心脏磁共振新技术在缺血性心脏病中的临床应用进展（上）

刘明熙，张挽时，张子衡，周振宇，孟利民，刘洁，龚万沣1.第四军医大学西京医院 放射科，陕西 西安 7100；.中国人民解放军空军总医院 CT-MR科室， 北京10014；.GE Health中国北京分公司， 北京 100176

心脏磁共振新技术在缺血性心脏病中的临床应用进展（上）

刘明熙1，2，张挽时2，张子衡3，周振宇3，孟利民2，刘洁1，2，龚万沣2
1.第四军医大学西京医院 放射科，陕西 西安 710032；2.中国人民解放军空军总医院 CT-MR科室， 北京100142；3.GE Health中国北京分公司， 北京 100176

本文介绍了多b值弥散加权成像及T1、T2、T2*mapping技术在缺血性心脏病诊断中的临床应用进展，并讨论了这些新技术的优势和不足。

心脏磁共振；多b值弥散加权技术；T1 mapping技术；T2 mapping技术；缺血性心脏病

20世纪末，磁共振技术开始应用于心脏检查，心脏磁共振（Cardiac Magnetic Resonance，CMR）主要用来评估心脏的结构和功能。近年来，磁共振技术不断发展，包括3.0T MR的使用、梯度场切换率的增加以及多通道技术的完善，使得CMR检查的临床应用范围不断扩展。T1、T2、T2*mapping及多b值弥散加权成像（Multi-b-value Diffusion Weighted Imaging）等新技术不断地应用于临床试验研究中。首过灌注检查、造影剂延迟强化技术及负荷试验CMR心肌灌注技术等的联合应用，使CMR检查可以定量地评价心肌水肿、出血及纤维化的程度和范围，在评估心肌损伤危险区域和心肌活性等方面呈现出较大的优势，提高了心肌损伤评估的准确性和安全性，为临床诊疗和预后提供了诸多有价值的信息。本文对CMR新技术进行综述，报道如下。

1 多b值弥散加权成像技术

1.1 多b值弥散加权成像技术的原理

多b值弥散加权成像技术是根据体素内不相干运动（Intravoxel Incoherent Motion，IVIM）理论设计的成像技术。其最先应用于脑部疾病的检查，并随着弥散加权成像（Diffusion Weighted Imaging，DWI）技术的不断成熟，逐渐应用于肝脏、肾脏和心脏等器官病变的检查中。IVIM理论中考虑了单个体素内所有水分子的随机运动，包括单纯的水分子扩散和毛细血管网内血液循环两个部分，其中后者可反映组织的灌注信息[1]。据文献报道，动物实验中利用IVIM方法可检测心肌微循环情况并获得毛细血管走行的相关数据，还可发现毛细血管分布的不均匀性[2-4]。

DWI序列应用于心脏检查的难点主要是呼吸运动和心脏搏动使得扩散梯度持续时间内水分子移位较大，心肌信号丢失严重。b值越大，心肌信号丢失越显著，而b值较低时（＜200 s/mm2），采集的信号内可包含足够的组织灌注信息。DWI技术用于心脏扫描主要关注组织的灌注信息，即血液能否通过冠状动脉系统，由心外膜冠状动脉流入心肌小动脉，从而供给心肌细胞足够的能量和氧气。因此，心脏扫描中通常使用低b值DWI扫描。一般通过扫描多个b值（4个以上）的DWI图像，计算相关参数，通过参数值的差异反映心肌组织的灌注情况。DWI序列中主要涉及3个参数：① 扩散系数D（ADCslow值），反映真实水分子的扩散情况；② 灌注系数D（ADCfast值），与组织平均血流速度和平均毛细血管段的长度相关；③ 灌注因子f （Fraction of ADCfast），是经过公式计算得出的前两者的比值。此技术无创，并可在不使用造影剂的情况下得到组织的灌注信息，避免了造影剂过敏的风险及其可能引发的肾源性系统性纤维化等疾病的发生。在进行DWI扫描前应先连接好心电门控和呼吸门控。

1.2 多b值DWI技术的临床应用

1.2.1 多b值DWI技术的扫描图像

2011年，Rapacchi等[5]对健康志愿者行多b值DWI心脏扫描，经过去噪、滤波处理后得到的图像参数具有良好的可重复性，信噪比和对比噪声比也较高，证实了其具有较好的临床诊断价值。李志伟等[1]对11例健康志愿者行心脏多b值DWI扫描，试验中通过呼吸训练、心率控制和恰当的参数选择，获得了清晰的扫描图像，并在符合诊断要求的图像的标准横断位和心脏短轴位上分别测量左室各节段心肌的多个参数。经统计分析，各参数的测量值在不同观察者间具有良好的一致性。

1.2.2 DWI序列与T2WI（T2-Weighted Image）序列在心肌水肿探测方面的比较

DWI序列能够显示水分子的扩散情况，对水肿的显示比较敏感，表现为不随b值增大而衰减的高信号。也就是说，DWI序列会成为除T2WI序列外探测心肌水肿的另外一种方法。

多位学者将DWI与T2WI序列进行比较，研究两个序列在心肌水肿显示方面的优劣。Deux JF等[6]对心肌梗死患者行DWI序列、T2WI黑血序列扫描，并与LGE高信号范围比较。研究发现，DWI序列对高信号血池的抑制要明显优于T2WI黑血序列，且更易探测到心肌损伤，敏感性较高；但DWI序列会出现高信号伪影，造成假阳性，短轴位侧壁方向易出现几何变形伪影，随b值增加易出现心肌信号丢失。在研究中，DWI序列显示高信号的范围大于LGE或T2WI高信号范围。但研究特别指出，DWI序列对于心肌灌注情况的检测结果尚不确切，不能仅靠一个低b值DWI序列下的心肌异常信号来判断心肌灌注的异常，还需联合首过灌注、延迟强化等常规扫描序列进行判断。

Kociemba等[7-8]对急性心肌梗死患者行DWI和T2WI序列扫描，研究发现DWI序列的信噪比高于T2WI序列。在心肌梗死的检测中，DWI序列的敏感度和阴性预测值高于T2WI序列，两个序列的特异度和阳性预测值相近。DWI序列检测到的心肌水肿节段多于T2WI序列，水肿区域的显示也大于T2WI序列。DWI序列更易发现心肌水肿，尤其是心肌下壁水肿，而且其对于右冠状动脉供血区心肌水肿显示的敏感度也明显高于T2WI序列。T2WI和DWI序列高信号区域范围均大于LGE序列。在DWI序列中，心肌水肿和纤维化有更好的一致性。DWI序列对血池高信号的抑制明显优于T2WI序列，心搏伪影的出现率低于T2WI序列，但DWI序列出现敏感性伪影的频率高于T2WI序列。DWI序列能够有效地避免无意义的血池高信号的产生，对心肌水肿的探测具有很高的敏感性和特异性。

1.2.3 多b值DWI技术探测心肌梗死的临床应用进展

DWI序列通常用来探测急性心肌梗死。Laissy等[9]分别对34名急性心肌梗死患者、22名亚急性心肌梗死患者、18名慢性心肌梗死患者和24名正常人行DWI和LGE扫描，并进行比较。研究结果表明，DWI序列检测急性心肌梗死的敏感度较高，呈较明显的高信号，虽然部分慢性心肌梗死也可在初发梗死后几个月内仍存在高信号，但仍可利用DWI序列联合LGE扫描对急慢性心肌梗死进行区别。慢性心肌梗死区的对比噪声比和信噪比低于急性和亚急性心肌梗死区，而其表观扩散系数（Apparent Diffusion Coefficient，ADC）则高于急性和亚急性心肌梗死区，差异有统计学意义。研究中还提出，DWI序列可用于急性胸痛患者的筛查，查明其是否为急性心肌梗死而引起的胸痛症状，与LGE扫描相比，其缩短了检查时间，能够尽快地使患者接受再灌注治疗，减少心肌的不可逆损伤。

一些学者[11-13]通过计算ADC值得出参数图，发现心肌梗死微循环阻塞区和梗死区的ADC值小于正常心肌组织的ADC值，而心肌梗死微循环阻塞区较梗死区ADC值更低，且发现低b值下获得的ADC值与高b值下获得的ADC值有差别，结果与早前的一个动物实验研究结果相似，两个ADC值不相关。在选择合适的采集策略后，低b值DWI序列可检测到心肌微循环损伤和心肌血流灌注异常，具有潜在的临床应用价值，但目前，尚未有金标准来评判DWI序列获得的心肌损伤信息的准确性。

1.3 小结

多个低b值DWI序列对水分子扩散和毛细血管网血流灌注的检测具有较高的敏感性，已逐步应用于心肌损伤的检查中，并已在探测急性心肌梗死及心肌水肿方面显现出较大的优势，可用于筛查急性胸痛和心律失常患者有无急性心肌梗死，但能否通过各项参数准确地定性定量评估心肌血流灌注缺损和心肌纤维化损伤，仍需进一步研究。虽然DWI序列对呼吸、心搏伪影较敏感，易发生心室几何变性和心肌信号丢失，还需更多的技术加以改进，但这个方法无论是在显示心肌损伤、心肌灌注特点还是在探究心肌梗死后心肌重建过程中的影像学特征方面都呈现出良好的临床应用前景，能为急慢性心肌梗死患者的诊断、治疗和预后评估提供更为丰富的信息。

2 T 1 mapping技术

2.1 T1 mapping技术的原理和进展

T1 mapping技术的原理是在多个心动周期同一时相的不同反转时间（Inversion Time，TI）下采集图像，直接定量测定心肌每个体素的T1值，生成参数图获得心脏各区域的T1纵向弛豫时间，在进行图像后处理时加入伪彩，从而明确显示出心肌T1值的差别。

20世纪90年代有学者提出使用原始的Look-Locker序列结合自由呼吸技术进行T1 mapping扫描，但其缺点是每张图像的采集时间过长，无法生成基于像素水平的参数图，只能分析感兴趣区的T1值[14-15]。目前使用最为广泛的是改进的Look-Locker反转恢复技术，其屏气采集时间较短，减小了呼吸伪影的影响，具有更高的空间分辨率和更强的动态信号。但由于是模拟的数据，可能会发生数据低估，发生率约为8%[16-17]。

近年来，缩短的Look-Locker反转恢复技术得到应用，仅需9个心脏搏动就可采集到图像，避免了因屏气不足导致的图像质量不佳，并使用不完全恢复的纵向磁化矢量。无论对于1.5T还是3.0T磁共振，此序列较原始的Look-Locker反转恢复技术可容纳更为广泛的T1时间和心率范围，采集时间更快，其采集到的T1值与后者无明显差别，但后者的噪声和变异系数较大[18]。另外，在线运动矫正技术的应用可获取更准确的像素模式图，可以避免因呼吸差异导致的错误。

近期还有学者将T1 mapping技术、电影Cine序列和反转恢复序列采集到的各个心动周期的图像整合，再将这些整合图像进行融合，形成SALLI（Small Animal Look-Locker Inversion Recovery）序列进行图像采集，专门用于心率较快的小动物CMR实验研究，以期同时了解心肌T1值的变化特点、心脏功能情况及增强后心肌损伤特征等[19]。

另外，最近有研究人员对MOLLI（Modified Look-Locker Inversion Recovery）序列进行了改良，应用饱和恢复序列SR（Saturation Recovery）代替反转恢复序列IR（Inversion Recovery），即通过MLLSR（Modified Look-Locker FIESTA Imaging with Saturation Recovery）序列扫描测定T1值。SR的使用可以避免磁场恢复过程中产生的虚拟心跳信号带来的影响，且不影响T1值的测量，同时减少了磁化饱和恢复曲线上应取样的数据点个数，并不需要在图像分析过程中鉴别信号极性。

2.2 T1 mapping技术与延迟强化技术的比较

T1 mapping技术与延迟强化技术相比，其优势体现在以下3个方面：① T1 mapping技术最主要的优势是通过定量的T1值和细胞外容积（Extracellular Volume，ECV）的改变来反映心肌损伤的程度，而延迟强化技术虽可测量心肌梗死的范围，但始终无法对其损伤程度进行定量评估；② 损伤心肌的纤维化程度必须达到一定的阈值，才能表现出明确的延迟强化，因此，延迟强化技术对早期心肌纤维化的显示欠佳；而T1 mapping技术可通过T1值的改变敏感检测到处于早期纤维化的心肌；③ 虽然延迟强化技术能够明确诊断局灶性心肌纤维化，但对弥漫性心肌纤维化的诊断效能不高，因为其对心肌延迟强化高信号的判定是基于与正常未强化心肌的比较，当透壁性心肌梗死范围较广泛时，较难识别出同一层面的正常心肌，并需要与未被完全抑制的心肌内高信号伪影相鉴别；而T1 mapping技术测得的增强前后心肌T1值若与正常人心肌的T1值不同，则提示心肌损伤的可能，无论损伤是局限性还是弥漫性。

因此，T1 mapping技术在早期定量评估心肌损伤、坏死纤维化，尤其是广泛透壁性心肌梗死和弥漫性心肌纤维化，提示临床选择合理的治疗方案，判断预后恢复情况，在不使用造影剂的前提下评估心肌存活性方面具有潜在价值。

2.3 T1 mapping技术在缺血性心脏病中的临床应用进展

对异常病变的研究应建立在了解正常心肌T1值特性的基础上。2006年，Messroghli等[20]对15例健康志愿者行T1 mapping扫描，研究发现，在1.5T磁共振上，增强前的T1值正常变化范围约为（980±53） ms，95%的可信区间为964～997 ms，从基底部到心尖部的心肌T1值无明显差别。这项技术可通过直接定量测定T1值，来判断心肌组织的缺血性和炎性改变。之后他们再次通过动物实验证实，T1值的错误可以通过简单的线性矫正，增强前后的心肌和血池的T1值呈现较窄的正常范围，在心率快时也可顺利完成检查[21]。其他学者也有类似的研究，研究发现血池T1值影响心肌T1值，增强后的心肌T1值可以通过血池T1值或细胞外基质体积分数（Ve %）来矫正[22]。

对缺血性心脏病急性心肌梗死患者的研究始于2003年。Messroghli等[23]的早期研究成果表明，在急性心肌梗死患者中，增强前梗死区比非梗死区的T1值高，T1值升高的范围比延迟强化范围大。增强后梗死区较非梗死区的T1值小，且T1值减小区与延迟强化区具有良好的一致性。2007年，他们又将T1 mapping技术应用于急慢性心肌梗死患者心肌损伤的诊断中，以进一步探讨急慢性心肌梗死CMR表现的异同。研究发现，急性期心肌梗死增强前T1值较慢性期更高。急性期心肌水肿也可引起增强前T1值的升高，所以T1值升高范围比延迟强化范围大，慢性期则受心肌水肿影响较小。增强后慢性心肌梗死区比急性心肌梗死区的T1值更短，但由于急性心肌梗死区T1值的基线值较高，T1值的变化范围较大，所以其T1值缩短更为明显。而对于梗死核心区，由于造影剂进入的时间延长，所以其T1值在造影剂进入的20 min内持续减低，说明无论有无微循环血流，梗死核心区内均出现了灌注缺损。在T1值变化区和延迟强化区的一致性方面，慢性心肌梗死比急性心肌梗死的显示更准确。确定T1值的变化阈值将对准确判断心肌梗死范围具有重要价值。另外，研究指出，增强前T1 mapping技术检测急性心肌梗死患者中异常心肌组织的敏感度和特异度较高，分别为96%和91%[24]。

增强前T1 mapping技术能够早期检测急性心肌梗死后的心肌损伤，并能够辅助LGE和T2WI定量定性地评价心肌损伤，成为LGE和T2WI检测缺血及非缺血性疾病心肌损伤的重要补充手段之一，尤其对急性心肌梗死患者，可定量评价其心肌损伤的危险区[25-26]。但是，T1 mapping技术对于缺血性心脏病的研究多集中于心肌梗死的改变上，对心肌缺血以及与首过灌注结果相比较的研究尚缺乏。当然，T1 mapping技术也在非缺血性心脏病的研究中得到了广泛关注，尤其是对弥漫性心肌病的诊断具有明显优势。

2.4 小结

T1 mapping技术的准确性和可行性，增强前后T1值和ECV值的变化特点和趋势及其是否可作为参考来解释疾病不同发展阶段的组织生物学特性，还有待深入研究，尤其是需对患者和健康者开展大规模的多中心的临床试验研究和随访观察。目前，其扫描规范、扫描层面、后处理方法还没有统一的标准。另外，在对心肌梗死存活心肌的评价上，因心肌水肿、出血、铁钙盐沉积等因素均可引起T1值的改变，T1 mapping检查中还需结合其他技术进一步观察研究，来明确引起T1值变化的原因，从影像学角度讨论心肌损伤的机制，以便提示临床在急性心肌梗死早期进行干预。

虽然T1 mapping技术在应用中仍有很多问题有待解决，但其在早期定量评价心肌纤维化等方面已显示出较大的优势。而且，采用T1 mapping技术简单、快捷、安全，能够有效地缩短CMR常规扫描时间，且其评价心肌损伤的诊断效能较高，将其应用于临床，能有效减少因造影剂注入而引起的患者肾源性系统性纤维化等疾病的发生。总之，T1 mapping是CMR检查新兴的研究方向，在诊断心脏疾病方面具有潜在价值，临床应用前景良好[27-29]。

（未完，见下一期）

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Clinical Application Progress of New Cardiac Magnetic Resonance Technologies in Ischemic Heart Diseases

LIU Ming-xi1.2, ZHANG Wan-shi2, ZHANG Zi-heng3, ZHOU Zhen-yu3, MENG Li-min2, LIU J ie1,2, GONG Wan-feng2
1.Department of Radiology, Xijing Hospital The Fourth Military Medical University, Xi’an Shaanxi 710032, China; 2.Department of CT-MR, Air Force General Hospital of PLA, Beijing 100142, China; 3.Beijing Branch of GE Healthcare China, Beijing 100176, China

This paper introduces the clinical application progress of multi-b-value diffusion weighted imaging as well as T1, T2 and T2* mapping techniques in the diagnosis of ischemic heart diseases. The advantages and shortcomings of the new techniques are also discussed.

cardiac magnetic resonance; multi-b-value diffusion weighted imaging; T1 mapping technology; T2 mapping technology; ischemic heart diseases

R445.2

A

10.3969/j.issn.1674-1633.2015.01.019

1674-1633(2015)01-0063-05

2014-11-03

张挽时，主任医师、教授、硕士生导师，专业技术三级，空军级专家。

通讯作者邮箱：cjr.zhangwanshi@vip.163.com