率调制梯度的大小，这些因素都对运动编码标记成像有影响。一般来说，成像层面厚度越小，对运动检测的能力越敏感，或是说，当层厚越大，检测心肌运动的敏感性相应下降，但层厚越薄，图像信噪比越低；如果心肌运动幅度大，则高低频率调制梯度越大。大部分的心脏病变，心肌运动幅度相应的减弱，因此，在临床实践中，可以考虑增加层厚，改善图像SNR。

SENC临床应用

快速SENC标记SPIRAL采集序列的扫描速度非常快，在1个RR间期内就可以采集20个以上的心动期相，因此可实现自由呼吸状态下的采集。在SENC采集中，为了全面了解整个心脏的心肌运动状态，一般建议四腔心层面，短轴位个层面，尤其是有心肌病变的区域，再扫描心脏的左室长轴位，以及心脏的三腔心层面，这种扫描方法，基本可实现整个心脏的收缩舒张、心脏扭转运动的张力评估。

另外，在SENC图像中，可以发现心腔内的血液呈低信号，类似于黑血效果，其实，在SENC标记期间只有成像层面内的血液被标记，在实际的信号采集时，被标记的血液已离开成像层面，因此心腔表现为低信号。

SENC技术发展历史

SENC技术在研究中的发展历程见下表：