心臟T1-mapping和T2-mapping技術(shù)及其在心肌梗死中的應(yīng)用

王淑荔， 趙世華， 陸敏杰

我國(guó)缺血性心肌病發(fā)病率逐年上升，嚴(yán)重危害人類健康。心臟磁共振成像是一種無創(chuàng)評(píng)估心臟解剖結(jié)構(gòu)和功能參數(shù)的心臟檢查手段之一，目前已廣泛應(yīng)用于心血管疾病各個(gè)領(lǐng)域，成為全面、有效評(píng)估缺血性心肌病重要方法。常規(guī)評(píng)估心肌活性的磁共振技術(shù)有延遲強(qiáng)化、心臟電影及灌注等，隨著心血管磁共振迅速發(fā)展，出現(xiàn)了T1-mapping、T2-mapping等新技術(shù)。與傳統(tǒng)技術(shù)相比，該技術(shù)可直接測(cè)量心肌組織T1、T2值，計(jì)算心肌細(xì)胞外間質(zhì)容積分?jǐn)?shù)(EVC)，定量評(píng)估心肌纖維化、出血及心肌水腫的程度和范圍，引起了人們的關(guān)注。本文旨在介紹T1和T2-mapping成像技術(shù)及其在急性及陳舊性心肌梗死中應(yīng)用進(jìn)展。

T1-mapping技術(shù)

目前有多種T1-mapping成像方法用來定量T1值，各個(gè)成像方法都有優(yōu)點(diǎn)和局限性。T1-mapping成像序列包括基于反轉(zhuǎn)恢復(fù)(inversion recovery,IR)和飽和恢復(fù)(saturation recovery，SR)的序列，兩者單獨(dú)或聯(lián)合使用。IR序列較早應(yīng)用于T1-mapping的序列，也是目前應(yīng)用較廣泛的T1-mapping技術(shù)，包括Look-Locker(LL)、改良LL(modified look-locker inversion recovery，MOLLI)及縮短 MOLLI(shortened MOLLI，ShMOLLI)T1-mapping 技術(shù)。SR掃描序列有飽和恢復(fù)單次采集(saturation recovery single shot acquisition,SASHA)等。近年來T1-mapping技術(shù)不斷發(fā)展改進(jìn)，以求在得到更好的準(zhǔn)確度和精確度同時(shí)，縮短掃描時(shí)間。以下介紹5種較為常用的T1-mapping成像方法。

1.Look-Locker

技術(shù)1970年Look和Locker提出了LL技術(shù)[2]，該技術(shù)是在每個(gè)反轉(zhuǎn)脈沖后，利用多個(gè)TI來采集多個(gè)縱向磁化矢量信號(hào)，然后施加射頻脈沖產(chǎn)生梯度回波，使用梯度回波讀出MR信號(hào)。與標(biāo)準(zhǔn)的反轉(zhuǎn)恢復(fù)準(zhǔn)備的單次自旋回波技術(shù)相比，LL序列縮短了T1成像時(shí)間，成像速度更快。但是LL技術(shù)也存在局限性，由于心臟的搏動(dòng)，每幅圖像處于心動(dòng)周期的不同階段，無法生成T1圖[3]，梯度回波讀出信息后也使得反轉(zhuǎn)恢復(fù)曲線發(fā)生變化[1]，得到的不是“真實(shí)”T1，而是一個(gè)持續(xù)時(shí)間較短的“明顯的”T1，通常稱為T1*，會(huì)低估組織T1值[4]。

2.改良Look-Locker反轉(zhuǎn)恢復(fù)技術(shù)

Messroghli等[5]提出了改良的LL技術(shù)即MOLLI技術(shù)，是目前應(yīng)用最廣泛的T1-mapping技術(shù)之一。該技術(shù)克服了LL技術(shù)的一些缺點(diǎn)，在一次屏氣(17個(gè)心動(dòng)周期)完成掃描，分別在3次反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖后采集，每次采集間隔3個(gè)心動(dòng)周期，第一次、第二次采集3幅圖像，第三次采集5幅。常規(guī)用符號(hào)3(3)3(3)5表示MOLLI掃描模式，括號(hào)外數(shù)字表示每次采集圖像數(shù)量(共17幅)，括號(hào)中數(shù)字表示間隔3個(gè)心動(dòng)周期。MOLLI技術(shù)采用平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)(bSSFP)序列讀出信號(hào)，避免了LL技術(shù)讀出信號(hào)時(shí)磁化矢量的缺點(diǎn)，具有更高的信噪比[6]。有報(bào)道顯示MOLLI技術(shù)還具有很好的可重復(fù)性和分辨率[7]，但其缺點(diǎn)是掃描時(shí)間較長(zhǎng)，每幅圖像需要17個(gè)心動(dòng)周期，有些患者難以完成屏氣。

3.縮短的MOLLI技術(shù)

ShMOLLI序列在MOLLI的基礎(chǔ)上繼續(xù)改進(jìn)，進(jìn)一步縮短掃描時(shí)間。與MOLLI相比，ShMOLLI可在9個(gè)心動(dòng)周期完成單層圖像成像，屏氣時(shí)間更短，對(duì)心率依賴減小，而MOLLI則需要17個(gè)心動(dòng)周期。ShMOLLI使用序列5(1)1(1)1掃描模式，每?jī)蓚€(gè)反轉(zhuǎn)恢復(fù)之間只間隔1個(gè)心動(dòng)周期，在最后2次采集數(shù)據(jù)時(shí)，縱向磁化矢量可能沒有完全恢復(fù)到平衡狀態(tài)，僅當(dāng)T1足夠短，在第二和/或第一Look-Locker循環(huán)之后縱向弛豫時(shí)間可完全恢復(fù)到平衡狀態(tài)，這樣才能使用來自最后2個(gè)Look-Locker循環(huán)的數(shù)據(jù)[8]。另外用于T1曲線擬合的圖像數(shù)量不足，可能影響ShMOLLI的準(zhǔn)確性。Roujol等[4]認(rèn)為ShMOLLI和MOLLI同樣會(huì)低估組織的T1值，該方法是縮短掃描時(shí)間和屏氣要求的折衷。

4.飽和恢復(fù)單次采集技術(shù)

研究對(duì)MOLLI進(jìn)一步改良，用飽和恢復(fù)方法代替反轉(zhuǎn)恢復(fù)方法。基于飽和恢復(fù)的T1-mapping方法在每個(gè)心動(dòng)周期進(jìn)行采集，不需等待縱向磁化矢量完全恢復(fù)到平衡狀態(tài)，成像速度快，且不受心率影響[9]，是對(duì)IR T1-maaping技術(shù)很好的補(bǔ)充。

SASHA技術(shù)是目前常用的SR T1-mapping技術(shù),在每個(gè)心動(dòng)周期舒張末采集，使用bSSFP讀出信號(hào)，第1幅圖像采集不施加飽和脈沖，余下圖像在飽和脈沖后不同的飽和恢復(fù)時(shí)間點(diǎn)采集，每單層圖像成像在10個(gè)心動(dòng)周期完成。Chow等[10]研究發(fā)現(xiàn)SASHA的絕對(duì)T1、T2值、翻轉(zhuǎn)角和心率是獨(dú)立的，非振諧頻率高達(dá)696 Hz，不需考慮讀出信號(hào)磁化衰減，比MOLLI 、shMOLLI準(zhǔn)確性更高[4]，但信噪比和精度降低[11]。

5.細(xì)胞外間質(zhì)容積分?jǐn)?shù)(ECV)

心肌組織包括心肌細(xì)胞和心肌細(xì)胞外間質(zhì)，ECV值是心肌細(xì)胞外間質(zhì)占整個(gè)心肌組織的容積比值。ECV是心肌重塑的標(biāo)志物，提供生理上直觀測(cè)量單位，可通過測(cè)量釓對(duì)比劑增強(qiáng)前后T1值得出，計(jì)算公式為ECV=(1-血細(xì)胞比容)×(1/增強(qiáng)后心肌T1-1/平掃心肌T1)/(1/增強(qiáng)后心肌血池T1-1/平掃血池 T1)。正常心肌細(xì)胞ECV范圍為(25.3±3.5)%[12]。除心肌淀粉陳積，ECV增加最常是由于膠原沉積過多，可評(píng)估心肌纖維化的有效方法。

T2-mapping掃描技術(shù)

T2-mapping常用于評(píng)價(jià)軟骨、腰間盤退變等研究中，近來隨著心臟成像技術(shù)的多元化發(fā)展，T2-mapping技術(shù)以其準(zhǔn)確、快速高效的成像特點(diǎn)，被應(yīng)用于各種心肌疾病中，成為評(píng)估心肌損傷的有效方法。T2-mapping技術(shù)有基于單回波的自旋回波序列、基于多回波的快速自旋回波序列(muti-echo fast spin-echo,MEFSE)和基于T2準(zhǔn)備的平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)序列(T2prepared steady-state free precession sequence，T2p-SSFP)。心臟磁共振T2-mapping成像通常使用T2p-SSFP成像技術(shù)，每次采集時(shí)施加不同T2準(zhǔn)備時(shí)間，在7個(gè)心動(dòng)周期完成單層圖像成像，每次采集間隔2個(gè)心動(dòng)周期，隨后SSFP序列讀出信號(hào)，產(chǎn)生3幅T2圖像，每幅影像的信號(hào)代表一個(gè)不同的回波時(shí)問，通過計(jì)算擬合出T2衰減曲線[13,14]，計(jì)算公式為S(t)=A exp (-t/T2),Si表示信號(hào)強(qiáng)度，A表示刻度因子,t表示T2準(zhǔn)備時(shí)間。

T1和T2-mapping在心肌梗死中的應(yīng)用

1.急性心肌梗死

心肌梗死主要是由冠脈病變引起的。急性心肌梗死后，缺血心肌細(xì)胞從有氧代謝變?yōu)闊o氧酵解，毛細(xì)血管通透性增加使水分滲透并滯留于組織間，心肌內(nèi)自由水增加。T1和T2-mapping技術(shù)可定量組織T1弛豫時(shí)間和T2弛豫時(shí)間，并隨著心肌細(xì)胞外水(水腫，局灶性或彌漫性纖維化)、脂肪、鐵及淀粉樣蛋白含量而變化，急性心梗時(shí)梗死區(qū)T1、ECV及T2值均會(huì)升高。磁共振成像可以根據(jù)梗死的位置、面積、透壁性、出血、危險(xiǎn)區(qū)(area at risk，AAR)診斷AMI并進(jìn)行危險(xiǎn)程度分級(jí)[1]。延遲強(qiáng)化(LGE)是磁共振診斷心肌梗死的“金標(biāo)準(zhǔn)”。研究顯示平掃T1-mapping評(píng)估急性和陳舊性心梗面積與LGE均有較高的一致性(急性心梗:偏倚,-3.38±19.38%;R2=0.96;陳舊性心梗:偏倚,-10.55±10.90%;R2=0.90)[15]。Cui等[16]動(dòng)物實(shí)驗(yàn)也證實(shí)平掃T1-mapping和LGE在心肌梗死區(qū)域一致。也有研究發(fā)現(xiàn)增強(qiáng)后T1-mapping在評(píng)估檢測(cè)急性心梗異常節(jié)段的敏感度和特異度分別為96%和91%，具有很好的診斷效能[17]。Tahir等[18]研究發(fā)現(xiàn)心肌缺血初始T1與T2可較好的評(píng)估心肌水腫，區(qū)分急性和陳舊性心肌梗死，準(zhǔn)確度分別為97.5%和97.9%，優(yōu)于常規(guī)T2WI序列。Bauner等[19]研究也發(fā)現(xiàn)表明初始T1和T2在鑒別急慢性心梗方便優(yōu)于其他MR成像方法。有關(guān)ECV在急性腦梗死的研究表明ECV在預(yù)測(cè)透壁心肌梗死后室壁運(yùn)動(dòng)改善方面，比LGE準(zhǔn)確性高(曲線下面積分別為0.77，0.66，P=0.02)。

冠脈狹窄或堵塞引起心肌缺血，缺血區(qū)域即AAR區(qū)，包括可逆性心肌損傷區(qū)和不可逆的心肌損傷區(qū)，是評(píng)估急性心肌梗塞(AMI)血運(yùn)重建后搶救區(qū)域的重要參數(shù)，對(duì)于指導(dǎo)臨床治療，危險(xiǎn)因素分層和預(yù)后判斷至關(guān)重要[20,21]。近年發(fā)展T1-maaping和T2-mapping的技術(shù)，為AMI的診斷提供了有效的工具。Langhans等[22]研究發(fā)現(xiàn)平掃T1-mapping和T2-mappng在評(píng)估急性心肌梗死AAR區(qū)域時(shí)與99mTc-sestamibi SPECT 具有較好的一致性。Ugander等[23]研究也發(fā)現(xiàn)平掃T1-mapping和T2-mappng與微球技術(shù)對(duì)比，在評(píng)估AAR時(shí)具有較好的一致性。Zhang等[24]研究通過與病理對(duì)照，證明T2-mapping是定量評(píng)估AAR可挽救心肌和心梗后心肌梗死的可靠方法。

2.陳舊性心肌梗死

陳舊性心肌梗死時(shí)水腫吸收、壞死的心肌細(xì)胞形成纖維瘢痕。陳舊性心肌梗死中，初始T1值較急性心肌梗死時(shí)減低，而ECV值較正常心肌明顯升高。Kali等[25]研究表明平掃T1-mappping能確定梗死的位置、大小和透壁性，敏感度和特異度分別為95%和97%。由于脂肪T1值比較低，平掃T1-mapping還可以檢測(cè)陳舊性心梗脂肪瘤的化生區(qū)域[26]。陳舊性心梗時(shí)ECV值明顯高于正常心肌組織，但略低于急性心肌梗死[27]，增強(qiáng)后T1值和ECV在42%ECV閾值下可準(zhǔn)確評(píng)估心纖維瘢痕[25]，T1-mapping與LGE在評(píng)估陳舊性心梗時(shí)一致性更高[17]。

目前T1-mapping和T2-mapping還沒有廣泛應(yīng)用于臨床。后處理多樣化，還沒有統(tǒng)一的規(guī)范標(biāo)準(zhǔn)，擬合出T1曲線也存在差異。各成像方法需要進(jìn)一步改進(jìn)，提高圖像分辨率、信噪比，縮短成像時(shí)間。雖然存在很多不足，但是其掃描便捷、快速、安全，特別是平掃T1-mapping和T2-mapping，無需使用對(duì)比劑，可用于腎功能低下的患者，具有很好的發(fā)展前景。