CMR及MRS技術在冠心病中的應用研究進展

馬 敏綜述 ，賀 勇 審校

(1.四川省成都市第六人民醫院心血管內科 610051；2.四川大學華西醫院心血管內科，成都 610041)

心臟磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)作為多參數、多平面、多序列，可重復、較高的軟組織對比成像，無電離輻射等優點的檢查技術，通過“一站式”掃描，可以獲得心臟解剖結構、心臟功能、灌注、組織特性等數據，已經成為了心血管疾病診斷、鑒別診斷、危險分層、預后判斷的無創性檢查手段[1]。磁共振波譜(magnetic resonance spectroscopy,MRS)則是利用核磁共振現象和化學位移作用對一系列特定原子核及其化合物進行分析的方法，能無創的研究在體或離體生物體內的化學組分信息,是檢測活體組織器官生理或病理過程中化學變化的一種無創技術，是生物代謝研究的重要工具[2-3]。目前可供MRS研究的原子核有：1H、31P、13C、23Na、19F、29K等，其中以1H和31P最為常用，是無創且可連續地、動態地監測細胞能量代謝的技術。二者多技術、多參數、多序列的聯合應用無疑縮短了臨床患者的檢測時間，提供了更多、更優的影像學資料，對于臨床醫學決策的制訂及協助診斷、鑒別診斷、預后判斷等均具有非常重要的作用。本文就CMR及MRS有關影像學檢查技術及其在冠心病應用方面的現狀及進展綜述如下。

1 磁共振的應用

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)和MRS是磁共振兩個主要的應用技術。二者的基本原理類似，但也存在著臨床及物理學上的差別。在臨床上，MRI主要是用于顯示組織器官的影像改變,目前CMR已經成為了心血管疾病診斷、鑒別診斷、危險分層、預后判斷的無創性檢查手段。其評價心肌再灌注損傷主要通過檢測心肌內出血和微血管阻塞等功能指標。MRI的各種序列均可用于心肌內出血的評估，并且與組織病理學結果一致。但目前在臨床實踐中，對于心肌梗死(myocardial infarction，MI)的患者，尤其是MI急性期，CMR并未作為常規檢查項目開展，且對MI患者預后的價值評估也未受到足夠的重視[4]。MRS則主要提供在體或離體生物體內的化學組分信息。在物理學方面，MRI信號差別主要是通過梯度成像，而MRS則要求整體勻場。MRS目前已廣泛應用于中樞神經系統和泌尿系統疾病等的診斷及分析其代謝改變的診治，并取得了一定的研究成果[5-10]。31P MRS是最早用于人體的波譜技術，通常可檢測出生物組織內9種不同代謝物，分別是磷酸肌酸(Pcr)、無機磷(Pi)、腺苷三磷酸(ATP)、磷酸單酯(PME)、磷酸雙酯(PDE)、二核苷酸和二磷核苷糖。31P MRS在心臟能量代謝的臨床研究有心肌缺血、MI、心肌再灌注損傷、心肌頓抑、心肌病等。Pcr/ATP是心臟能量狀況的“監視器”，臨床上用于冠狀動脈(以下簡稱冠脈)疾病在負荷后Pcr/ATP比值降低，提示有局部缺血，同時高能磷酸鹽的定量也可用以判斷心肌活力；心力衰竭時，Pcr/ATP比值減低的程度與臨床癥狀的嚴重性和預后明顯相關；心瓣膜病時，Pcr/ATP比值減低提供給臨床選擇最佳瓣膜置換術的時機。MRS是目前臨床上對在體或離體組織器官代謝、生化改變及化合物進行定量的惟一無創性檢查技術[2-3]。

2 存活心肌的特點及相關機制

存活心肌是原無收縮功能或收縮功能異常的心肌經血流再灌注后其功能可以逐漸恢復的心肌，包括頓抑心肌和冬眠心肌。前者是指心肌受到急性缺血和血流再灌注雙重損傷后，出現局部功能障礙，但這種障礙可以在數小時或數周后逐漸恢復，即冠脈血流正常，是血流和功能的不匹配，頓抑心肌的概念于1982年由BRAUNWALD等[11]首先提出。目前比較公認的機制是氧自由基釋放和鈣超載。后者是指心肌由于長期的低灌注出現慢性左心室局部或整體功能不全，待所屬冠脈血運重建恢復后，靜止狀態的心功能可以完全恢復，即冠脈血流是減低的，功能和血流相匹配，心功能低下，依賴介入或血運重建恢復心肌運動。至今冬眠心肌的發生機制尚不清楚。對于冠心病存在心功能不全的患者，在介入或血運重建術之前檢測存活心肌對預測術后療效、病例選擇具有十分重要的意義。研究發現，存在大量存活心肌者術后心功能改善明顯，病死率低；相反僅有少量存活心肌者術后心功能改善不明顯，且預后不良[12]。

3 存活心肌的檢測手段

3.1正電子發射型計算機斷層掃描(PET) 該技術是根據代謝功能評估心肌對葡萄糖示蹤物18氟-脫氧葡萄糖(18F-FDG)的攝取能力來判斷心肌的存活性，是目前存活心肌最可靠的檢測方法，被譽為存活心肌檢測的“金標準”[13]，但因時間分辨率及空間分辨率較低、價格貴，同時存在電離輻射等原因，在臨床難以推廣。

3.2單光子發射計算機體層顯像(SPECT) SPECT通過檢測心肌細胞有無血流灌注來評價心肌活性。與PET顯像比較，其通過利用一些特殊的顯像劑打破了PET灌注顯像劑半衰期短的缺陷而成為目前臨床上檢測存活心肌最常用的手段。有研究表明其和PET一樣可以準確評價缺血性心臟病患者心肌存活[14]，而且比PET更經濟，對臨床結局的判斷更優[15]。但有研究發現，常規SPECT的心肌灌注顯像因其空間分辨率低的原因常低估心肌缺血的范圍[16]。

3.399Tcm甲氧基異丁基異睛(MIBI)心肌顯像 采用99TcmMIBI心肌顯像檢測存活心肌，對血運重建后心肌運動改善具有預測價值。靜息及介入99TcmMIBI心肌灌注顯像可以作為判斷急性MI(acute MI，AMI)患者延遲經皮冠脈介入術(PCI)療效的可靠方法[17]。

3.4低劑量多巴酚丁胺超聲心動圖試驗(LDDE) LDDE是用于判斷MI后收縮功能儲備能力的標準方法。冬眠心肌或頓抑心肌在低劑量多巴酚丁胺的作用下收縮功能改善，而瘢痕或壞死心肌無改變，此方法簡單、實用。但由于其重復性差，受操作者經驗、手法的影響，以及聲窗較窄等而限制了其在臨床的廣泛應用。

3.5CMR檢測 CMR作為多參數、多平面、多序列，可重復、較高的軟組織對比成像，無電離輻射等優點的檢查技術，通過“一站式”掃描[1]，可以獲得心臟解剖結構、心臟功能、灌注、組織特性等數據，已經成為了心血管疾病診斷、鑒別診斷、危險分層、預后判斷的無創性檢查手段。臨床上常用超聲心動圖評價心功能，但由于其重復性差，受操作者經驗、手法的影響，以及超聲聲窗等局限而限制了其在臨床的廣泛應用。心肌核素顯像在心功能評價中具有較好的重復性，但因時間分辨率及空間分辨率較低，同時存在電離輻射等，而非理想的心功能檢測指標。CMR不僅能準確計算心功能指標，還可對心肌內出血、梗死危險區、梗死面積、微血管阻塞等指標進行定性或定量的分析[18-20]。CMR高度的軟組織分辨率結合對比劑延遲強化，能夠鑒別透壁性或心內膜下MI，這是PET和SPECT無法比擬的[21]。

4 MRS技術在心臟疾病的應用

MRS技術是一種無創性檢測方法，可以定性或定量的檢測在體或離體多種組織器官中的代謝產物組成、濃度水平及能量狀態，從而反應機體的病理生理變化[22-23]。1H在人體內自然豐度和相對靈敏度高，成為MRS常用分析的原子核。1H MRS定量測定肌酸是非常有前景的新技術，該技術可顯示對心肌活力檢測的價值，如瘢痕組織ATP水平明顯減低，而且肌酸幾乎全部丟失。同時采用1H和31P的TLR線圈可以在同一圖像上分別進行1H和31P譜的測量而不需要重新定位，從而使多核波譜的技術在心臟的MRS分析中得以廣泛應用。準確的空間定位技術，即準確地采集感興趣容積(volume of interest,VOI)內的信號，而不被VOI以外的體素信號污染，準確的空間定位、足夠的信噪比、VOI是MRS技術的關鍵。MRS目前已廣泛用于神經系統、泌尿系統等疾病診斷和療效評價[5-10]，但心臟評價是所有應用中最為困難和復雜的。心臟是一個運動器官，掃描時常會出現運動偽影，應用心電門控技術可以減少偽影的產生。MRS在心臟研究中的意義重大，它不僅能夠監測心功能，而且可以無創、連續、重復的監測心肌的能量代謝狀態，是其他技術不可比擬的。常規組織常應用冷凍鉗技術進行高能磷酸鹽的定量分析，雖然方法準確且可行，但由于技術難度大且有侵襲性，所以 MRS在心臟疾病的研究中意義重大，且是未來MRI技術重大研發方向。31P MRS可以檢測Pcr、Pi及ATP的水平，無創評價心臟能量代謝狀況。臨床上缺血、缺氧及細胞的壞死常引起高能磷酸鹽的分解，Pcr與ATP分解，伴Pi的升高及乳酸的堆積而出現pH值的降低。有研究發現，31P MRS特別適用于缺血心肌的能量代謝狀況，其不僅能夠定量在靜息狀態的代謝水平，而且能夠通過磁化轉換的方法檢測在體狀態下化學反應的速度及速率情況[24]。

5 臨床上常用的MRS技術

MRS常用技術有如下幾種[25]：(1)深部分辨表面線圈波譜技術(depth-resolved surface coil spectroscopy,DRESS)；(2)激勵回波探測法(stimulated echo acquisition mode spectroscopy,STEAM)；(3)點分辨波譜法(point-resolved spectroscopy,PRESS)；(4)活體影像選擇波譜分析法(image selected in vivo spectroscopy,ISIS)；(5)化學位移成像定位方法(chemical shift imaging,CSI)。其中，臨床最常用的是CSI方法，該方法是一種多維、多體素相位編碼空間定位技術。在1次數據采集中可以同時獲得掃描野(field of view,FOV)內多個部位的波譜線，可以在相同的時間點獲得不同部位代謝物的空間分布信息，利于發現彌漫性病變，對病變的范圍及病變的邊緣做出正確判斷，同時可以將正常組織作為鑒別對照物。CSI具有空間編碼時間短及對運動不敏感的優點，故在心臟MRS分析中非常實用。同時采用1H和31P的TLR線圈可以在同一圖像上分別進行1H和31P譜的測量而不需要重新定位，從而使多核波譜的技術在心臟的MRS分析中得以廣泛應用。

6 展 望

從以上MRS檢查的眾多優勢可以看出，MRS在臨床疾病形態、功能、灌注、解剖、代謝等方面發揮重要作用。隨著磁共振技術的發展、革新，各項軟、硬件的改進，線圈技術發展等，MRI及MRS將成為臨床應用的重要工具。通過空間定位技術完善，Overhause核增強效應，將獲得體素1 cm3的31P MRS和1H的三維代謝成像圖。31P MRS和1H MRS結合應用更符合臨床所需，這種結合可以評價定量參數。由于常規MRI結合MRS檢測所需時間較長，未來開發整體CMR檢測技術，不僅縮短檢測時間，而且可以同時獲得解剖、代謝、形態、功能等多方面的數據，將是未來非常有前景的發展方向。

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