提高認(rèn)識(shí)和加強(qiáng)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(fù)雜性和心律變異性，加之心臟運(yùn)動(dòng)以及呼吸運(yùn)動(dòng)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(xiàng)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(zhǎng)足進(jìn)步。CMR從以前的心臟形態(tài)學(xué)、功能評(píng)估發(fā)展到了現(xiàn)在的定量技術(shù)、組織特異性評(píng)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(xué)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(píng)價(jià)的無創(chuàng)性“金標(biāo)準(zhǔn)”；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(cè)、早期心臟功能障礙的評(píng)估等成為可能。筆者重點(diǎn)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(jià)值與研究成果。由于心臟解剖復(fù)雜性和心律變異性，加之心臟及呼吸運(yùn)動(dòng)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(zhǎng)足進(jìn)步。CMR從以解剖學(xué)和心室功能評(píng)價(jià)為主，發(fā)展到組織學(xué)表征技術(shù)檢測(cè)心肌水腫和纖維化，幫助臨床準(zhǔn)確診斷與預(yù)后評(píng)估。現(xiàn)在，CMR“一站式”檢查更是實(shí)現(xiàn)了對(duì)心臟解剖、功能、組織、灌注、血流等全面評(píng)價(jià)，成為心臟病學(xué)中不可或缺的診斷工具。特別是CMR定量技術(shù)，能夠早期評(píng)估心臟功能障礙和發(fā)現(xiàn)心肌“細(xì)微”病理改變，有助于臨床及時(shí)干預(yù)，遏制或延緩疾病進(jìn)展。筆者重點(diǎn)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(jià)值與研究成果。一、MR心肌應(yīng)變技術(shù)CMR可對(duì)心臟進(jìn)行任意方位成像，且圖像分辨率高、對(duì)比度好，是無創(chuàng)性評(píng)價(jià)心室功能的“金標(biāo)準(zhǔn)”。然而在疾病早期，射血分?jǐn)?shù)（ejectionfraction，EF）常常保留，且EF無法評(píng)價(jià)局部心肌運(yùn)動(dòng)。CMR心肌應(yīng)變技術(shù)不僅能評(píng)價(jià)收縮及舒張期心肌3個(gè)維度（長(zhǎng)軸、周向、徑向）的整體和局部功能，還可評(píng)價(jià)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(biāo)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(biāo)準(zhǔn)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(biāo)準(zhǔn)”，可重復(fù)性好，但是需要特殊、復(fù)雜的掃描序列，且后處理繁瑣、耗時(shí)。另外，Tagging還會(huì)受空間分辨率和標(biāo)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(jiǎn)便。CMR?FT評(píng)價(jià)整體心肌應(yīng)變時(shí)重復(fù)性較好，但在評(píng)價(jià)局部應(yīng)變時(shí)重復(fù)性較差、變異性較高。DRA技術(shù)在評(píng)價(jià)心肌整體應(yīng)變時(shí)，較CMR?FT重復(fù)性更好、變異性更低。（二）心肌應(yīng)變技術(shù)的臨床價(jià)值1.評(píng)價(jià)EF保留的心室功能障礙：心臟功能的評(píng)價(jià)在患者預(yù)后評(píng)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(zhǎng)軸應(yīng)變（globallongitudinal

strain，GLS）出現(xiàn)損傷，且該參數(shù)可用于識(shí)別心血管事件高風(fēng)險(xiǎn)患者。2.評(píng)價(jià)局部心肌功能：多種心臟疾病均可表現(xiàn)為節(jié)段性運(yùn)動(dòng)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(píng)價(jià)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(fù)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(fù)相關(guān)。定量評(píng)價(jià)局部心臟運(yùn)動(dòng)有助于探究心肌功能學(xué)障礙與組織學(xué)特征之間的相關(guān)性，為疾病發(fā)生發(fā)展機(jī)制和臨床診療提供有用信息。3.評(píng)價(jià)左心房功能：左心房結(jié)構(gòu)和功能異常是疾病嚴(yán)重程度及預(yù)后評(píng)估的重要指標(biāo)，左心房應(yīng)變分析是檢測(cè)心房功能重塑的敏感工具。心房顫動(dòng)（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(fù)荷增加有關(guān)。在非梗阻性HCM患者中，左心房?jī)?chǔ)存和導(dǎo)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(shí)功能障礙與AF發(fā)生的相關(guān)性。高血壓患者左心房?jī)?chǔ)存和導(dǎo)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(fēng)險(xiǎn)增加相關(guān)，左心房應(yīng)變分析有助于識(shí)別AF術(shù)后復(fù)發(fā)的高風(fēng)險(xiǎn)患者。在ST段抬高型心肌梗死中，調(diào)整已知風(fēng)險(xiǎn)后，左心房?jī)?chǔ)存期和導(dǎo)管期應(yīng)變是患者主要心血管不良事件發(fā)生的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，且與傳統(tǒng)結(jié)局指標(biāo)左心房大小和左心室GLS相比，左心房應(yīng)變具有增量預(yù)后價(jià)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(shí)，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(yù)后分析：心肌應(yīng)變分析在評(píng)估心臟疾病預(yù)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(dú)立預(yù)測(cè)因子，且對(duì)常見的臨床和影像學(xué)危險(xiǎn)因子具有增量作用。另一項(xiàng)研究表明，在EF減低的患者中，GLS與缺血性和非缺血性擴(kuò)張型心肌病的病死率密切相關(guān)，較EF和釓劑延遲增強(qiáng)（lategadolinium

ehancement，LGE）提供增量的預(yù)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(dú)立預(yù)測(cè)因子。（三）心肌應(yīng)變技術(shù)的局限性CMR是心肌應(yīng)變測(cè)量的“金標(biāo)準(zhǔn)”，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(cè)值差異較大，尚待統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)化。此外，需注意年齡和性別對(duì)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(yù)后及療效評(píng)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(shí)間以及對(duì)心肌細(xì)胞成分進(jìn)行量化分析。細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù)（extracellularvolumefraction，ECV）及細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù)指數(shù)（indexedextracellular

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

mapping技術(shù)也被用于心肌病變的評(píng)價(jià)中。心肌細(xì)胞及間質(zhì)成分的改變與特定的疾病通路相關(guān)。細(xì)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(xì)胞外間質(zhì)紊亂常見于心肌纖維化和CAL；細(xì)胞內(nèi)并間質(zhì)紊亂可見于AM，即炎性水腫伴細(xì)胞內(nèi)和細(xì)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(fù)過程中的不同時(shí)間采集信號(hào)，再經(jīng)過一系列的數(shù)據(jù)計(jì)算和后處理后得到心肌組織的增強(qiáng)前或增強(qiáng)后T1值?；诜崔D(zhuǎn)恢復(fù)準(zhǔn)備的T1

mapping技術(shù)包括Look?Locker、改良Look?Locker反轉(zhuǎn)恢復(fù)（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?fù)的T1

mapping技術(shù)主要包括飽和恢復(fù)單次采集和飽和脈沖準(zhǔn)備的與心率無關(guān)的反轉(zhuǎn)恢復(fù)，雖然它們?cè)u(píng)估T1

準(zhǔn)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(jià)值1.識(shí)別早期心肌組織學(xué)異常：心肌纖維化是多種心臟疾病的主要病理改變。多項(xiàng)臨床研究表明，T1

mapping及ECV識(shí)別間質(zhì)纖維化的靈敏度優(yōu)于LGE，可用于早期檢測(cè)亞臨床心肌病變。在HCM中，即使無局灶性LGE和血流動(dòng)力學(xué)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(yán)重程度的標(biāo)志物。在無局灶性LGE和EF減低的特發(fā)性炎性肌病（idiopathic

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(dòng)脈瓣狹窄中，iECV值明顯升高且與心肌活檢檢測(cè)的彌漫性組織學(xué)纖維化呈良好的相關(guān)性（r=0.87，P<0.001）。2.敏感識(shí)別心肌水腫充血：T1

mapping對(duì)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(biāo)準(zhǔn)（路易斯湖標(biāo)準(zhǔn)，2009年）更新的共識(shí)建議，其中包括將T1

mapping技術(shù)作為CMR釓劑早期增強(qiáng)序列的替代標(biāo)準(zhǔn)。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(jìn)而導(dǎo)致細(xì)胞內(nèi)鞘糖脂過度蓄積。當(dāng)心臟受累時(shí)，主要表現(xiàn)為L(zhǎng)VH，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(dòng)脈狹窄和CAL，且T1值與壁厚呈負(fù)相關(guān)。值得注意的是，當(dāng)左心室下外側(cè)壁出現(xiàn)纖維化時(shí)，T1值可出現(xiàn)偽正常化或升高。4.危險(xiǎn)分層及預(yù)后評(píng)估：在心肌炎中，ECV可用于可疑心肌炎患者的危險(xiǎn)分層，且超越了LGE和EF。ECV≥35%或有助于識(shí)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(biāo)志物，亦可用于危險(xiǎn)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(dú)立預(yù)測(cè)預(yù)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(yù)后的潛力，在調(diào)整EF、梗死核心T2

和心肌出血等指標(biāo)后，低信號(hào)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(fēng)險(xiǎn)成反比。5.療效評(píng)估：心內(nèi)膜心肌活檢術(shù)是一項(xiàng)有創(chuàng)性檢查，不適用于疾病的隨訪評(píng)估。T1

mapping技術(shù)可無創(chuàng)、多次對(duì)心肌進(jìn)行成像，在療效評(píng)估方面具有潛能。多參數(shù)CMR可有效監(jiān)測(cè)輕鏈淀粉樣變性治療后心肌炎癥、淀粉樣物質(zhì)浸潤(rùn)程度及心臟功能的變化。血液學(xué)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(xiàng)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(cè)有效治療后的動(dòng)態(tài)變化。（三）T1ρmapping定量技術(shù)及臨床價(jià)值T1ρ是在旋轉(zhuǎn)坐標(biāo)系下的自旋?晶格弛豫時(shí)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(dǎo)航的呼吸門控技術(shù)，實(shí)現(xiàn)了自由呼吸狀態(tài)下的掃描。T1ρmapping已被證實(shí)用于檢測(cè)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(jìn)能提高病變?cè)\斷的靈敏度和特異度，或可成為L(zhǎng)GE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(jià)值T2為橫向磁化矢量按指數(shù)曲線衰減到37%所用的時(shí)間，通過取得該衰減曲線上至少兩個(gè)點(diǎn)的數(shù)據(jù)來計(jì)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(duì)水腫的檢測(cè)更靈敏，尤其當(dāng)心肌和骨骼肌同時(shí)出現(xiàn)損傷時(shí)。2018版心肌炎CMR診斷共識(shí)已將局部或整體T2值升高新增作為心肌水腫的診斷標(biāo)準(zhǔn)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(cè)參數(shù)。（五）T2*

mapping定量技術(shù)及臨床價(jià)值T2反映了質(zhì)子與質(zhì)子之間相互作用導(dǎo)致的信號(hào)衰減，T2*除了反映質(zhì)子相互作用外，還受磁場(chǎng)不均勻的影響。磁場(chǎng)不均勻包括主磁場(chǎng)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(chǎng)強(qiáng)下進(jìn)行成像。T2*

mapping主要用于