心臟磁共振技術在急性心肌梗死再灌注損傷中的研究進展

李子文 周瑩

(1.南京醫科大學連云港臨床醫學院，江蘇 連云港 222000； 2.連云港市第一人民醫院放射科，江蘇 連云港 222000)

急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)是一種嚴重危及人類健康的疾病，其發病率逐年上升，并正在向低齡化偏移[1]。早期及時行介入再灌注治療能顯著降低患者死亡率，但梗死相關動脈再灌注的過程會導致微血管水平的超微結構和功能改變，包括血小板和炎癥細胞激活、血管痙攣和內皮細胞破壞等，這種現象被稱為心肌再灌注損傷[2]。評估AMI再灌注后心肌細胞的損傷情況以及心臟的運動功能，將有助于臨床進行早期危險分層和治療方案的選擇。心臟磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)作為一種強大的無創性成像工具，能“一站式”地評估AMI再灌注損傷后的微循環阻塞(microvascular obstruction，MVO)、心肌內出血(intramyocardial hemorrhage，IMH)和心肌水腫，同時能識別AMI晚期發生的左室不良重塑以及相關并發癥[3]。CMR由多種成像技術組成，其中釓對比劑心肌延遲強化(late gadolinium enhancement，LGE)是量化心肌梗死范圍的“金標準”?，F主要對目前CMR成像技術在AMI再灌注損傷中的研究進展進行綜述，對其中不足之處以及未來方向進行探討。

1 CMR定量成像技術

磁共振定量成像技術是一種通過對組織中不同弛豫時間進行量化來突出病灶特點的技術，如T1 mapping、T2 mapping及T2*mapping等。多項研究證實[4-5]，磁共振定量技術能很好地反映出心肌組織損傷過程中的病理生理特征，為AMI后心肌水腫的演變和纖維化提供格外的預測指標。此外，研究[6]表明，定量成像技術能減輕心內膜下及心尖部“慢血流”效應導致的心肌T2信號增高的影響，提高了圖像判讀的準確性。

1.1 T1 mapping

T1 mapping目前多采用校正的 Look-Locker反轉恢復序列激發，通過讀取不同的縱向弛豫時間，來獲得組織間T1權重的定量圖。經組織學證實[4]，T1 mapping在檢測AMI再灌注后的心肌水腫和纖維化方面表現優異，為標準LGE成像提供了重要的補充信息。此外，T1 mapping結合對比劑可對細胞外容積參數進行定量測量。Yang等[7]研究表明，細胞外容積與AMI再灌注3個月后患者的左室重塑獨立相關(β=0.490，P=0.002)，優于T1 mapping測量的原始(native)T1值，可為AMI再灌注患者早期風險分層提供有價值的信息。

MVO是心肌再灌注損傷的一個重要并發癥，存在MVO的患者主要不良心血管事件(major adverse cardiac events，MACE)的發生率顯著升高。Shin等[8]研究發現，在native T1 mapping上識別的MVO范圍與LGE的一致性為90%。此外，有研究[9]表明native T1 mapping結合影像組學能提高對MVO區域的診斷準確性。AMI再灌注后心肌危險區(area at risk，AAR)內的信號變化迅速，Alkhalil等[10]發現，AMI再灌注后的超急性期(3 h內)AAR的平均T1值≥1 400 ms的患者，在急性期(24 h)和慢性期(6個月)隨訪中MVO范圍和梗死面積更大，且MVO的發生率更高。

雖然T1 mapping技術能定量評估心肌組織，但計算T1值時需手動劃分左心室的心外膜與心內膜輪廓，這是一項耗時費力的工作，同時易產生主觀上的判讀誤差，因此T1 mapping與其他技術聯合使用能顯著提高工作效率。最近，Bhatt等[11]開發了一種自動識別并分割T1圖的人工智能技術，經證實該方法識別的T1圖與專家手動獲取的T1圖一致性良好(native T1圖：r=0.90；增強后T1圖：r=0.93，P<0.000 1)，這將有助于減輕繁雜的后處理工作，但該研究納入的患者數量較少(n=11)，臨床使用還有待進一步證實。

1.2 T2 mapping

T2 mapping 多采用T2預備脈沖激發的穩態自由進動(steady state free precession，SSFP)序列獲得，通過采集多次心跳不同回聲時間的T2-SSFP圖像，對圖像進行配準擬合后得到T2權重的定量圖。相比于常規的T2加權黑血序列，T2 mapping對心肌水腫的顯示效果更好，且敏感性更高[12]。T2 mapping可通過定量評估心肌水腫組織引起的T2值升高，來準確描繪出AMI再灌注后的AAR范圍(T2-AAR)。一項豬AMI模型的研究[13]表明，在MVO組中，T2 mapping識別的AAR與心肌灌注區確定的實際(true)AAR范圍具有高度相關的可比性，而在不存在MVO組中，T2-AAR明顯低估了心肌灌注區，且無任何趨勢，但T2-AAR能確定可挽救心肌的損傷部位，這可能比true AAR更具有指導水腫治療的臨床意義。Krumm等[14]使用雙對比快速自旋回波(spin echo，SE)序列來代替T2 mapping中常規的SSFP序列，結果顯示兩種方法均具有較高的靈敏度和特異度(SSFP序列：靈敏度94%，特異度89%；雙對比快速SE序列：靈敏度93%，特異度99%)，但使用SSFP序列獲得的水腫mapping具有更多的局灶性假陰性值。

另外，T2 mapping圖像受多種因素影響，如心率、圖像擬合度、患者的屏氣能力和T1的干擾效應等，因此區分水腫心肌與正常心肌的閾值標準尚未統一，仍需進一步研究探討。

1.3 T2* mapping

T2*mapping是通過定量讀取梯度回波序列激發產生的T2*弛豫信息而獲得，比傳統的SE序列成像速度更快。T2*mapping對AMI再灌注后IMH十分敏感，Reinstadler等[15]研究發現，T2*mapping能識別梗死區血紅蛋白的降解產物，而不與水腫、炎癥細胞反應或血流狀態等其他組織信號重疊，是評估IMH的一種可靠成像方法。最近，Ferré-Vallverdú等[16]對94例AMI再灌注治療7 d后的患者進行CMR檢查，結果顯示T2*mapping檢測到IMH的范圍與梗死部位和血管取栓術獨立相關(P=0.022和0.049)，然而，由于該研究為觀察性研究，可能造成信息選擇上的偏差，所以并不能假定IMH和取栓術之間存在因果關系。

此外，幾乎1/4的T2*mapping圖像因偽影的存在而無法進行分析，這是T2*mapping的一個公認的局限性[17]，但隨著自由呼吸和運動校正等技術的逐步進展，偽影問題可能被克服。

2 CMR心肌應變成像技術

CMR心肌應變成像技術是一種通過同步追蹤心肌形變來評估心肌運動功能的技術，目前常用的相關參數包括縱向應變(longitudinal strain，LS)、周向應變(circumferential strain，CS)以及徑向應變。磁共振心肌應變技術可通過分析AMI患者各心肌節段的應變值來識別出梗死心肌范圍，同時，由于該技術無需使用造影劑，這給腎功能不全的AMI患者接受CMR檢查帶來了希望。

2.1 CMR心肌標記技術

磁共振心肌標記技術是通過對每個心肌層面施加網格狀的射頻脈沖鏈，然后利用電影成像追蹤網格形變來標記心肌，是磁共振心肌應變技術的金標準[18]。Karthikeyan等[19]在小鼠心肌梗死誘導前和誘導后第2周采用9.4 T高場強CMR觀察心肌細胞的形態和功能，結果顯示與梗死前基線相比，過渡區和遠端區心肌應變率顯著降低，可作為監測效果的重要指標。此外，Bhalodiya等[20]基于磁共振心肌標記技術開發了一種分層匹配的算法模型，該算法可通過計算心肌各節段CS值來確定梗死位置，與金標準LGE識別的梗死節段一致性良好，但由于該方法需要對圖像進行復雜的手動分割與匹配，處理1例患者需5～6 h，臨床實施還需進一步優化來縮短用時。

2.2 心臟磁共振特征追蹤技術

心臟磁共振特征追蹤技術(cardiac magnetic resonance-feature tracking，CMR-FT)是基于CMR電影成像衍生的一種心肌應變技術，CMR-FT無需增加額外的脈沖序列，在電影序列的基礎上進行圖像后處理即可獲得，且不會受到類似于超聲成像空間分辨率低和實時操作的限制。多項研究[21-22]證實，CMR-FT與超聲斑點追蹤和磁共振心肌標記等應變技術在AMI患者參數測量中具有良好的一致性。

一項多中心前瞻性隨訪研究[23]表明，左心室整體CS和整體LS受損與5年后MACE發生率升高顯著相關，與傳統反映梗死面積的心肌損傷標志物相比，整體LS具有更大的預后價值。另一項1 034例AMI再灌注術后隨訪研究[24]表明，遠端心肌CS受損是預測12個月內MACE發生的一項強預測因子，確定高?；颊叩倪h端心肌CS最佳臨界值為-25.8%。晏乘曦等[25]發現AMI再灌注1周后，CS區分MVO與非MVO節段的診斷效能最佳(曲線下面積為0.879)，優于徑向應變和LS(曲線下面積分別為0.791和0.670)。同時，Podlesnikar等[26]研究發現，存在MVO和IMH的AMI患者梗死區域CS在6個月后明顯受損(P<0.001)。

2.3 心臟磁共振組織追蹤技術

與CMR-FT相同，心臟磁共振組織追蹤技術(cardiac magnetic resonance-tissue tracking，CMR-TT)也是基于CMR電影成像衍生的一種心肌應變技術，只是后處理使用的方法不同，CMR-FT通過勾畫出心內膜和心外膜的邊界，以跟蹤室壁運動；而CMR-TT則是通過建立心肌中層的曲線坐標系統來跟蹤心肌形變[22]。相較于CMR-FT，CMR-TT無需對每個平面進行重新勾畫，就能獲得心臟整體的應變和功能。多項研究[22-23，27]證實，CMR-FT和CMR-TT均可預測AMI再灌注后的MACE，二者組內與組間一致性良好。

這些應變技術將可能有利于臨床對AMI患者進行早期的危險分層，但最近Pierpaolo等[28]發現CMR應變軟件各供應商之間的部分參數一致性較差，并與手動勾畫的輪廓吻合度低，強調在臨床環境中需謹慎使用這些軟件。

3 CMR彌散成像技術

3.1 彌散加權成像

彌散加權成像(diffusion weighted imaging， DWI)是一種在微觀層面上反映組織中水分子運動狀態的成像技術，相比于宏觀的T2加權成像，DWI對組織中水腫信號更敏感[29]，為探討AMI再灌注后早期心肌水腫的演變過程提供幫助，但呼吸和心跳產生的運動偽影可嚴重影響心肌的DWI信號，限制了其臨床使用。最近，Moulin等[30]對34例AMI再灌注治療1周內的患者使用快速自由呼吸采集技術，得到了DWI的定量表觀擴散系數圖，該技術通過使用一個二維導航器在整個呼吸周期內實現了實時掃描的連續跟蹤和重新定位，結果顯示與T1 mapping和T2 mapping比較，定量表觀擴散系數圖在顯示梗死區與非梗死區間水腫信號差異更為顯著，這將為屏氣功能不佳的患者在急性期檢測心肌損傷提供了可行性。

3.2 心臟彌散張量成像

心臟彌散張量成像(cardiac diffusion tensor imaging，cDTI)是在DWI基礎上衍生的一種研究心臟微觀結構及其與功能關系的新興技術，在正常心肌中，心肌細胞聚集形成薄層狀二級結構，稱為薄片[31]?；谒肿友匦募〖毎L軸優先彌散的原理，cDTI可獲取心肌細胞和心肌薄片的長軸走向，對心臟纖維結構進行無創三維重建。

螺旋角和次級特征向量角是心肌薄片走向的測量方法，最近一項人類研究[32]表明，與遠端心肌相比，急性梗死心肌的分數各向異性、次級特征向量角和螺旋角圖上右旋結構的心肌細胞減少，這可能反映了心內膜下心肌細胞的組織缺失及收縮期心肌薄片的運動失調，此外他們得出AMI中分數各向異性值是3個月后左室射血分數恢復的獨立預測因子(調整后b值=0.57，P=0.008)，這可能為AMI危險分層提供了新的急性生物標志物。另一項在動物和人類的cDTI研究引入了肌束傳播角的概念[33]，定義為心肌束的兩個相鄰節段之間的夾角。傳播角值為4 °被報道為區分正常心肌和梗死心肌的閾值，與LGE和心內膜電壓圖均有良好的相關性(r=0.95)，但該研究中所納入的患者均有較大范圍的梗死灶，還需進一步的研究來證實傳播角對較小范圍梗死心肌的敏感性。

cDTI可識別心肌細胞的微觀結構變化，這將有助于闡明AMI再灌注后潛在的病理生理過程，然而cDTI還存在圖像掃描采集時間過長，后處理費時費力以及心臟和呼吸運動偽影等多方面的限制。

4 小結

綜上所述，CMR分別從心肌成分變化、心肌運動功能以及心肌纖維的微觀結構等方面，為診斷心肌再灌注損傷提供了多項成像新技術及量化參數，同時也給AMI患者早期危險分層提供了多項有臨床價值的預測指標，但各技術間還存在著許多不足之處，如掃描時間過長，后處理費時費力，軟件供應商間的一致性欠佳，區分正常心肌的閾值標準尚未統一，呼吸和心臟搏動產生的運動偽影等，未來仍需進一步的研究來提高CMR在臨床中的適用性?？傊?，隨著各項CMR技術的逐步進展以及多學科間聯合的不斷加深，磁共振將為改善AMI預后提供更多有價值的信息。