《Progress in Nuclear Magnetic Resonance Spectroscopy》：Cardiovascular magnetic resonance imaging: Principles and advanced techniques
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心血管磁共振成像（CMR）是非侵入性评估心血管疾病的重要工具，但存在多呼吸屏息、空间覆盖不全、规划复杂等问题。近二十年通过自动化规划、呼吸心脏运动抑制、 undersampled 重建加速、一 shots 多对比成像、深度学习优化及高低场强技术等创新，显著提升了CMR效率与诊断能力。本文系统综述CMR技术原理、临床应用及前沿进展，涵盖常规序列优化、自由呼吸成像、影像加速算法、深度学习整合及多场强适应性研究，为临床实践与未来发展方向提供全面参考。
作者：董月思（Dongyue Si）、西蒙·J·利特尔伍德（Simon J. Littlewood）、迈克尔·G·克拉布（Michael G. Crabb）、安德鲁·费尔（Andrew Phair）
所属机构：伦敦国王学院生物医学工程与成像科学学院（School of Biomedical Engineering and Imaging Sciences, King’s College London），英国伦敦
摘要
心血管磁共振（CMR）成像是一种成熟的非侵入性技术，用于评估全球主要死因的心血管疾病。CMR能够生成动态和静态的多对比度、多参数图像，包括用于功能评估的动态图像、用于组织表征的对比增强成像和参数映射，以及用于评估主动脉、冠状动脉和肺循环的磁共振血管造影（MR Angiography）。然而，临床CMR成像技术仍存在一些局限性，如需要多次屏息、空间覆盖不完全、规划与采集过程复杂、扫描效率低以及扫描时间较长。为了解决这些问题，在过去二十年里开发出了许多新技术，这些技术侧重于自动化规划和采集时序、改进的呼吸和心脏运动处理策略、采用欠采样重建的图像加速算法、能够一次扫描获取多种对比度/参数的“一站式”成像技术，以及基于深度学习的方法，并在高场强和低场强条件下进行成像。本文旨在全面综述CMR成像技术，涵盖现有和新兴技术，以展示其当前和未来的应用前景。
引言
心血管疾病（CVD）是全球主要的死亡原因，每年导致1790万人死亡，占全球死亡人数的32%[1]。早期诊断对于更好地管理CVD患者至关重要[2]。虽然心血管组织的组织学分析是检测疾病的金标准，但由于活检具有侵入性且可能存在采样误差，因此在临床实践中存在挑战[3]。医学成像技术为CVD的评估提供了非侵入性工具，包括超声心动图、计算机断层扫描、正电子发射断层扫描和心血管磁共振成像[4][5][6]。与其他成像方式相比，CMR具有无电离辐射、高分辨率、出色的软组织对比度以及能够获取多维度、多对比度和多参数图像等优点。在过去四十年中，CMR得到了快速发展，并已被广泛应用于临床，成为检测多种心血管疾病的工具，如非缺血性心肌疾病、先天性心脏病、冠状动脉疾病、心房颤动和心力衰竭等[6][7][8][9][10][11]。
CMR通过多种成像序列实现了全面的心脏检查。动态成像可以捕捉整个心跳过程中的心脏运动[4]；高分辨率的结构成像方法（如磁共振血管造影MRA）可用于观察心脏和血管解剖结构[12,13]。心肌组织表征也是CMR的重要应用之一，这得益于CMR所能提供的多种对比度[8]。磁共振信号的产生和不同图像对比度的形成基于多种磁共振松弛参数，包括纵向松弛时间常数（T1）、横向松弛时间常数（T2）和有效T2（T2*），后者受到局部磁场不均匀性的影响。T1和T2加权图像能够区分不同组织的对比度，有助于显示不同的解剖结构[14,15]。T2加权成像可以显示心肌和血管水肿以及血管情况，对炎症性心脏病的检测尤为重要[16]。注射造影剂（如钆）后进行的对比增强成像能够提高T1对比度，从而根据造影剂浓度的差异区分病变组织和健康组织[17][18][19]。目前，晚期钆增强（LGE）是检测心肌梗死和局部纤维化的金标准[11,18]，但该方法需要健康心肌作为参考才能识别瘢痕，因此仅适用于局部病变的检测。新兴的定量成像技术（如T1、T2和T2*映射）可以直接测量不同组织的相关参数，有助于检测弥漫性疾病[20][21][22][23][24]。例如，T1映射可用于评估局部和弥漫性纤维化、心肌炎、水肿和法布里病[6]；T2映射可用于检测水肿和结节病[25]；T2*映射可用于检测铁过载[6]；通过对比前后的T1图像估算的细胞外容积（ECV）有助于进一步分析心肌纤维化和浸润[26]。
然而，当前的临床CMR成像技术仍存在一些局限性：首先，传统CMR序列通常在屏息状态下进行，并通过心电图（ECG）触发以减少呼吸和心脏运动[27]，因此成像结果为二维，且由于屏息时间短导致空间分辨率受限；其次，每次扫描仅能获取一种对比度或参数[27]；不同对比度的图像需在不同成像平面和不同屏息位置依次获取，需要经验丰富的放射技师进行复杂规划。因此，全面评估心脏结构、功能和组织特征需要较长的扫描时间、专业的数据采集和分析人员以及患者的充分配合[28]。因此，临床上更倾向于使用能够实现完整三维覆盖、多对比度和多参数成像的“一站式”扫描技术，目前已有几种新方法正在研究中[29][30][31]。
在本综述中，我们全面介绍了临床常用的CMR成像技术及仍在研究中的新兴技术，包括临床CMR成像的基本原理、序列构建方法、运动处理技术、功能性成像、组织表征、参数映射和血管成像等方面的进展，以及高场强和低场强条件下的CMR应用。
脉冲序列构建
CMR成像脉冲序列主要由磁化准备和图像采集两部分组成，两者结合生成具有不同对比度的图像（图1）。图像采集通过生成和测量回波信号完成。由于在此过程中会发生组织松弛，所获得的图像会表现出不同的T1、T2和T2*加权效果。
自由呼吸/自由运动CMR
尽管临床CMR中广泛采用屏息结合心电图同步的方法来减少呼吸和心脏运动[27]，但这种方法存在扫描效率低的问题。屏息序列的扫描时间受限于屏息持续时间（约10–15秒）和心脏周期中的静止期（舒张中期约100–200毫秒[27]），此外两次屏息扫描之间通常需要约10–30秒的恢复时间。
结论
CMR是一种广泛应用于临床的心血管疾病评估工具，能够提供多对比度和多参数图像，包括用于功能评估的动态图像、用于组织表征的对比增强成像以及用于肺循环、主动脉和冠状动脉成像的磁共振血管造影。除了传统的临床CMR序列外，近年来还出现了许多新技术，旨在提升成像性能或提供新的研究见解。
作者贡献声明
董月思（Dongyue Si）：撰写初稿
西蒙·J·利特尔伍德（Simon J. Littlewood）：撰写及审稿
迈克尔·G·克拉布（Michael G. Crabb）：撰写及审稿
安德鲁·费尔（Andrew Phair）：撰写及审稿
克劳迪娅·普里托（Claudia Prieto）：撰写及审稿
雷内·M·博特纳（René M. Botnar）：撰写及审稿
利益冲突声明
作者声明不存在可能影响本文研究的已知财务利益或个人关系。
致谢
作者感谢以下机构的资助：
（1）英国心脏基金会（BHF）项目RG/20/1/34802和King's BHF卓越中心RE/18/2/34213
（2）工程与物理科学研究委员会（EPSRC）EP/V044087/1
（3）Wellcome EPSRC医学工程中心（NS/A000049/1）
（4）千禧年智能医疗工程研究所（Millennium Institute for Intelligent Healthcare Engineering）ICN2021_004、FONDECYT 1210637和FONDECYT 1210638
（5）IMPACT精准与先进细胞治疗干预医学中心（IMPACT, Center of Interventional Medicine for Precision and Advanced Cellular Therapy）FB210024
（6）英国卫生部（Department of Health）
