程賽楠，趙世華

心臟磁共振成像新技術(shù)進(jìn)展與展望

程賽楠，趙世華*

心臟磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)已經(jīng)成為評(píng)估心功能的“金標(biāo)準(zhǔn)”。常規(guī)CMR掃描技術(shù)相對(duì)成熟，在疾病診斷及預(yù)后評(píng)估中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。近年來(lái)定量成像技術(shù)(T1 Mapping、T2 Mapping、Feature tracking、4D Flow、DTI)及非對(duì)比劑增強(qiáng)(whole heart MR coronary angiography、ASL)等CMR新技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，潛能巨大，有望對(duì)心血管疾病的診斷及鑒別診斷提供重要幫助。

心臟；磁共振成像；綜述

國(guó)家自然科學(xué)基金重點(diǎn)項(xiàng)目(編號(hào)：81130029)

接受日期：2016-03-22

程賽楠, 趙世華. 心臟磁共振成像新技術(shù)進(jìn)展與展望. 磁共振成像, 2016, 7(7): 541-545.

自十九世紀(jì)八十年代心臟磁共振(card iac magnetic resonance，CMR)全面應(yīng)用于臨床以來(lái)，短短30多年時(shí)間，磁共振憑借高軟組織、時(shí)間分辨率以及大視野、無(wú)死角的特點(diǎn)，已經(jīng)成為評(píng)估心功能的“金標(biāo)準(zhǔn)”。心臟磁共振在心肌灌注、對(duì)比劑延遲增強(qiáng)顯像以及血流動(dòng)力學(xué)檢測(cè)等領(lǐng)域技術(shù)相對(duì)成熟，在疾病診斷及預(yù)后評(píng)估中發(fā)揮了至關(guān)重要的作用。近年來(lái)定量成像技術(shù)(T1 mapping、T2 mapping、feature tracking、4D Flow、DTI)及非對(duì)比劑增強(qiáng)(whole heart MR coronary angiography、ASL) 等CMR新技術(shù)發(fā)展突飛猛進(jìn)，潛能巨大，有望對(duì)心血管疾病的診斷及鑒別診斷提供重要幫助。

1 T1 mapping及ECV

纖維化是諸多心臟疾病的共同病理過(guò)程，是疾病預(yù)后的重要指標(biāo)。注射對(duì)比劑后，由于受累組織區(qū)域毛細(xì)血管密度減低而引起的對(duì)比劑流出減少導(dǎo)致纖維化區(qū)域釓濃度的增加，表現(xiàn)為局部信號(hào)增高，通過(guò)反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列抑制正常心肌的信號(hào)，最終在圖像上使正常心肌的信號(hào)強(qiáng)度低于纖維化組織。依據(jù)這一原理，磁共振對(duì)比劑延遲強(qiáng)化(late gadolinium enhancement，LGE)技術(shù)可以在體無(wú)創(chuàng)識(shí)別心肌纖維化，這一點(diǎn)是其他影像檢查方法不可比擬的。但LGE依賴(lài)于纖維與正常心肌之間的對(duì)比，對(duì)彌散間質(zhì)性纖維化不敏感，不能定量評(píng)估纖維化程度。

高分辨率縱向弛豫時(shí)間定量成像(T1 mapping)技術(shù)彌補(bǔ)了這一缺陷。T1 mapping技術(shù)是基于反轉(zhuǎn)或飽和脈沖激發(fā)，在縱向磁化矢量恢復(fù)的不同時(shí)間采集信號(hào)，后處理定量心肌T1值，無(wú)創(chuàng)評(píng)估心肌纖維化程度[1]。T1 mapping序列包括基于反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖技術(shù)(Look-Locker、MOLLI、ShMOLLI)或基于飽和恢復(fù)脈沖技術(shù)(SASHA、M LLSR、SAPPHIRE)兩種。細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù)(extracellular volume，ECV)技術(shù)是通過(guò)釓對(duì)比劑注射前后分別進(jìn)行T1 mapping掃描，經(jīng)過(guò)血細(xì)胞比容校正后獲得的。計(jì)算公式為：心肌ECV=(1-HCT)(心肌ΔR1/血液ΔR1)；ΔR1=1/T1pre–1/T1post。T1pre 及T1post分別指對(duì)比劑注射前后的T1值，HCT為當(dāng)對(duì)比劑在血液和心肌細(xì)胞外間隙中濃度達(dá)到平衡時(shí)的血細(xì)胞比容。ECV可直接量化纖維化的范圍及嚴(yán)重程度。

近幾年T1 mapping在心血管疾病中的應(yīng)用范圍逐漸增寬，涵蓋了心肌病、鐵沉積、心肌梗死、心衰、主動(dòng)脈狹窄、房顫、先心病等。

T1 mapping能夠早期識(shí)別心肌淀粉樣變，其ECV高于其他心肌病，對(duì)病變病理類(lèi)型有提示作用[2]。T1 mapping在Fabry病中的應(yīng)用具有較好的可重復(fù)性[3]，兩組獨(dú)立研究證明Fabry病患者心肌T1值低于正常人[4-5]，其T1值與其他心肌肥厚為表型的疾病不存在重疊。血色素沉著癥累及心臟表現(xiàn)為心臟異常鐵沉積，由于鐵沉積能夠縮短組織初始T1值，Sado等[6]利用T1 mapping評(píng)估心臟鐵沉積，研究發(fā)現(xiàn)T1 mapping與T2*成像具有較好的一致性，能夠早期識(shí)別鐵沉積。T1 mapping對(duì)急性心肌梗死后左室心肌重構(gòu)的認(rèn)識(shí)提供了幫助，Dall' A rmellina等[7]研究表明，急性梗死心肌初始T1值越高，其相應(yīng)節(jié)段6個(gè)月內(nèi)恢復(fù)的可能性越小，注入對(duì)比劑后梗死遠(yuǎn)端心肌T1值與左室射血分?jǐn)?shù)之間的相關(guān)性尚存在爭(zhēng)議[8-9]。T1 mapping在心衰中的應(yīng)用能夠幫助理解心衰發(fā)病機(jī)制，有研究表明心衰患者注射對(duì)比劑后T1值與心內(nèi)膜活檢結(jié)果具有相關(guān)性[10]，ECV與舒張功能也高度相關(guān)[11]。對(duì)房顫患者，有研究提出注入對(duì)比劑后T1值降低是射頻消融后房顫復(fù)發(fā)的預(yù)測(cè)指標(biāo)[12]。

雖然T1 mapping在眾多心血管疾病的診斷中得到了積極應(yīng)用，但更多的是輔助診斷或者幫助理解疾病的病理生理改變，尚處于研究階段，正常心肌與纖維化之間沒(méi)有明確統(tǒng)一的閾值，國(guó)內(nèi)文獻(xiàn)有限[13]。2013年國(guó)際心臟磁共振學(xué)會(huì)和歐洲心臟學(xué)會(huì)磁共振工作組聯(lián)合制定了專(zhuān)家共識(shí)以指導(dǎo)T1 mapping及ECV量化技術(shù)，推進(jìn)了其向臨床應(yīng)用的轉(zhuǎn)化[14]。

2 T2 Mapping

心肌水腫或鐵沉積可誘發(fā)橫向弛豫時(shí)間改變，橫向弛豫時(shí)間定量成像(T2 mapping)技術(shù)能夠量化組織T2值從而對(duì)疾病診斷起到積極作用。T2 mapping成像方法有三種，即多回波自旋回波序列(multi echo spin echo，MESE)、穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)序列(steady-state free precession sequence，SSFP)以及梯度自旋回波序列(gradient spin echo sequence，GraSE)。其中GraSE方法結(jié)合了前兩者優(yōu)點(diǎn)，成像最快最穩(wěn)定[15]。近兩年研究者發(fā)現(xiàn)心肌T2值受場(chǎng)強(qiáng)、序列類(lèi)型、心率以及心肌節(jié)段等因素的影響，提示在臨床應(yīng)用中不同的序列、場(chǎng)強(qiáng)下每個(gè)節(jié)段心肌都需要分別制定T2參考值范圍[16]。

T2值增大主要與水腫或炎癥有關(guān)，及早檢測(cè)心肌水腫可幫助指導(dǎo)治療、挽救心肌。評(píng)估心肌水腫的序列主要有T2加權(quán)黑血序列(T2W I short tau inversio recovery，T2-STIR)、心臟標(biāo)準(zhǔn)T2水腫序列(acquisition for cardiac unified T2 edema，ACUT2E)、早期對(duì)比劑強(qiáng)化(early gado linium enhancement)以及T2 mapping序列。這幾種方法檢測(cè)心肌水腫的能力沒(méi)有差異，但T2 mapping的可重復(fù)性最高，其次為EGE、ACUT2E，T2-STIR可重復(fù)性最低[17]。

與T1 mapping類(lèi)似，T2 mapping也尚處于研究階段，正常與病變心肌之間沒(méi)有明確統(tǒng)一的閾值，但近期不少研究試圖攻克這一缺陷。一項(xiàng)研究指出與常規(guī)MR掃描序列相比，T2 m apping是診斷活動(dòng)性心肌炎惟一有統(tǒng)計(jì)學(xué)差異的序列，T2值＞60 ms診斷活動(dòng)性心肌炎的敏感性較高[18]。Bae?ler等[19]對(duì)31例心肌梗死患者及30名志愿者進(jìn)行T2 mapping成像，依據(jù)AHA模型將心臟劃分為16節(jié)段并分別計(jì)算每個(gè)節(jié)段內(nèi)平均T2值以及該節(jié)段T2值平均標(biāo)準(zhǔn)差，梗死節(jié)段平均T2值最大者的測(cè)量結(jié)果定義為maxT2，相應(yīng)節(jié)段T2值標(biāo)準(zhǔn)差定義為pixel-SD，經(jīng)對(duì)數(shù)變換后的pixel-SD的平均絕對(duì)偏差定義為madSD，經(jīng)過(guò)統(tǒng)計(jì)研究發(fā)現(xiàn)，maxT2及pixel-SD兩項(xiàng)指標(biāo)是鑒別正常及梗死心肌最佳的指標(biāo)，maxT2=68 ms聯(lián)合pixel-SD=0.22鑒別梗死心肌的特異性及敏感性分別為83%、81%。

3 Feature t racking imaging

心肌標(biāo)記技術(shù)(tagging)是在每個(gè)RR間期早期施加條紋狀網(wǎng)格狀射頻脈沖鏈，舒張期心肌被飽和的條紋發(fā)生形變，根據(jù)形變能夠定量評(píng)估室壁運(yùn)動(dòng)。但當(dāng)患者室壁變薄，再加上心肌纖維化使T1值降低時(shí)，標(biāo)記線分辨率下降，使得tagging技術(shù)在此類(lèi)患者中的應(yīng)用受到限制。組織追蹤成像技術(shù)(feature tracking imaging，F(xiàn)TI)基于SSFP能夠在心動(dòng)周期中追蹤心內(nèi)膜及心外膜固有的解剖點(diǎn)，通過(guò)計(jì)算解剖點(diǎn)之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)可以得出室壁應(yīng)變性[20]。

雖然FTI能夠快速識(shí)別心室運(yùn)動(dòng)不同步，但與流速編碼磁共振成像方法比，其準(zhǔn)確性及可重復(fù)性較差[21]。盡管如此，近期不少研究證實(shí)FTI能夠定量、客觀、穩(wěn)定地評(píng)估左室形變，且與超聲斑點(diǎn)追蹤技術(shù)測(cè)量結(jié)果有較好的一致性[22-23]。但由于心肌應(yīng)變值及應(yīng)變率存在性別及年齡差異，因此Andre等[22]及他的團(tuán)隊(duì)經(jīng)研究，列出了不同性別及年齡FTI參數(shù)參考值，以供臨床參考。

4 4D Flow

4D磁共振血流成像(4D Flow)是一種無(wú)創(chuàng)的對(duì)心臟及大血管血流情況進(jìn)行定性和定量分析的新技術(shù)。其同時(shí)對(duì)三個(gè)相互垂直的維度進(jìn)行編碼并獲得相位流速編碼電影，不僅可以動(dòng)態(tài)三維顯示心腔和大中動(dòng)脈的血流動(dòng)力學(xué)特征，并能準(zhǔn)確測(cè)量掃描范圍內(nèi)各個(gè)位置血流的方向、速度、剪切力等重要參數(shù)。4D Flow研究主要集中于先天性心臟病、瓣膜性心臟病以及肺動(dòng)脈高壓等疾病，近年來(lái)在主動(dòng)脈病變(如主動(dòng)脈瓣膜病變、主動(dòng)脈硬化、胸主動(dòng)脈瘤等)中的研究尤其突出。不少研究通過(guò)4D Flow發(fā)現(xiàn)微小形態(tài)學(xué)改變可導(dǎo)致局部血流方式的巨大變化，這提示4D Flow在評(píng)估局部病變(如瓣膜病變、狹窄)對(duì)心血管系統(tǒng)整體影響中有重要作用[24]。累及主動(dòng)脈根部及升主動(dòng)脈的動(dòng)脈瘤常危及生命，利用4D Flow發(fā)現(xiàn)動(dòng)脈瘤的發(fā)生可能與主動(dòng)脈病變?cè)斐裳鲃?dòng)力學(xué)異常、血管壁剪切力改變、最終導(dǎo)致血管壁重構(gòu)有關(guān)[25]。然而4D Flow掃描耗時(shí)長(zhǎng)，減少掃描時(shí)間對(duì)于不能耐受及心跳或呼吸不規(guī)律的病人有積極意義。

5. DTI

磁共振擴(kuò)散張量成像(d if fusion tenso r imaging，DTI)依靠水分子的擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)，不是組織的自旋質(zhì)子密度、T1值或T2值進(jìn)行成像。心臟微觀結(jié)構(gòu)復(fù)雜但是有序，水分子易于沿肌纖維束方向運(yùn)動(dòng)，而在垂直于肌纖維束方向運(yùn)動(dòng)明顯變慢，水分子在平行和垂直(λ//、λ⊥)肌纖維束兩個(gè)方向上的這種運(yùn)動(dòng)速度差異(也可稱(chēng)為各向異性)就是DTI在心臟成像的基本原理。DTI參數(shù)較多，其中使用較多的是部分各向異性分?jǐn)?shù)(fractional anisotropy，F(xiàn)A)與表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)，分別反映分子彌散運(yùn)動(dòng)的方向及幅度。

心臟DTI成像需要在毫米級(jí)的相干運(yùn)動(dòng)背景下探測(cè)微米級(jí)的非相干運(yùn)動(dòng)，這是一項(xiàng)巨大的挑戰(zhàn)。因此目前大多數(shù)研究都局限于離體固定心臟標(biāo)本的DTI，用于活體心臟的報(bào)道較少。Ferreira 等[26]將DTI用于活體肥厚性心肌病(HCM)患者，研究發(fā)現(xiàn)在健康對(duì)照組中，心臟收縮期及舒張期水分子延心肌細(xì)胞長(zhǎng)軸擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)角度保持一致，而在HCM患者中，收縮期該角度過(guò)度一致，舒張期一致性消失，在心肌肥厚處尤為顯著。這提示HCM患者心臟功能改變可能與心肌細(xì)胞重排、血管周?chē)z原蛋白增多以及心肌細(xì)胞纖維化有關(guān)[27]。

6 冠脈成像

全心磁共振冠脈成像(whole-heart MR coronary angiography，WH-MRCA)技術(shù)采用自由呼吸下三維穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)序列(steady state free precession sequence，SSFP)，依靠組織T2、T1弛豫時(shí)間比率的差別、脂肪抑制及T2預(yù)脈沖來(lái)分辨冠脈內(nèi)血液、心肌和心包脂肪。無(wú)創(chuàng)、無(wú)輻射、無(wú)需對(duì)比劑是MRCA在冠狀動(dòng)脈病變?cè)\斷中的優(yōu)勢(shì)。

目前，MRCA技術(shù)還在不斷更新優(yōu)化中。Pang等[28]利用運(yùn)動(dòng)矯正敏感編碼結(jié)合三維重建投影方法進(jìn)行MRCA掃描，采集效率達(dá)100%，成像時(shí)間僅需5 m in，圖像空間分辨率可達(dá)到1 mm3。Matsutani等[29]近期研究發(fā)現(xiàn)屏氣MRCA與常規(guī)自由呼吸MRCA相比，掃描速度提高33%，并且右冠狀動(dòng)脈顯示更清晰、銳利。近期Iyama等[30]已成功將3.0 T單次屏氣MRCA成像成功應(yīng)用于健康志愿者，掃描時(shí)間為31～45 s，但圖像質(zhì)量仍然有待提高。隨著直接數(shù)字射頻接收技術(shù)、數(shù)據(jù)光纖傳輸技術(shù)、雙源射頻傳輸以及被檢者局部自適應(yīng)暈場(chǎng)等新技術(shù)的發(fā)展，單次屏氣MRCA將成為未來(lái)發(fā)展趨勢(shì)。

非對(duì)比劑增強(qiáng)MRCA一直是MR冠脈檢查區(qū)別于CT的最大優(yōu)勢(shì)，但最近一項(xiàng)Meta分析[31]指出，對(duì)比劑增強(qiáng)MRCA診斷效能優(yōu)于非對(duì)比劑增強(qiáng)MRCA，且3T MRCA可將冠狀動(dòng)脈病變?cè)\斷特異性由1.5 T時(shí)的72%提高到80%。因此近期Di Leo等[31]研究者建議，MRI診斷冠狀動(dòng)脈病變的最佳方法是3.0 T對(duì)比增強(qiáng)MRCA。顧玲玲等[32]研究指出血管內(nèi)對(duì)比劑釓貝葡胺與血管外對(duì)比劑釓雙胺相比，圖像質(zhì)量更佳。目前，診斷冠心病最理想的無(wú)創(chuàng)方法是冠脈CTA聯(lián)合核素心肌顯像或CMR，同時(shí)觀察冠脈與心肌活性，隨著MRCA技術(shù)的成熟，有望與MR心肌灌注聯(lián)合應(yīng)用與冠心病診斷，做到一次檢查同時(shí)獲得冠狀動(dòng)脈及心肌活性信息。

7 ASL

心臟動(dòng)脈自旋標(biāo)記(arterial spin labeling，ASL)成像是一種反映心肌灌注的非對(duì)比劑增強(qiáng)技術(shù)[33]。ASL利用選擇性反轉(zhuǎn)脈沖標(biāo)記供血?jiǎng)用}中的氫質(zhì)子，使其成為內(nèi)源性對(duì)比劑，標(biāo)記血流入成像平面后進(jìn)行成像，所得圖像稱(chēng)“標(biāo)記像”，包括流入標(biāo)記血流信號(hào)及流入?yún)^(qū)原組織靜態(tài)信號(hào)；另對(duì)成像平面再進(jìn)行一次未標(biāo)記的靜態(tài)組織成像，稱(chēng)“控制像”。標(biāo)記像與控制像減影，所得的差值像只與流入成像平面的標(biāo)記血有關(guān)，即得到了灌注信息。

心臟ASL成像技術(shù)包括傳統(tǒng)流動(dòng)敏感交替式反轉(zhuǎn)恢復(fù)(flow-sensitive alternating inversion recovery，F(xiàn)AIR)方式、cine-ASL方式以及spASL (steady pulse ASL)方式等。Cine-ASL建立于動(dòng)物模型，是基于心電門(mén)控、電影快速小角度激發(fā)(full fast low angle shot，F(xiàn)LASH)與梯度回波讀出方式相結(jié)合的準(zhǔn)連續(xù)式脈沖標(biāo)記ASL，其與傳統(tǒng)FAIR方式評(píng)估心肌血流量的效能相同，但成像速度更快[34]。spASL與cine-ASL類(lèi)似，它基于平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)序列(balanced steady state free precession，bSSFP)，不同的是spASL在采集之前施加標(biāo)記脈沖，而不是同時(shí)進(jìn)行，減少了信號(hào)干擾[35]。

目前，心臟ASL研究多集中于嚙齒動(dòng)物，人體心臟血流速度比嚙齒動(dòng)物慢5倍，再加上心臟跳動(dòng)和呼吸運(yùn)動(dòng)，給人體心臟ASL成像帶來(lái)了挑戰(zhàn)，有研究表明利用并行采集技術(shù)，提高加速因子(SENSE)能夠降低心臟生理噪聲(呼吸運(yùn)動(dòng)及心臟跳動(dòng))[36]。總體來(lái)講，國(guó)外心臟ASL研究相對(duì)較少，技術(shù)尚不成熟，國(guó)內(nèi)尚未有報(bào)道。

總之，CMR定量成像及非對(duì)比劑增強(qiáng)等眾多新技術(shù)的出現(xiàn)使常規(guī)心臟磁共振如虎添翼，目前新技術(shù)普遍存在成像時(shí)間長(zhǎng)、圖像質(zhì)量不穩(wěn)定以及缺乏統(tǒng)一診斷標(biāo)準(zhǔn)等缺陷，但其極大地推動(dòng)了人們對(duì)疾病病理生理變化的認(rèn)識(shí)與理解。隨著新技術(shù)的不斷進(jìn)步、成熟，不久的將來(lái)，這些CMR新技術(shù)有望由科研工具轉(zhuǎn)化為臨床工具應(yīng)用于實(shí)際工作中，輔助預(yù)測(cè)危險(xiǎn)因素、指導(dǎo)治療以及評(píng)估疾病預(yù)后。

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Cardiac MR imaging: 2015 review and future direction

CHENG Sai-nan, ZHAO Shi-hua*

Department of Cardiac MR, State Key Laboratory of Cardiovascular Disease, Fuwai Hospital, National Center for Cardiovascular Diseases of China, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100037, China

*Correspondence to: Zhao SH, E-mail: cjrzhaoshihua2009@163.com

22 Jan 2016, Accepted 22 Mar 2016

ACKNOWLEDGMENTS This study was supported by Grants from the key projects of National Natural Science Foundation of China ( No. 81130029 ).

Cardiac magnetic resonance (CMR) is recognized as the gold standard for the evaluation of cardiac function. The general CMR is quite mature and plays an important role in diagnosis and prognosis of disease. Recently, quantitative cardiac imaging (T1 mapping, T2 mapping, feature tracking, 4D Flow, DTI) and non-contrast cardiac imaging (whole heart MR coronary angiography, ASL) have made a spurt of progress. These technologyies applications may become a new strategy to help diagnose and differential diagnose cardiovascular diseases.

Heart; Magnetic resonance imaging; Review

中國(guó)醫(yī)學(xué)科學(xué)院阜外醫(yī)院 北京協(xié)和醫(yī)院磁共振影像科，北京 100037

趙世華，E-mail：cjr.zhaoshihua2009 @163.com

2016-01-22

R445.2；R654.2

A

10.12015/issn.1674-8034.2016.07.012