心脏MRI评估心肌梗死病理变化的研究进展

宋林声，赵 蕾，赵新湘，马晓海*

(1.昆明医科大学第二附属医院医学影像中心，云南 昆明 650000；2.首都医科大学附属北京安贞医院医学影像中心，北京 100029)

心脏MRI评估心肌梗死病理变化的研究进展

宋林声1，赵 蕾2，赵新湘1，马晓海2*

(1.昆明医科大学第二附属医院医学影像中心，云南 昆明 650000；2.首都医科大学附属北京安贞医院医学影像中心，北京 100029)

心肌梗死是缺血性心脏病的重要临床特征，且其各阶段病理组织学改变均与患者预后密切相关。近年来，随着MRI软硬件技术的不断发展和完善，心脏MR(CMR)凭借多参数、多序列的成像技术特点，可定性、定量评估心肌梗死的相关病理变化，并可为患者的近期诊断及远期预后风险评估提供准确、全面的临床参考信息。本文就CMR在评估心肌梗死病理中的应用及研究进展进行综述。

磁共振成像；心肌梗死；水肿；纤维化

心肌梗死后需再灌注治疗来及时恢复心肌血流。早期心肌水肿严重程度常影响再灌注治疗的选择，而心肌纤维化作为心肌梗死后期重要的病理改变，对于患者心功能评估和预后影响深远。因此无论是急性心肌梗死时的心肌水肿，还是再灌注损伤后的微循环障碍及出血或修复期的心肌纤维化等病理组织学改变均与患者预后密切相关。心脏MR(cardiac MR， CMR)具有多参数、多序列成像的特点，可无创综合评价心肌梗死后心脏结构、功能和组织特性，包括梗死面积、心肌水肿、微循环阻塞、心肌出血、左心室射血分数等[1-2]，且可对相关病理变化进行定性、定量评估。本文对CMR在评估缺血性心肌梗死病理中的应用及研究进展进行综述。

1 心肌水肿

心肌水肿是急性心肌梗死时最主要的病理表现。当急性冠状动脉闭塞后，心肌细胞缺血、缺氧致细胞膜表面钠钾三磷酸腺苷(adenosine triphosphate， ATP)酶的活性受到抑制，从而导致水钠在细胞内潴留、心肌细胞肿胀。此外，缺氧可导致毛细血管通透性增加，血液中的水渗透并滞留于组织间隙中；当间隙内静水压增加到一定程度时压迫毛细血管，进一步加剧心肌缺血，致心肌损伤扩大。水肿的心肌可增加室壁僵硬度、降低顺应性，从而加重心功能不全；水肿在心肌内分布不均匀还可引起心律失常(Wellens样心电图改变)等恶性心脏不良事件发生。目前临床主要采用再灌注治疗恢复可挽救的存活心肌，故确定有无冬眠或顿抑心肌意义重大，因此定量评估心肌水肿对心肌梗死的诊断及预后非常重要。

1.1 T2WI评估心肌水肿 T2WI已广泛用于心肌水肿的检查及水肿程度的分级。早期研究[3-4]认为T2WI高信号代表水肿，但出血、蛋白含量变化及脂肪渗透等也可表现为相应信号增高。随着技术的改进，T2短时间反转恢复脉冲序列(short time inversion recovery， STIR)可通过抑制脂肪和血液信号致使区域性水肿与正常心肌有更好的组织对比度。Nilsson等[5]采用屏气T2 STIR对10例首次透壁心肌梗死患者分别于梗死后1周、6个月及1年3个时间点进行扫描，发现心肌水肿在梗死后1周最明显，随后呈递减趋势，可持续6个月；并认为水肿的持续存在可能与血液引流不畅、肉芽组织内液体成分等有关。Abdel-Aty等[6]研究发现T2WI上相应部位心肌信号于心肌缺血30 min内增高，甚至比肌钙蛋白等实验室检查能更早发现心肌水肿。但长期临床实践发现，T2WI并不稳定，尤其当患者心率快、心律不齐时其图像质量较差；且由于心内膜下“慢血流”效应，对于水肿范围的确定可能存在过度诊断。

1.2 T2 mapping评估心肌水肿 Giri等[7]于2009年采用T2 mapping检测心肌水肿后，越来越多的研究开始关注这一领域。该技术可显示缺血性心肌水肿早期的轻微改变，并可定量评估心肌水肿范围，在心肌梗死后的预后评价中发挥着重要作用。Ugander等[8]采用T2 mapping评估心肌梗死后心肌水肿患者，发现其可检测到心肌的轻微水肿，对应病灶部位T2值也呈轻度升高。安东敖蕾等[9]采用T2 mapping回顾性分析了30例心肌梗死再灌注治疗后患者的心肌水肿范围与血清心肌肌酸激酶的相关资料，发现心肌水肿面积与血清心肌肌酸激酶峰值呈正相关。Hammer-Hansen等[10]采用T2 mapping对22条犬冠状动脉闭塞再灌注术后4、48 h进行成像，结果显示再灌注4 h后梗死区T2值增幅比48 h后更大，且4、48 h梗死区T2值较远端参照心肌T2值显著增高，提示T2 mapping定量成像可在不同区域，不同时间点更灵敏地显示心肌水肿的细微差异。Naßenstein等[11]对29例急性心肌梗死患者分别行T2WI及T2 mapping成像，结果显示T2 mapping成像的组间一致性更好。

与传统T2WI相比，新技术T2 mapping能排除运动伪影、心内膜下慢血流伪影及评估者主观差异的影响，具有准确、快速及定量分析等优势，在梗死后心肌水肿检测方面具有更高的诊断价值。

1.3 其他MRI技术在心肌水肿中的应用 DWI可从细胞及分子水平研究疾病状况，并能探测组织内水分子扩散运动变化。Kociemba等[12]采用DWI与T2 STIR分别评估心肌水肿，结果显示DWI的敏感度(83.1%)较T2 STIR(60.6%)更高，且探测到的水肿面积较T2 STIR更大；但最佳弥散系数的选择等仍存争议。而关于表观弥散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)图在心肌水肿诊断方面的应用研究少见，此外Na MRI及钆对比剂早期注射技术在心肌水肿检测方面的应用也具有一定价值[13]。

2 微循环障碍和出血

临床上对于急性心肌梗死，常需在合理的时间窗内给予再灌注治疗；但长期临床实践发现恢复冠状动脉主干管腔的通畅并无法挽救所有存活心肌，而恢复微循环才能决定治疗的实际疗效。当发生微循环阻塞或出血时，心肌梗死面积可进一步增大，心肌发生恶性重构、心功能不全及心电异常等不良事件的发生率也会相对增加。CMR的高分辨影像不仅可显示微循环障碍(microvessel obstruction， MVO)，还可通过多序列扫描显示其类别。

2.1 首过灌注及延迟增强扫描(late gadolinium enhancement image， LGE)评估MVO MVO是由于动脉粥样硬化碎片脱落、血管收缩、微血栓形成及白细胞聚集等多因素所导致的远端毛细血管机械性梗阻，是急性心肌梗死后行再灌注治疗中常见的并发症，常提示患者左心室重构及预后不良，其特征为血流无法渗入血管床，该现象又被称为“无复流”现象。

CMR可通过注入钆对比剂于首过灌注及延迟扫描时发现MVO的低信号征象，对比剂注入后MVO的范围在CMR图像上呈持续性动态变化，于首过灌注时缺损范围最大，而在延迟扫描时面积相对最小、固定，且此时的MVO不可逆，为永久性阻塞。多项研究[14]发现MVO是患者不良预后的独立危险因素，并与患者主要心脏不良事件和心源性猝死等密切相关，但有研究[15]认为当梗死面积固定不变时，MVO无法作为预后的独立预测指标。此外，CMR与心肌声学造影和冠状动脉造影评估MVO“无复流”现象也具有高度的一致性[16]。

2.2 多序列评估心肌内出血(intramyocardial hemorrhage， IMH) 研究[17]证实IMH与MVO密切相关，MVO可同时伴随IMH发生。Kumar等[18]发现在犬实验模型中，发生IMH的犬仍可发生MVO，但未发生MVO的犬不会发生IMH。由于伴随IMH发生的MVO较单纯MVO提示更差的预后，故精准鉴别IMH与MVO十分必要。目前延迟强化常用于检测MVO，而基于T2的CMR成像技术常用于检测IMH。

T2WI和T2*是目前最常应用于检测IMH的序列，主要原理为红细胞内的氧合血红蛋白逐渐降解为脱氧血红蛋白、高铁血红蛋白和含铁血黄素，而降解产物均为顺磁性物质，可显著缩短T2值，从而在图像上表现为低信号影。Payne等[19]采用亮血T2WI检测实验猪的再灌注模型发现，T2WI图像上的低信号区与病理结果具有高度一致性。T2WI对心肌水肿十分敏感，由于部分容积效应的影响，出血体积可能被低估，甚至被掩盖[20]。Kali等[21]采用T2WI和T2*分别检测心肌梗死患者和猪的动物模型发现，T2*可清晰显示出血部位的低信号影像，而T2WI由于受水肿信号的影响而无法准确显示，提示T2*检测IMH较T2WI更准确。由于存在伪影，T2*不适用于超高场强MR(≥3.0 T)，为此Chen等[22]于7.0T MR上采用T2 mapping检测IMH，验证了T2 mapping评估IMH的可行性，但T2 mapping成像时间较长，且易受水肿信号的干扰。因此T2*联合T2WI或T2 mapping图像可更准确、全面检测和量化IMH。

此外，T1WI和磁敏感加权成像(susceptibility weighted imaging， SWI)技术在IMH中的应用也具有广阔的前景。T1WI在检测高铁血红蛋白方面(亚急性期出血)具有较高的效能，但目前采用T1WI检测IMH的研究少见。Pedersen等[23]采用T2 STIR、T2*及T1WI序列分别检测IMH，并与组织学结果进行对照，发现T1WI的敏感度和特异度较T2 STIR、T2*更高，且扫描时间更短。但目前T1WI由于受样本量的限制，尚未推广应用，其可行性还需进一步验证。SWI主要是以组织间磁敏感性差异为基础的扫描技术，实为T2*的改良技术。Kidambi等[20]首次采用T2 STIR、T2*及SWI序列分别检测IMH，发现SWI的敏感度和特异度较T2 STIR、T2*序列更高，且屏气时间更短、伪影更小，但同样也需更多的实验研究证实其可行性。

3 心肌纤维化(myocardial fibrosis， MF)

MF是缺血性心脏病发展到后期心力衰竭的重要环节，LGE、T1 mapping及T(1ρ)-mapping等CMR技术可无创精确量化心肌纤维化，对于患者病情评估及预后判断具有重要意义。采用LGE技术评估MF已相对成熟，且应用价值已被大量研究证实，但其对于心肌梗死后心室重塑所致的弥漫性纤维化并不敏感。T1 mapping为可准确、定量评价心肌局限性或弥漫性纤维化的新技术，分为非对比剂T1 mapping、对比增强T1 mapping及基于两者的细胞外容积分数技术(extrace cular volume， ECV)。多项研究[24-26]均已证实T1 mapping在定量分析MF及预后判断中的临床价值，但同时发现其也存在局限性：①心肌固有T1 mapping仅能反映细胞内外的混合空间[27]，对心肌组织内的病理改变敏感，如铁质、脂肪沉积等；而对细胞外空间不敏感，从而影响判断MF的准确性；②对比增强T1 mapping获得的T1值易受对比剂剂量、浓度及血细胞容积等多因素的干扰；③由于病变心肌的ECV与正常心肌存在较多重叠，T1 mapping在心肌早期病变诊断的特异度及敏感度均较低。此外，对于肾功能不全而无法做对比增强的患者，T1ρ mapping技术有望取代T1 mapping在MF中的应用[28-30]。Witschey等[28]发现T1ρ mapping与LGE检测MF的结果具有高度一致性。van Oorschot等[29]在临床及动物实验中均证实了T1ρ mapping评估MF的可行性，但其在弥漫性MF中的应用还需更多的研究来证实。

4 小结与展望

心肌梗死后早期心肌水肿的定量分析，对于确定有无存活心肌意义重大，同时也对制定再灌注治疗方案起着重要指导作用，而MVO和心肌出血的出现也预示着再灌注治疗后的远期预后较差，因此准确分析MVO和心肌出血，对于治疗方案的及时改进起着重要作用。心肌纤维化作为心肌梗死后心室重塑的重要病理改变，被认为是评估患者预后的独立因子，对其无创、精确、定量分析一直是关注热点。由于心肌梗死后的病理变化复杂多样，不同的病理改变与患者的预后密切相关，因此定性、定量分析相关病理变化对于患者的病情诊断及远期风险评估意义重大。随着CMR技术的快速发展，新序列的不断推出及优化，CMR凭借多参数、多序列的成像技术特点有望成为该领域诊断的“金标准”。

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ResearchprogressesofcardiacMRIinevaluationonpathologicalchangesofmyocardialinfarction

SONGLinsheng1,ZHAOLei2,ZHAOXinxiang1,MAXiaohai2*

(1.ImagingCenter,theSecondAffiliatedHospitalofKunmingMedicalUniversity,Kunming650000,China; 2.ImagingCenter,BeijingAnzhenHospital,CapitalMedicalUniversity,Beijing100029,China)

The myocardial infarction is an important clinical feature of ischemic heart disease, and its various stages of histopathological changes are closely related to the prognosis of patients. In recent years, with the continuous development and improvement of MRI software and hardware techniques, the cardiac MR (CMR) can assess the pathological changes of the myocardial infarction by its multi-parameter and multi-sequence imaging techniques qualitatively and quantitatively. And the CMR can provide the clinical reference information for the patients in short-term diagnosis and long-term prognostic risk assessment accurately and comprehensively. The progresses of CMR in assessing the pathology of myocardial infarction were reviewed in this article.

Magnetic resonance imaging; Myocardial infarction; Edema; Fibrosis

R542.2; R445.2

A

1003-3289(2017)12-1893-05

宋林声(1992—)，男，四川乐山人，在读硕士。研究方向：缺血性心脏病磁共振诊断研究。E-mail： 18208737382@163.com

马晓海，首都医科大学附属北京安贞医院医学影像中心，100029。E-mail： maxi8238@gmail.com

2017-07-04

2017-09-11

10.13929/j.1003-3289.201707010