3.0 T MR擴(kuò)散張量成像在心肌梗死后微觀結(jié)構(gòu)重構(gòu)中的監(jiān)測價值

喻思思，殷亮，李淑豪，鄒倩，俞瑤涵，熊發(fā)奎，龔良庚

3.0 T MR擴(kuò)散張量成像在心肌梗死后微觀結(jié)構(gòu)重構(gòu)中的監(jiān)測價值

喻思思，殷亮，李淑豪，鄒倩，俞瑤涵，熊發(fā)奎，龔良庚*

目的 運(yùn)用3.0 T MR擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)對心肌梗死后梗死區(qū)、邊緣區(qū)及非梗死區(qū)的心肌重構(gòu)進(jìn)行動態(tài)監(jiān)測，以發(fā)現(xiàn)心室重構(gòu)的規(guī)律性和異質(zhì)性。材料與方法 選用50只成年雄性兔，分為正常組(5只)，假手術(shù)組(5只)和實驗組(40只)，實驗組根據(jù)心肌梗死術(shù)后1、2、4、8周及16周分為5個亞組(8只)。通過結(jié)扎冠狀動脈左室支，建立兔心肌梗死模型，術(shù)后死亡7只，實驗組存活33只。將離體兔心臟標(biāo)本進(jìn)行3.0 T DTI掃描，測量梗死區(qū)、邊緣區(qū)和非梗死區(qū)的各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)值和平均擴(kuò)散系數(shù)（mean diffusion coefficient，MD)值，動態(tài)觀察DTI指標(biāo)的演變過程。結(jié)果 (1)梗死區(qū)和邊緣區(qū)的FA值在術(shù)后第1周時均顯著下降，之后下降較緩慢，均在第4周時達(dá)最低。之后梗死區(qū)FA基本穩(wěn)定，而邊緣區(qū)FA小幅度升高至8周時穩(wěn)定。(2)在術(shù)后4周內(nèi)，梗死區(qū)MD呈迅速明顯上升趨勢而邊緣區(qū)MD漸進(jìn)性輕度升高，兩者均是在第4周時達(dá)高峰。之后梗死區(qū)MD基本穩(wěn)定至8周，在第16周時有小幅度下降。邊緣區(qū)MD在第8周時輕度下降，之后穩(wěn)定。結(jié)論 心肌梗死后心室重構(gòu)是復(fù)雜且動態(tài)變化的過程，在心梗后第1周內(nèi)，梗死區(qū)和邊緣區(qū)組織重構(gòu)最為迅速且明顯，在第4周時重構(gòu)達(dá)高峰，即組織破壞最為嚴(yán)重，心梗長達(dá)8周后重構(gòu)基本穩(wěn)定。DTI能夠揭示心室不同區(qū)域重構(gòu)的規(guī)律性，對指導(dǎo)臨床治療有著重要意義。

磁共振成像，心肌梗死

YU Si-si, YIN Liang, LI Shu-hao, ZOU Qian, YU Yao-han, XIONG Fa-kui, GONG Liang-geng*

Second Affiliated Hospital of Nanchang University- radiology department， Nanchang 330006, China

ACKNOW LEDGM ENTS National Natural Science Foundation o f China (No. 81360216). Science and Technology Support Program of Jiangxi Province (No. 20121BBG70040). Natural Science Foundation of Jiangxi Province (No. 20142BAB205061).

Abrtract Objective: To detect myocardial m icrostructure remodeling dynam ically in the core-infarction zone (CIZ), peri-infarction zone (PIZ) and non-infarction zone （NIZ） using 3.0 T diffusion tensor imaging， so as to find out the ventricular remodeling (VR) mechanism and heterogeneity. Materials and Methods: Fifty adult male rabbits were split into a normal group (n=5), a sham-operation group (n=5), and a myocardial infarction (M I) group (n=40), the M I group was further split into 5 subgroups at 1, 2, 4, 8 weeks, and 16 weeks after operation, while 33 survived and 7 died. The rabbit M I model was established by ligating the left ventricular branch of the coronary artery. The vitro heart specimens were gained to proceed the 3.0 T DTI. Fractional anisotropy (FA) and mean diffusion （MD） coefficient values were measured in the CIZ， PIZ and NIZ. DTI indicators were monitored dynam ically. Results: (1)Both the FA values of the CIZ and PIZ significantly decreased in the 1st week， then decreased slow ly， both reached the lowest values at the 4th week. Then the FA of the CIZ tended to be stable, while in the PIZ, they appeared a small increase and became stable at the 8th week. (2)The MD

國家自然科學(xué)基金項目(編號：81360216)；江西省科技計劃重點(diǎn)項目(編號：20121BBG70040)；江西省自然基金項目(編號：20142BAB205061)

接受日期：2016-05-20

喻思思, 殷亮, 李淑豪, 等. 3.0 T MR擴(kuò)散張量成像在心肌梗死后微觀結(jié)構(gòu)重構(gòu)中的監(jiān)測價值. 磁共振成像, 2016, 7(7): 519-523.values in the CIZ increased rapidly and dramatically in the 4th week after operation, while those in the PIZ increased slow ly and gradually, both reaching the peak at the 4th week synchronously. Subsequently, the MD of the CIZ stayed stable until the 8th week, then decreased slightly at the 16th week. The MD of the PIZ decreased slow ly and became stable at the 8th week. Conclusions: Ventricular remodeling after myocardial infarction was a complex and dynamic process, the CIZ and PIZ remodeled very quickly and obviously in the 1st week, and reached the peak at the 4th week, which meant the tissue destruction was the most serious, then remodeling stayed stable until the 8th week. DTI can reveal the remodeling regularity in different areas and play an important role on the guidance for clinical treatment.

心肌梗死(myocardial infarction，M I)是心血管系統(tǒng)疾病中常見的急危重疾病，其發(fā)病率和死亡率都很高。心肌梗死后心室重構(gòu)是在機(jī)械、神經(jīng)、激素和遺傳因素等復(fù)雜調(diào)控下，心室容積、形狀、室壁厚度、心肌結(jié)構(gòu)和超微結(jié)構(gòu)等方面發(fā)生改變的過程，會增加心臟突發(fā)事件的危險，并導(dǎo)致心功能漸進(jìn)性惡化[1]。對心室重構(gòu)的檢測及動態(tài)監(jiān)測對指導(dǎo)臨床治療和判斷預(yù)后有重要作用。心肌擴(kuò)散張量成像(diffusion tensor imaging，DTI)基于生物體內(nèi)水分子的各向異性擴(kuò)散原理，能從微觀水平無創(chuàng)性評估組織擴(kuò)散和空間完整性等信息，可反映心室不同區(qū)域心肌纖維重構(gòu)情況[2]。本研究采用心臟DTI動態(tài)監(jiān)測心肌梗死后不同區(qū)域微觀重構(gòu)的演變，旨在發(fā)現(xiàn)心室重構(gòu)的規(guī)律。

1 材料與方法

1.1 心梗模型制備與分組

本研究經(jīng)南昌大學(xué)醫(yī)學(xué)倫理委員會審查通過。模型制備：采用成年雄性日本長耳白兔，體重2.0～2.5 kg，術(shù)前禁食12 h，耳緣靜脈注射1.5%戊巴比妥鈉2 m l/kg全麻，連接實驗專用心電監(jiān)護(hù)儀監(jiān)測并采集術(shù)前心電圖。胸骨左側(cè)緣切口，剪斷左側(cè)第3、4肋骨，拉鉤牽引雙側(cè)胸壁至心包暴露，提起并剪開心包將心臟暴露。用縫線懸吊并固定心尖部，仔細(xì)辨認(rèn)尋找左室支，大致于左心耳緣下5～10 mm內(nèi)結(jié)扎左室支，結(jié)扎后見供血遠(yuǎn)端室壁顏色變蒼白且搏動減弱，將心臟回納心腔。靜止數(shù)秒后觀察心電圖，若ST段弓背狀抬高，提示模型制備成功。術(shù)后連續(xù)4 d肌注青霉素(80 U/d)預(yù)防感染[3]。

資料分組：建立兔M I模型40只，分別為梗死后1、2、4、8周、16周這些時間點(diǎn)各8只。術(shù)后1周組中因室顫，2周和4周組中因腹瀉各死亡1只，術(shù)后8周中因嚴(yán)重感染死亡1只，術(shù)后16周中因感染或心衰死亡3只，共成功建立M I模型33只。同時設(shè)立正常組和假手術(shù)組各5只作為對照組。

1.2 MRI掃描及圖像后處理

DTI掃描：實驗終點(diǎn)處死兔獲取離體心臟，甲醛固定72 h后洗凈，用細(xì)線將心臟懸空固定在容器中央，往心腔內(nèi)及容器中注滿Fomblin油，排出空氣后密封。采用GE Signa HDxt 3.0 T MR儀，4通道動物專用線圈(上海晨光)，行心臟DTI成像，掃描參數(shù)：TR 2800 ms，TE 102.6 ms，F(xiàn)OV 10.0 cm×10.0 cm，層厚為3.0 mm，間隔為0.5 mm，矩陣為96×96，激勵次數(shù)為2。采用25個擴(kuò)散方向，所用b值為1000 s/mm2。掃描層面以左室短軸為主，范圍覆蓋心尖部至心底部。

圖像后處理：DTI原始圖像傳輸至GE Medical System s AW 4.4工作站，應(yīng)用Functoo l進(jìn)行后處理及數(shù)據(jù)測量。采納W u等[4]研究中的定義來劃分DTI圖像中的梗死區(qū)(core-in farction zone，CIZ)、邊緣區(qū)(peri- infarction zone，PIZ)及非梗死區(qū)(non-infarction zone，NIZ)，即在心臟短軸層面，CIZ定為b值為0的圖像上心室壁變薄，信號增高區(qū)。PIZ認(rèn)為是CIZ向周邊分別擴(kuò)展其圓周角的四分之一區(qū)域。NIZ為心肌剩余部分。正常組和假手術(shù)組區(qū)域劃分對應(yīng)于M I組的相應(yīng)區(qū)域。在CIZ、PIZ和NIZ分別手動放置ROI并調(diào)整大小(10～15 mm2)，在自動生成的各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)和平均擴(kuò)散系數(shù)(mean diffusion coefficient，MD)偽彩圖中讀取數(shù)值，每個區(qū)域重復(fù)測量3次，取平均值作為最后測量值。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 20.0統(tǒng)計學(xué)軟件。所有計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示。多組樣本間的計量資料比較采用單因素方差分析，多組樣本間兩兩比較采用LSD法。以P＜0.05為有統(tǒng)計學(xué)差異。

2 結(jié)果

2.1 不同組別在不同區(qū)域的FA和MD值的比較分析

在梗死區(qū)、邊緣區(qū)和非梗死區(qū)，正常組、假手術(shù)組和心肌梗死后不同時間節(jié)點(diǎn)組的FA和MD的均值(表1)進(jìn)行兩兩比較分析。正常組和假手術(shù)組在對應(yīng)CIZ、PIZ、NIZ的FA值和MD值比較均沒有統(tǒng)計學(xué)差異(P＞0.05)。在M I后不同時間點(diǎn)，CIZ和PIZ的FA值和MD值與對照組比較均有統(tǒng)計學(xué)差異(P＜0.05)，NIZ的FA和MD值與對照組比較無統(tǒng)計學(xué)差異。

C IZ的FA值在術(shù)后1周組與2周組間比較有差異，術(shù)后1、2周組分別與術(shù)后4、8周及16周組兩兩比較均有差異。對于PIZ的FA值，在術(shù)后4周組分別與2、8周及16周組行兩兩比較發(fā)現(xiàn)有差異(P＜0.05)。CIZ的MD值在術(shù)后1、2、16周組分別與術(shù)后4、8周組進(jìn)行兩兩比較有統(tǒng)計學(xué)差異。PIZ的M D值只在術(shù)后1周組與4周組間比較發(fā)現(xiàn)有差異(P＜0.05)。

2..2 不同區(qū)域的FA和MD值的動態(tài)演變

CIZ的FA值在術(shù)后1周時顯著下降，然后逐漸下降，至第4周時最低，之后維持穩(wěn)定。PIZ的FA值在術(shù)后1周時也顯著下降，在第2周內(nèi)基本穩(wěn)定，后出現(xiàn)小幅度下降至第4周時最低，之后又有小幅度的回升至8周時基本穩(wěn)定。NIZ的FA值在M I后沒有明顯變化(圖1)。

CIZ的MD值在術(shù)后4周內(nèi)呈迅速、明顯上升趨勢，而PIZ的MD值表現(xiàn)為緩慢、漸進(jìn)性升高，兩者均在第4周時達(dá)高峰。之后CIZ的MD值基本穩(wěn)定至8周，在第16周時出現(xiàn)小幅度下降。PIZ的MD值輕度下降達(dá)8周時基本穩(wěn)定。NIZ的MD值在M I后變化不明顯(圖2)。

3 討論

3.1 不同區(qū)域重構(gòu)的病理改變

心肌梗死后心室重構(gòu)是整個心室對損傷的應(yīng)答反應(yīng)，CIZ表現(xiàn)為心肌變薄并心腔擴(kuò)大變形，形成均質(zhì)性瘢痕，存在室壁瘤破裂風(fēng)險。PIZ為壞死心肌和存活心肌共存區(qū)域，形成不均質(zhì)瘢痕，存活心肌發(fā)生細(xì)胞縫隙連接重構(gòu)和不穩(wěn)定的心電活動，會增加室性心律失常發(fā)生的風(fēng)險。NIZ作為代償性重構(gòu)區(qū)域，心肌細(xì)胞會肥大并延長、凋亡，間質(zhì)膠原纖維增生，繼發(fā)離心性肥厚[1]。隨著時間推移，不同區(qū)域重構(gòu)各異，且調(diào)控重構(gòu)的因素權(quán)重也會有所差異，故對M I后重構(gòu)規(guī)律的發(fā)現(xiàn)有助于重構(gòu)機(jī)制的揭示以及指導(dǎo)治療。

3.2 心室微觀結(jié)構(gòu)重構(gòu)的檢測意義

隨著心臟MRI技術(shù)的發(fā)展成熟，由于其軟組織分辨率高，多參數(shù)、多序列及任意方位成像，無輻射和可重復(fù)性好等優(yōu)勢，一站式檢查可完成對心臟形態(tài)和功能的全面評估。形態(tài)學(xué)上，心室腔呈不規(guī)則擴(kuò)大和結(jié)構(gòu)變形，表現(xiàn)為收縮末期容積及舒張末期容積增加。功能學(xué)上心室收縮及舒張功能障礙，表現(xiàn)為射血分?jǐn)?shù)、峰值射血率及峰值充盈率均降低。盡管這些評估心室整體重構(gòu)的指標(biāo)檢測簡單，但敏感性較差，不能在早期發(fā)現(xiàn)重構(gòu)，不能準(zhǔn)確反映不同區(qū)域重構(gòu)的程度，其靈敏性也較低[5-6]。

對心肌不同區(qū)域的重構(gòu)進(jìn)行檢測和動態(tài)監(jiān)測有著重要價值，心臟DTI成像可從微觀水平反映不同區(qū)域心肌纖維的走行、排列、環(huán)繞方向、連續(xù)性、緊密性等信息，且可定量評估組織完整性和擴(kuò)散情況。常用指標(biāo)為FA值和MD值，F(xiàn)A值是代表組織完整性的敏感標(biāo)志，MD值代表細(xì)胞內(nèi)、外間隙水分子的分布和組織平均擴(kuò)散情況，兩者可從微觀角度定量評估心肌重構(gòu)[7-9]。

3.3 不同區(qū)域微觀重構(gòu)的演變規(guī)律

筆者發(fā)現(xiàn)CIZ和PIZ的FA值在術(shù)后第1周時均顯著下降。由此可以推測，在M I后炎癥期，CIZ 和PIZ組織受損最為明顯、迅速，受各種調(diào)控因素影響最大，病理變化率最大，這與不良心血管事件，如室壁破裂、惡性心律失常好發(fā)于此時期相吻合。然后，CIZ和PIZ的FA值緩慢下降至第4周時最低，而CIZ和PIZ的MD值在4周時同步達(dá)高峰，說明CIZ和PIZ組織損傷仍在進(jìn)展且在4周時完整性破壞最嚴(yán)重，也即病理重構(gòu)達(dá)高峰，這或許也表明4周后再進(jìn)行延緩重構(gòu)的治療所發(fā)揮的作用不及在4周內(nèi)給予治療所起的作用大。不過在術(shù)后4周內(nèi)，CIZ的MD值呈持續(xù)大幅度上升，這與心肌細(xì)胞壞死崩解、間質(zhì)炎性浸潤、水腫、膠原纖維增生等有關(guān)。PIZ的MD值為緩慢漸進(jìn)性升高，與CIZ炎癥向PIZ擴(kuò)展的速度，PIZ內(nèi)存活心肌細(xì)胞數(shù)量及其代償性延長、肥厚程度等有關(guān)。

表1　不同組別在梗死區(qū)、邊緣區(qū)和非梗死區(qū)的FA值和MD值Tab. 1 FA and MD values of different groups in the CIZ, PIZ and NIZ

圖1　心肌梗死后不同時間點(diǎn)FA值的演變。CIZ和PIZ的FA值在術(shù)后第1周時均顯著下降，之后下降較緩慢，均在第4周時達(dá)最低 圖2　心肌梗死后不同時間點(diǎn)MD值的演變。在術(shù)后4周內(nèi)，CIZ的MD呈迅速明顯上升趨勢而PIZ的MD漸進(jìn)性輕度升高，兩者均是在第4周時達(dá)高峰Fig. 1 showed both the FA values of the CIZ and PIZ significantly decreased in the 1st week， then decreased slow ly, both reached the lowest values at the 4th week. Fig. 2 showed the MD values in the CIZ increased rapidly and dramatically in the 4th weeks after operation, w hile those in the PIZ increased slow ly and gradually, both reaching the peak at the 4th week synchronously.

在4周后，發(fā)現(xiàn)PIZ的FA值在第8周時出現(xiàn)小幅度回升而M D值輕度下降，推測PIZ重構(gòu)在自然進(jìn)程中可能存在部分可逆性，逆轉(zhuǎn)程度可能與梗死大小、位置、透壁程度、缺血后再灌注情況或微血管阻塞等有關(guān)，同時也反映此期可作為PIZ重構(gòu)治療的靶點(diǎn)，且對此期PIZ重構(gòu)可逆機(jī)制的揭示或許有助于重構(gòu)的治療，當(dāng)然這還需要更多研究來證實。在心梗8周后，CIZ和PIZ的FA值基本趨向穩(wěn)定，說明心室重構(gòu)基本達(dá)到平衡狀態(tài)。不過，CIZ的M D值在第16周時出現(xiàn)小幅度下降，推測可能與進(jìn)行性心功能惡化或慢性心力衰竭發(fā)生有關(guān)，促進(jìn)間質(zhì)大量纖維化并相互交聯(lián)來代償室壁應(yīng)力負(fù)荷做功[10-12]。

3.4 心梗后FA和MD值定量的影響因素

隨著心梗時間延長，不同樣本間體質(zhì)的差異，梗死范圍的差異，以及心功能漸進(jìn)性惡化，心力衰竭發(fā)生率也增加，而且誘發(fā)心衰的因素的存在，如感染、心律失常等危險因素，會造成樣本間的個體差異，對DTI定量會帶來誤差，且對不同樣本測值誤差影響各異。由于心臟搏動和呼吸運(yùn)動的存在，作者未能實現(xiàn)在體D T I掃描，有項研究表明離體FA測值大約比在體測值要大四分之一左右，MD值對溫度變化較敏感[10]，由于未能進(jìn)行在體掃描的驗證及相關(guān)分析，故具體影響還需進(jìn)一步研究。

此外，由于心梗后心臟形變，心室形態(tài)不規(guī)則，離體標(biāo)本梗死區(qū)變薄、表面皺縮且凹凸不平，采用DTI成像時，存在奈奎斯特鬼影(Nyquist ghost)以及易出現(xiàn)圖像變形的干擾。而且，對不同區(qū)域測值手動放置感興趣區(qū)，取樣容積不同且易產(chǎn)生偏倚，對測值帶來的干擾也就各異[13]。此外，本文不足之處是心肌離體標(biāo)本缺乏病理學(xué)驗證，需要改進(jìn)。

復(fù)雜的生物體內(nèi)存在快速和慢速兩種擴(kuò)散形式，小b值趨于顯示快速擴(kuò)散的信息，而大b值更多地反映慢速擴(kuò)散的信息，所以選擇合適的b值以使DTI成像能更好地反映心肌纖維重構(gòu)。因為FA值定量主要依賴于微觀結(jié)構(gòu)的方向，心梗后心肌細(xì)胞腫脹、核固縮或溶解，以及炎性細(xì)胞、纖維母細(xì)胞大量募集構(gòu)成了慢速擴(kuò)散環(huán)境，而細(xì)胞外的水腫，膠原纖維的增生和成熟、無序到有序的排列改變了細(xì)胞外結(jié)構(gòu)，形成快速擴(kuò)散環(huán)境。由于兩種擴(kuò)散形式在心梗后重構(gòu)中同等存在，所以定量FA值時選擇中等b值(1500～2000 s/mm2)更為準(zhǔn)確。而MD值以反映快速擴(kuò)散信息為主，選擇小b值(≤1500 s/mm2)即可[14]。

3.5 結(jié)論

心肌梗死后心室重構(gòu)是復(fù)雜且動態(tài)變化的過程，尤其是在心肌梗死后第1周時，梗死區(qū)和邊緣區(qū)組織重構(gòu)最為迅速且明顯，在第4周時，病理重構(gòu)達(dá)高峰，在心梗達(dá)8周后，心室重構(gòu)基本穩(wěn)定。心臟DTI能夠反映微觀結(jié)構(gòu)重構(gòu)演變，可能在宏觀形態(tài)學(xué)和功能學(xué)重構(gòu)指標(biāo)還未出現(xiàn)異常前就敏感檢測到重構(gòu)和不同區(qū)域重構(gòu)的差異，更為靈敏地動態(tài)監(jiān)測重構(gòu)演變，這對重構(gòu)機(jī)制的探索和指導(dǎo)臨床有著重要意義[15]。

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Evaluation of m icrostructure remodeling after m yocardial infarction using 3.0 T magnetic resonance imaging

18 Mar 2016, Accepted 20 May 2016

Magnetic resonance imaging； Myocardial infarction

南昌大學(xué)第二附屬醫(yī)院放射科，南昌330006

龔良庚，E-mail：gong111999@163. com

2016-03-18

R445.2；R542.2-2

A

10.12015/issn.1674-8034.2016.07.008

*Correspondence to: G ong LG, E-mail: gong111999@163.com