摘 要： 心肌病是以心肌病变为主的一类疾病的总称，由于其常伴有心功能障碍而严重危及患者生命。近年来，随着心脏磁共振定量成像技术的快速发展与进步，且由于其无电离辐射、分辨率较高等特点在评估心肌疾病中有较大的优势。其中，心脏磁共振定量成像技术如纵向弛豫时间定量成像(T1 mapping)、横向弛豫时间定量成像(T2 mapping)、T2*成像定量成像(T2*mapping)、特征追踪(feature tracking,FT)和心肌延迟增强(late gadolinium enhancement,LGE)等可无创、定量地对心肌组织进行分析，反映心肌组织的变化，为不同类型心肌病中心功能的改变提供重要定量信息。作者就磁共振定量成像技术评估心肌组织方面的应用及研究进展予以综述。
关键词 : 心肌组织;磁共振成像;定量评估;无创;心功能,
Abstract： Cardiomyopathy is a general term for a type of disease mainly composed of cardiomyopathy. It is often accompanied by cardiac dysfunction and severely endangers the lives of patients. In recent years, with the rapid development and advancement of cardiac magnetic resonance quantitative imaging technology, and due to its characteristics of no ionizing radiation and high resolution, it has a greater advantage in the evaluation of myocardial diseases. Among them, cardiac magnetic resonance quantitative imaging techniques such as longitudinal relaxation time quantitative imaging(T1 mapping), transverse relaxation time quantitative imaging(T2 mapping), T2*imaging quantitative imaging(T2*mapping), feature tracking(FT) and late gadolinium enhancement(LGE) can analyze myocardial tissue non-invasively and quantitatively, reflect the changes of myocardial tissue, and provide important quantitative information for the changes of different types of myocardial disease. The progresses of magnetic resonance quantitative imaging in evaluation of myocardial tissue were reviewed in this paper.
Keyword： myocardial tissue; magnetic resonance imaging; quantitative assessment; noninvasive; cardiac function;
近年来，心血管疾病位居中国疾病致死率首位，且患病率处于持续上升阶段[1]。心脏功能的评估对于原发性心肌疾病的早期诊断、风险评估以及监测各种病因导致的心力衰竭患者的疗效至关重要[2]。心脏磁共振成像(cardiac magnetic resonance,CMR)是指对心脏及大血管进行非侵入性成像的无创检查，可通过多序列、多方位、多参数成像实现对心脏的形态结构、功能状况、血流灌注及组织特性等多方面的信息进行全面评估[3]。随着心脏磁共振定量成像技术如纵向弛豫时间定量成像(T1 mapping)、横向弛豫时间定量成像(T2 mapping)、T2*弛豫定量成像(T2*mapping)特征追踪(feature tracking,FT)和心肌延迟增强(late gadolinium enhancement,LGE)等新兴技术的快速发展与进步，使得在心肌病变中心肌组织的定量评估、心肌纤维化的早期检测和心肌损伤的严重程度和范围等方面提供客观评价指标成为可能，有望为临床诊疗、治疗监测及预后评价提供有价值的信息。笔者对磁共振定量成像技术在心肌组织定量评估中的研究进展进行综述。
1、 T1 mapping
T1 mapping技术是无创评估心肌组织特性的新型技术，其基本原理是基于组织的纵向弛豫时间(T1值)与信号强度的公式进行计算，通过定量心肌组织和血液的T1值来实现对心肌疾病进行无创地定量客观评价。目前，T1 mapping技术通常采用反转恢复序列，在不同的反转时间(inversion time,TI)采集信号，通过定量心脏增强前初始T1值(Native T1)、增强后T1值(Enhanced T1)以及细胞外容积分数(extracellular volume fraction,ECV)来无创地评估由于纤维化引起的T1值的改变。其中，ECV是指细胞外间质容积占整个心肌容积的百分比，主要根据Native T1、Enhanced T1及血细胞比容值计算得出。通过将每个像素内感兴趣区的T1值进行定量计算并以伪彩的形式在图像上直观显示，得到T1 mapping图。
在心肌病变中，多种病理过程如弥漫性心肌纤维化、水肿、炎症、浸润性疾病和淀粉样变性等均会改变组织中水分子或局部分子的环境，因此会导致T1值发生变化[4]。一项荟萃分析结果[5]显示T1 mapping定量评估心肌纤维化与心肌活检结果具有良好的相关性。此外，T1 mapping可定量评估心肌梗死损伤的动态变化，无创地监测组织损伤的演变，其与组织学检查结果密切相关[6]。同时，T1 mapping鉴别正常心肌与弥漫性病变心肌具有较高的诊断准确性[7]。Xu等[8]使用心肌Native T1和ECV分数来评估肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy,HCM)患者中未发生心肌延迟强化(late gadolinium enhancement,LGE)和血流动力学障碍者的心肌纤维化，并探讨其与左心室功能和左心室肥大的关系。研究结果表明HCM患者的Native T1和ECV分数明显高于健康志愿者，并且其与左心室质量指数密切相关。该结果提示即使在没有出现LGE和血流动力学障碍的HCM患者中，Native T1和ECV分数增高仍提示出现弥漫性心肌纤维化并伴有左心室肥大等改变。分析原因是LGE检测纤维化心肌是基于纤维化和正常心肌组织之间信号强度的差异，因此LGE在缺乏正常心肌的情况下通常无法检测到弥漫性纤维化[9]。Puntmann等[10]研究了T1 mapping在非缺血性扩张型心肌病(nonischemic dilated cardiomyopathy,NIDCM)中的预后相关性，并将其与不良预后的常规指标进行比较。研究结果显示Native T1和ECV值以及LGE的存在可预测NIDCM的全因死亡率和心力衰竭终点，为NIDCM患者风险分层提供参考信息。另有研究报道ECV值较高的患者心血管死亡发生率或合并心脏事件的概率明显升高，与其他CMR参数相比，ECV具有较高的预测价值[11,12]。然而，目前仍需要大样本多中心研究来进一步验证ECV是否可作为不良预后的独立预测因子。
T1 mapping采用呼吸导航采集方法，解决了在心脏扫描中由于屏气不佳造成的呼吸运动伪影，信噪比较高、可重复性好。但T1值可能受多种因素的影响，如磁场强度、扫描参数、生理因素中如年龄、性别、心率和体温等的影响[13]。由于受设备硬件和软件差异的影响，导致在多中心队列研究中不同站点测量的T1值不同，限制了其结果的可比性[14]。同时，基于不同序列的T1 mapping成像测量结果的准确性和再现性也有待进一步研究。因此，建立标准化的人群参考值范围亟待解决。此外，在ECV的定量中需注意的是，由于心肌淀粉样变性、水肿和冠状动脉舒张引起的血管内腔扩张也可引起ECV的升高，因此需在排除这些因素的情况下，ECV升高才是弥漫性间质纤维化的替代影像学标志[15,16]。
2、 T2 mapping
T2 mapping技术是通过定量测量心肌组织横向弛豫时间(T2值)来对心肌水肿进行评估的定量技术。T2弛豫时间是CMR成像的另一个生物学参数，是用于区分正常和异常心肌组织的特定时间参数。心肌组织中水量的增加是T2值增大的主要原因。因此，心肌水肿是导致T2值变化的主要病理改变[17]。T2 mapping的采集序列主要包括多回波快速自旋回波序列、多回波梯度回波序列以及基于T2-prepared的平衡稳态自由进动序列(balance steady-state freeprecession,b SSFP)或GRE序列(T2-prepared b SSFP or GRE sequence)。
Park等[18]的研究评估了T2 mapping在急性心肌梗死再灌注中检测心肌水肿的临床应用价值，研究结果显示梗死心肌T2值明显升高，并且相比T2WI成像可更可靠地识别梗死心肌的心肌水肿。Spieker等[19]的研究表明与心内膜心肌活检相比，T2 mapping可无创评估扩张型心肌病(dilated cardiomyopathy,DCM)患者是否存在心肌炎症。研究结果显示与健康对照组相比，DCM患者的T2值显着增加；同时在活检证实存在心肌炎症的组织中，其T2值较未发生炎症的心肌进一步升高。Huang等[20]采用T1和T2 mapping来检测HCM患者的局部心肌节段，并研究HCM患者中组织重塑与结构和功能重塑之间的关系。研究结果显示在HCM患者中，尽管非肥厚性心肌节段壁厚正常且收缩功能得以维持，但已显示出T1和T2值显着升高，即在HCM中组织重塑可以先于结构和功能重塑。该研究结果表明T1和T2 mapping可在早期为HCM诊断提供重要参考价值。
T2 mapping克服传统磁共振定性评估如T2WI成像的不足，实现了对心肌组织进行定量可靠评估，主要用于临床检测急性心肌损伤或炎症中。但与此同时，T2 mapping成像易受硬件和软件等技术条件以及生理因素的影响，如对心率有依赖性。
3 、T2*mapping
T2*mapping技术通过直接量化组织T2*弛豫时间来间接反映不同组织器官间的铁含量情况，实现对心肌组织铁代谢的评估，以进行适当的铁螯合疗法来提高患者的生存率[21,22]。当铁蛋白的储存容量超过正常情况时，铁会以水合氧化铁的形式沉积在心肌和肝组织中，导致局部磁场的均匀性被破坏，T2*值缩短[23]；当T2*值小于20 ms时则提示发生进行性心室功能不全[24]。研究表明，T2*值与心肌组织铁含量呈现负相关性[25]。当T2*值大于20 ms时，反映无心脏铁超负荷；当T2*值在10～20 ms之间时，反映轻至中度的铁负荷；当T2*值小于10 ms时则反映严重的铁过载[26]。T2*mapping的采集序列通常为多回波GRE序列，采用小翻转角和长回波时间，单次屏气在不同回波时间采集图像，并通过拟合计算得到T2*值。近来，有研究报道采用非刚性运动校正的GRE-EPI序列可实现T2*mapping在自由呼吸状态下进行扫描，同时精确测量心肌T2*值，并且对呼吸运动不敏感[27]。同时，黑血技术采用双反转恢复脉冲来抑制血液的信号，以减少血液流动产生的影响。并且在心脏舒张末期采集数据，减少呼吸运动对图像的影响，因此T2*mapping通常建议采用黑血序列进行成像[28]，以早期发现心肌铁超负荷并监测螯合治疗。
Parsaee等[29]的研究根据心脏T2*值将受试者分为正常和异常心肌铁负荷组，并评估其与心肌纵向应力之间的相关性。研究结果表明心肌T2*值与左心室纵向应力有显着相关性，心脏铁超负荷患者的纵向应力低于无铁负荷的患者。一项研究表明[30]HCM患者T2*值明显降低，尤其是在心肌纤维化患者亚组中。由于心肌纤维化可影响HCM患者的预后，因此T2*mapping可为HCM患者高风险亚组提供额外的参考信息。Robbers等[31]评估了微血管损伤和心肌内出血对急性心肌梗死再灌注患者局部T1和T2*值的影响，研究结果表明急性心肌梗死后微血管损伤会影响局部T1和T2*值。若存在微血管损伤，则梗死区T1值较低；T2*mapping则提示梗死区低T1值可能是心肌内出血所致，表明T1和T2*值是准确评估梗死后心肌的有效补充。
研究表明，重型地中海贫血患者的心脏铁超负荷和心血管并发症的发生率较高[26]。因此，铁螯合和实时监测血清铁蛋白水平可防止心脏铁超负荷的发生，有助于早期发现心血管并发症。T2*mapping技术可在早期检测和量化铁沉积，实现了铁螯合疗法患者在治疗期间铁代谢状态的实时监测，起着至关重要的作用，为输血依赖性贫血患者提供了更准确、有效的铁螯合治疗方案。由于T2*值会随着场强的增加而缩短，这使得对重度铁超负荷的评估更加困难，因此在3.0 T场强下进行T2*mapping成像以评估铁超负荷心肌病具有一定挑战。
4、 FT
磁共振FT技术是一种在平衡稳态自由进动序列的基础上定量测量心肌应变参数，整体或局部评估心肌功能及运动的新技术。心肌应变即心肌在张力作用下的形变能力，其评价参数主要包括纵向应变(longitudinal strain,LS)、径向应变(radial strain,RS)和周向应变(circumferential strain,CS)[32]。目前，左心室射血分数是评估心脏功能的常见临床指标。然而，近年来迅速发展的CMR-FT技术已成为定量评估心脏功能的更加准确的工具和手段，可通过多个应变参数来直接评估心肌纤维变性，可在发生明显的室壁运动异常和射血分数降低之前来检测左心室功能障碍。研究报道，整体纵向应变和周向应变与左心室射血分数密切相关，为临床工作中评估左心室功能提供参考信息[33]。
Czimbalmos等[34]采用CMR-FT对接受至少15 h/周训练的健康运动员、明确诊断为致心律失常性右室心肌病的患者和训练有素的致心律失常性右室心肌病运动员的心室进行整体和局部区域的应变分析。研究结果表明在患有致心律失常性右室心肌病的运动员中，右室室间隔游离壁的应变和应变率在病理范围内，显示出较右心室射血分数更高的敏感度，为鉴别致心律失常性心肌病提供了重要的参考依据。Berganza等[35]研究了法洛四联症修复术后患者和健康对照组的纵向、周向和径向应变参数，研究结果发现与健康对照组相比，法洛四联症修复术后患者左心室整体周向应变差异具有显着统计学意义。同时，左心室周向应变与右心室舒张末期容积之间具有较强的相关性，而左心室纵向应变和右心室射血分数之间具有较强的相关性。本研究结果提示周向应变可能是早期检测心室异常的有利参数。Reindl等[36]采用CMR-FT研究了451例血运重建的ST段抬高型心肌梗死患者的心肌应变值，以预测ST段抬高型心肌梗死后的临床结局。在24个月的随访中，有10%的患者发生了死亡、再梗死和充血性心力衰竭等主要不良心脏事件。研究结果显示发生不良心脏事件患者的三个应变指标均发生改变，其中总体纵向应变是应变参数中预测不良心脏事件的最强预后因子。该结果表明总体纵向应力可独立预测血运重建ST段抬高型心肌梗死患者的中期不良心脏事件的发生率，其预测价值优于梗死严重程度的指标即左室射血分数。一项前瞻性多中心队列研究[37]亦提示左心房应变可作为评估ST段抬高型心肌梗死长期预后的预测因子。
目前，用于心肌组织应变分析的技术包括超声斑点追踪技术、MRI心肌组织标记技术(myocardial tissue tagging,Tagging)和CMR-FT技术。其中，超声斑点追踪技术由于操作者依赖性较大而测量准确性欠佳，且空间分辨率较低[38]。Tagging技术由于标记线易受影响导致靶点的配准欠佳，且后处理较复杂，因而在临床中应用较少。相较而言，CMR-FT解决了传统心肌应变测量方法中图像空间分辨率较低、信噪比较低、扫描时间较长、后处理烦琐、测量数据不精准等问题，可在诸多疾病的早期识别心肌应变的异常改变[38]。同时，研究表明其测量结果与超声斑点追踪技术和Tagging技术等一致性较好[39]。
5、 LGE
心肌延迟强化即经静脉注射钆对比剂一段时间后，正常心肌因对比剂廓清而无强化，异常心肌因侧支循环形成或对比剂弥散和滞留而出现强化。LGE可用于检测心肌纤维化的存在、位置和程度，在疾病的预后评估与风险分层中发挥着重要作用。目前，LGE通常采用的序列是反转恢复梯度回波序列和相位敏感反转恢复序列。
Chery等[40]研究了LGE评估缺血性心肌病患者心肌纤维化对心律失常、心源性猝死或全因死亡率的预后价值，研究结果显示LGE在预测缺血性心肌病患者不良结局方面具有较高的预后价值，并可为临床决策提供参考信息。心脏受累是法布里病死亡的主要原因，有研究[41,42]证实LGE是法布里病患者不良心脏事件的重要预测指标，其已被证实可代表法布里病中的替代性纤维化，是心律不齐的标志物。因此，LGE可用于鉴别具有不良心脏事件高风险的法布里病患者，这对于患者的治疗和预后至关重要。另有一项多中心研究报道[43],LGE在鉴别HCM患者心脏猝死风险方面具有较大的优势。Raman等[44]采用LGE对72名HCM患者心肌纤维化的进展进行评估，并探讨其潜在的病因机制和临床意义。研究结果显示26%的患者发生了显着的心肌纤维化，心肌灌注异常的患者表现为LGE增高更加明显和磷酸肌酸/三磷酸腺苷等能量的增加。同时，纤维化进展与左室壁变薄、心室扩张和收缩功能降低等不良心脏重构有关，并预示HCM患者后续发生不良临床事件的风险增加。
目前，LGE被广泛地应用于检测心肌纤维化和心肌瘢痕组织中，在疾病的诊断、鉴别诊断和预后评估中起着不可替代的作用，但需结合心脏结构和功能等信息进行综合判断和分析。需要注意的是，在传统LGE成像中，最佳TI值的设置对于获得最佳对比度的正常和病理心肌组织至关重要。在大量心肌浸润的情况下，这种依赖于操作者的选择可能具有挑战性，而基于相位敏感反转恢复序列的LGE成像对TI设置不太敏感，操作者依赖性较小，可较准确地获得LGE图像。
6 、体素内不相干运动弥散加权成像(intravoxel incoherent motion diffusion-weighted imaging,IVIM-DWI)
IVIM-DWI是基于传统扩散加权成像方法，采用双指数模型并通过多个不同的b值来对水分子的真性扩散和微循环血流灌注形成的假性扩散进行评估的成像方法[45,46]。在无需对比剂的情况下通过多参数测量来准确反映心肌组织等全身多个器官的血流灌注和水分子扩散运动的情况[47,48]。
An等[49]研究结果显示IVIM-DWI可作为评估急性心肌梗死和梗死样心肌炎心肌灌注方式的可靠方法。由于病理生理过程不同，急性心肌梗死表现出较梗死样心肌炎患者而言更低的心肌灌注状态。同时，该研究团队[50]进一步对IVIM-DWI在连续评估心肌梗死患者经皮冠状动脉介入治疗后心肌灌注情况的可行性进行研究，研究表明经皮冠状动脉介入治疗后心肌梗死患者的心肌水肿和心肌灌注状态存在动态过程，且选择在第3天至第7天期间对心肌灌注进行评估为最佳时间段。
对于IVIM-DWI心脏成像而言，呼吸运动和心脏搏动是影响扫描成败和数据测量精确度的重要因素。随着磁共振成像技术的发展，使得IVIM-DWI在心脏成像中成为可能，目前已应用于定量测量心肌组织血流灌注和水分子运动状况情况，对于疾病的鉴别诊断、临床治疗及进展评估提供参考依据。
7 、小结
综上所述，心脏磁共振定量成像技术因其较高的组织分辨率、时间分辨率，可多方向、多参数成像以及可同时获得心肌组织的特征信息等优势而在临床和科研中得到广泛应用。其定量信息反映了心肌疾病的组织病理学改变，在心肌疾病的早期诊断、病变的累及范围、风险分层的评估、监测治疗效果及预后评估等方面发挥着重要的作用，具有较大的临床应用潜力。
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