T1 mapping 和細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù)技術(shù)在急性病毒性心肌炎的臨床應(yīng)用

劉新峰 馬海彥 王榮品 曾憲春 劉江勇 王少彧 王麗慧熊真亮

1貴州省人民醫(yī)院放射科（貴陽550002）；2貴州省智能醫(yī)學(xué)影像分析與精準(zhǔn)診斷重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室（貴陽550002）；3西門子醫(yī)療系統(tǒng)有限公司磁共振事業(yè)部（上海201318）；4貴州大學(xué)計(jì)算機(jī)與應(yīng)用科學(xué)學(xué)院（貴陽550002）

病毒性心肌炎（virus myocarditis，VMC）主要由呼吸道病毒、腸道病毒感染等引起的心肌組織的非特異性炎癥，其病理改變包括心肌組織水腫、變性、壞死及纖維化等，病變形式可為局限性，亦可為彌漫性［1］，目前大多數(shù)可治愈，但少部分患者易因診斷不明確、病情反復(fù)誘發(fā)慢性心肌炎、心力衰竭等［2］，目前常規(guī)診斷方法主要是從臨床表現(xiàn)、心電圖、超聲并結(jié)合實(shí)驗(yàn)室檢查綜合診斷，但這些診斷方法并不能從心肌炎病理生理微觀改變進(jìn)行分析。T1值是心肌的固有屬性，新近出現(xiàn)的縱向弛豫時間定量（T1 mapping）成像可以對心肌T1 值進(jìn)行精準(zhǔn)測量［3］，從而在微觀領(lǐng)域?qū)颊卟±碜兓M(jìn)行評估。因此，本研究利用T1 mapping對急性VMC組織特征進(jìn)行研究并對其的診斷效能進(jìn)行探討。

1 對象與方法

1.1 研究對象 回顧性收集2016年7月至2018年6月在在我院根據(jù)臨床癥狀、心電圖、MR、實(shí)驗(yàn)室檢查臨床診斷為急性VMC 并住院治療的患者27 例，其中男15 例，女12 例，年齡18～71 歲，平均（43.96 ± 15.88）歲，招募性別及年齡無差異健康志愿者14 例（男女各7 例），年齡19～69 歲，平均（42.17 ± 16.87）歲。所有患者臨床發(fā)病時或發(fā)病前1～3 周均有病毒感染史，經(jīng)實(shí)驗(yàn)室檢查均查找到相關(guān)病毒，給予相應(yīng)的心肌炎治療措施，結(jié)合住院觀察及出院隨訪，均取得良好的治療效果，依據(jù)中華醫(yī)學(xué)會及參閱歐洲放射學(xué)診斷標(biāo)準(zhǔn)［4］，“凡不具備VMC 確診依據(jù)（未做心內(nèi)膜活檢），應(yīng)給予必要的治療或隨診，根據(jù)病情變化，確診或除外心肌炎”來確診為急性病毒性心肌炎。納入標(biāo)準(zhǔn)［5］：（1）經(jīng)詢問無磁共振檢查禁忌證；（2）經(jīng)體格檢查及實(shí)驗(yàn)室檢查等排除貧血、心臟疾病及肝腎疾患等。本研究經(jīng)我院倫理委員批準(zhǔn)實(shí)施。

1.2 研究方法 掃描在西門子1.5Aera 磁共振成像儀下完成，線圈采用18 通道體線圈，采用磁共振自帶心電門控板，受檢者取仰臥位，掃描前對其行屏氣訓(xùn)練并告知掃描過程中的注意事項(xiàng)。掃描序列包括：冠矢橫狀定位像，標(biāo)準(zhǔn)兩腔、四腔、短軸位、增強(qiáng)前后T1 mapping 圖像及延遲序列。短軸位采集5～7 層，采用改良Look?Locker MOLLI（Modified Look?Locker inversion recovery，MOLLI）序列逐層復(fù)制進(jìn)行增強(qiáng)前T1 mapping 掃描。經(jīng)肘靜脈以流量1～1.5 mL/s 注入Gd?DTPA（江蘇恒瑞），劑量為0.2 mmol/kg，記錄時間，待注射對比劑完成10 min 后行增強(qiáng)后的T1 mapping 及延遲掃描，掃描參數(shù)見表1。

表1 增強(qiáng)前后T1mapping 序列掃描參數(shù)Tab.1 Scanning parameters of T1mapping sequences for pre and post enhancement

1.3 圖像后處理及計(jì)算 測量由兩位高年資主治醫(yī)師采用雙盲法分析測量，取其平均值：（1）先將增強(qiáng)前心肌圖像輸入到Syngo MRWP 后處理工作站，對短軸位圖像采用人工勾畫方式逐層測量心肌T1 值，取其平均值作為心肌T1 值，同樣方法測量血池平均T1 值（圖1a?c）；（2）再將增強(qiáng)后圖像輸入到后處理工作站，同樣方法測量增強(qiáng)后心肌T1值及血池T1 值（圖1d）。

圖1 T1 mapping 圖像結(jié)果Fig.1 Image results T1 mapping

細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù)（myocardial extracellular vol?ume fraction，ECV）值計(jì)算，將測得心肌、血池T1值輸入以下公式：ECV=（1/MT1post?1/MT1pre）/（1/BT1post?1/BT1pre）×（1?HCT）［6］。MT1post=心肌增強(qiáng)后T1 值，MT1pre=心肌增強(qiáng)前T1 值，BT1post=血池增強(qiáng)后T1 值，BT1pre=血池增強(qiáng)前T1 值，HCT=血細(xì)胞比容。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 19.0 軟件進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，計(jì)量資料采用均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)分別比較病例組與對照組心肌增強(qiáng)前后平均T1 值及ECV 值的差異，構(gòu)建受試者工作特征（ROC）曲線，分析增強(qiáng)前T1、ECV 區(qū)分病例組與對照組的曲線下面積（AUC）并計(jì)算增強(qiáng)前T1、ECV 區(qū)分兩組的敏感性、準(zhǔn)確性等。以P＜0.05 為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 病例組與對照組基本測量資料比較 心肌增強(qiáng) 前 后T1 值 分 別 為（1 276.64 ± 141.01）ms 和（382.71±39.17）ms，心肌增強(qiáng)前平均T1值大于對照組，增強(qiáng)后平均T1 值均小于對照組，病例組ECV 值（48.15±8.52）%大于對照組（均P＜0.05），見表2。

表2 對照組、病例組增強(qiáng)前后T1 值及ECV 值資料對比Tab.2 Comparison of T1 value of pre and post myocardial enhancement and ECV value in control group and case group

2.2 增強(qiáng)T1、ECV 值診斷效能評價(jià) 通過計(jì)算約登指數(shù)（靈敏度與特異度之和減1）獲得最佳截點(diǎn)，增強(qiáng)前心肌平均T1 值、ECV 最佳截點(diǎn)分別為1 101.5 ms、37.5%，其區(qū)分病例組與對照組的AUC值分別為0.931、0.970（圖2），增強(qiáng)T1 鑒別急性心肌炎組與對照組敏感性、特異性及準(zhǔn)確性分別為88.9%、92.9%、92.7%，ECV 值鑒別急性心肌炎組與對照組敏感性、特異性及準(zhǔn)確性均在90%以上，分別為92.6%、92.9%、95.1%。

圖2 ROC 曲線圖Fig.2 The ROC curves for distinguishing the two groups

3 討論

3.1 T1 mapping 原理 T1mapping 技術(shù)大都利用平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動技術(shù)，通過反轉(zhuǎn)或飽和脈激發(fā)后，在不同心動周期同一時相不同的反轉(zhuǎn)或恢復(fù)時間下采集信號，利用函數(shù)計(jì)算出相應(yīng)的T1 恢復(fù)曲線，進(jìn)而得到T1 值［7?8］。本研究采用改良的MOLLI 序列采集圖像，逐體素均由T1 值進(jìn)行編碼，因此，可以基于體素水平對心肌的組織特征進(jìn)行分析。而且改良的MOLLI 序列較標(biāo)準(zhǔn)的Look?Locker 序列掃描時間明顯縮短，并可減輕因呼吸、心律失常等引起的偽影。

3.2 T1 mapping 及ECV 技術(shù)在急性病毒性心肌炎應(yīng)用 T1值是心肌組織的固有屬性，未注入對比劑前心肌組織縱向馳豫時間稱為增強(qiáng)前T1 值，其數(shù)值反映的是心肌細(xì)胞及細(xì)胞外間質(zhì)成分及含量。當(dāng)心肌細(xì)胞發(fā)生炎性損傷時，細(xì)胞膜通透性改變，心肌細(xì)胞就會出現(xiàn)水腫，同時細(xì)胞間質(zhì)膠原成分也會增加，增強(qiáng)前T1值就會相應(yīng)增加［9］。本研究中心肌增強(qiáng)前平均T1 值為（1 276.64 ± 141.01）ms，明顯高于對照組，這與國內(nèi)外研究具有較好的一致性。劉鋼等［5］比較了25 例急性心肌炎患者與25 例志愿者，急性心肌炎組各節(jié)段T1 值大于志愿者組，JULIANE 等［10］利用T1 mapping 技術(shù)定量分析急性心肌炎組、心肌炎愈合期與正常組指出，急性心肌炎組短軸位初始T1 值大于健康組，心肌炎愈合期與健康組初始T1 值無明顯差異性。BOH?NE 等［11］研究進(jìn)一步比較了長軸位心肌增強(qiáng)前T1值，急性心肌炎組高于對照組。另外，本研究增強(qiáng)后心肌平均T1 值小于對照組，增強(qiáng)后心肌T1 值是注射造影劑間隔10 min 后采集心肌T1 值，一般情況，造影劑因在病變組織中存留時間延長而排空延遲，造影劑使鄰近質(zhì)子的馳豫加快，T1 值相應(yīng)下降。但增強(qiáng)后心肌T1 值受受檢者腎功、脂肪含量、血細(xì)胞比容及造影劑類型等影響較大，因此，國內(nèi)外學(xué)者進(jìn)一步研究了ECV。

ECV 是一種基于T1 mapping 技術(shù)的更加穩(wěn)定的定量指標(biāo)，其定義為細(xì)胞外間質(zhì)容積與心肌組織容積的比值，采用百分比表示［12］。它降低了序列、場強(qiáng)、血細(xì)胞比容等對T1 值影響。研究表明［13］包括心肌水腫、淀粉樣病變、心肌纖維化在內(nèi)的引起細(xì)胞外間隙增寬的病變都可以引起ECV 值增加。目前，ECV 主要臨床用來鑒別急慢性心肌梗死，定量分析肥厚型心肌病、擴(kuò)張型心肌病等，在急性病毒性心肌炎研究較少。病毒性心肌炎病理改變包括炎性細(xì)胞浸潤、心肌細(xì)胞及間質(zhì)水腫、壞死，纖維化等。病毒侵犯第1 天就會引起心肌水腫，在病變2～3 周，水腫達(dá)到高峰，后期可引起纖維化病變。因此，本研究急性心肌炎組受心肌水腫、心肌間質(zhì)膠原纖維增加的影響，平均ECV 值明顯大于對照組。

3.3 T1 mapping 及ECV 技術(shù)在急性病毒性心肌炎中的診斷效能 目前對急性病毒性心肌炎的診斷，心內(nèi)膜心肌活檢具有有確定性意義，但操作較復(fù)雜，有一定的危險(xiǎn)性，國內(nèi)外醫(yī)院均極少開展。新近出現(xiàn)的T1 mapping 技術(shù)可以定量分析心肌炎性損傷程度，對于急性病毒性心肌炎診斷具有一定的價(jià)值。BOHNEN 等［14］采用T1 mapping 技術(shù)前瞻性研究急性心肌炎病理生理機(jī)制結(jié)果表明，增強(qiáng)前T1 值、ECV 值區(qū)分心肌炎和健康對照組AUC可達(dá)0.97、0.93，而且該技術(shù)還可以用來鑒別心肌炎急性期、愈合期。劉鋼等［15］采用T1 mapping、T2 mapping 技術(shù)聯(lián)合診斷急性心肌炎敏感性、準(zhǔn)確性為90.5%、95.5%；FERREIRA 等［16］定量分析心肌炎患者纖維化研究指出，T1 mapping 技術(shù)診斷準(zhǔn)確性優(yōu)于T2WI、LGE，也達(dá)90%以上，遠(yuǎn)高于T2WI、EGE、LGE 技術(shù)聯(lián)合診斷急性心肌炎的準(zhǔn)確性［17］；RADUNSKI 等［18］對ECV 技術(shù)聯(lián)合LGE 診斷心肌炎也做了相關(guān)研究，其準(zhǔn)確性在90%以上。本研究采用增強(qiáng)前心肌平均T1 值鑒別急性心肌炎組與對照組敏感性、特異性及準(zhǔn)確性分別為88.9%、92.9%、92.7%，ECV 值鑒別急性病毒性心肌炎組與對照組敏感性、特異性及準(zhǔn)確性也在90%以上，而且該方法操作簡單，無輻射，僅需一次MR 檢查就能實(shí)現(xiàn)，大大縮短了臨床診斷周期，因此T1 map?ping 技術(shù)在診斷急性病毒性心肌炎中具有較大診斷價(jià)值。

本研究不足之處在于樣本量偏小，未進(jìn)行橫斷面分析，如性別、年齡是否與心肌T1 值有關(guān)，而且本研究主要采用心肌平均T1 值進(jìn)行分析，未對更為精確的17 節(jié)段段進(jìn)行分析，另外，本研究由于是采用興趣區(qū)法測量T1 值，可能會受到部分容積效應(yīng)（心肌血池交界等）的影響，精準(zhǔn)度略有下降。同時，本研究僅對增強(qiáng)前T1 值及ECV 值診斷急性VMC 診斷效能分別進(jìn)行了計(jì)算，未對聯(lián)合兩種方法的診斷進(jìn)行統(tǒng)計(jì)學(xué)分析。下一步將加大樣本量的收集，對急性心肌炎進(jìn)行更為細(xì)致、精準(zhǔn)的研究。

T1 mapping 和ECV 技術(shù)的臨床應(yīng)用已經(jīng)開展一段時間，它為我們研究病變的組織特征提供了新的定量手段，可以對病變部位細(xì)胞內(nèi)及細(xì)胞間質(zhì)病理過程進(jìn)行監(jiān)測，為疾病的早期診斷、有效治療及療效評估提供依據(jù)。隨著新技術(shù)進(jìn)一步研究，如采用壓縮感知技術(shù)T1 mapping 序列可以大大減少掃描時間，對心律不齊及無法屏氣的患者檢查成為可能，3D mapping 技術(shù)可一次掃描采集整個心臟數(shù)據(jù)，進(jìn)而從整體對病變的分布及組織特征進(jìn)行分析等，因此，隨著科技的發(fā)展，T1 map?ping 和ECV 技術(shù)將在臨床的應(yīng)用將會更加廣泛，更加精準(zhǔn)。