CMR及MRS技术在冠心病中的应用研究进展

马 敏综述 ，贺 勇 审校

(1.四川省成都市第六人民医院心血管内科 610051；2.四川大学华西医院心血管内科，成都 610041)

心脏磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)作为多参数、多平面、多序列，可重复、较高的软组织对比成像，无电离辐射等优点的检查技术，通过“一站式”扫描，可以获得心脏解剖结构、心脏功能、灌注、组织特性等数据，已经成为了心血管疾病诊断、鉴别诊断、危险分层、预后判断的无创性检查手段[1]。磁共振波谱(magnetic resonance spectroscopy,MRS)则是利用核磁共振现象和化学位移作用对一系列特定原子核及其化合物进行分析的方法，能无创的研究在体或离体生物体内的化学组分信息,是检测活体组织器官生理或病理过程中化学变化的一种无创技术，是生物代谢研究的重要工具[2-3]。目前可供MRS研究的原子核有：1H、31P、13C、23Na、19F、29K等，其中以1H和31P最为常用，是无创且可连续地、动态地监测细胞能量代谢的技术。二者多技术、多参数、多序列的联合应用无疑缩短了临床患者的检测时间，提供了更多、更优的影像学资料，对于临床医学决策的制订及协助诊断、鉴别诊断、预后判断等均具有非常重要的作用。本文就CMR及MRS有关影像学检查技术及其在冠心病应用方面的现状及进展综述如下。

1 磁共振的应用

磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)和MRS是磁共振两个主要的应用技术。二者的基本原理类似，但也存在着临床及物理学上的差别。在临床上，MRI主要是用于显示组织器官的影像改变,目前CMR已经成为了心血管疾病诊断、鉴别诊断、危险分层、预后判断的无创性检查手段。其评价心肌再灌注损伤主要通过检测心肌内出血和微血管阻塞等功能指标。MRI的各种序列均可用于心肌内出血的评估，并且与组织病理学结果一致。但目前在临床实践中，对于心肌梗死(myocardial infarction，MI)的患者，尤其是MI急性期，CMR并未作为常规检查项目开展，且对MI患者预后的价值评估也未受到足够的重视[4]。MRS则主要提供在体或离体生物体内的化学组分信息。在物理学方面，MRI信号差别主要是通过梯度成像，而MRS则要求整体匀场。MRS目前已广泛应用于中枢神经系统和泌尿系统疾病等的诊断及分析其代谢改变的诊治，并取得了一定的研究成果[5-10]。31P MRS是最早用于人体的波谱技术，通常可检测出生物组织内9种不同代谢物，分别是磷酸肌酸(Pcr)、无机磷(Pi)、腺苷三磷酸(ATP)、磷酸单酯(PME)、磷酸双酯(PDE)、二核苷酸和二磷核苷糖。31P MRS在心脏能量代谢的临床研究有心肌缺血、MI、心肌再灌注损伤、心肌顿抑、心肌病等。Pcr/ATP是心脏能量状况的“监视器”，临床上用于冠状动脉(以下简称冠脉)疾病在负荷后Pcr/ATP比值降低，提示有局部缺血，同时高能磷酸盐的定量也可用以判断心肌活力；心力衰竭时，Pcr/ATP比值减低的程度与临床症状的严重性和预后明显相关；心瓣膜病时，Pcr/ATP比值减低提供给临床选择最佳瓣膜置换术的时机。MRS是目前临床上对在体或离体组织器官代谢、生化改变及化合物进行定量的惟一无创性检查技术[2-3]。

2 存活心肌的特点及相关机制

存活心肌是原无收缩功能或收缩功能异常的心肌经血流再灌注后其功能可以逐渐恢复的心肌，包括顿抑心肌和冬眠心肌。前者是指心肌受到急性缺血和血流再灌注双重损伤后，出现局部功能障碍，但这种障碍可以在数小时或数周后逐渐恢复，即冠脉血流正常，是血流和功能的不匹配，顿抑心肌的概念于1982年由BRAUNWALD等[11]首先提出。目前比较公认的机制是氧自由基释放和钙超载。后者是指心肌由于长期的低灌注出现慢性左心室局部或整体功能不全，待所属冠脉血运重建恢复后，静止状态的心功能可以完全恢复，即冠脉血流是减低的，功能和血流相匹配，心功能低下，依赖介入或血运重建恢复心肌运动。至今冬眠心肌的发生机制尚不清楚。对于冠心病存在心功能不全的患者，在介入或血运重建术之前检测存活心肌对预测术后疗效、病例选择具有十分重要的意义。研究发现，存在大量存活心肌者术后心功能改善明显，病死率低；相反仅有少量存活心肌者术后心功能改善不明显，且预后不良[12]。

3 存活心肌的检测手段

3.1正电子发射型计算机断层扫描(PET) 该技术是根据代谢功能评估心肌对葡萄糖示踪物18氟-脱氧葡萄糖(18F-FDG)的摄取能力来判断心肌的存活性，是目前存活心肌最可靠的检测方法，被誉为存活心肌检测的“金标准”[13]，但因时间分辨率及空间分辨率较低、价格贵，同时存在电离辐射等原因，在临床难以推广。

3.2单光子发射计算机体层显像(SPECT) SPECT通过检测心肌细胞有无血流灌注来评价心肌活性。与PET显像比较，其通过利用一些特殊的显像剂打破了PET灌注显像剂半衰期短的缺陷而成为目前临床上检测存活心肌最常用的手段。有研究表明其和PET一样可以准确评价缺血性心脏病患者心肌存活[14]，而且比PET更经济，对临床结局的判断更优[15]。但有研究发现，常规SPECT的心肌灌注显像因其空间分辨率低的原因常低估心肌缺血的范围[16]。

3.399Tcm甲氧基异丁基异睛(MIBI)心肌显像 采用99TcmMIBI心肌显像检测存活心肌，对血运重建后心肌运动改善具有预测价值。静息及介入99TcmMIBI心肌灌注显像可以作为判断急性MI(acute MI，AMI)患者延迟经皮冠脉介入术(PCI)疗效的可靠方法[17]。

3.4低剂量多巴酚丁胺超声心动图试验(LDDE) LDDE是用于判断MI后收缩功能储备能力的标准方法。冬眠心肌或顿抑心肌在低剂量多巴酚丁胺的作用下收缩功能改善，而瘢痕或坏死心肌无改变，此方法简单、实用。但由于其重复性差，受操作者经验、手法的影响，以及声窗较窄等而限制了其在临床的广泛应用。

3.5CMR检测 CMR作为多参数、多平面、多序列，可重复、较高的软组织对比成像，无电离辐射等优点的检查技术，通过“一站式”扫描[1]，可以获得心脏解剖结构、心脏功能、灌注、组织特性等数据，已经成为了心血管疾病诊断、鉴别诊断、危险分层、预后判断的无创性检查手段。临床上常用超声心动图评价心功能，但由于其重复性差，受操作者经验、手法的影响，以及超声声窗等局限而限制了其在临床的广泛应用。心肌核素显像在心功能评价中具有较好的重复性，但因时间分辨率及空间分辨率较低，同时存在电离辐射等，而非理想的心功能检测指标。CMR不仅能准确计算心功能指标，还可对心肌内出血、梗死危险区、梗死面积、微血管阻塞等指标进行定性或定量的分析[18-20]。CMR高度的软组织分辨率结合对比剂延迟强化，能够鉴别透壁性或心内膜下MI，这是PET和SPECT无法比拟的[21]。

4 MRS技术在心脏疾病的应用

MRS技术是一种无创性检测方法，可以定性或定量的检测在体或离体多种组织器官中的代谢产物组成、浓度水平及能量状态，从而反应机体的病理生理变化[22-23]。1H在人体内自然丰度和相对灵敏度高，成为MRS常用分析的原子核。1H MRS定量测定肌酸是非常有前景的新技术，该技术可显示对心肌活力检测的价值，如瘢痕组织ATP水平明显减低，而且肌酸几乎全部丢失。同时采用1H和31P的TLR线圈可以在同一图像上分别进行1H和31P谱的测量而不需要重新定位，从而使多核波谱的技术在心脏的MRS分析中得以广泛应用。准确的空间定位技术，即准确地采集感兴趣容积(volume of interest,VOI)内的信号，而不被VOI以外的体素信号污染，准确的空间定位、足够的信噪比、VOI是MRS技术的关键。MRS目前已广泛用于神经系统、泌尿系统等疾病诊断和疗效评价[5-10]，但心脏评价是所有应用中最为困难和复杂的。心脏是一个运动器官，扫描时常会出现运动伪影，应用心电门控技术可以减少伪影的产生。MRS在心脏研究中的意义重大，它不仅能够监测心功能，而且可以无创、连续、重复的监测心肌的能量代谢状态，是其他技术不可比拟的。常规组织常应用冷冻钳技术进行高能磷酸盐的定量分析，虽然方法准确且可行，但由于技术难度大且有侵袭性，所以 MRS在心脏疾病的研究中意义重大，且是未来MRI技术重大研发方向。31P MRS可以检测Pcr、Pi及ATP的水平，无创评价心脏能量代谢状况。临床上缺血、缺氧及细胞的坏死常引起高能磷酸盐的分解，Pcr与ATP分解，伴Pi的升高及乳酸的堆积而出现pH值的降低。有研究发现，31P MRS特别适用于缺血心肌的能量代谢状况，其不仅能够定量在静息状态的代谢水平，而且能够通过磁化转换的方法检测在体状态下化学反应的速度及速率情况[24]。

5 临床上常用的MRS技术

MRS常用技术有如下几种[25]：(1)深部分辨表面线圈波谱技术(depth-resolved surface coil spectroscopy,DRESS)；(2)激励回波探测法(stimulated echo acquisition mode spectroscopy,STEAM)；(3)点分辨波谱法(point-resolved spectroscopy,PRESS)；(4)活体影像选择波谱分析法(image selected in vivo spectroscopy,ISIS)；(5)化学位移成像定位方法(chemical shift imaging,CSI)。其中，临床最常用的是CSI方法，该方法是一种多维、多体素相位编码空间定位技术。在1次数据采集中可以同时获得扫描野(field of view,FOV)内多个部位的波谱线，可以在相同的时间点获得不同部位代谢物的空间分布信息，利于发现弥漫性病变，对病变的范围及病变的边缘做出正确判断，同时可以将正常组织作为鉴别对照物。CSI具有空间编码时间短及对运动不敏感的优点，故在心脏MRS分析中非常实用。同时采用1H和31P的TLR线圈可以在同一图像上分别进行1H和31P谱的测量而不需要重新定位，从而使多核波谱的技术在心脏的MRS分析中得以广泛应用。

6 展 望

从以上MRS检查的众多优势可以看出，MRS在临床疾病形态、功能、灌注、解剖、代谢等方面发挥重要作用。随着磁共振技术的发展、革新，各项软、硬件的改进，线圈技术发展等，MRI及MRS将成为临床应用的重要工具。通过空间定位技术完善，Overhause核增强效应，将获得体素1 cm3的31P MRS和1H的三维代谢成像图。31P MRS和1H MRS结合应用更符合临床所需，这种结合可以评价定量参数。由于常规MRI结合MRS检测所需时间较长，未来开发整体CMR检测技术，不仅缩短检测时间，而且可以同时获得解剖、代谢、形态、功能等多方面的数据，将是未来非常有前景的发展方向。

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