心臟磁共振新技術(shù)在缺血性心臟病中的臨床應(yīng)用進(jìn)展（上）

劉明熙，張挽時，張子衡，周振宇，孟利民，劉潔，龔萬灃1.第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院 放射科，陜西 西安 7100；.中國人民解放軍空軍總醫(yī)院 CT-MR科室， 北京10014；.GE Health中國北京分公司， 北京 100176

心臟磁共振新技術(shù)在缺血性心臟病中的臨床應(yīng)用進(jìn)展（上）

劉明熙1，2，張挽時2，張子衡3，周振宇3，孟利民2，劉潔1，2，龔萬灃2
1.第四軍醫(yī)大學(xué)西京醫(yī)院 放射科，陜西 西安 710032；2.中國人民解放軍空軍總醫(yī)院 CT-MR科室， 北京100142；3.GE Health中國北京分公司， 北京 100176

本文介紹了多b值彌散加權(quán)成像及T1、T2、T2*mapping技術(shù)在缺血性心臟病診斷中的臨床應(yīng)用進(jìn)展，并討論了這些新技術(shù)的優(yōu)勢和不足。

心臟磁共振；多b值彌散加權(quán)技術(shù)；T1 mapping技術(shù)；T2 mapping技術(shù)；缺血性心臟病

20世紀(jì)末，磁共振技術(shù)開始應(yīng)用于心臟檢查，心臟磁共振（Cardiac Magnetic Resonance，CMR）主要用來評估心臟的結(jié)構(gòu)和功能。近年來，磁共振技術(shù)不斷發(fā)展，包括3.0T MR的使用、梯度場切換率的增加以及多通道技術(shù)的完善，使得CMR檢查的臨床應(yīng)用范圍不斷擴展。T1、T2、T2*mapping及多b值彌散加權(quán)成像（Multi-b-value Diffusion Weighted Imaging）等新技術(shù)不斷地應(yīng)用于臨床試驗研究中。首過灌注檢查、造影劑延遲強化技術(shù)及負(fù)荷試驗CMR心肌灌注技術(shù)等的聯(lián)合應(yīng)用，使CMR檢查可以定量地評價心肌水腫、出血及纖維化的程度和范圍，在評估心肌損傷危險區(qū)域和心肌活性等方面呈現(xiàn)出較大的優(yōu)勢，提高了心肌損傷評估的準(zhǔn)確性和安全性，為臨床診療和預(yù)后提供了諸多有價值的信息。本文對CMR新技術(shù)進(jìn)行綜述，報道如下。

1 多b值彌散加權(quán)成像技術(shù)

1.1 多b值彌散加權(quán)成像技術(shù)的原理

多b值彌散加權(quán)成像技術(shù)是根據(jù)體素內(nèi)不相干運動（Intravoxel Incoherent Motion，IVIM）理論設(shè)計的成像技術(shù)。其最先應(yīng)用于腦部疾病的檢查，并隨著彌散加權(quán)成像（Diffusion Weighted Imaging，DWI）技術(shù)的不斷成熟，逐漸應(yīng)用于肝臟、腎臟和心臟等器官病變的檢查中。IVIM理論中考慮了單個體素內(nèi)所有水分子的隨機運動，包括單純的水分子擴散和毛細(xì)血管網(wǎng)內(nèi)血液循環(huán)兩個部分，其中后者可反映組織的灌注信息[1]。據(jù)文獻(xiàn)報道，動物實驗中利用IVIM方法可檢測心肌微循環(huán)情況并獲得毛細(xì)血管走行的相關(guān)數(shù)據(jù)，還可發(fā)現(xiàn)毛細(xì)血管分布的不均勻性[2-4]。

DWI序列應(yīng)用于心臟檢查的難點主要是呼吸運動和心臟搏動使得擴散梯度持續(xù)時間內(nèi)水分子移位較大，心肌信號丟失嚴(yán)重。b值越大，心肌信號丟失越顯著，而b值較低時（＜200 s/mm2），采集的信號內(nèi)可包含足夠的組織灌注信息。DWI技術(shù)用于心臟掃描主要關(guān)注組織的灌注信息，即血液能否通過冠狀動脈系統(tǒng)，由心外膜冠狀動脈流入心肌小動脈，從而供給心肌細(xì)胞足夠的能量和氧氣。因此，心臟掃描中通常使用低b值DWI掃描。一般通過掃描多個b值（4個以上）的DWI圖像，計算相關(guān)參數(shù)，通過參數(shù)值的差異反映心肌組織的灌注情況。DWI序列中主要涉及3個參數(shù)：① 擴散系數(shù)D（ADCslow值），反映真實水分子的擴散情況；② 灌注系數(shù)D（ADCfast值），與組織平均血流速度和平均毛細(xì)血管段的長度相關(guān)；③ 灌注因子f （Fraction of ADCfast），是經(jīng)過公式計算得出的前兩者的比值。此技術(shù)無創(chuàng)，并可在不使用造影劑的情況下得到組織的灌注信息，避免了造影劑過敏的風(fēng)險及其可能引發(fā)的腎源性系統(tǒng)性纖維化等疾病的發(fā)生。在進(jìn)行DWI掃描前應(yīng)先連接好心電門控和呼吸門控。

1.2 多b值DWI技術(shù)的臨床應(yīng)用

1.2.1 多b值DWI技術(shù)的掃描圖像

2011年，Rapacchi等[5]對健康志愿者行多b值DWI心臟掃描，經(jīng)過去噪、濾波處理后得到的圖像參數(shù)具有良好的可重復(fù)性，信噪比和對比噪聲比也較高，證實了其具有較好的臨床診斷價值。李志偉等[1]對11例健康志愿者行心臟多b值DWI掃描，試驗中通過呼吸訓(xùn)練、心率控制和恰當(dāng)?shù)膮?shù)選擇，獲得了清晰的掃描圖像，并在符合診斷要求的圖像的標(biāo)準(zhǔn)橫斷位和心臟短軸位上分別測量左室各節(jié)段心肌的多個參數(shù)。經(jīng)統(tǒng)計分析，各參數(shù)的測量值在不同觀察者間具有良好的一致性。

1.2.2 DWI序列與T2WI（T2-Weighted Image）序列在心肌水腫探測方面的比較

DWI序列能夠顯示水分子的擴散情況，對水腫的顯示比較敏感，表現(xiàn)為不隨b值增大而衰減的高信號。也就是說，DWI序列會成為除T2WI序列外探測心肌水腫的另外一種方法。

多位學(xué)者將DWI與T2WI序列進(jìn)行比較，研究兩個序列在心肌水腫顯示方面的優(yōu)劣。Deux JF等[6]對心肌梗死患者行DWI序列、T2WI黑血序列掃描，并與LGE高信號范圍比較。研究發(fā)現(xiàn)，DWI序列對高信號血池的抑制要明顯優(yōu)于T2WI黑血序列，且更易探測到心肌損傷，敏感性較高；但DWI序列會出現(xiàn)高信號偽影，造成假陽性，短軸位側(cè)壁方向易出現(xiàn)幾何變形偽影，隨b值增加易出現(xiàn)心肌信號丟失。在研究中，DWI序列顯示高信號的范圍大于LGE或T2WI高信號范圍。但研究特別指出，DWI序列對于心肌灌注情況的檢測結(jié)果尚不確切，不能僅靠一個低b值DWI序列下的心肌異常信號來判斷心肌灌注的異常，還需聯(lián)合首過灌注、延遲強化等常規(guī)掃描序列進(jìn)行判斷。

Kociemba等[7-8]對急性心肌梗死患者行DWI和T2WI序列掃描，研究發(fā)現(xiàn)DWI序列的信噪比高于T2WI序列。在心肌梗死的檢測中，DWI序列的敏感度和陰性預(yù)測值高于T2WI序列，兩個序列的特異度和陽性預(yù)測值相近。DWI序列檢測到的心肌水腫節(jié)段多于T2WI序列，水腫區(qū)域的顯示也大于T2WI序列。DWI序列更易發(fā)現(xiàn)心肌水腫，尤其是心肌下壁水腫，而且其對于右冠狀動脈供血區(qū)心肌水腫顯示的敏感度也明顯高于T2WI序列。T2WI和DWI序列高信號區(qū)域范圍均大于LGE序列。在DWI序列中，心肌水腫和纖維化有更好的一致性。DWI序列對血池高信號的抑制明顯優(yōu)于T2WI序列，心搏偽影的出現(xiàn)率低于T2WI序列，但DWI序列出現(xiàn)敏感性偽影的頻率高于T2WI序列。DWI序列能夠有效地避免無意義的血池高信號的產(chǎn)生，對心肌水腫的探測具有很高的敏感性和特異性。

1.2.3 多b值DWI技術(shù)探測心肌梗死的臨床應(yīng)用進(jìn)展

DWI序列通常用來探測急性心肌梗死。Laissy等[9]分別對34名急性心肌梗死患者、22名亞急性心肌梗死患者、18名慢性心肌梗死患者和24名正常人行DWI和LGE掃描，并進(jìn)行比較。研究結(jié)果表明，DWI序列檢測急性心肌梗死的敏感度較高，呈較明顯的高信號，雖然部分慢性心肌梗死也可在初發(fā)梗死后幾個月內(nèi)仍存在高信號，但仍可利用DWI序列聯(lián)合LGE掃描對急慢性心肌梗死進(jìn)行區(qū)別。慢性心肌梗死區(qū)的對比噪聲比和信噪比低于急性和亞急性心肌梗死區(qū)，而其表觀擴散系數(shù)（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）則高于急性和亞急性心肌梗死區(qū)，差異有統(tǒng)計學(xué)意義。研究中還提出，DWI序列可用于急性胸痛患者的篩查，查明其是否為急性心肌梗死而引起的胸痛癥狀，與LGE掃描相比，其縮短了檢查時間，能夠盡快地使患者接受再灌注治療，減少心肌的不可逆損傷。

一些學(xué)者[11-13]通過計算ADC值得出參數(shù)圖，發(fā)現(xiàn)心肌梗死微循環(huán)阻塞區(qū)和梗死區(qū)的ADC值小于正常心肌組織的ADC值，而心肌梗死微循環(huán)阻塞區(qū)較梗死區(qū)ADC值更低，且發(fā)現(xiàn)低b值下獲得的ADC值與高b值下獲得的ADC值有差別，結(jié)果與早前的一個動物實驗研究結(jié)果相似，兩個ADC值不相關(guān)。在選擇合適的采集策略后，低b值DWI序列可檢測到心肌微循環(huán)損傷和心肌血流灌注異常，具有潛在的臨床應(yīng)用價值，但目前，尚未有金標(biāo)準(zhǔn)來評判DWI序列獲得的心肌損傷信息的準(zhǔn)確性。

1.3 小結(jié)

多個低b值DWI序列對水分子擴散和毛細(xì)血管網(wǎng)血流灌注的檢測具有較高的敏感性，已逐步應(yīng)用于心肌損傷的檢查中，并已在探測急性心肌梗死及心肌水腫方面顯現(xiàn)出較大的優(yōu)勢，可用于篩查急性胸痛和心律失?；颊哂袩o急性心肌梗死，但能否通過各項參數(shù)準(zhǔn)確地定性定量評估心肌血流灌注缺損和心肌纖維化損傷，仍需進(jìn)一步研究。雖然DWI序列對呼吸、心搏偽影較敏感，易發(fā)生心室?guī)缀巫冃院托募⌒盘杹G失，還需更多的技術(shù)加以改進(jìn)，但這個方法無論是在顯示心肌損傷、心肌灌注特點還是在探究心肌梗死后心肌重建過程中的影像學(xué)特征方面都呈現(xiàn)出良好的臨床應(yīng)用前景，能為急慢性心肌梗死患者的診斷、治療和預(yù)后評估提供更為豐富的信息。

2 T 1 mapping技術(shù)

2.1 T1 mapping技術(shù)的原理和進(jìn)展

T1 mapping技術(shù)的原理是在多個心動周期同一時相的不同反轉(zhuǎn)時間（Inversion Time，TI）下采集圖像，直接定量測定心肌每個體素的T1值，生成參數(shù)圖獲得心臟各區(qū)域的T1縱向弛豫時間，在進(jìn)行圖像后處理時加入偽彩，從而明確顯示出心肌T1值的差別。

20世紀(jì)90年代有學(xué)者提出使用原始的Look-Locker序列結(jié)合自由呼吸技術(shù)進(jìn)行T1 mapping掃描，但其缺點是每張圖像的采集時間過長，無法生成基于像素水平的參數(shù)圖，只能分析感興趣區(qū)的T1值[14-15]。目前使用最為廣泛的是改進(jìn)的Look-Locker反轉(zhuǎn)恢復(fù)技術(shù)，其屏氣采集時間較短，減小了呼吸偽影的影響，具有更高的空間分辨率和更強的動態(tài)信號。但由于是模擬的數(shù)據(jù)，可能會發(fā)生數(shù)據(jù)低估，發(fā)生率約為8%[16-17]。

近年來，縮短的Look-Locker反轉(zhuǎn)恢復(fù)技術(shù)得到應(yīng)用，僅需9個心臟搏動就可采集到圖像，避免了因屏氣不足導(dǎo)致的圖像質(zhì)量不佳，并使用不完全恢復(fù)的縱向磁化矢量。無論對于1.5T還是3.0T磁共振，此序列較原始的Look-Locker反轉(zhuǎn)恢復(fù)技術(shù)可容納更為廣泛的T1時間和心率范圍，采集時間更快，其采集到的T1值與后者無明顯差別，但后者的噪聲和變異系數(shù)較大[18]。另外，在線運動矯正技術(shù)的應(yīng)用可獲取更準(zhǔn)確的像素模式圖，可以避免因呼吸差異導(dǎo)致的錯誤。

近期還有學(xué)者將T1 mapping技術(shù)、電影Cine序列和反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列采集到的各個心動周期的圖像整合，再將這些整合圖像進(jìn)行融合，形成SALLI（Small Animal Look-Locker Inversion Recovery）序列進(jìn)行圖像采集，專門用于心率較快的小動物CMR實驗研究，以期同時了解心肌T1值的變化特點、心臟功能情況及增強后心肌損傷特征等[19]。

另外，最近有研究人員對MOLLI（Modified Look-Locker Inversion Recovery）序列進(jìn)行了改良，應(yīng)用飽和恢復(fù)序列SR（Saturation Recovery）代替反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列IR（Inversion Recovery），即通過MLLSR（Modified Look-Locker FIESTA Imaging with Saturation Recovery）序列掃描測定T1值。SR的使用可以避免磁場恢復(fù)過程中產(chǎn)生的虛擬心跳信號帶來的影響，且不影響T1值的測量，同時減少了磁化飽和恢復(fù)曲線上應(yīng)取樣的數(shù)據(jù)點個數(shù)，并不需要在圖像分析過程中鑒別信號極性。

2.2 T1 mapping技術(shù)與延遲強化技術(shù)的比較

T1 mapping技術(shù)與延遲強化技術(shù)相比，其優(yōu)勢體現(xiàn)在以下3個方面：① T1 mapping技術(shù)最主要的優(yōu)勢是通過定量的T1值和細(xì)胞外容積（Extracellular Volume，ECV）的改變來反映心肌損傷的程度，而延遲強化技術(shù)雖可測量心肌梗死的范圍，但始終無法對其損傷程度進(jìn)行定量評估；② 損傷心肌的纖維化程度必須達(dá)到一定的閾值，才能表現(xiàn)出明確的延遲強化，因此，延遲強化技術(shù)對早期心肌纖維化的顯示欠佳；而T1 mapping技術(shù)可通過T1值的改變敏感檢測到處于早期纖維化的心肌；③ 雖然延遲強化技術(shù)能夠明確診斷局灶性心肌纖維化，但對彌漫性心肌纖維化的診斷效能不高，因為其對心肌延遲強化高信號的判定是基于與正常未強化心肌的比較，當(dāng)透壁性心肌梗死范圍較廣泛時，較難識別出同一層面的正常心肌，并需要與未被完全抑制的心肌內(nèi)高信號偽影相鑒別；而T1 mapping技術(shù)測得的增強前后心肌T1值若與正常人心肌的T1值不同，則提示心肌損傷的可能，無論損傷是局限性還是彌漫性。

因此，T1 mapping技術(shù)在早期定量評估心肌損傷、壞死纖維化，尤其是廣泛透壁性心肌梗死和彌漫性心肌纖維化，提示臨床選擇合理的治療方案，判斷預(yù)后恢復(fù)情況，在不使用造影劑的前提下評估心肌存活性方面具有潛在價值。

2.3 T1 mapping技術(shù)在缺血性心臟病中的臨床應(yīng)用進(jìn)展

對異常病變的研究應(yīng)建立在了解正常心肌T1值特性的基礎(chǔ)上。2006年，Messroghli等[20]對15例健康志愿者行T1 mapping掃描，研究發(fā)現(xiàn)，在1.5T磁共振上，增強前的T1值正常變化范圍約為（980±53） ms，95%的可信區(qū)間為964～997 ms，從基底部到心尖部的心肌T1值無明顯差別。這項技術(shù)可通過直接定量測定T1值，來判斷心肌組織的缺血性和炎性改變。之后他們再次通過動物實驗證實，T1值的錯誤可以通過簡單的線性矯正，增強前后的心肌和血池的T1值呈現(xiàn)較窄的正常范圍，在心率快時也可順利完成檢查[21]。其他學(xué)者也有類似的研究，研究發(fā)現(xiàn)血池T1值影響心肌T1值，增強后的心肌T1值可以通過血池T1值或細(xì)胞外基質(zhì)體積分?jǐn)?shù)（Ve %）來矯正[22]。

對缺血性心臟病急性心肌梗死患者的研究始于2003年。Messroghli等[23]的早期研究成果表明，在急性心肌梗死患者中，增強前梗死區(qū)比非梗死區(qū)的T1值高，T1值升高的范圍比延遲強化范圍大。增強后梗死區(qū)較非梗死區(qū)的T1值小，且T1值減小區(qū)與延遲強化區(qū)具有良好的一致性。2007年，他們又將T1 mapping技術(shù)應(yīng)用于急慢性心肌梗死患者心肌損傷的診斷中，以進(jìn)一步探討急慢性心肌梗死CMR表現(xiàn)的異同。研究發(fā)現(xiàn)，急性期心肌梗死增強前T1值較慢性期更高。急性期心肌水腫也可引起增強前T1值的升高，所以T1值升高范圍比延遲強化范圍大，慢性期則受心肌水腫影響較小。增強后慢性心肌梗死區(qū)比急性心肌梗死區(qū)的T1值更短，但由于急性心肌梗死區(qū)T1值的基線值較高，T1值的變化范圍較大，所以其T1值縮短更為明顯。而對于梗死核心區(qū)，由于造影劑進(jìn)入的時間延長，所以其T1值在造影劑進(jìn)入的20 min內(nèi)持續(xù)減低，說明無論有無微循環(huán)血流，梗死核心區(qū)內(nèi)均出現(xiàn)了灌注缺損。在T1值變化區(qū)和延遲強化區(qū)的一致性方面，慢性心肌梗死比急性心肌梗死的顯示更準(zhǔn)確。確定T1值的變化閾值將對準(zhǔn)確判斷心肌梗死范圍具有重要價值。另外，研究指出，增強前T1 mapping技術(shù)檢測急性心肌梗死患者中異常心肌組織的敏感度和特異度較高，分別為96%和91%[24]。

增強前T1 mapping技術(shù)能夠早期檢測急性心肌梗死后的心肌損傷，并能夠輔助LGE和T2WI定量定性地評價心肌損傷，成為LGE和T2WI檢測缺血及非缺血性疾病心肌損傷的重要補充手段之一，尤其對急性心肌梗死患者，可定量評價其心肌損傷的危險區(qū)[25-26]。但是，T1 mapping技術(shù)對于缺血性心臟病的研究多集中于心肌梗死的改變上，對心肌缺血以及與首過灌注結(jié)果相比較的研究尚缺乏。當(dāng)然，T1 mapping技術(shù)也在非缺血性心臟病的研究中得到了廣泛關(guān)注，尤其是對彌漫性心肌病的診斷具有明顯優(yōu)勢。

2.4 小結(jié)

T1 mapping技術(shù)的準(zhǔn)確性和可行性，增強前后T1值和ECV值的變化特點和趨勢及其是否可作為參考來解釋疾病不同發(fā)展階段的組織生物學(xué)特性，還有待深入研究，尤其是需對患者和健康者開展大規(guī)模的多中心的臨床試驗研究和隨訪觀察。目前，其掃描規(guī)范、掃描層面、后處理方法還沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。另外，在對心肌梗死存活心肌的評價上，因心肌水腫、出血、鐵鈣鹽沉積等因素均可引起T1值的改變，T1 mapping檢查中還需結(jié)合其他技術(shù)進(jìn)一步觀察研究，來明確引起T1值變化的原因，從影像學(xué)角度討論心肌損傷的機制，以便提示臨床在急性心肌梗死早期進(jìn)行干預(yù)。

雖然T1 mapping技術(shù)在應(yīng)用中仍有很多問題有待解決，但其在早期定量評價心肌纖維化等方面已顯示出較大的優(yōu)勢。而且，采用T1 mapping技術(shù)簡單、快捷、安全，能夠有效地縮短CMR常規(guī)掃描時間，且其評價心肌損傷的診斷效能較高，將其應(yīng)用于臨床，能有效減少因造影劑注入而引起的患者腎源性系統(tǒng)性纖維化等疾病的發(fā)生?？傊?，T1 mapping是CMR檢查新興的研究方向，在診斷心臟疾病方面具有潛在價值，臨床應(yīng)用前景良好[27-29]。

（未完，見下一期）

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Clinical Application Progress of New Cardiac Magnetic Resonance Technologies in Ischemic Heart Diseases

LIU Ming-xi1.2, ZHANG Wan-shi2, ZHANG Zi-heng3, ZHOU Zhen-yu3, MENG Li-min2, LIU J ie1,2, GONG Wan-feng2
1.Department of Radiology, Xijing Hospital The Fourth Military Medical University, Xi’an Shaanxi 710032, China; 2.Department of CT-MR, Air Force General Hospital of PLA, Beijing 100142, China; 3.Beijing Branch of GE Healthcare China, Beijing 100176, China

This paper introduces the clinical application progress of multi-b-value diffusion weighted imaging as well as T1, T2 and T2* mapping techniques in the diagnosis of ischemic heart diseases. The advantages and shortcomings of the new techniques are also discussed.

cardiac magnetic resonance; multi-b-value diffusion weighted imaging; T1 mapping technology; T2 mapping technology; ischemic heart diseases

R445.2

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.01.019

1674-1633(2015)01-0063-05

2014-11-03

張挽時，主任醫(yī)師、教授、碩士生導(dǎo)師，專業(yè)技術(shù)三級，空軍級專家。

通訊作者郵箱：cjr.zhangwanshi@vip.163.com