提高認識和加強心臟MR定量技術(shù)的 臨床應(yīng)用與研究

摘要

由于心臟的解剖復雜性和心律變異性，加之心臟運動以及呼吸運動的影響，心血管MR（CMR）成像是全身各器官影像成像中最具挑戰(zhàn)性的一項檢查。令人欣慰的是，近年來隨著MR硬件與軟件的發(fā)展，CMR掃描和后處理技術(shù)得到了長足進步。CMR從以前的心臟形態(tài)學、功能評估發(fā)展到了現(xiàn)在的定量技術(shù)、組織特異性評估、人工智能輔助下的檢查與診斷等；CMR已逐漸成為心臟病學中不可或缺的影像診斷工具，是心功能和心肌替代性纖維化評價的無創(chuàng)性“金標準”；特別是定量技術(shù)，使得原來不能解決或很難解決的臨床問題，如彌漫性心肌病變和輕微病理改變的檢測、早期心臟功能障礙的評估等成為可能。筆者重點介紹有關(guān)CMR常用的定量技術(shù)（心肌應(yīng)變和mapping定量技術(shù)）的臨床價值與研究成果。由于心臟解剖復雜性和心律變異性，加之心臟及呼吸運動的影響，心血管MR（cardiovascularMR，CMR）成像最具挑戰(zhàn)性。近年來，隨著硬件與軟件的發(fā)展，CMR掃描和后處理技術(shù)得到了長足進步。CMR從以解剖學和心室功能評價為主，發(fā)展到組織學表征技術(shù)檢測心肌水腫和纖維化，幫助臨床準確診斷與預后評估?，F(xiàn)在，CMR“一站式”檢查更是實現(xiàn)了對心臟解剖、功能、組織、灌注、血流等全面評價，成為心臟病學中不可或缺的診斷工具。特別是CMR定量技術(shù)，能夠早期評估心臟功能障礙和發(fā)現(xiàn)心肌“細微”病理改變，有助于臨床及時干預，遏制或延緩疾病進展。筆者重點介紹兩種常用的CMR定量技術(shù)——心肌應(yīng)變和mapping定量技術(shù)，探討其臨床價值與研究成果。一、MR心肌應(yīng)變技術(shù)CMR可對心臟進行任意方位成像，且圖像分辨率高、對比度好，是無創(chuàng)性評價心室功能的“金標準”。然而在疾病早期，射血分數(shù)（ejectionfraction，EF）常常保留，且EF無法評價局部心肌運動。CMR心肌應(yīng)變技術(shù)不僅能評價收縮及舒張期心肌3個維度（長軸、周向、徑向）的整體和局部功能，還可評價心內(nèi)膜及心外膜功能。其衍生的應(yīng)變、應(yīng)變率和扭轉(zhuǎn)等參數(shù)，比EF更敏感反映早期和局部心功能障礙。（一）MR心肌應(yīng)變技術(shù)的比較CMR應(yīng)變成像方法主要分為兩種：（1）需要采集特殊的脈沖序列，如心肌組織標記技術(shù)（myocardialtissuetagging，Tagging）、速度向量成像、受激回波位移編碼、應(yīng)變編碼等；（2）基于標準電影圖像的后處理分析，如心臟MR特征追蹤（cardiacMR?featuretracking，CMR?FT）及心臟形變應(yīng)力分析（deformableregistrationalgorithms，DRA）。目前常用的CMR心肌應(yīng)變技術(shù)為Tagging、CMR?FT及DRA。Tagging技術(shù)雖然是心肌應(yīng)變成像的“金標準”，可重復性好，但是需要特殊、復雜的掃描序列，且后處理繁瑣、耗時。另外，Tagging還會受空間分辨率和標記消退的影響，因此目前應(yīng)用受限。CMR?FT技術(shù)基于常規(guī)電影成像，無需額外序列掃描，較之Tagging技術(shù)更簡便。CMR?FT評價整體心肌應(yīng)變時重復性較好，但在評價局部應(yīng)變時重復性較差、變異性較高。DRA技術(shù)在評價心肌整體應(yīng)變時，較CMR?FT重復性更好、變異性更低。（二）心肌應(yīng)變技術(shù)的臨床價值1.評價EF保留的心室功能障礙：心臟功能的評價在患者預后評估中至關(guān)重要，較之EF，心肌應(yīng)變可更早反映心室功能障礙。臨床研究顯示，在左心室EF保留的急性心肌炎（acutemyocarditis，AM）和2型糖尿病患者中，CMR?FT可分別檢出雙心室和右心室心肌應(yīng)變受損。在EF保留的心力衰竭患者中，左心室整體長軸應(yīng)變（globallongitudinal

strain，GLS）出現(xiàn)損傷，且該參數(shù)可用于識別心血管事件高風險患者。2.評價局部心肌功能：多種心臟疾病均可表現(xiàn)為節(jié)段性運動異常，如急性心肌梗死（acute

myocardialinfarction，AMI）、AM和肥厚型心肌病（hypertrophiccardiomyopathy，HCM）等。Kidambi等應(yīng)用Tagging技術(shù)評價了AMI再灌注患者心肌可挽救區(qū)域的周向應(yīng)變，發(fā)現(xiàn)可挽救區(qū)心肌應(yīng)變的改善與心肌水腫消退密切相關(guān)，該研究提示心肌水腫體積較大者心肌功能恢復較慢。在HCM中，肥厚或心肌纖維化節(jié)段局部應(yīng)變參數(shù)值低于非肥厚或無纖維化節(jié)段，且應(yīng)變參數(shù)值與心肌肥厚和纖維化程度呈負相關(guān)。定量評價局部心臟運動有助于探究心肌功能學障礙與組織學特征之間的相關(guān)性，為疾病發(fā)生發(fā)展機制和臨床診療提供有用信息。3.評價左心房功能：左心房結(jié)構(gòu)和功能異常是疾病嚴重程度及預后評估的重要指標，左心房應(yīng)變分析是檢測心房功能重塑的敏感工具。心房顫動（atrialfibrillation，AF）是臨床常見的心律失常，HCM患者常合并AF，或與左心房負荷增加有關(guān)。在非梗阻性HCM患者中，左心房儲存和導管功能障礙可先于左心房增大出現(xiàn)，這有助于研究左心房形態(tài)正常時功能障礙與AF發(fā)生的相關(guān)性。高血壓患者左心房儲存和導管功能障礙亦可先于左心室肥厚出現(xiàn)。另外，左心房功能降低與AF風險增加相關(guān)，左心房應(yīng)變分析有助于識別AF術(shù)后復發(fā)的高風險患者。在ST段抬高型心肌梗死中，調(diào)整已知風險后，左心房儲存期和導管期應(yīng)變是患者主要心血管不良事件發(fā)生的獨立預測因子，且與傳統(tǒng)結(jié)局指標左心房大小和左心室GLS相比，左心房應(yīng)變具有增量預后價值。4.鑒別診斷：研究顯示，應(yīng)變參數(shù)在區(qū)分梗死心肌有無合并微血管障礙時，優(yōu)于室壁增厚。在左心室肥厚（leftventricularhypertrophy，LVH）疾病的鑒別診斷中，心尖段與基底段徑向應(yīng)變比和周向應(yīng)變比是區(qū)分心肌淀粉樣變性和HCM的可靠參數(shù)。在AM中，Li等研究發(fā)現(xiàn)，暴發(fā)性心肌炎整體縱向、徑向及周向應(yīng)變均低于非暴發(fā)性AM，且整體周向應(yīng)變與心肌水腫定量參數(shù)值呈明顯相關(guān)。5.預后分析：心肌應(yīng)變分析在評估心臟疾病預后方面有重要意義。多中心研究顯示，CMR?GLS參數(shù)是EF保留患者病死率的有力獨立預測因子，且對常見的臨床和影像學危險因子具有增量作用。另一項研究表明，在EF減低的患者中，GLS與缺血性和非缺血性擴張型心肌病的病死率密切相關(guān)，較EF和釓劑延遲增強（lategadolinium

ehancement，LGE）提供增量的預后信息。在心臟淀粉樣變（cardiacamyloidosis，CAL）中，整體周向應(yīng)變與透壁型LGE是患者全因病死率獨立預測因子。（三）心肌應(yīng)變技術(shù)的局限性CMR是心肌應(yīng)變測量的“金標準”，但仍存在一定的局限性。目前CMR應(yīng)變后處理軟件常用的有CVI和Medis等，不同后處理方法測值差異較大，尚待統(tǒng)一標準化。此外，需注意年齡和性別對心肌應(yīng)變參數(shù)值的影響。今后，我們可以應(yīng)用心肌應(yīng)變技術(shù)，開展更多心臟疾病亞臨床診斷、預后及療效評估等臨床研究。二、CMRmapping定量技術(shù)CMRmapping定量技術(shù)主要基于T1、T2和T2*弛豫時間以及對心肌細胞成分進行量化分析。細胞外容積分數(shù)（extracellularvolumefraction，ECV）及細胞外容積分數(shù)指數(shù)（indexedextracellular

volumefraction，iECV）是由T1mapping衍生的參數(shù)，計算公式為ECV=（1-血細胞比容）×（1/心肌強化后T1-1/心肌強化前T1）（/1/血池強化后T1-1/血池強化前T1），iECV=ECV×左心室舒張末期容積指數(shù)（LVEDVi），兩者可用于評價心肌細胞外間質(zhì)。近年來，T1ρ

mapping技術(shù)也被用于心肌病變的評價中。心肌細胞及間質(zhì)成分的改變與特定的疾病通路相關(guān)。細胞內(nèi)紊亂可見于鐵過載和糖鞘脂聚積（安德森?法布里病）；細胞外間質(zhì)紊亂常見于心肌纖維化和CAL；細胞內(nèi)并間質(zhì)紊亂可見于AM，即炎性水腫伴細胞內(nèi)和細胞外水增加。（一）T1

mapping技術(shù)不同成像方法的比較T1

mapping成像基于反轉(zhuǎn)或飽和脈沖序列激發(fā)，在縱向磁化矢量恢復過程中的不同時間采集信號，再經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)計算和后處理后得到心肌組織的增強前或增強后T1值?；诜崔D(zhuǎn)恢復準備的T1

mapping技術(shù)包括Look?Locker、改良Look?Locker反轉(zhuǎn)恢復（modifiedLook?Locker

inversionrecovery，MOLLI）和短MOLLI（shortenedMOLLI，ShMOLLI）。雖然MOLLI和ShMOLLI已被廣泛應(yīng)用，但其受T2依賴性、磁化傳遞、反轉(zhuǎn)效率及磁化矢量丟失等因素的影響，需后處理校正T1值?；陲柡突謴偷腡1

mapping技術(shù)主要包括飽和恢復單次采集和飽和脈沖準備的與心率無關(guān)的反轉(zhuǎn)恢復，雖然它們評估T1

準確性較MOLLI和ShMOLLI高，但臨床應(yīng)用較少。（二）T1

mapping定量技術(shù)和ECV（iECV）的臨床價值1.識別早期心肌組織學異常：心肌纖維化是多種心臟疾病的主要病理改變。多項臨床研究表明，T1

mapping及ECV識別間質(zhì)纖維化的靈敏度優(yōu)于LGE，可用于早期檢測亞臨床心肌病變。在HCM中，即使無局灶性LGE和血流動力學障礙，左心室心肌T1

和ECV值均可升高，且T1

值與壁厚呈正相關(guān)，這提示T1值可作為HCM早期心肌纖維化及纖維化嚴重程度的標志物。在無局灶性LGE和EF減低的特發(fā)性炎性肌?。╥diopathic

inflammatorymyopathies，IIM）中，左心室心肌初始T1

值和ECV彌漫性升高，T1

mapping或是篩查IIM亞臨床心臟損傷的有用工具。在主動脈瓣狹窄中，iECV值明顯升高且與心肌活檢檢測的彌漫性組織學纖維化呈良好的相關(guān)性（r=0.87，P<0.001）。2.敏感識別心肌水腫充血：T1

mapping對于急性和慢性心肌內(nèi)游離水含量的增加均非常敏感。2018年JACC專家組提出了心肌炎CMR診斷標準（路易斯湖標準，2009年）更新的共識建議，其中包括將T1

mapping技術(shù)作為CMR釓劑早期增強序列的替代標準。3.鑒別診斷：LVH是多種心臟疾病的主要表現(xiàn)，其病因診斷仍具有挑戰(zhàn)性。CMR初始T1值的增高程度有助于鑒別診斷LVH疾病。研究顯示，CAL患者左心室心肌初始T1值顯著高于HCM及高血壓心臟病患者，HCM初始T1值高于高血壓心臟病。法布里病是一種罕見的遺傳性溶酶體貯積癥，因α?半乳糖苷酶A活性部分或完全缺乏，進而導致細胞內(nèi)鞘糖脂過度蓄積。當心臟受累時，主要表現(xiàn)為LVH，需與其他LVH疾病鑒別。研究顯示，法布里病室間隔初始T1值低于健康志愿者，并可完全區(qū)分于T1值升高的其他LVH疾病，包括高血壓、HCM、重度主動脈狹窄和CAL，且T1值與壁厚呈負相關(guān)。值得注意的是，當左心室下外側(cè)壁出現(xiàn)纖維化時，T1值可出現(xiàn)偽正?；蛏?。4.危險分層及預后評估：在心肌炎中，ECV可用于可疑心肌炎患者的危險分層，且超越了LGE和EF。ECV≥35%或有助于識別LGE陰性但轉(zhuǎn)歸不良的心肌炎患者。在系統(tǒng)性硬化中，初始T1

mapping和ECV作為心肌纖維化的非侵入性標志物，亦可用于危險分層。在CAL中，初始T1

mapping和ECV均與轉(zhuǎn)甲狀腺素淀粉樣變性患者病死率相關(guān)，其中ECV可獨立預測預后。在ST段抬高型心肌梗死中，初始T1

mapping具有表征梗死核心特征和預后的潛力，在調(diào)整EF、梗死核心T2

和心肌出血等指標后，低信號梗死核心區(qū)初始T1值與患者出院后全因死亡或因心力衰竭首次住院的風險成反比。5.療效評估：心內(nèi)膜心肌活檢術(shù)是一項有創(chuàng)性檢查，不適用于疾病的隨訪評估。T1

mapping技術(shù)可無創(chuàng)、多次對心肌進行成像，在療效評估方面具有潛能。多參數(shù)CMR可有效監(jiān)測輕鏈淀粉樣變性治療后心肌炎癥、淀粉樣物質(zhì)浸潤程度及心臟功能的變化。血液學療效較好組與較差組相比，前者左心室ECV好轉(zhuǎn)更明顯。另一項研究表明，多參數(shù)CMR可及早發(fā)現(xiàn)IIM患者的心肌和骨骼肌受累情況，并有助于監(jiān)測有效治療后的動態(tài)變化。（三）T1ρmapping定量技術(shù)及臨床價值T1ρ是在旋轉(zhuǎn)坐標系下的自旋?晶格弛豫時間2D心肌T1ρmapping序列需要患者多次屏氣配合，且掃描范圍有限。最新的3D

T1ρmapping序列通過膈肌導航的呼吸門控技術(shù)，實現(xiàn)了自由呼吸狀態(tài)下的掃描。T1ρmapping已被證實用于檢測心肌纖維化的可行性，但該技術(shù)在臨床尚未被廣泛應(yīng)用。將來，T1ρmapping序列的改進能提高病變診斷的靈敏度和特異度，或可成為LGE成像的替代方法，并提供有關(guān)心肌組織特征的其他定量信息。（四）T2

mapping定量技術(shù)及臨床價值T2為橫向磁化矢量按指數(shù)曲線衰減到37%所用的時間，通過取得該衰減曲線上至少兩個點的數(shù)據(jù)來計算獲得組織的T2

值，此過程被稱為T2

mapping成像。T2值升高主要與心肌水腫或炎

癥相關(guān)，如AMI、AM、結(jié)節(jié)病及心臟移植免疫排斥反應(yīng)等。T2

mapping序列以T2WI為基礎(chǔ)，但其對水腫的檢測更靈敏，尤其當心肌和骨骼肌同時出現(xiàn)損傷時。2018版心肌炎CMR診斷共識已將局部或整體T2值升高新增作為心肌水腫的診斷標準之一。此外，有研究建議將T2

mapping作為CAL患者化療1年后隨訪的監(jiān)測參數(shù)。（五）T2*

mapping定量技術(shù)及臨床價值T2反映了質(zhì)子與質(zhì)子之間相互作用導致的信號衰減，T2*除了反映質(zhì)子相互作用外，還受磁場不均勻的影響。磁場不均勻包括主磁場的不均勻和組織磁化率的差異。常規(guī)T2*

mapping采用多回波的梯度回波序列，應(yīng)在1.5T場強下進行成像。T2*

mapping主要用于