2015年度回顾赵世华心脏磁共振成

赵世华教授，现任中国医学科医院影像介入中心磁共振影像科主任。兼任亚洲心血管影像学会（ASCI）副主席，欧洲心脏病学会专家会员（FESC）。担任《中华心血管病杂志》、《中华放射学杂志》等十余种核心期刊的编委，美国《JournalofX-rayScienceandTechnology》（JXST）杂志编委。已发表论文余篇，SCI论文60余篇。作为课题负责人获十余项国家和省部级课题；作为项目第一完成人获省部级成果一等奖3项，二等奖2项，三等奖1项。年获ASCI金奖。

自二十世纪八十年代心脏磁共振（cardiacmagneticresonance，CMR）全面应用于临床以来，短短三十多年时间，磁共振凭借高软组织、时间分辨率以及大视野、无死角的特点，已经成为评估心功能的金标准。CMR在心肌灌注、对比剂延迟增强显像以及血流动力学检测等领域的技术相对成熟，在疾病诊断及预后评估中发挥了至关重要的作用。

近年来定量成像技术（如T1Mapping、T2Mapping、Featuretracking、4Dflow、DTI）、非对比剂增强（如wholeheartMRcoronaryangiography、ASL）CMR新技术发展突飞猛进，潜能巨大，有望对心血管疾病的诊断及鉴别诊断提供重要帮助。

1.T1Mapping及ECV

纤维化是诸多心脏疾病的共同病理过程，是疾病预后的重要指标。注射对比剂后，由于受累组织区域毛细血管密度减低而引起对比剂流出减少，导致纤维化区域钆浓度增加，表现为局部信号增高，通过反转恢复序列抑制正常心肌的信号，最终在图像上使正常心肌的信号强度低于纤维化组织。

依据这一原理，磁共振对比及延迟强化（Lategadoliniumenhancement，LGE）技术可以在体无创识别心肌纤维化，这一点是其他影像检查方法不可比拟的。但LGE依赖于纤维与正常心肌之间的对比，对弥散间质性纤维化不敏感，不能定量评估纤维化程度。

高分辨率纵向弛豫时间定量成像（T1mapping）技术弥补了这一缺陷。T1mapping技术是基于反转或饱和脉冲激发，在纵向磁化矢量恢复的不同时间采集信号，后处理定量心肌T1值，无创评估心肌纤维化程度。T1mapping序列包括基于反转恢复脉冲技术（Look-Locker、MOLLI、ShMOLLI）、或基于饱和恢复脉冲技术（SASHA、MLLSR、SAPPHIRE）两种。

细胞外容积分数（extracellularvolume，ECV）技术是通过钆对比剂注射前后分别进行T1mapping扫描，经过血细胞比容校正后获得的。计算公式为：心肌ECV=（1-HCT）（心肌ΔR1/血液ΔR1）；ΔR1=1/T1pre-1/T1post。T1pre及T1post分别指对比剂注射前后的T1值，HCT为对比剂在血液和心肌细胞外间隙中的浓度达到平衡时的血细胞比容。ECV可直接量化纤维化的范围及严重程度。

近几年T1mapping在心血管疾病中的应用范围逐渐增宽，涵盖了心肌病、铁沉积、心肌梗死、心衰、主动脉狭窄、房颤、先心病等。

T1mapping能够早期识别心肌淀粉样变，其ECV高于其他心肌病，对病变病理类型有提示作用。T1mapping在Fabry病中的应用具有较好的可重复性。两组独立研究证明，Fabry病患者的心肌T1值低于正常人，其T1值与其他以心肌肥厚为表型的疾病不存在重叠。血色素沉着症累及心脏表现为心脏异常铁沉积。由于铁沉积能够缩短组织初始T1值，Sado等利用T1mapping评估心脏铁沉积。研究发现，T1mapping与T2*成像具有较好的一致性，能够早期识别铁沉积。

T1mapping对急性心肌梗死后左室心肌重构的认识提供了帮助。DallArmellina等研究表明，急性梗死心肌的初始T1值越高，其相应节段6个月内恢复的可能性越小。注入对比剂后梗死远端心肌T1值与左室射血分数之间的相关性尚存在争议。T1mapping在心衰中的应用能够帮助理解心衰的发病机制。有研究表明，心衰患者注射对比剂后T1值与心内膜活检结果具有相关性，ECV与舒张功能也高度相关。对于房颤患者，有研究提出，注入对比剂后T1值降低是射频消融后房颤复发的预测指标。

虽然T1mapping在众多心血管疾病的诊断中得到了积极应用，但更多的是辅助诊断者理解疾病的病理生理改变，尚处于研究阶段。正常心肌与纤维化之间没有明确统一的阈值，国内文献有限。年国际心脏磁共振学会和欧洲心脏学会磁共振工作组联合制订了专家共识，以指导T1mapping及ECV量化技术，推进了其向临床应用的转化。

2.T2Mapping

心肌水肿或铁沉积可诱发横向弛豫时间改变。横向弛豫时间定量成像（T2mapping）技术能够量化组织T2值，从而对疾病诊断起到积极作用。T2mapping成像方法有3种，即多回波自选回波序列（multiEchoSpinEcho，MESE）、稳态自由进动序列（steady-statefreeprecessionsequence，SSFP），以及梯度自旋回波序列（GradientSpinEchosequence，GraSE）。其中GraSE方法结合了前两者的优点，成像最快、最稳定。

近两年研究者发现，心肌T2值受到场强、序列类型、心率以及心肌节段等因素的影响，提示在临床应用中，在不同的序列、场强下，每个节段心肌需要分别制定参考值范围。

T2值增大主要与水肿或炎症有关，及早检测心肌水肿可指导治疗、挽救心肌。评估心肌水肿的序列主要有T2加权黑血序列（T2WIshorttauinversiorecovery，T2-STIR）、心脏标准T2水肿序列（acquisitionforcardiacunifiedT2edema，ACUT2E）、早期对比剂强化（earlygadoliniumenhancement）以及T2mapping序列。这几种方法检测心肌水肿的能力没有差异，但T2mapping的可重复性最高，其次为EGE和ACUT2E，T2-STIR的可重复性最低。

有研究指出，与常规MR扫描序列相比，T2mapping是诊断活动性心肌炎唯一有统计学差异的序列，T2值＞60ms诊断活动性心肌炎的敏感性较高。

3.特征追踪成像技术（FTI）

心肌标记技术（tagging）是在每个RR间期早期施加条纹状网格状射频脉冲链，舒张期心肌被饱和的条纹发生形变，根据形变能够定量评估室壁运动。部分患者的室壁变薄，再加上心肌纤维化使T1值降低，导致标记线分辨率下降，使得tagging技术在此类患者中的应用受到限制。

特征追踪成像技术（featuretrackingimaging，FTI）基于SSFP能够在心动周期中追踪心内膜及心外膜固有的解剖点，通过计算解剖点之间的相对运动，可以得出室壁应变性。虽然FTI能够快速识别心室运动不同步，但与流速编码磁共振成像方法比，其准确性及可重复性较差。

尽管如此，近期不少研究证实，FTI能够定量、客观、稳定地评估左室形变，且与超声斑点追踪技术测量结果有较好的一致性。但由于心肌应变值及应变率存在性别及年龄差异，因此Andre及其团队给出了不同性别及年龄的FTI参数参考值。

4.4DFlow

4D磁共振血流成像（4DFlow）是一种无创的可以对心脏及大血管血流情况进行定性和定量分析的新技术。其同时对三个相互垂直的维度进行编码，并获得相位流速编码电影，不仅可以动态三维显示心腔和大中动脉的血流动力学特征，并且能够准确测量扫描范围内各个位置血流的方向、速度、剪切力等重要参数。

目前，4DFlow研究主要集中于先天性心脏病、瓣膜性心脏病以及肺动脉高压等疾病中，近年来在主动脉病变（主动脉瓣膜病变、主动脉硬化、胸主动脉瘤等）中的研究尤其突出。不少研究通过4DFlow发现，微小形态学改变可导致局部血流方式的巨大改变，这提示，4DFlow在评估局部病变（如瓣膜病变、狭窄）对心血管系统整体影响中有重要作用。累及主动脉根部及升主动脉的动脉瘤常危及生命，利用4DFlow发现，动脉瘤的产生可能与主动脉病变造成血流动力学异常、血管壁剪切力改变、最终导致血管壁重构有关。

然而，4DFlow扫描耗时长，减少扫描时间对于不能耐受及心跳或呼吸不规律的患者有积极意义。

5.DTI

磁共振扩散张量成像（diffusiontensorimaging，DTI），由Basser等于年首次提出，短短十年，已广泛应用于人体各个部位，尤其在神经系统中的贡献最为卓著。

与常规磁共振成像不同的是，弥散成像原理是依靠水分子的扩散运动，不是组织的自旋质子密度、T1值或T2值。心脏微观结构复杂但有序，水分子易于沿肌纤维束方向运动，而在垂直于肌纤维束的方向，运动明显变慢。水分子在平行和垂直（λ//、λ⊥）肌纤维束两个方向上的这种运动速度差异（也可称为各向异性），就是DTI在心脏成像的基本原理。

DTI参数较多，如E1（本征向量1）、E2（本征向量2）、E3（本征向量3），以及由此衍生的部分各向异性分数（Fractionalanisotropy，FA）、表观扩散系数（Apparentdiffusioncoefficient，ADC）、线性各向异性系数（Linearanisotropycoefficient，CL）、平面各向异性系数（Planaranisotropycoefficient，CP）等。其中使用较多的是FA与ADC，分别反映分子弥散运动的方向及幅度。

心脏DTI成像面临的最大挑战是，在毫米级的相干运动背景下探测微米级的非相干运动。因此，目前大多数研究局限于离体心脏标本的DTI成像，用于活体心脏的报道较少。Ferreira等将DTI用于活体肥厚性心肌病（HCM）患者。研究发现，在健康对照组中，心脏收缩期及舒张期水分子沿心肌细胞长轴扩散运动的角度保持一致，而在HCM患者中，收缩期该角度一致，舒张期一致性消失，在心肌肥厚处尤为显著。这提示，HCM患者心脏功能改变可能与心肌细胞重排、血管周围胶原蛋白增多以及心肌细胞纤维化有关。

6.冠脉成像

冠状动脉疾病（coronaryarterydisease，CAD）是常见的死因。目前临床诊断CAD的金标准是冠状动脉造影（coronaryangiography，CAG），临床应用较普遍的CAG替代方法是CT冠状动脉成像（CTA）。全心磁共振冠脉成像（whole-heartMRcoronaryangiography，WH-MRCA）技术采用自由呼吸下三维稳态自由进动序列（steadystatefreeprecessionsequence，SSFP），无需注射对比剂，依靠组织T2/T1弛豫时间比率的差别、脂肪抑制及T2预脉冲来分辨冠脉内血液、心肌和心包脂肪。与CAG相比，其无创，风险小，费用低；与CTA相比；其无电离辐射，无需注射对比剂。

虽然MRCA具有很大优势，但最近一项荟萃分析表明，1.5TMRCA诊断CAD的敏感性及特异性分别为89%和72%，明显低于冠脉CTA，而3TMRCA可将诊断特异性提高至80%。非对比剂增强MRCA一直是MR冠脉检查区别于CT的最大优势，但该项荟萃分析同时指出，对比增强MRCA诊断效能优于非对比剂增强MRCA。因此，DiLeo等提出，3.0T对比增强MRCA是诊断CAD的最佳检查方法。

目前MRCA多在自由呼吸、膈肌导航状态下进行成像，3.0T扫描时间约15分钟左右。但图像采集时间受呼吸方式影响较大，当患者呼吸不稳定时，呼吸触发点始终无法落入采集窗，有效采样率常降至10%以下，导致扫描时间极度延长。屏气MRCA与常规自由呼吸MRCA相比，扫描速度提高33%，并且右冠状动脉显示更清晰锐利。

近期，有研究已将3.0T单次屏气MRCA成像成功应用于健康志愿者，扫描时间为31秒至45秒，但图像质量仍然有待提高。随着直接数字射频接收技术、数据光纤传输技术、双源射频传输以及被检者局部自适应晕场等新技术的发展，单次屏气MRCA将成为未来发展趋势。

7.ASL

心脏动脉自旋标记（arterialspinlabeling，ASL）成像是一种反映心肌灌注的非对比剂增强技术。ASL利用选择性反转脉冲标记供血动脉中的氢质子，使其成为内源性对比剂，标记血流入成像平面后进行成像，所得图像称标记像，包括流入标记血流信号及流入区原组织静态信号；另对成像平面再进行一次未标记的静态组织成像，称控制像。标记像与控制像减影，所得的差值像只与流入成像平面的标记血有关，即得到了灌注信息。

心脏ASL成像技术包括传统FAIR（流动敏感交替式反转恢复，flow-sensitivealternatinginversionrecovery）方式、cine-ASL方式，以及spASL（steadypulseASL）方式等。Cine-ASL建立于动物模型，是基于心电门控、电影快速小角度激发（fullfastlowangleshot，FLASH）与梯度回波读出方式相结合的连续式脉冲标记ASL，其与传统FAIR方式评估心肌血流量的效能相同，但成像速度更快。spASL与cine-ASL类似，它基于平衡稳态自由进动序列（balancedsteadystatefreeprecession，bSSFP），不同的是，spASL在采集之前施加标记脉冲，而不是同时进行，减少了信号干扰。

目前，心脏ASL研究多集中于啮齿动物，人体心脏血流速度比啮齿动物慢5倍，再加上心脏跳动和呼吸运动，给人体心脏ASL成像带来了挑战。有研究表明，利用并行采集技术，提高加速因子（SENSE）能够降低心脏生理噪声（呼吸运动及心脏跳动）。总体来讲，国外心脏ASL研究相对较少，技术尚不成熟，国内尚未有报道。

总之，CMR定量成像及非对比剂增强等众多新技术的出现，使常规CMR如虎添翼。目前新技术普遍存在成像时间长、图像质量不稳定，以及缺乏统一诊断标准等缺陷，但其极大地推动了人们对疾病病理生理变化的认识与理解。随着新技术的不断进步、成熟，不久的将来，这些CMR新技术有望由科研工具转化为临床工具，应用于实际工作中，辅助预测危险因素、指导治疗以及评估疾病预后。