心肌梗死的心臟磁共振成像技術(shù)臨床應(yīng)用及其研究現(xiàn)狀

劉茜，楊志剛，李媛*

急性心肌梗死是指心臟冠狀動脈血供急劇減少或中斷引起的心肌急性缺血性壞死，是冠心病最嚴(yán)重的一種類型，發(fā)病急驟。隨著病程進(jìn)展，受損心肌細(xì)胞被細(xì)胞外膠原纖維替代，形成疤痕纖維，進(jìn)入到慢性心肌梗死階段。隨著磁共振技術(shù)的迅速發(fā)展，心臟磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)成像技術(shù)憑借其較高的時(shí)間、空間分辨力以及準(zhǔn)確性，可用于心臟形態(tài)、結(jié)構(gòu)、功能以及組織特性的評估，目前已成為臨床上評價(jià)心肌梗死的重要檢查手段。本文對CMR 成像技術(shù)在心肌梗死的臨床應(yīng)用進(jìn)行綜述。

1 心臟磁共振延遲強(qiáng)化技術(shù)

近年來，心臟磁共振延遲強(qiáng)化(late gadolinium enhanced，LGE)已被廣泛應(yīng)用于臨床檢測及評價(jià)心肌梗死，可以準(zhǔn)確評估局部梗死心肌位置和范圍，對診斷、治療及判斷預(yù)后具有重要意義。LGE作為無創(chuàng)、無輻射以及圖像分辨率高的檢查方法，不僅可以準(zhǔn)確地診斷典型的心肌梗死灶，還可以發(fā)現(xiàn)臨床癥狀、心電圖及心肌酶學(xué)檢查不典型的心肌梗死灶。

1.1 心臟磁共振LGE技術(shù)的原理

目前，臨床使用最為廣泛的LGE 序列是相位敏感反轉(zhuǎn)恢復(fù)(phase-sensitive inversion recovery，PSIR)序列，其具有低信噪比、偽影少的優(yōu)點(diǎn)，通常在靜脈注入釓對比劑后10～15 min 采集圖像。近年來，自由呼吸高分辨率LGE 技術(shù)的應(yīng)用進(jìn)一步提高了圖像的空間分辨率。釓對比劑能夠縮短組織的T1 弛豫時(shí)間，從而提高人體正常心肌組織與病變心肌組織間的信號強(qiáng)度差異。發(fā)生急性心肌梗死時(shí)，由于心肌組織缺血缺氧，細(xì)胞膜完整性遭到破壞；心肌細(xì)胞通透性增加，從而引起心肌間質(zhì)水腫，心肌間質(zhì)容積擴(kuò)大，導(dǎo)致釓對比劑在這些區(qū)域的分布增加，表現(xiàn)為梗死心肌區(qū)域出現(xiàn)異常強(qiáng)化。隨著病程進(jìn)展，急性心肌梗死發(fā)展為慢性心肌梗死，受損心肌細(xì)胞被細(xì)胞外膠原纖維替代，心肌纖維化導(dǎo)致間質(zhì)容積的擴(kuò)大和釓對比劑流入/清除時(shí)間延長，因此對比劑在纖維瘢痕區(qū)出現(xiàn)濃集[1]。

1.2 心臟磁共振LGE在心肌梗死中的臨床應(yīng)用

Reindl 等[2]的研究結(jié)果顯示，前壁心肌梗死患者更易發(fā)生中期心臟不良事件(hazard ratio：2.01；95%CI：1.05～3.83；P=0.03)，這是由于發(fā)生于前壁的心肌梗死灶損傷程度(LGE面積)更大，而與梗死發(fā)生的部位無關(guān)。Izquierdo等[3]通過研究也證實(shí)了心律失常性心臟不良事件與LGE 所測量的梗死范圍相關(guān)，梗死面積較大者更易發(fā)生心臟不良事件。因此，心臟磁共振LGE可以用來評價(jià)預(yù)后，指導(dǎo)臨床。冠狀動脈非阻塞性心肌梗死(myocardial infarction with nonobstructed coronary arteries，MINOCA)指發(fā)生急性心肌梗死但冠脈造影未見阻塞，其診斷較為困難。最近的一項(xiàng)研究顯示，高分辨率LGE顯像對MINOCA有較高的診斷價(jià)值，在經(jīng)胸超聲心動圖、心室造影和常規(guī)CMR結(jié)果為陰性時(shí)的改良診斷率為48%[4]。盡管LGE 是目前臨床上用于評價(jià)心肌梗死的可靠方法，但部分容積效應(yīng)可能會導(dǎo)致LGE 測量的梗死面積偏大。此外，釓對比劑主要經(jīng)過腎臟排泄，因此禁用于伴有嚴(yán)重腎功能不全的心肌梗死患者。

2 磁共振心肌灌注技術(shù)

心肌灌注指流經(jīng)心肌組織內(nèi)的冠狀動脈、小動脈以及毛細(xì)血管網(wǎng)的血流，當(dāng)冠狀動脈狹窄到一定程度可出現(xiàn)心肌缺血。磁共振心肌灌注成像(magnetic resonance myocardial perfusion imaging，MRMPI)技術(shù)作為一種非侵入性檢查方法，可以分析心肌血流灌注情況，進(jìn)行準(zhǔn)確的定性以及定量分析，主要用于心肌活性的檢測。在注入對比劑后正常心肌組織首過灌注正常，而冠狀動脈狹窄或阻塞可導(dǎo)致局部微循環(huán)障礙，無對比劑或很少對比劑進(jìn)入心肌梗死區(qū)，表現(xiàn)為首過灌注時(shí)病變心肌信號減低。MRMPI 結(jié)合LGE 技術(shù)是評估心肌存活的可靠方法，對于心肌梗死患者的預(yù)后有重要的臨床價(jià)值。

2.1 MRMPI技術(shù)的原理

MRMPI是通過快速掃描序列成像獲得一系列動態(tài)圖像，以分析對比劑通過心肌時(shí)心肌信號強(qiáng)度隨時(shí)間的變化規(guī)律的成像方法。常用的掃描序列為快速小角度激發(fā)梯度回波(turbo-fast low angle shot，Turbo FLASH)序列以及平面回波成像(echo planar imaging，EPI)序列。Turbo FLASH 序列圖像質(zhì)量受運(yùn)動和血流影響較小，但信噪比較低；而EPI 序列的優(yōu)點(diǎn)是時(shí)間及空間分辨率高，缺點(diǎn)是對硬件的要求較高。MRMPI分為靜息狀態(tài)和負(fù)荷狀態(tài)下灌注，負(fù)荷心肌灌注成像的常用負(fù)荷藥物為多巴酚丁胺或腺苷。上述兩種灌注方法均可對心肌微血管功能進(jìn)行肉眼、定量及半定量評價(jià)?？赏ㄟ^分析軟件對灌注圖像進(jìn)行分析，得到時(shí)間-信號強(qiáng)度曲線，其主要評價(jià)參數(shù)包括斜率、達(dá)峰時(shí)間以及峰值信號等。此外，負(fù)荷狀態(tài)下MRMPI 成像通過計(jì)算在靜息狀態(tài)和注射負(fù)荷藥物后心肌血流量的比率，可測量絕對和相對心肌灌注儲備。

2.2 MRMPI在心肌梗死的臨床應(yīng)用

一般冠狀動脈持續(xù)阻塞20～40 min 時(shí)，心肌細(xì)胞就會發(fā)生損傷。因此，及時(shí)恢復(fù)血供搶救活性心肌，對降低死亡率、恢復(fù)心功能及減少并發(fā)癥尤其重要。梗死心肌表現(xiàn)為首過灌注心肌信號減低而延遲掃描時(shí)明顯強(qiáng)化；可逆性心肌損害則表現(xiàn)為首過灌注心肌信號減低，但無異常延遲強(qiáng)化。由于可逆性心肌損害通過及時(shí)治療可部分或完全恢復(fù)，因此心肌活性的檢測對于臨床治療決策非常重要。除了以上兩種情況，有少部分心肌梗死患者在經(jīng)皮冠狀動脈介入術(shù)(percutaneous coronary intervention，PCI)或冠狀動脈旁路移植術(shù)恢復(fù)灌注后，心內(nèi)膜下心肌在首過灌注及延遲強(qiáng)化掃描均表現(xiàn)為低信號，而心外膜下心肌延遲強(qiáng)化明顯，即“無復(fù)流現(xiàn)象”[5]。目前，有創(chuàng)的冠狀動脈造影(invasive coronary angiography，ICA)仍然是疑似非ST 段抬高型心肌梗死(non-ST elevation myocardial infarction，NSTEMI)患者的常用檢查方法，盡管大部分患者并沒有冠脈阻塞。最近的研究顯示，負(fù)荷態(tài)灌注結(jié)合靜息態(tài)灌注及LGE 能準(zhǔn)確診斷疑似NSTEMI 患者的冠脈阻 塞(sensitivity of 97%，specifcity of 65% and accuracy of 86%)[6]。此外，MRMPI 技術(shù)也被應(yīng)用于心肌梗死患者介入治療后的療效評價(jià)和預(yù)后判斷。Bethke 等[7]對近200 例接受PCI 術(shù)后的ST 段抬高型心肌梗死(ST elevation myocardial infarction，STEMI)患者進(jìn)行研究發(fā)現(xiàn)，患者PCI術(shù)后早期CMR 心肌首過灌注與術(shù)后4 個(gè)月的左心室整體功能預(yù)后相關(guān)。

綜上所述，MRMPI可為心肌梗死患者的臨床診治以及判斷預(yù)后提供依據(jù)。其在成像技術(shù)方面要求較高，相信隨著心臟磁共振技術(shù)的進(jìn)步，MRMPI成像對于心肌梗死的準(zhǔn)確性和可行性都將會有進(jìn)一步的提高。

3 心臟磁共振T1 mapping技術(shù)

近年來，心臟磁共振T1 mapping 作為一種新技術(shù)發(fā)展迅速，開始應(yīng)用于臨床，在評價(jià)心肌水腫和心肌纖維化等方面表現(xiàn)出較大的優(yōu)勢，可通過測量T1 值和細(xì)胞外間質(zhì)容積分?jǐn)?shù)(extracellular volume，ECV)改變來反映心肌損傷的程度，為心肌梗死的診療提供參考。

3.1 T1 mapping技術(shù)的原理

T1 mapping 主要包括反轉(zhuǎn)恢復(fù)(inversion recovery，IR)序列和飽和恢復(fù)(saturationrecovery，SR)序列。目前使用最為廣泛的是矯正回顧反轉(zhuǎn)恢復(fù)(modified look-locker inversion recover，MOLLI)序列，其使用心電門控在心臟舒張末期連續(xù)采集數(shù)據(jù)，與標(biāo)準(zhǔn)Look-Locker 序列相比，其掃描時(shí)間更短，圖像質(zhì)量更好。近年來，Piechnik 等[8]對MOLLI 序列進(jìn)行改進(jìn)提出了Shortened MOLLI (ShMOLLI)，縮短了檢查者閉氣時(shí)間，減少了對心率的依賴性。然而，ShMOLLI 圖像信噪比低于MOLLI序列，容易產(chǎn)生偽影。

T1 mapping 技術(shù)的原理是基于反轉(zhuǎn)或飽和脈沖激發(fā)，在多個(gè)心動周期同一時(shí)相的不同反轉(zhuǎn)時(shí)像采集圖像，可以直接測量心肌每個(gè)體素的T1 弛豫時(shí)間，在圖像處理時(shí)加入偽彩，可以直觀地顯示出心肌T1 值的差別[9]。T1 mapping 技術(shù)包括平掃T1 mapping 以及增強(qiáng)后T1 mapping。另外，通過計(jì)算平掃T1值、增強(qiáng)后T1值及從血液標(biāo)本中獲得的血細(xì)胞比容可得到ECV值。ECV值與心肌間質(zhì)狀態(tài)改變有關(guān)，其主要優(yōu)點(diǎn)為減少了不同磁場、不同機(jī)型、對比劑劑量以及時(shí)間等各種干擾因素[10]。

3.2 T1 mapping技術(shù)在心肌梗死的臨床應(yīng)用

在急性心肌梗死時(shí)，缺血心肌缺氧發(fā)生無氧酵解，毛細(xì)血管通透性增加，導(dǎo)致心肌細(xì)胞及周圍間質(zhì)水腫，引起平掃T1值、ECV值的增加及增加后T1值下降。Bulluck等[11]研究發(fā)現(xiàn)，在評估急性心肌梗死面積方面，增強(qiáng)后T1 mapping 識別梗死心肌的能力與LGE 檢查相當(dāng)，而平掃T1 mapping 識別危險(xiǎn)心肌的能力與T2 mapping 相當(dāng)[R2=0.97；ICC：0.986(0.969～0.993)；bias：(-0.1±4.2)%]，因此單純通過T1 mapping技術(shù)即可滿足評價(jià)心肌梗死嚴(yán)重程度與范圍的需求。心肌纖維化可引起心室重構(gòu)，進(jìn)而可能導(dǎo)致患者心律失常以及心力衰竭，增加死亡風(fēng)險(xiǎn)[3]。因此，對慢性心肌梗死患者心肌纖維化進(jìn)行準(zhǔn)確的量化評價(jià)尤為重要。平掃T1 mapping可準(zhǔn)確地評估慢性心肌梗死纖維瘢痕大小，其與LGE 在顯示慢性心肌梗死面積上具有良好的一致性[R2=0.90；bias：(-10.55±10.90)%][12]。此外，通過計(jì)算ECV值可以更加準(zhǔn)確地評價(jià)慢性心肌梗死纖維化的程度。

近年來，T1 mapping 技術(shù)越來越多地應(yīng)用于心肌梗死遠(yuǎn)處心肌的相關(guān)研究中。Reinstadler等[13]的研究結(jié)果顯示，當(dāng)急性期心肌梗死患者遠(yuǎn)處心肌平掃T1 值超過1129 ms，往往提示梗死心肌范圍越大、可挽救心肌越少、左室功能越差。Garg 等[14]在對50 例心肌梗死患者的研究中發(fā)現(xiàn)，從急性期到慢性期，梗死心肌和梗死旁水腫心肌ECV 值逐漸降低，但遠(yuǎn)處心肌ECV 值反而增高；進(jìn)一步分析發(fā)現(xiàn)，發(fā)生左室重構(gòu)的患者與未發(fā)生左室重構(gòu)的患者相比，其遠(yuǎn)處心肌的ECV 值更高[ΔECV：(1.82±6.05)% vs.(-0.10±6.88)%，P＜0.05]。因此，遠(yuǎn)處心肌T1 值定量測定有助于提高心肌梗死患者風(fēng)險(xiǎn)評估的效能，也有望在今后應(yīng)用于遠(yuǎn)處心肌治療的臨床評價(jià)。

雖然LGE 仍是目前臨床上用于檢測心肌梗死最常用的方法，但平掃T1 mapping 無需使用對比劑，對于合并有嚴(yán)重腎功能不全的患者，可作為釓對比劑延遲強(qiáng)化的替代方法。但應(yīng)充分認(rèn)識到T1 mapping 的掃描及后處理技術(shù)還有進(jìn)一步的優(yōu)化空間，從而使T1 mapping的準(zhǔn)確性更高。

4 心臟磁共振T2 mapping技術(shù)

急性心梗患者可出現(xiàn)心肌水腫，引起T2弛豫時(shí)間的延長。通過測量心肌T2弛豫時(shí)間的改變對于早期診斷臨床懷疑為急性心梗的患者有非常大幫助。傳統(tǒng)評價(jià)心肌水腫最常用的序列為T2WI 黑血序列(T2-weighted short tau inversion recovery，T2-STIR)，心肌水腫在此序列上呈高信號。其對心肌水腫的診斷準(zhǔn)確性較高，但需要周圍正常肌肉組織作為對照，可能導(dǎo)致假陰性結(jié)果。而T2 mapping 技術(shù)可直接定量測定心肌T2弛豫時(shí)間，敏感度及可重復(fù)性更高[15]。

4.1 T2 mapping技術(shù)的原理

目前，心臟T2 mapping技術(shù)主要采用T2擬定穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(T2-prepared steady-state free precession，T2p-SSFP)序列，通過獲得不同回波時(shí)間的T2 圖像，并計(jì)算擬合出T2 衰減曲線可得到T2值。與T2WI序列比較，T2 mapping技術(shù)能很好地抑制慢速血流引起的高信號偽影，且不容易受到心臟搏動和呼吸運(yùn)動偽影的影響[16]。

4.2 T2 mapping技術(shù)在心肌梗死的臨床應(yīng)用

心肌水腫對于急性心肌梗死存活心肌的評估非常重要，影響到治療方法的選擇以及預(yù)后評估。研究發(fā)現(xiàn)，急性心肌梗死水腫高信號區(qū)即危險(xiǎn)區(qū)的大小是決定心肌梗死面積的一個(gè)重要因素[17]。Carberry 等[18]研究發(fā)現(xiàn)在STEMI 患者慢性期仍能觀察到心肌持續(xù)T2 高信號，這可能與心肌持續(xù)的炎癥反應(yīng)相關(guān)，且持續(xù)T2 高信號與心肌梗死嚴(yán)重程度及心臟不良事件相關(guān)。此外，T2 mapping 技術(shù)也被應(yīng)用于心肌梗死患者缺血再灌注損傷的相關(guān)研究中。有研究結(jié)果顯示，STEMI患者缺血心肌T2 值從再灌注早期到24 h 明顯下降，然后上升到第4 天，從第7 天進(jìn)入平臺期后下降[19]。這種動態(tài)變化強(qiáng)調(diào)了CMR時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)化的必要性，以回顧性評估梗死心肌和量化可挽救心肌。Masci 等[20]研究也認(rèn)為，在STEMI 患者血管重建術(shù)后梗死心肌和遠(yuǎn)端心肌的T2 值有動態(tài)變化，但是這些變化并不影響T2 mapping 測量危險(xiǎn)心肌面積的準(zhǔn)確性。由此可見，T2 mapping技術(shù)是一種有效評價(jià)心肌梗死患者早期缺血再灌注損傷的無創(chuàng)成像方式。

但目前有關(guān)心臟磁共振T2 mapping檢測心肌水腫的研究尚沒有組織病理學(xué)的直接相關(guān)證據(jù)證實(shí)，僅是與其他較成熟的CMR 成像技術(shù)進(jìn)行比較而得出的推論。且T2 mapping 技術(shù)的空間分辨力有限，部分容積效應(yīng)明顯，此外，水腫心肌與正常心肌的T2 值變化相對較小，均使其臨床應(yīng)用受限[21]。因此T2 mapping技術(shù)評估急性心肌梗死的準(zhǔn)確性有待進(jìn)一步研究。

5 特征追蹤心臟磁共振技術(shù)

心肌應(yīng)變指心肌組織在心臟運(yùn)動過程中單位時(shí)間內(nèi)相對于其初始形狀的形變程度[22]。特征追蹤心臟磁共振(feature tracking magnetic resonance imaging，F(xiàn)T-CMR)技術(shù)是一種基于CMR 電影成像組織體素運(yùn)動追蹤的新技術(shù)，可用于心肌應(yīng)變測量。與超聲心動圖斑點(diǎn)追蹤以及CMR 心肌標(biāo)記(tagging)技術(shù)相比，其主要優(yōu)點(diǎn)是不需要專門的成像序列，可以回顧性分析已有的CMR數(shù)據(jù)，且后處理分析相對簡單。

5.1 FT-CMR技術(shù)的原理

FT-CMR 技術(shù)使用的序列為CMR 常規(guī)檢查中的電影成像序列-穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(steady state free precession，SSFP)序列。SSFP序列掃描速度快，操作簡單且信噪比高，是臨床上最常用的CMR 檢查序列。FT-CMR 技術(shù)通過后處理軟件標(biāo)記并追蹤心肌體素點(diǎn)的相對運(yùn)動，可以得到局部和整體心肌的應(yīng)變情況。其主要參數(shù)包括位移、峰值應(yīng)變、應(yīng)變達(dá)峰時(shí)間、收縮期峰值應(yīng)變率和舒張期峰值應(yīng)變率；其中每個(gè)參數(shù)都有徑向(由長軸位或短軸位獲得)、周向(由短軸位獲得)以及縱向(由長軸位獲得)3個(gè)方向。

5.2 FT-CMR技術(shù)在心肌梗死的臨床應(yīng)用

研究顯示FT-CMR 技術(shù)在測量左室心肌應(yīng)變方面具有良好的可重復(fù)性[23]。鑒于心肌缺血最常見于心內(nèi)膜下，冠心病患者應(yīng)變早期異常表現(xiàn)為整體及節(jié)段縱向應(yīng)變降低，心肌縱向應(yīng)變降低可用于診斷冠心病和心肌梗死的位置[24]。Gavara等[25]通過FT-CMR對300多例STEMI患者進(jìn)行隨訪研究發(fā)現(xiàn)，急性期整體縱向應(yīng)變≥11%的這部分患者發(fā)生心臟不良事件的風(fēng)險(xiǎn)更高，在對基線和CMR 變量進(jìn)行校正后，縱向應(yīng)變可預(yù)測心臟不良事件的發(fā)生(HR：1.18；95%CI：1.04～1.33；P=0.008)。心肌梗死節(jié)段在冠狀動脈閉塞后的最初幾個(gè)小時(shí)內(nèi)為可逆性損傷，其可能會隨著再灌注而恢復(fù)心肌活性。在心肌梗死慢性期，完全被動的應(yīng)變曲線很可能是瘢痕形成的征兆[26]，這些觀點(diǎn)已在動物模型上得到證實(shí)。當(dāng)其他非侵入性檢查方法不確定的時(shí)候，通過FT-CMR 技術(shù)提供的附加診斷信息是有幫助的。此外，F(xiàn)T-CMR 在評價(jià)合并有慢性完全閉塞(chronic total occlusion，CTO)的心肌梗死患者預(yù)后方面也顯示出較大的應(yīng)用價(jià)值。Elias 等[27]研究顯示，在合并CTO 的STEMI 患者中，左心室整體應(yīng)變與患者預(yù)后相關(guān)，而節(jié)段應(yīng)變是功能失常CTO區(qū)域功能恢復(fù)的獨(dú)立預(yù)測因子。

綜上所述，CMR多參數(shù)、多序列成像，不僅能提供缺血性心臟病的形態(tài)學(xué)和功能信息，還可以定量地評價(jià)心肌水腫及纖維化的發(fā)生和范圍，提高了評估心肌損傷的安全性和準(zhǔn)確性，為臨床診斷和治療提供了非常有價(jià)值的信息。同時(shí)，隨著CMR新技術(shù)的不斷出現(xiàn)與廣泛應(yīng)用，其有望在心肌梗死患者的危險(xiǎn)分層及預(yù)后評估方面發(fā)揮更為重要的作用。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。