心脏磁共振成像评估急性心肌梗死后心肌水肿的研究进展

余刘玉 综述 陈玉成 审校

(四川大学华西医院心内科，四川 成都 610041)

由于心血管危险因素的流行趋势明显，心血管病的发病人数持续增加，其中缺血性心肌病在中国的发病率也呈逐年上升趋势，并日趋年轻化[1]。急性心肌梗死再灌注前的缺血心肌又称为梗死危险区域(area at risk,AAR)，指的是心肌梗死发生时可能发生完全缺血坏死的心肌组织，通常与罪犯血管的靶供血区域一致，包括两部分：(1)梗死区，或称为不可逆心肌损伤区，组织学表现为心肌细胞坏死；(2)再灌注后可挽救的存活心肌，或称为可逆心肌损伤区，组织学表现为心肌细胞水肿。对于灌注后可挽救心肌的识别并早期恢复血流再灌注，在急性心肌梗死患者预后有重要意义。心脏磁共振成像(CMR)能无创地一站式评价心脏的解剖结构、功能、心肌灌注和病变的组织特性，具有高分辨率、多方位、多层面、可重复性高等优势，在识别和定量分析缺血性心肌病的心肌水肿有着重要的应用。现就CMR在心肌缺血后心肌水肿中的应用进展进行综述。

1 急性心肌梗死的病理生理

急性心肌梗死后，由于大量自由基产生导致细胞膜通透性增加，造成组织间质水分渗透滞留；缺血缺氧导致心肌细胞ATP合成障碍从而抑制钠钾腺苷三磷酸酶的活性，形成细胞内高渗状态，导致心肌细胞的肿胀。此外，缺血所引起炎症反应也是导致心肌水肿的原因之一。心肌缺血后，心肌的坏死和凋亡触发“瀑布式”的免疫炎症反应，启动心肌损伤的自我修复过程最终可导致心室重构。在心肌梗死早期，病理上主要表现为凝固性坏死，心肌纤维变细变长，坏死纤维空隙可见中性粒细胞和间质水分滞留；随着炎性细胞的浸润，坏死的心肌细胞逐渐被巨噬细胞清除，而到心肌梗死恢复期，可见富含血管网的肉芽组织形成，最终坏死纤维被密集的胶原纤维瘢痕替代。与病理改变相对应，早期的心室重构主要表现为梗死心肌室壁的变薄和扩张，晚期则出现存活心肌细胞的代偿性肥厚及重排、心肌纤维化等一系列改变[2]。在缺血后心肌水肿可压迫血管，导致缺血区侧支循环终止可加速心肌细胞死亡和梗死范围的扩大，在急性缺血后的左室重构及心功能不全中有着重要影响。

2 CMR对心肌水肿的评价技术

2.1 T2加权像对心肌水肿的评价

目前对于心肌水肿评价最常用的技术是T2加权像，其信号强度与心肌组织内的含水量相关。当组织含水量增加时，T2(横向弛豫时间)延长，在CMR上表现为T2加权像高信号，从而与周围正常组织区分。在1983年，Higgins等[3]通过犬类建模研究证实在心肌组织的水肿程度与T2时间延长程度呈正相关。

对于心肌水肿的检测，目前最常用的T2加权像序列为在基本快速自旋回波序列(turbo spin echo，TSE)前给予短T1反转恢复序列(short-tau inversion recovery，STIR)，其选择的T1与脂肪组织零点一致，可实现脂肪组织压制，减少对水肿高信号识别的干扰。常规的黑血T2-STIR序列层厚10～15 mm，扫描包括心室短轴基底部、中段、心尖部及四腔切面；但目前黑血T2-STIR序列存在许多问题，例如体表线圈强度不均匀导致信号不稳定，在应用快速自旋回波序列时质子尚处于部分饱和状态造成的信号丢失，使得图像整体信噪比降低。此外，T2-STIR序列易受呼吸心跳影响产生运动伪影，且易受流速缓慢的血液影响，在乳头肌间、心尖部的血液产生高信号伪影。基于此，越来越多的新序列被用于检测心肌水肿，改善T2加权像的图像质量。亮血T2准备脉冲后予平衡稳态自动进动回波序列(T2-prepared steady state free precession,T2-prepared SSFP)能确保横向磁化在下个脉冲施加前不被损毁而叠加于下一个脉冲中从而达到稳态，使得图像的信噪比得到提高且不受呼吸运动的限制。2007年Kellman等[4]纳入31例急慢性心肌梗死的患者中，T2-prepared SSFP序列对水肿的准确性要高于T2-STIR序列；但目前关于T2-prepared SSFP在心肌水肿识别中的应用有待进一步的研究。此外，2008年Aletras等[5]尝试将TSE序列与T2-prepared SSFP序列联合起来，形成水肿统一采集序列旨在提高图像的信噪比和对比噪声比，从而提高图像质量。

2.2 CMR新技术对心肌水肿的评价

2.2.1 组织定量技术

常规CMR只能根据正常心肌的T2值为参考进行半定量分析，对于识别心肌水肿区域有着一定的误差。随着CMR定量成像技术的发展，组织定量技术包括：纵向驰豫时间定量(T1 Mapping)以及横向驰豫时间注量(T2 Mapping)技术也越来越多地运用到水肿的识别中。T1 Mapping技术主要采用运动自动校正反转恢复序列，根据三次反转时间对心肌进行采样，拟合形成T1弛豫曲线。根据有无对比剂，可分为无对比剂或对比剂前的T1 Mapping及注射对比剂后的T1 Mapping。T2 Mapping技术是基于T2-prepared SSFP序列，将3次不同准备时间所形成的图像进行合成，生成T2衰减曲线，从而定量计算出各处心肌组织的T2值。T1、T2 Mapping成像能定量分析心肌各节段的水肿程度，并克服体表线圈所致的信号不均，排除缓慢血流造成高信号的干扰，可作为T2加权像在评价心肌水肿的重要补充手段。

2.2.2 弥散加权成像

CMR弥散加权成像(diffuse-weighted image,DWI)可检测心肌组织中水分子的布朗运动，从微观水平评价心肌组织结构的完整性。DWI主要通过常规序列中前后施加一对大小和方向都相同的扩散敏感梯度脉冲，消除扩散的水分子信号，保留静态质子的信号得到DWI影像，从而可以识别心肌水肿。Okayama等[6]在2009年首次报道DWI在诊断急性心肌梗死中的应用。Kociemba等[7]发现在DWI影像上急性心肌梗死患者心肌水肿的信号比正常心肌及血流高；但目前对于DWI在急性心肌梗死中的应用还处于初步实验阶段，需进一步研究。

3 CMR对急性心肌梗死后心肌水肿评价的临床价值

3.1 鉴别急性心肌梗死和慢性心肌梗死

由于急性心肌梗死与慢性心肌梗死在治疗和预后上都有着很大的差别，将两者鉴别开来也变得尤为重要。然而，由于许多急性心肌梗死患者并不一定能在缺血发生后及时就诊，这时传统的心电图检查或心肌标志物可能并不能明确心肌梗死是新近发生的还是慢性心肌梗死。而缺血后心肌水肿在T2加权像的高信号持续时间与缺血持续时间相关，心肌水肿的T2加权像高信号在急性和亚急性期明显，在慢性期随着梗死区域心肌瘢痕形成，炎症和水肿被吸收，T2加权像高信号会逐渐消退。在2004年，Abdelaty等[8]首次研究T2加权像在急性心肌梗死和慢性心肌梗死中的鉴别价值，研究报道急性缺血后第1天和3个月后的T2值有明显的下降；且CMR鉴别急性心肌梗死和慢性心肌梗死的特异性为96%。许多研究也表明T2-STIR在鉴别急性心肌梗死和慢性心肌梗死中有着超过95%的敏感性和98%特异性，并且优于延迟强化成像[9-10]。目前利用T2加权像鉴别急性和慢性心肌梗死也被欧洲和北美心脏影像学的专家共识所推荐[11]。关于急性缺血后T2加权像高信号的持续时间，Smulders等[12]的研究纳入117例首次发生心肌梗死的患者，在缺血发生1个月内、1～6个月和6个月后分别行CMR 的T2-STIR序列检查，发现在急性缺血发生后，T2加权像的高信号在心肌梗死后1个月内最明显，之后呈递减趋势，平均可持续6个月。近年来也有研究表明CMR新技术T1 Mapping技术可用于鉴别急性和慢性心肌梗死，并在识别心肌梗死后心肌脂肪浸润和心内血栓等并发症有一定优势[13]。Tahir等[14]研究显示相对于T2加权像，初始T1值及T2 Mapping具有更佳的鉴别急性和慢性心肌梗死的价值。

3.2 心肌损伤范围评价

AAR可分为不可逆心肌损伤区，又称为梗死区；可逆心肌损伤区，称为可挽救区。确定AAR区域对于评价急性心肌梗死患者血管重建及预后有重大的价值。急性心肌梗死后，AAR内水分子运动及含水量增加，通过CMR可检测出水肿区和正常心肌间的T2信号强度差异，从而可确定AAR。Aletras等[15]建立17只犬类模型，在冠状动脉闭塞2 d后行CMR检查，发现T2加权像高信号与冠状动脉闭塞同时注入荧光微球所测得的AAR区域一致，且T2加权像高信号区大于组织病理证实为梗死区的面积；其中8只犬额外观察2个月后再行CMR，无延迟强化的T2加权像高信号区消失，且对应的心脏室壁运动异常改善。近年的一项研究分别用心电图、冠状动脉造影和CMR 的T2加权像评价78例急性心肌梗死患者ARR，认为T2加权像优于前两者[16]。然而由于前面提到的黑血T2-STIR序列存在的问题，关于T2加权像序列评估ARR的准确性还存在一定争议。2012年，Croisille等[17]提出T2加权像不应该用于ARR的评估。2015年，Han等[18]建立21只犬类模型，认为T2加权像高信号区与荧光微球微粒所测定的ARR区域并不匹配，支持不能用T2加权像来评估ARR的观点。

Mapping技术能克服传统T2加权像所存在的问题，并定量评价心肌水肿程度，目前已有研究将T1 Mapping和T2 Mapping技术应用在急性心肌梗死后的心肌损伤范围评估中。2011年，Verhaert等[19]纳入27例急性心肌梗死患者和21例正常对照行CMR 的T2加权像和T2 Mapping成像，发现T2 Mapping(26/27)对于评估ARR区域的敏感性要高于T2加权像(18/27)。Hammer-Hansen等[20]建立22条犬类急性心肌梗死模型，发现冠状动脉闭塞再灌注后4 h、48 h后梗死心肌和可挽救心肌的T2值均显著高于正常心肌的T2值；且在4 h的可挽救心肌T2值增幅较48 h时更大，表明T2 Mapping可用于评价监测心肌梗死后ARR的动态变化过程。Ugander等[21]建立犬类模型，发现非对比增强T1 Mapping对于ARR的评价与T2 Mapping和病理荧光微粒的准确率一致。Bulluck等[22]研究也表明在急性心肌梗死后，初始T1值可准确评估AAR。总之，T1 Mapping和T2 Mapping成像即可弥补T2加权像在评估ARR的不足，也可量化心肌水肿值，可更客观地反映急性心肌梗死心肌水肿范围，更准确地评估ARR，但临床应用尚需进一步规范化。

3.3 预后价值

通过CMR可量化可挽救心肌，可挽救心肌为AAR与梗死区之差。心肌挽救指数(myocardium salvage index，MSI)为可挽救心肌与AAR的比值，而MSI对于急性心肌梗死患者治疗策略选择、疗效评价和预后判断都有着重要价值。2010年Masci等[23]利用T2加权像评估心肌AAR区域、延迟加强显像评估心肌梗死区，对137例急性ST段抬高型心肌梗死再灌注治疗后的患者预后研究发现，基于CMR量化的MSI是心室重构的独立预测因子，MSI越大，心室重构发生可能性越小。同年，Eitel等[24]通过T2加权像和延迟强化显像评估208例急性ST段抬高型心肌梗死患者，对患者进行平均6个月的随访，发现MSI大于组内中位数的患者心脏不良事件的发生率明显降低，认为基于CMR量化的MSI可作为急性ST段抬高型心肌梗死再灌注治疗的预后评价或者新型再灌注疗法的疗效评价指标。

鉴于T2加权像对于AAR的评估尚存在争议，Mapping技术在一定程度上可弥补T2加权像的不足，联合延迟强化对于MSI的量化会更准确。OxAMI研究[25]显示初始 T1值可鉴别心肌的可逆损伤和不可逆损伤，提出相应心肌可逆(1 251 ms)和不可逆损伤(1 400 ms)的截点值，且其为急性ST段抬高型心肌梗死远期心室重构独立预后因子。Haberkorn等[26]通过小鼠建模也显示T1 Mapping可定量评估心肌受累情况，且为心肌梗死后左室功能变化的预后因子。也有研究表明利用初始T1值及对比剂后T1值联合血沉所得到的细胞外容积是再灌注后心脏功能是否恢复及远期重构的预测因子[27-28]。

4 小结

CMR在评价心肌水肿中有着重要的应用价值，目前评价急性心肌梗死心肌水肿最常用的CMR技术为T2加权像，其在鉴别急性心肌梗死和慢性心肌梗死、评估急性心肌梗死后ARR范围以及量化MIS等方面都有着重要应用；但由于本身技术上的限制，目前对于T2加权像评价急性心肌梗死后心肌水肿的准确性还存在着很大的争议。CMR新技术T1 Mapping、T2 Mapping和DWI能克服传统技术存在的问题并且能够定量评价心肌水肿程度，但在急性心肌梗死后的心肌水肿评价中的应用有待进一步研究。