通过心血管磁共振成像定量小鼠左心室功能、心肌应变及血流动力学力

本CMRI方案可实现对小鼠心脏功能参数的无创体内定量分析，包括射血分数、E/A比值、整体纵向应变及血流动力学力。所有心脏功能参数均可通过一次心脏MRI检查获得，无需复杂的标记技术或密集扫描即可量化心肌收缩力或血流动力学力。有证据表明，整体纵向应变和血流动力学力是心力衰竭的早期诊断标志物。

首先，将小鼠仰卧放置于小鼠托架上。将小鼠的门齿钩在托架的咬合杆上，并调整鼻罩使其合适贴合。目视检查呼吸是否稳定，呼吸频率应低于每分钟100次。

使用凡士林将直肠温度探头插入，并用胶带将温度探头的光纤电缆固定在小鼠固定架上。将呼吸监测气囊置于小鼠下腹部，并用胶带固定。在前肢高度的胸部皮下插入两根心电图电极针，并轻轻用胶带固定，以防止移动。

将射频（RF）线圈放置在小鼠上方，并连接线圈电缆。然后，将支架放入磁体孔内。最后，检查心电图信号是否仍然稳定。

在心电图和呼吸信号监测软件中调整心电图和呼吸门控参数，使触发点在R波峰值处生成，且仅在呼吸信号平坦段期间信号变为绿色。为尽量减少心电图门控误差，设置的空白期应比R-R间期短10至15毫秒，并在整个扫描过程中持续更新该参数。根据初始定位像，使用五个层面在三个正交方向上执行门控单帧梯度回波定位扫描。

为此，将切片堆叠放置于心脏的大致位置。进行一次门控单次多层面短轴定位扫描。为此，利用先前的梯度回波定位图像，在左心室中部位置设置4到5个切片，切片方向垂直于心脏长轴，以初步确定短轴视图。

然后，在矢状面视图中，检查层面是否垂直于长轴。对于后续扫描，调整心脏时相帧数或终末帧数，使终末帧数与重复时间的乘积约为R-R间期的60%至70%。执行门控单层梯度回波扫描，以获取长轴二腔定位像。

为此，使用短轴和初始梯度回波定位扫描来定位一个垂直于短轴视图的层面，该层面应平行于左右心室之间的连接点。将此层面移至左心室中部，并在梯度回波定位扫描的冠状面图像中检查该层面是否与左心室长轴对齐，确保其穿过心尖。或者，可进行另一次门控单层梯度回波扫描，以生成四腔室定位图像。

为此，将切面垂直于双心腔定位扫描图像放置，并与长轴中心对齐，使切面穿过二尖瓣和心尖。在短轴视图中，调整切面位置，使其与后侧和前侧心室壁平行，并位于两个乳头肌之间。检查在整个心动周期中，切面是否始终保持在心室的中心位置。

为测量收缩功能，需进行门控顺序多层面短轴梯度回波扫描。具体操作为：在心脏中心处的两腔心和四腔心视图中，将一个心室中段层面垂直于左心室长轴定位，并增加层面数量以覆盖从心底部到心尖的整个心脏。对于后续的回顾性门控扫描，应关闭所有前瞻性心电门控和呼吸门控功能。

在每次回顾性门控扫描前后记录心率和呼吸频率，并在后续用于重建目的。依次进行三次短轴位单层回顾性门控梯度回波扫描，以量化E'A'比值；并获取用于量化心肌应变和血流动力学力值所必需的两腔心和四腔心视图。如果两腔心和四腔心定位像的方位不理想，在进行两腔心和四腔心扫描前应调整其扫描方位。

最后，进行回顾性门控的单层梯度回波扫描，获取三腔心视图。为此，将层面定位在垂直于心室中段短轴视图的位置，并将层面旋转45度，使其从前壁穿过至最靠近后壁的乳头肌。检查基底段短轴层面，确认该层面是否同时穿过二尖瓣和主动脉瓣。

检查长轴四腔心切面，以确定切面是否通过心尖。打开重建软件的回顾性门控功能，加载与回顾性门控 MRI 扫描相对应的原始数据文件。检查原始导航信号，并注意较高信号峰代表呼吸频率，较低信号峰代表心率。

此外，检查自动检测到的心率是否与每次扫描期间观察值的10%相符。若不符合，则需手动调整这些值，因为自动检测已失败。按下“滤波”以执行导航器分析，该分析将心脏导航器与呼吸导航器分离开来。

将CINE帧数设置为32，按下排序k空间。选择合适的压缩感知正则化参数，然后按下重建。重建完成后，预览CINE动态图像以评估重建效果。

使用 Export DCM 导出 DICOM 图像以进行进一步分析。对于左心室的容积评估，选择多层面短轴扫描图像，并将其加载到插件中以进行容积测量。使用轮廓工具在收缩末期和舒张末期图像上分割心内膜边界。

进行舒张期测量时，选择心室中部短轴位电影（CINE）图像，并将其加载到容积测量插件中。使用轮廓工具对所有帧的心内膜边界进行分割。比较相邻帧的分割结果以及生成的容积-时间曲线，以确保在整个心动周期中分割结果过渡平滑。

注意观察明显的E峰和A峰充盈期。导出左心室心内膜容积及其对应的时间戳，并将数值载入补充材料中提供的自定义脚本，以计算E'A'比值。进行应变和血流动力学力计算时，选择两腔、三腔和四腔长轴CINE图像，并将其载入插件进行容积测量。

使用轮廓工具对所有三个方向的每一帧图像进行心内膜边界的分割。比较相邻帧的分割结果，以确保在整个心动周期中分割的过渡平滑。在插件中完成用于容积测量的轮廓绘制后，运行该插件以进行应变和血流动力学力分析。

将获取的每个数据集分配至对应的两腔心、三腔心和四腔心切面标签，并执行应变分析。对于血流动力学力分析，在所有三个方向的舒张末期图像上绘制二尖瓣的直径，并在三腔长轴图像上绘制主动脉的直径。图中展示了使用自主开发的后处理软件对回顾性门控扫描进行高帧率重建的代表性结果。

根据所得图像，确定了心动周期中的容积-时间曲线，以及相应的用于计算收缩期和舒张期功能参数的一阶导数曲线。采用图像分析软件对两腔、三腔和四腔视图的电影（CINE）图像进行分析，以确定心动周期中心内膜整体纵向应变（GLS）的变化及相应的GLS数值，作为心肌应变的评估指标。对于每只动物，还可生成血流动力学力-时间曲线图，该曲线呈现出一致的正负峰模式，代表心动周期中血流动力学力的大小和方向。

对所有结局参数的描述性结果进行了总结。心电图和呼吸信号监测软件必须能够持续稳定地检测到R波峰值，这一点至关重要。否则，触发效果将不理想，可能导致扫描时间延长并降低图像质量。

为了获得图像中最佳的心脏成像质量，重要的是在总成像时间、心脏帧数以及重建过程中的正则化程度之间找到最佳平衡。