提高认识和加强心脏MR定量技术的 临床应用与研究

摘要

由于心脏的解剖复杂性和心律变异性，加之心脏运动以及呼吸运动的影响，心血管MR（CMR）成像是全身各器官影像成像中最具挑战性的一项检查。令人欣慰的是，近年来随着MR硬件与软件的发展，CMR扫描和后处理技术得到了长足进步。CMR从以前的心脏形态学、功能评估发展到了现在的定量技术、组织特异性评估、人工智能辅助下的检查与诊断等；CMR已逐渐成为心脏病学中不可或缺的影像诊断工具，是心功能和心肌替代性纤维化评价的无创性“金标准”；特别是定量技术，使得原来不能解决或很难解决的临床问题，如弥漫性心肌病变和轻微病理改变的检测、早期心脏功能障碍的评估等成为可能。笔者重点介绍有关CMR常用的定量技术（心肌应变和mapping定量技术）的临床价值与研究成果。由于心脏解剖复杂性和心律变异性，加之心脏及呼吸运动的影响，心血管MR（cardiovascularMR，CMR）成像最具挑战性。近年来，随着硬件与软件的发展，CMR扫描和后处理技术得到了长足进步。CMR从以解剖学和心室功能评价为主，发展到组织学表征技术检测心肌水肿和纤维化，帮助临床准确诊断与预后评估。现在，CMR“一站式”检查更是实现了对心脏解剖、功能、组织、灌注、血流等全面评价，成为心脏病学中不可或缺的诊断工具。特别是CMR定量技术，能够早期评估心脏功能障碍和发现心肌“细微”病理改变，有助于临床及时干预，遏制或延缓疾病进展。笔者重点介绍两种常用的CMR定量技术——心肌应变和mapping定量技术，探讨其临床价值与研究成果。一、MR心肌应变技术CMR可对心脏进行任意方位成像，且图像分辨率高、对比度好，是无创性评价心室功能的“金标准”。然而在疾病早期，射血分数（ejectionfraction，EF）常常保留，且EF无法评价局部心肌运动。CMR心肌应变技术不仅能评价收缩及舒张期心肌3个维度（长轴、周向、径向）的整体和局部功能，还可评价心内膜及心外膜功能。其衍生的应变、应变率和扭转等参数，比EF更敏感反映早期和局部心功能障碍。（一）MR心肌应变技术的比较CMR应变成像方法主要分为两种：（1）需要采集特殊的脉冲序列，如心肌组织标记技术（myocardialtissuetagging，Tagging）、速度向量成像、受激回波位移编码、应变编码等；（2）基于标准电影图像的后处理分析，如心脏MR特征追踪（cardiacMR⁃featuretracking，CMR⁃FT）及心脏形变应力分析（deformableregistrationalgorithms，DRA）。目前常用的CMR心肌应变技术为Tagging、CMR⁃FT及DRA。Tagging技术虽然是心肌应变成像的“金标准”，可重复性好，但是需要特殊、复杂的扫描序列，且后处理繁琐、耗时。另外，Tagging还会受空间分辨率和标记消退的影响，因此目前应用受限。CMR⁃FT技术基于常规电影成像，无需额外序列扫描，较之Tagging技术更简便。CMR⁃FT评价整体心肌应变时重复性较好，但在评价局部应变时重复性较差、变异性较高。DRA技术在评价心肌整体应变时，较CMR⁃FT重复性更好、变异性更低。（二）心肌应变技术的临床价值1.评价EF保留的心室功能障碍：心脏功能的评价在患者预后评估中至关重要，较之EF，心肌应变可更早反映心室功能障碍。临床研究显示，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可分别检出双心室和右心室心肌应变受损。在EF保留的心力衰竭患者中，左心室整体长轴应变（globallongitudinal

strain，GLS）出现损伤，且该参数可用于识别心血管事件高风险患者。2.评价局部心肌功能：多种心脏疾病均可表现为节段性运动异常，如急性心肌梗死（acute

myocardialinfarction，AMI）、AM和肥厚型心肌病（hypertrophiccardiomyopathy，HCM）等。Kidambi等应用Tagging技术评价了AMI再灌注患者心肌可挽救区域的周向应变，发现可挽救区心肌应变的改善与心肌水肿消退密切相关，该研究提示心肌水肿体积较大者心肌功能恢复较慢。在HCM中，肥厚或心肌纤维化节段局部应变参数值低于非肥厚或无纤维化节段，且应变参数值与心肌肥厚和纤维化程度呈负相关。定量评价局部心脏运动有助于探究心肌功能学障碍与组织学特征之间的相关性，为疾病发生发展机制和临床诊疗提供有用信息。3.评价左心房功能：左心房结构和功能异常是疾病严重程度及预后评估的重要指标，左心房应变分析是检测心房功能重塑的敏感工具。心房颤动（atrialfibrillation，AF）是临床常见的心律失常，HCM患者常合并AF，或与左心房负荷增加有关。在非梗阻性HCM患者中，左心房储存和导管功能障碍可先于左心房增大出现，这有助于研究左心房形态正常时功能障碍与AF发生的相关性。高血压患者左心房储存和导管功能障碍亦可先于左心室肥厚出现。另外，左心房功能降低与AF风险增加相关，左心房应变分析有助于识别AF术后复发的高风险患者。在ST段抬高型心肌梗死中，调整已知风险后，左心房储存期和导管期应变是患者主要心血管不良事件发生的独立预测因子，且与传统结局指标左心房大小和左心室GLS相比，左心房应变具有增量预后价值。4.鉴别诊断：研究显示，应变参数在区分梗死心肌有无合并微血管障碍时，优于室壁增厚。在左心室肥厚（leftventricularhypertrophy，LVH）疾病的鉴别诊断中，心尖段与基底段径向应变比和周向应变比是区分心肌淀粉样变性和HCM的可靠参数。在AM中，Li等研究发现，暴发性心肌炎整体纵向、径向及周向应变均低于非暴发性AM，且整体周向应变与心肌水肿定量参数值呈明显相关。5.预后分析：心肌应变分析在评估心脏疾病预后方面有重要意义。多中心研究显示，CMR⁃GLS参数是EF保留患者病死率的有力独立预测因子，且对常见的临床和影像学危险因子具有增量作用。另一项研究表明，在EF减低的患者中，GLS与缺血性和非缺血性扩张型心肌病的病死率密切相关，较EF和钆剂延迟增强（lategadolinium

ehancement，LGE）提供增量的预后信息。在心脏淀粉样变（cardiacamyloidosis，CAL）中，整体周向应变与透壁型LGE是患者全因病死率独立预测因子。（三）心肌应变技术的局限性CMR是心肌应变测量的“金标准”，但仍存在一定的局限性。目前CMR应变后处理软件常用的有CVI和Medis等，不同后处理方法测值差异较大，尚待统一标准化。此外，需注意年龄和性别对心肌应变参数值的影响。今后，我们可以应用心肌应变技术，开展更多心脏疾病亚临床诊断、预后及疗效评估等临床研究。二、CMRmapping定量技术CMRmapping定量技术主要基于T1、T2和T2*弛豫时间以及对心肌细胞成分进行量化分析。细胞外容积分数（extracellularvolumefraction，ECV）及细胞外容积分数指数（indexedextracellular

volumefraction，iECV）是由T1mapping衍生的参数，计算公式为ECV=（1-血细胞比容）×（1/心肌强化后T1-1/心肌强化前T1）（/1/血池强化后T1-1/血池强化前T1），iECV=ECV×左心室舒张末期容积指数（LVEDVi），两者可用于评价心肌细胞外间质。近年来，T1ρ

mapping技术也被用于心肌病变的评价中。心肌细胞及间质成分的改变与特定的疾病通路相关。细胞内紊乱可见于铁过载和糖鞘脂聚积（安德森⁃法布里病）；细胞外间质紊乱常见于心肌纤维化和CAL；细胞内并间质紊乱可见于AM，即炎性水肿伴细胞内和细胞外水增加。（一）T1

mapping技术不同成像方法的比较T1

mapping成像基于反转或饱和脉冲序列激发，在纵向磁化矢量恢复过程中的不同时间采集信号，再经过一系列的数据计算和后处理后得到心肌组织的增强前或增强后T1值。基于反转恢复准备的T1

mapping技术包括Look⁃Locker、改良Look⁃Locker反转恢复（modifiedLook⁃Locker

inversionrecovery，MOLLI）和短MOLLI（shortenedMOLLI，ShMOLLI）。虽然MOLLI和ShMOLLI已被广泛应用，但其受T2依赖性、磁化传递、反转效率及磁化矢量丢失等因素的影响，需后处理校正T1值。基于饱和恢复的T1

mapping技术主要包括饱和恢复单次采集和饱和脉冲准备的与心率无关的反转恢复，虽然它们评估T1

准确性较MOLLI和ShMOLLI高，但临床应用较少。（二）T1

mapping定量技术和ECV（iECV）的临床价值1.识别早期心肌组织学异常：心肌纤维化是多种心脏疾病的主要病理改变。多项临床研究表明，T1

mapping及ECV识别间质纤维化的灵敏度优于LGE，可用于早期检测亚临床心肌病变。在HCM中，即使无局灶性LGE和血流动力学障碍，左心室心肌T1

和ECV值均可升高，且T1

值与壁厚呈正相关，这提示T1值可作为HCM早期心肌纤维化及纤维化严重程度的标志物。在无局灶性LGE和EF减低的特发性炎性肌病（idiopathic

inflammatorymyopathies，IIM）中，左心室心肌初始T1

值和ECV弥漫性升高，T1

mapping或是筛查IIM亚临床心脏损伤的有用工具。在主动脉瓣狭窄中，iECV值明显升高且与心肌活检检测的弥漫性组织学纤维化呈良好的相关性（r=0.87，P<0.001）。2.敏感识别心肌水肿充血：T1

mapping对于急性和慢性心肌内游离水含量的增加均非常敏感。2018年JACC专家组提出了心肌炎CMR诊断标准（路易斯湖标准，2009年）更新的共识建议，其中包括将T1

mapping技术作为CMR钆剂早期增强序列的替代标准。3.鉴别诊断：LVH是多种心脏疾病的主要表现，其病因诊断仍具有挑战性。CMR初始T1值的增高程度有助于鉴别诊断LVH疾病。研究显示，CAL患者左心室心肌初始T1值显著高于HCM及高血压心脏病患者，HCM初始T1值高于高血压心脏病。法布里病是一种罕见的遗传性溶酶体贮积症，因α⁃半乳糖苷酶A活性部分或完全缺乏，进而导致细胞内鞘糖脂过度蓄积。当心脏受累时，主要表现为LVH，需与其他LVH疾病鉴别。研究显示，法布里病室间隔初始T1值低于健康志愿者，并可完全区分于T1值升高的其他LVH疾病，包括高血压、HCM、重度主动脉狭窄和CAL，且T1值与壁厚呈负相关。值得注意的是，当左心室下外侧壁出现纤维化时，T1值可出现伪正常化或升高。4.危险分层及预后评估：在心肌炎中，ECV可用于可疑心肌炎患者的危险分层，且超越了LGE和EF。ECV≥35%或有助于识别LGE阴性但转归不良的心肌炎患者。在系统性硬化中，初始T1

mapping和ECV作为心肌纤维化的非侵入性标志物，亦可用于危险分层。在CAL中，初始T1

mapping和ECV均与转甲状腺素淀粉样变性患者病死率相关，其中ECV可独立预测预后。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预后的潜力，在调整EF、梗死核心T2

和心肌出血等指标后，低信号梗死核心区初始T1值与患者出院后全因死亡或因心力衰竭首次住院的风险成反比。5.疗效评估：心内膜心肌活检术是一项有创性检查，不适用于疾病的随访评估。T1

mapping技术可无创、多次对心肌进行成像，在疗效评估方面具有潜能。多参数CMR可有效监测轻链淀粉样变性治疗后心肌炎症、淀粉样物质浸润程度及心脏功能的变化。血液学疗效较好组与较差组相比，前者左心室ECV好转更明显。另一项研究表明，多参数CMR可及早发现IIM患者的心肌和骨骼肌受累情况，并有助于监测有效治疗后的动态变化。（三）T1ρmapping定量技术及临床价值T1ρ是在旋转坐标系下的自旋⁃晶格弛豫时间2D心肌T1ρmapping序列需要患者多次屏气配合，且扫描范围有限。最新的3D

T1ρmapping序列通过膈肌导航的呼吸门控技术，实现了自由呼吸状态下的扫描。T1ρmapping已被证实用于检测心肌纤维化的可行性，但该技术在临床尚未被广泛应用。将来，T1ρmapping序列的改进能提高病变诊断的灵敏度和特异度，或可成为LGE成像的替代方法，并提供有关心肌组织特征的其他定量信息。（四）T2

mapping定量技术及临床价值T2为横向磁化矢量按指数曲线衰减到37%所用的时间，通过取得该衰减曲线上至少两个点的数据来计算获得组织的T2

值，此过程被称为T2

mapping成像。T2值升高主要与心肌水肿或炎

症相关，如AMI、AM、结节病及心脏移植免疫排斥反应等。T2

mapping序列以T2WI为基础，但其对水肿的检测更灵敏，尤其当心肌和骨骼肌同时出现损伤时。2018版心肌炎CMR诊断共识已将局部或整体T2值升高新增作为心肌水肿的诊断标准之一。此外，有研究建议将T2

mapping作为CAL患者化疗1年后随访的监测参数。（五）T2*

mapping定量技术及临床价值T2反映了质子与质子之间相互作用导致的信号衰减，T2*除了反映质子相互作用外，还受磁场不均匀的影响。磁场不均匀包括主磁场的不均匀和组织磁化率的差异。常规T2*

mapping采用多回波的梯度回波序列，应在1.5T场强下进行成像。T2*

mapping主要用于