心臟磁共振成像評(píng)估急性心肌梗死后心肌水腫的研究進(jìn)展

余劉玉 綜述 陳玉成 審校

(四川大學(xué)華西醫(yī)院心內(nèi)科，四川 成都 610041)

由于心血管危險(xiǎn)因素的流行趨勢(shì)明顯，心血管病的發(fā)病人數(shù)持續(xù)增加，其中缺血性心肌病在中國(guó)的發(fā)病率也呈逐年上升趨勢(shì)，并日趨年輕化[1]。急性心肌梗死再灌注前的缺血心肌又稱(chēng)為梗死危險(xiǎn)區(qū)域(area at risk,AAR)，指的是心肌梗死發(fā)生時(shí)可能發(fā)生完全缺血壞死的心肌組織，通常與罪犯血管的靶供血區(qū)域一致，包括兩部分：(1)梗死區(qū)，或稱(chēng)為不可逆心肌損傷區(qū)，組織學(xué)表現(xiàn)為心肌細(xì)胞壞死；(2)再灌注后可挽救的存活心肌，或稱(chēng)為可逆心肌損傷區(qū)，組織學(xué)表現(xiàn)為心肌細(xì)胞水腫。對(duì)于灌注后可挽救心肌的識(shí)別并早期恢復(fù)血流再灌注，在急性心肌梗死患者預(yù)后有重要意義。心臟磁共振成像(CMR)能無(wú)創(chuàng)地一站式評(píng)價(jià)心臟的解剖結(jié)構(gòu)、功能、心肌灌注和病變的組織特性，具有高分辨率、多方位、多層面、可重復(fù)性高等優(yōu)勢(shì)，在識(shí)別和定量分析缺血性心肌病的心肌水腫有著重要的應(yīng)用?，F(xiàn)就CMR在心肌缺血后心肌水腫中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 急性心肌梗死的病理生理

急性心肌梗死后，由于大量自由基產(chǎn)生導(dǎo)致細(xì)胞膜通透性增加，造成組織間質(zhì)水分滲透滯留；缺血缺氧導(dǎo)致心肌細(xì)胞ATP合成障礙從而抑制鈉鉀腺苷三磷酸酶的活性，形成細(xì)胞內(nèi)高滲狀態(tài)，導(dǎo)致心肌細(xì)胞的腫脹。此外，缺血所引起炎癥反應(yīng)也是導(dǎo)致心肌水腫的原因之一。心肌缺血后，心肌的壞死和凋亡觸發(fā)“瀑布式”的免疫炎癥反應(yīng)，啟動(dòng)心肌損傷的自我修復(fù)過(guò)程最終可導(dǎo)致心室重構(gòu)。在心肌梗死早期，病理上主要表現(xiàn)為凝固性壞死，心肌纖維變細(xì)變長(zhǎng)，壞死纖維空隙可見(jiàn)中性粒細(xì)胞和間質(zhì)水分滯留；隨著炎性細(xì)胞的浸潤(rùn)，壞死的心肌細(xì)胞逐漸被巨噬細(xì)胞清除，而到心肌梗死恢復(fù)期，可見(jiàn)富含血管網(wǎng)的肉芽組織形成，最終壞死纖維被密集的膠原纖維瘢痕替代。與病理改變相對(duì)應(yīng)，早期的心室重構(gòu)主要表現(xiàn)為梗死心肌室壁的變薄和擴(kuò)張，晚期則出現(xiàn)存活心肌細(xì)胞的代償性肥厚及重排、心肌纖維化等一系列改變[2]。在缺血后心肌水腫可壓迫血管，導(dǎo)致缺血區(qū)側(cè)支循環(huán)終止可加速心肌細(xì)胞死亡和梗死范圍的擴(kuò)大，在急性缺血后的左室重構(gòu)及心功能不全中有著重要影響。

2 CMR對(duì)心肌水腫的評(píng)價(jià)技術(shù)

2.1 T2加權(quán)像對(duì)心肌水腫的評(píng)價(jià)

目前對(duì)于心肌水腫評(píng)價(jià)最常用的技術(shù)是T2加權(quán)像，其信號(hào)強(qiáng)度與心肌組織內(nèi)的含水量相關(guān)。當(dāng)組織含水量增加時(shí)，T2(橫向弛豫時(shí)間)延長(zhǎng)，在CMR上表現(xiàn)為T(mén)2加權(quán)像高信號(hào)，從而與周?chē)＝M織區(qū)分。在1983年，Higgins等[3]通過(guò)犬類(lèi)建模研究證實(shí)在心肌組織的水腫程度與T2時(shí)間延長(zhǎng)程度呈正相關(guān)。

對(duì)于心肌水腫的檢測(cè)，目前最常用的T2加權(quán)像序列為在基本快速自旋回波序列(turbo spin echo，TSE)前給予短T1反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列(short-tau inversion recovery，STIR)，其選擇的T1與脂肪組織零點(diǎn)一致，可實(shí)現(xiàn)脂肪組織壓制，減少對(duì)水腫高信號(hào)識(shí)別的干擾。常規(guī)的黑血T2-STIR序列層厚10～15 mm，掃描包括心室短軸基底部、中段、心尖部及四腔切面；但目前黑血T2-STIR序列存在許多問(wèn)題，例如體表線(xiàn)圈強(qiáng)度不均勻?qū)е滦盘?hào)不穩(wěn)定，在應(yīng)用快速自旋回波序列時(shí)質(zhì)子尚處于部分飽和狀態(tài)造成的信號(hào)丟失，使得圖像整體信噪比降低。此外，T2-STIR序列易受呼吸心跳影響產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影，且易受流速緩慢的血液影響，在乳頭肌間、心尖部的血液產(chǎn)生高信號(hào)偽影?；诖耍絹?lái)越多的新序列被用于檢測(cè)心肌水腫，改善T2加權(quán)像的圖像質(zhì)量。亮血T2準(zhǔn)備脈沖后予平衡穩(wěn)態(tài)自動(dòng)進(jìn)動(dòng)回波序列(T2-prepared steady state free precession,T2-prepared SSFP)能確保橫向磁化在下個(gè)脈沖施加前不被損毀而疊加于下一個(gè)脈沖中從而達(dá)到穩(wěn)態(tài)，使得圖像的信噪比得到提高且不受呼吸運(yùn)動(dòng)的限制。2007年Kellman等[4]納入31例急慢性心肌梗死的患者中，T2-prepared SSFP序列對(duì)水腫的準(zhǔn)確性要高于T2-STIR序列；但目前關(guān)于T2-prepared SSFP在心肌水腫識(shí)別中的應(yīng)用有待進(jìn)一步的研究。此外，2008年Aletras等[5]嘗試將TSE序列與T2-prepared SSFP序列聯(lián)合起來(lái)，形成水腫統(tǒng)一采集序列旨在提高圖像的信噪比和對(duì)比噪聲比，從而提高圖像質(zhì)量。

2.2 CMR新技術(shù)對(duì)心肌水腫的評(píng)價(jià)

2.2.1 組織定量技術(shù)

常規(guī)CMR只能根據(jù)正常心肌的T2值為參考進(jìn)行半定量分析，對(duì)于識(shí)別心肌水腫區(qū)域有著一定的誤差。隨著CMR定量成像技術(shù)的發(fā)展，組織定量技術(shù)包括：縱向馳豫時(shí)間定量(T1 Mapping)以及橫向馳豫時(shí)間注量(T2 Mapping)技術(shù)也越來(lái)越多地運(yùn)用到水腫的識(shí)別中。T1 Mapping技術(shù)主要采用運(yùn)動(dòng)自動(dòng)校正反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列，根據(jù)三次反轉(zhuǎn)時(shí)間對(duì)心肌進(jìn)行采樣，擬合形成T1弛豫曲線(xiàn)。根據(jù)有無(wú)對(duì)比劑，可分為無(wú)對(duì)比劑或?qū)Ρ葎┣暗腡1 Mapping及注射對(duì)比劑后的T1 Mapping。T2 Mapping技術(shù)是基于T2-prepared SSFP序列，將3次不同準(zhǔn)備時(shí)間所形成的圖像進(jìn)行合成，生成T2衰減曲線(xiàn)，從而定量計(jì)算出各處心肌組織的T2值。T1、T2 Mapping成像能定量分析心肌各節(jié)段的水腫程度，并克服體表線(xiàn)圈所致的信號(hào)不均，排除緩慢血流造成高信號(hào)的干擾，可作為T(mén)2加權(quán)像在評(píng)價(jià)心肌水腫的重要補(bǔ)充手段。

2.2.2 彌散加權(quán)成像

CMR彌散加權(quán)成像(diffuse-weighted image,DWI)可檢測(cè)心肌組織中水分子的布朗運(yùn)動(dòng)，從微觀水平評(píng)價(jià)心肌組織結(jié)構(gòu)的完整性。DWI主要通過(guò)常規(guī)序列中前后施加一對(duì)大小和方向都相同的擴(kuò)散敏感梯度脈沖，消除擴(kuò)散的水分子信號(hào)，保留靜態(tài)質(zhì)子的信號(hào)得到DWI影像，從而可以識(shí)別心肌水腫。Okayama等[6]在2009年首次報(bào)道DWI在診斷急性心肌梗死中的應(yīng)用。Kociemba等[7]發(fā)現(xiàn)在DWI影像上急性心肌梗死患者心肌水腫的信號(hào)比正常心肌及血流高；但目前對(duì)于DWI在急性心肌梗死中的應(yīng)用還處于初步實(shí)驗(yàn)階段，需進(jìn)一步研究。

3 CMR對(duì)急性心肌梗死后心肌水腫評(píng)價(jià)的臨床價(jià)值

3.1 鑒別急性心肌梗死和慢性心肌梗死

由于急性心肌梗死與慢性心肌梗死在治療和預(yù)后上都有著很大的差別，將兩者鑒別開(kāi)來(lái)也變得尤為重要。然而，由于許多急性心肌梗死患者并不一定能在缺血發(fā)生后及時(shí)就診，這時(shí)傳統(tǒng)的心電圖檢查或心肌標(biāo)志物可能并不能明確心肌梗死是新近發(fā)生的還是慢性心肌梗死。而缺血后心肌水腫在T2加權(quán)像的高信號(hào)持續(xù)時(shí)間與缺血持續(xù)時(shí)間相關(guān)，心肌水腫的T2加權(quán)像高信號(hào)在急性和亞急性期明顯，在慢性期隨著梗死區(qū)域心肌瘢痕形成，炎癥和水腫被吸收，T2加權(quán)像高信號(hào)會(huì)逐漸消退。在2004年，Abdelaty等[8]首次研究T2加權(quán)像在急性心肌梗死和慢性心肌梗死中的鑒別價(jià)值，研究報(bào)道急性缺血后第1天和3個(gè)月后的T2值有明顯的下降；且CMR鑒別急性心肌梗死和慢性心肌梗死的特異性為96%。許多研究也表明T2-STIR在鑒別急性心肌梗死和慢性心肌梗死中有著超過(guò)95%的敏感性和98%特異性，并且優(yōu)于延遲強(qiáng)化成像[9-10]。目前利用T2加權(quán)像鑒別急性和慢性心肌梗死也被歐洲和北美心臟影像學(xué)的專(zhuān)家共識(shí)所推薦[11]。關(guān)于急性缺血后T2加權(quán)像高信號(hào)的持續(xù)時(shí)間，Smulders等[12]的研究納入117例首次發(fā)生心肌梗死的患者，在缺血發(fā)生1個(gè)月內(nèi)、1～6個(gè)月和6個(gè)月后分別行CMR 的T2-STIR序列檢查，發(fā)現(xiàn)在急性缺血發(fā)生后，T2加權(quán)像的高信號(hào)在心肌梗死后1個(gè)月內(nèi)最明顯，之后呈遞減趨勢(shì)，平均可持續(xù)6個(gè)月。近年來(lái)也有研究表明CMR新技術(shù)T1 Mapping技術(shù)可用于鑒別急性和慢性心肌梗死，并在識(shí)別心肌梗死后心肌脂肪浸潤(rùn)和心內(nèi)血栓等并發(fā)癥有一定優(yōu)勢(shì)[13]。Tahir等[14]研究顯示相對(duì)于T2加權(quán)像，初始T1值及T2 Mapping具有更佳的鑒別急性和慢性心肌梗死的價(jià)值。

3.2 心肌損傷范圍評(píng)價(jià)

AAR可分為不可逆心肌損傷區(qū)，又稱(chēng)為梗死區(qū)；可逆心肌損傷區(qū)，稱(chēng)為可挽救區(qū)。確定AAR區(qū)域?qū)τ谠u(píng)價(jià)急性心肌梗死患者血管重建及預(yù)后有重大的價(jià)值。急性心肌梗死后，AAR內(nèi)水分子運(yùn)動(dòng)及含水量增加，通過(guò)CMR可檢測(cè)出水腫區(qū)和正常心肌間的T2信號(hào)強(qiáng)度差異，從而可確定AAR。Aletras等[15]建立17只犬類(lèi)模型，在冠狀動(dòng)脈閉塞2 d后行CMR檢查，發(fā)現(xiàn)T2加權(quán)像高信號(hào)與冠狀動(dòng)脈閉塞同時(shí)注入熒光微球所測(cè)得的AAR區(qū)域一致，且T2加權(quán)像高信號(hào)區(qū)大于組織病理證實(shí)為梗死區(qū)的面積；其中8只犬額外觀察2個(gè)月后再行CMR，無(wú)延遲強(qiáng)化的T2加權(quán)像高信號(hào)區(qū)消失，且對(duì)應(yīng)的心臟室壁運(yùn)動(dòng)異常改善。近年的一項(xiàng)研究分別用心電圖、冠狀動(dòng)脈造影和CMR 的T2加權(quán)像評(píng)價(jià)78例急性心肌梗死患者ARR，認(rèn)為T(mén)2加權(quán)像優(yōu)于前兩者[16]。然而由于前面提到的黑血T2-STIR序列存在的問(wèn)題，關(guān)于T2加權(quán)像序列評(píng)估ARR的準(zhǔn)確性還存在一定爭(zhēng)議。2012年，Croisille等[17]提出T2加權(quán)像不應(yīng)該用于ARR的評(píng)估。2015年，Han等[18]建立21只犬類(lèi)模型，認(rèn)為T(mén)2加權(quán)像高信號(hào)區(qū)與熒光微球微粒所測(cè)定的ARR區(qū)域并不匹配，支持不能用T2加權(quán)像來(lái)評(píng)估ARR的觀點(diǎn)。

Mapping技術(shù)能克服傳統(tǒng)T2加權(quán)像所存在的問(wèn)題，并定量評(píng)價(jià)心肌水腫程度，目前已有研究將T1 Mapping和T2 Mapping技術(shù)應(yīng)用在急性心肌梗死后的心肌損傷范圍評(píng)估中。2011年，Verhaert等[19]納入27例急性心肌梗死患者和21例正常對(duì)照行CMR 的T2加權(quán)像和T2 Mapping成像，發(fā)現(xiàn)T2 Mapping(26/27)對(duì)于評(píng)估ARR區(qū)域的敏感性要高于T2加權(quán)像(18/27)。Hammer-Hansen等[20]建立22條犬類(lèi)急性心肌梗死模型，發(fā)現(xiàn)冠狀動(dòng)脈閉塞再灌注后4 h、48 h后梗死心肌和可挽救心肌的T2值均顯著高于正常心肌的T2值；且在4 h的可挽救心肌T2值增幅較48 h時(shí)更大，表明T2 Mapping可用于評(píng)價(jià)監(jiān)測(cè)心肌梗死后ARR的動(dòng)態(tài)變化過(guò)程。Ugander等[21]建立犬類(lèi)模型，發(fā)現(xiàn)非對(duì)比增強(qiáng)T1 Mapping對(duì)于ARR的評(píng)價(jià)與T2 Mapping和病理熒光微粒的準(zhǔn)確率一致。Bulluck等[22]研究也表明在急性心肌梗死后，初始T1值可準(zhǔn)確評(píng)估AAR?？傊?，T1 Mapping和T2 Mapping成像即可彌補(bǔ)T2加權(quán)像在評(píng)估ARR的不足，也可量化心肌水腫值，可更客觀地反映急性心肌梗死心肌水腫范圍，更準(zhǔn)確地評(píng)估ARR，但臨床應(yīng)用尚需進(jìn)一步規(guī)范化。

3.3 預(yù)后價(jià)值

通過(guò)CMR可量化可挽救心肌，可挽救心肌為AAR與梗死區(qū)之差。心肌挽救指數(shù)(myocardium salvage index，MSI)為可挽救心肌與AAR的比值，而MSI對(duì)于急性心肌梗死患者治療策略選擇、療效評(píng)價(jià)和預(yù)后判斷都有著重要價(jià)值。2010年Masci等[23]利用T2加權(quán)像評(píng)估心肌AAR區(qū)域、延遲加強(qiáng)顯像評(píng)估心肌梗死區(qū)，對(duì)137例急性ST段抬高型心肌梗死再灌注治療后的患者預(yù)后研究發(fā)現(xiàn)，基于CMR量化的MSI是心室重構(gòu)的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子，MSI越大，心室重構(gòu)發(fā)生可能性越小。同年，Eitel等[24]通過(guò)T2加權(quán)像和延遲強(qiáng)化顯像評(píng)估208例急性ST段抬高型心肌梗死患者，對(duì)患者進(jìn)行平均6個(gè)月的隨訪，發(fā)現(xiàn)MSI大于組內(nèi)中位數(shù)的患者心臟不良事件的發(fā)生率明顯降低，認(rèn)為基于CMR量化的MSI可作為急性ST段抬高型心肌梗死再灌注治療的預(yù)后評(píng)價(jià)或者新型再灌注療法的療效評(píng)價(jià)指標(biāo)。

鑒于T2加權(quán)像對(duì)于AAR的評(píng)估尚存在爭(zhēng)議，Mapping技術(shù)在一定程度上可彌補(bǔ)T2加權(quán)像的不足，聯(lián)合延遲強(qiáng)化對(duì)于MSI的量化會(huì)更準(zhǔn)確。OxAMI研究[25]顯示初始 T1值可鑒別心肌的可逆損傷和不可逆損傷，提出相應(yīng)心肌可逆(1 251 ms)和不可逆損傷(1 400 ms)的截點(diǎn)值，且其為急性ST段抬高型心肌梗死遠(yuǎn)期心室重構(gòu)獨(dú)立預(yù)后因子。Haberkorn等[26]通過(guò)小鼠建模也顯示T1 Mapping可定量評(píng)估心肌受累情況，且為心肌梗死后左室功能變化的預(yù)后因子。也有研究表明利用初始T1值及對(duì)比劑后T1值聯(lián)合血沉所得到的細(xì)胞外容積是再灌注后心臟功能是否恢復(fù)及遠(yuǎn)期重構(gòu)的預(yù)測(cè)因子[27-28]。

4 小結(jié)

CMR在評(píng)價(jià)心肌水腫中有著重要的應(yīng)用價(jià)值，目前評(píng)價(jià)急性心肌梗死心肌水腫最常用的CMR技術(shù)為T(mén)2加權(quán)像，其在鑒別急性心肌梗死和慢性心肌梗死、評(píng)估急性心肌梗死后ARR范圍以及量化MIS等方面都有著重要應(yīng)用；但由于本身技術(shù)上的限制，目前對(duì)于T2加權(quán)像評(píng)價(jià)急性心肌梗死后心肌水腫的準(zhǔn)確性還存在著很大的爭(zhēng)議。CMR新技術(shù)T1 Mapping、T2 Mapping和DWI能克服傳統(tǒng)技術(shù)存在的問(wèn)題并且能夠定量評(píng)價(jià)心肌水腫程度，但在急性心肌梗死后的心肌水腫評(píng)價(jià)中的應(yīng)用有待進(jìn)一步研究。