心脏磁共振技术在急性心肌梗死再灌注损伤中的研究进展

李子文 周莹

(1.南京医科大学连云港临床医学院，江苏 连云港 222000； 2.连云港市第一人民医院放射科，江苏 连云港 222000)

急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)是一种严重危及人类健康的疾病，其发病率逐年上升，并正在向低龄化偏移[1]。早期及时行介入再灌注治疗能显著降低患者死亡率，但梗死相关动脉再灌注的过程会导致微血管水平的超微结构和功能改变，包括血小板和炎症细胞激活、血管痉挛和内皮细胞破坏等，这种现象被称为心肌再灌注损伤[2]。评估AMI再灌注后心肌细胞的损伤情况以及心脏的运动功能，将有助于临床进行早期危险分层和治疗方案的选择。心脏磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)作为一种强大的无创性成像工具，能“一站式”地评估AMI再灌注损伤后的微循环阻塞(microvascular obstruction，MVO)、心肌内出血(intramyocardial hemorrhage，IMH)和心肌水肿，同时能识别AMI晚期发生的左室不良重塑以及相关并发症[3]。CMR由多种成像技术组成，其中钆对比剂心肌延迟强化(late gadolinium enhancement，LGE)是量化心肌梗死范围的“金标准”。现主要对目前CMR成像技术在AMI再灌注损伤中的研究进展进行综述，对其中不足之处以及未来方向进行探讨。

1 CMR定量成像技术

磁共振定量成像技术是一种通过对组织中不同弛豫时间进行量化来突出病灶特点的技术，如T1 mapping、T2 mapping及T2*mapping等。多项研究证实[4-5]，磁共振定量技术能很好地反映出心肌组织损伤过程中的病理生理特征，为AMI后心肌水肿的演变和纤维化提供格外的预测指标。此外，研究[6]表明，定量成像技术能减轻心内膜下及心尖部“慢血流”效应导致的心肌T2信号增高的影响，提高了图像判读的准确性。

1.1 T1 mapping

T1 mapping目前多采用校正的 Look-Locker反转恢复序列激发，通过读取不同的纵向弛豫时间，来获得组织间T1权重的定量图。经组织学证实[4]，T1 mapping在检测AMI再灌注后的心肌水肿和纤维化方面表现优异，为标准LGE成像提供了重要的补充信息。此外，T1 mapping结合对比剂可对细胞外容积参数进行定量测量。Yang等[7]研究表明，细胞外容积与AMI再灌注3个月后患者的左室重塑独立相关(β=0.490，P=0.002)，优于T1 mapping测量的原始(native)T1值，可为AMI再灌注患者早期风险分层提供有价值的信息。

MVO是心肌再灌注损伤的一个重要并发症，存在MVO的患者主要不良心血管事件(major adverse cardiac events，MACE)的发生率显著升高。Shin等[8]研究发现，在native T1 mapping上识别的MVO范围与LGE的一致性为90%。此外，有研究[9]表明native T1 mapping结合影像组学能提高对MVO区域的诊断准确性。AMI再灌注后心肌危险区(area at risk，AAR)内的信号变化迅速，Alkhalil等[10]发现，AMI再灌注后的超急性期(3 h内)AAR的平均T1值≥1 400 ms的患者，在急性期(24 h)和慢性期(6个月)随访中MVO范围和梗死面积更大，且MVO的发生率更高。

虽然T1 mapping技术能定量评估心肌组织，但计算T1值时需手动划分左心室的心外膜与心内膜轮廓，这是一项耗时费力的工作，同时易产生主观上的判读误差，因此T1 mapping与其他技术联合使用能显著提高工作效率。最近，Bhatt等[11]开发了一种自动识别并分割T1图的人工智能技术，经证实该方法识别的T1图与专家手动获取的T1图一致性良好(native T1图：r=0.90；增强后T1图：r=0.93，P<0.000 1)，这将有助于减轻繁杂的后处理工作，但该研究纳入的患者数量较少(n=11)，临床使用还有待进一步证实。

1.2 T2 mapping

T2 mapping 多采用T2预备脉冲激发的稳态自由进动(steady state free precession，SSFP)序列获得，通过采集多次心跳不同回声时间的T2-SSFP图像，对图像进行配准拟合后得到T2权重的定量图。相比于常规的T2加权黑血序列，T2 mapping对心肌水肿的显示效果更好，且敏感性更高[12]。T2 mapping可通过定量评估心肌水肿组织引起的T2值升高，来准确描绘出AMI再灌注后的AAR范围(T2-AAR)。一项猪AMI模型的研究[13]表明，在MVO组中，T2 mapping识别的AAR与心肌灌注区确定的实际(true)AAR范围具有高度相关的可比性，而在不存在MVO组中，T2-AAR明显低估了心肌灌注区，且无任何趋势，但T2-AAR能确定可挽救心肌的损伤部位，这可能比true AAR更具有指导水肿治疗的临床意义。Krumm等[14]使用双对比快速自旋回波(spin echo，SE)序列来代替T2 mapping中常规的SSFP序列，结果显示两种方法均具有较高的灵敏度和特异度(SSFP序列：灵敏度94%，特异度89%；双对比快速SE序列：灵敏度93%，特异度99%)，但使用SSFP序列获得的水肿mapping具有更多的局灶性假阴性值。

另外，T2 mapping图像受多种因素影响，如心率、图像拟合度、患者的屏气能力和T1的干扰效应等，因此区分水肿心肌与正常心肌的阈值标准尚未统一，仍需进一步研究探讨。

1.3 T2* mapping

T2*mapping是通过定量读取梯度回波序列激发产生的T2*弛豫信息而获得，比传统的SE序列成像速度更快。T2*mapping对AMI再灌注后IMH十分敏感，Reinstadler等[15]研究发现，T2*mapping能识别梗死区血红蛋白的降解产物，而不与水肿、炎症细胞反应或血流状态等其他组织信号重叠，是评估IMH的一种可靠成像方法。最近，Ferré-Vallverdú等[16]对94例AMI再灌注治疗7 d后的患者进行CMR检查，结果显示T2*mapping检测到IMH的范围与梗死部位和血管取栓术独立相关(P=0.022和0.049)，然而，由于该研究为观察性研究，可能造成信息选择上的偏差，所以并不能假定IMH和取栓术之间存在因果关系。

此外，几乎1/4的T2*mapping图像因伪影的存在而无法进行分析，这是T2*mapping的一个公认的局限性[17]，但随着自由呼吸和运动校正等技术的逐步进展，伪影问题可能被克服。

2 CMR心肌应变成像技术

CMR心肌应变成像技术是一种通过同步追踪心肌形变来评估心肌运动功能的技术，目前常用的相关参数包括纵向应变(longitudinal strain，LS)、周向应变(circumferential strain，CS)以及径向应变。磁共振心肌应变技术可通过分析AMI患者各心肌节段的应变值来识别出梗死心肌范围，同时，由于该技术无需使用造影剂，这给肾功能不全的AMI患者接受CMR检查带来了希望。

2.1 CMR心肌标记技术

磁共振心肌标记技术是通过对每个心肌层面施加网格状的射频脉冲链，然后利用电影成像追踪网格形变来标记心肌，是磁共振心肌应变技术的金标准[18]。Karthikeyan等[19]在小鼠心肌梗死诱导前和诱导后第2周采用9.4 T高场强CMR观察心肌细胞的形态和功能，结果显示与梗死前基线相比，过渡区和远端区心肌应变率显著降低，可作为监测效果的重要指标。此外，Bhalodiya等[20]基于磁共振心肌标记技术开发了一种分层匹配的算法模型，该算法可通过计算心肌各节段CS值来确定梗死位置，与金标准LGE识别的梗死节段一致性良好，但由于该方法需要对图像进行复杂的手动分割与匹配，处理1例患者需5～6 h，临床实施还需进一步优化来缩短用时。

2.2 心脏磁共振特征追踪技术

心脏磁共振特征追踪技术(cardiac magnetic resonance-feature tracking，CMR-FT)是基于CMR电影成像衍生的一种心肌应变技术，CMR-FT无需增加额外的脉冲序列，在电影序列的基础上进行图像后处理即可获得，且不会受到类似于超声成像空间分辨率低和实时操作的限制。多项研究[21-22]证实，CMR-FT与超声斑点追踪和磁共振心肌标记等应变技术在AMI患者参数测量中具有良好的一致性。

一项多中心前瞻性随访研究[23]表明，左心室整体CS和整体LS受损与5年后MACE发生率升高显著相关，与传统反映梗死面积的心肌损伤标志物相比，整体LS具有更大的预后价值。另一项1 034例AMI再灌注术后随访研究[24]表明，远端心肌CS受损是预测12个月内MACE发生的一项强预测因子，确定高危患者的远端心肌CS最佳临界值为-25.8%。晏乘曦等[25]发现AMI再灌注1周后，CS区分MVO与非MVO节段的诊断效能最佳(曲线下面积为0.879)，优于径向应变和LS(曲线下面积分别为0.791和0.670)。同时，Podlesnikar等[26]研究发现，存在MVO和IMH的AMI患者梗死区域CS在6个月后明显受损(P<0.001)。

2.3 心脏磁共振组织追踪技术

与CMR-FT相同，心脏磁共振组织追踪技术(cardiac magnetic resonance-tissue tracking，CMR-TT)也是基于CMR电影成像衍生的一种心肌应变技术，只是后处理使用的方法不同，CMR-FT通过勾画出心内膜和心外膜的边界，以跟踪室壁运动；而CMR-TT则是通过建立心肌中层的曲线坐标系统来跟踪心肌形变[22]。相较于CMR-FT，CMR-TT无需对每个平面进行重新勾画，就能获得心脏整体的应变和功能。多项研究[22-23，27]证实，CMR-FT和CMR-TT均可预测AMI再灌注后的MACE，二者组内与组间一致性良好。

这些应变技术将可能有利于临床对AMI患者进行早期的危险分层，但最近Pierpaolo等[28]发现CMR应变软件各供应商之间的部分参数一致性较差，并与手动勾画的轮廓吻合度低，强调在临床环境中需谨慎使用这些软件。

3 CMR弥散成像技术

3.1 弥散加权成像

弥散加权成像(diffusion weighted imaging， DWI)是一种在微观层面上反映组织中水分子运动状态的成像技术，相比于宏观的T2加权成像，DWI对组织中水肿信号更敏感[29]，为探讨AMI再灌注后早期心肌水肿的演变过程提供帮助，但呼吸和心跳产生的运动伪影可严重影响心肌的DWI信号，限制了其临床使用。最近，Moulin等[30]对34例AMI再灌注治疗1周内的患者使用快速自由呼吸采集技术，得到了DWI的定量表观扩散系数图，该技术通过使用一个二维导航器在整个呼吸周期内实现了实时扫描的连续跟踪和重新定位，结果显示与T1 mapping和T2 mapping比较，定量表观扩散系数图在显示梗死区与非梗死区间水肿信号差异更为显著，这将为屏气功能不佳的患者在急性期检测心肌损伤提供了可行性。

3.2 心脏弥散张量成像

心脏弥散张量成像(cardiac diffusion tensor imaging，cDTI)是在DWI基础上衍生的一种研究心脏微观结构及其与功能关系的新兴技术，在正常心肌中，心肌细胞聚集形成薄层状二级结构，称为薄片[31]。基于水分子沿心肌细胞长轴优先弥散的原理，cDTI可获取心肌细胞和心肌薄片的长轴走向，对心脏纤维结构进行无创三维重建。

螺旋角和次级特征向量角是心肌薄片走向的测量方法，最近一项人类研究[32]表明，与远端心肌相比，急性梗死心肌的分数各向异性、次级特征向量角和螺旋角图上右旋结构的心肌细胞减少，这可能反映了心内膜下心肌细胞的组织缺失及收缩期心肌薄片的运动失调，此外他们得出AMI中分数各向异性值是3个月后左室射血分数恢复的独立预测因子(调整后b值=0.57，P=0.008)，这可能为AMI危险分层提供了新的急性生物标志物。另一项在动物和人类的cDTI研究引入了肌束传播角的概念[33]，定义为心肌束的两个相邻节段之间的夹角。传播角值为4 °被报道为区分正常心肌和梗死心肌的阈值，与LGE和心内膜电压图均有良好的相关性(r=0.95)，但该研究中所纳入的患者均有较大范围的梗死灶，还需进一步的研究来证实传播角对较小范围梗死心肌的敏感性。

cDTI可识别心肌细胞的微观结构变化，这将有助于阐明AMI再灌注后潜在的病理生理过程，然而cDTI还存在图像扫描采集时间过长，后处理费时费力以及心脏和呼吸运动伪影等多方面的限制。

4 小结

综上所述，CMR分别从心肌成分变化、心肌运动功能以及心肌纤维的微观结构等方面，为诊断心肌再灌注损伤提供了多项成像新技术及量化参数，同时也给AMI患者早期危险分层提供了多项有临床价值的预测指标，但各技术间还存在着许多不足之处，如扫描时间过长，后处理费时费力，软件供应商间的一致性欠佳，区分正常心肌的阈值标准尚未统一，呼吸和心脏搏动产生的运动伪影等，未来仍需进一步的研究来提高CMR在临床中的适用性。总之，随着各项CMR技术的逐步进展以及多学科间联合的不断加深，磁共振将为改善AMI预后提供更多有价值的信息。