心脏T1-mapping和T2-mapping技术及其在心肌梗死中的应用

王淑荔， 赵世华， 陆敏杰

我国缺血性心肌病发病率逐年上升，严重危害人类健康。心脏磁共振成像是一种无创评估心脏解剖结构和功能参数的心脏检查手段之一，目前已广泛应用于心血管疾病各个领域，成为全面、有效评估缺血性心肌病重要方法。常规评估心肌活性的磁共振技术有延迟强化、心脏电影及灌注等，随着心血管磁共振迅速发展，出现了T1-mapping、T2-mapping等新技术。与传统技术相比，该技术可直接测量心肌组织T1、T2值，计算心肌细胞外间质容积分数(EVC)，定量评估心肌纤维化、出血及心肌水肿的程度和范围，引起了人们的关注。本文旨在介绍T1和T2-mapping成像技术及其在急性及陈旧性心肌梗死中应用进展。

T1-mapping技术

目前有多种T1-mapping成像方法用来定量T1值，各个成像方法都有优点和局限性。T1-mapping成像序列包括基于反转恢复(inversion recovery,IR)和饱和恢复(saturation recovery，SR)的序列，两者单独或联合使用。IR序列较早应用于T1-mapping的序列，也是目前应用较广泛的T1-mapping技术，包括Look-Locker(LL)、改良LL(modified look-locker inversion recovery，MOLLI)及缩短 MOLLI(shortened MOLLI，ShMOLLI)T1-mapping 技术。SR扫描序列有饱和恢复单次采集(saturation recovery single shot acquisition,SASHA)等。近年来T1-mapping技术不断发展改进，以求在得到更好的准确度和精确度同时，缩短扫描时间。以下介绍5种较为常用的T1-mapping成像方法。

1.Look-Locker

技术1970年Look和Locker提出了LL技术[2]，该技术是在每个反转脉冲后，利用多个TI来采集多个纵向磁化矢量信号，然后施加射频脉冲产生梯度回波，使用梯度回波读出MR信号。与标准的反转恢复准备的单次自旋回波技术相比，LL序列缩短了T1成像时间，成像速度更快。但是LL技术也存在局限性，由于心脏的搏动，每幅图像处于心动周期的不同阶段，无法生成T1图[3]，梯度回波读出信息后也使得反转恢复曲线发生变化[1]，得到的不是“真实”T1，而是一个持续时间较短的“明显的”T1，通常称为T1*，会低估组织T1值[4]。

2.改良Look-Locker反转恢复技术

Messroghli等[5]提出了改良的LL技术即MOLLI技术，是目前应用最广泛的T1-mapping技术之一。该技术克服了LL技术的一些缺点，在一次屏气(17个心动周期)完成扫描，分别在3次反转恢复脉冲后采集，每次采集间隔3个心动周期，第一次、第二次采集3幅图像，第三次采集5幅。常规用符号3(3)3(3)5表示MOLLI扫描模式，括号外数字表示每次采集图像数量(共17幅)，括号中数字表示间隔3个心动周期。MOLLI技术采用平衡稳态自由进动(bSSFP)序列读出信号，避免了LL技术读出信号时磁化矢量的缺点，具有更高的信噪比[6]。有报道显示MOLLI技术还具有很好的可重复性和分辨率[7]，但其缺点是扫描时间较长，每幅图像需要17个心动周期，有些患者难以完成屏气。

3.缩短的MOLLI技术

ShMOLLI序列在MOLLI的基础上继续改进，进一步缩短扫描时间。与MOLLI相比，ShMOLLI可在9个心动周期完成单层图像成像，屏气时间更短，对心率依赖减小，而MOLLI则需要17个心动周期。ShMOLLI使用序列5(1)1(1)1扫描模式，每两个反转恢复之间只间隔1个心动周期，在最后2次采集数据时，纵向磁化矢量可能没有完全恢复到平衡状态，仅当T1足够短，在第二和/或第一Look-Locker循环之后纵向弛豫时间可完全恢复到平衡状态，这样才能使用来自最后2个Look-Locker循环的数据[8]。另外用于T1曲线拟合的图像数量不足，可能影响ShMOLLI的准确性。Roujol等[4]认为ShMOLLI和MOLLI同样会低估组织的T1值，该方法是缩短扫描时间和屏气要求的折衷。

4.饱和恢复单次采集技术

研究对MOLLI进一步改良，用饱和恢复方法代替反转恢复方法。基于饱和恢复的T1-mapping方法在每个心动周期进行采集，不需等待纵向磁化矢量完全恢复到平衡状态，成像速度快，且不受心率影响[9]，是对IR T1-maaping技术很好的补充。

SASHA技术是目前常用的SR T1-mapping技术,在每个心动周期舒张末采集，使用bSSFP读出信号，第1幅图像采集不施加饱和脉冲，余下图像在饱和脉冲后不同的饱和恢复时间点采集，每单层图像成像在10个心动周期完成。Chow等[10]研究发现SASHA的绝对T1、T2值、翻转角和心率是独立的，非振谐频率高达696 Hz，不需考虑读出信号磁化衰减，比MOLLI 、shMOLLI准确性更高[4]，但信噪比和精度降低[11]。

5.细胞外间质容积分数(ECV)

心肌组织包括心肌细胞和心肌细胞外间质，ECV值是心肌细胞外间质占整个心肌组织的容积比值。ECV是心肌重塑的标志物，提供生理上直观测量单位，可通过测量钆对比剂增强前后T1值得出，计算公式为ECV=(1-血细胞比容)×(1/增强后心肌T1-1/平扫心肌T1)/(1/增强后心肌血池T1-1/平扫血池 T1)。正常心肌细胞ECV范围为(25.3±3.5)%[12]。除心肌淀粉陈积，ECV增加最常是由于胶原沉积过多，可评估心肌纤维化的有效方法。

T2-mapping扫描技术

T2-mapping常用于评价软骨、腰间盘退变等研究中，近来随着心脏成像技术的多元化发展，T2-mapping技术以其准确、快速高效的成像特点，被应用于各种心肌疾病中，成为评估心肌损伤的有效方法。T2-mapping技术有基于单回波的自旋回波序列、基于多回波的快速自旋回波序列(muti-echo fast spin-echo,MEFSE)和基于T2准备的平衡稳态自由进动序列(T2prepared steady-state free precession sequence，T2p-SSFP)。心脏磁共振T2-mapping成像通常使用T2p-SSFP成像技术，每次采集时施加不同T2准备时间，在7个心动周期完成单层图像成像，每次采集间隔2个心动周期，随后SSFP序列读出信号，产生3幅T2图像，每幅影像的信号代表一个不同的回波时问，通过计算拟合出T2衰减曲线[13,14]，计算公式为S(t)=A exp (-t/T2),Si表示信号强度，A表示刻度因子,t表示T2准备时间。

T1和T2-mapping在心肌梗死中的应用

1.急性心肌梗死

心肌梗死主要是由冠脉病变引起的。急性心肌梗死后，缺血心肌细胞从有氧代谢变为无氧酵解，毛细血管通透性增加使水分渗透并滞留于组织间，心肌内自由水增加。T1和T2-mapping技术可定量组织T1弛豫时间和T2弛豫时间，并随着心肌细胞外水(水肿，局灶性或弥漫性纤维化)、脂肪、铁及淀粉样蛋白含量而变化，急性心梗时梗死区T1、ECV及T2值均会升高。磁共振成像可以根据梗死的位置、面积、透壁性、出血、危险区(area at risk，AAR)诊断AMI并进行危险程度分级[1]。延迟强化(LGE)是磁共振诊断心肌梗死的“金标准”。研究显示平扫T1-mapping评估急性和陈旧性心梗面积与LGE均有较高的一致性(急性心梗:偏倚,-3.38±19.38%;R2=0.96;陈旧性心梗:偏倚,-10.55±10.90%;R2=0.90)[15]。Cui等[16]动物实验也证实平扫T1-mapping和LGE在心肌梗死区域一致。也有研究发现增强后T1-mapping在评估检测急性心梗异常节段的敏感度和特异度分别为96%和91%，具有很好的诊断效能[17]。Tahir等[18]研究发现心肌缺血初始T1与T2可较好的评估心肌水肿，区分急性和陈旧性心肌梗死，准确度分别为97.5%和97.9%，优于常规T2WI序列。Bauner等[19]研究也发现表明初始T1和T2在鉴别急慢性心梗方便优于其他MR成像方法。有关ECV在急性脑梗死的研究表明ECV在预测透壁心肌梗死后室壁运动改善方面，比LGE准确性高(曲线下面积分别为0.77，0.66，P=0.02)。

冠脉狭窄或堵塞引起心肌缺血，缺血区域即AAR区，包括可逆性心肌损伤区和不可逆的心肌损伤区，是评估急性心肌梗塞(AMI)血运重建后抢救区域的重要参数，对于指导临床治疗，危险因素分层和预后判断至关重要[20,21]。近年发展T1-maaping和T2-mapping的技术，为AMI的诊断提供了有效的工具。Langhans等[22]研究发现平扫T1-mapping和T2-mappng在评估急性心肌梗死AAR区域时与99mTc-sestamibi SPECT 具有较好的一致性。Ugander等[23]研究也发现平扫T1-mapping和T2-mappng与微球技术对比，在评估AAR时具有较好的一致性。Zhang等[24]研究通过与病理对照，证明T2-mapping是定量评估AAR可挽救心肌和心梗后心肌梗死的可靠方法。

2.陈旧性心肌梗死

陈旧性心肌梗死时水肿吸收、坏死的心肌细胞形成纤维瘢痕。陈旧性心肌梗死中，初始T1值较急性心肌梗死时减低，而ECV值较正常心肌明显升高。Kali等[25]研究表明平扫T1-mappping能确定梗死的位置、大小和透壁性，敏感度和特异度分别为95%和97%。由于脂肪T1值比较低，平扫T1-mapping还可以检测陈旧性心梗脂肪瘤的化生区域[26]。陈旧性心梗时ECV值明显高于正常心肌组织，但略低于急性心肌梗死[27]，增强后T1值和ECV在42%ECV阈值下可准确评估心纤维瘢痕[25]，T1-mapping与LGE在评估陈旧性心梗时一致性更高[17]。

目前T1-mapping和T2-mapping还没有广泛应用于临床。后处理多样化，还没有统一的规范标准，拟合出T1曲线也存在差异。各成像方法需要进一步改进，提高图像分辨率、信噪比，缩短成像时间。虽然存在很多不足，但是其扫描便捷、快速、安全，特别是平扫T1-mapping和T2-mapping，无需使用对比剂，可用于肾功能低下的患者，具有很好的发展前景。