盧明明　彭　鵬　袁　飛

胸部放射學(xué)

BOLD-fMRI技術(shù)在心肌缺血中的研究進(jìn)展

盧明明彭鵬袁飛*

血氧水平依賴功能MRI成像（BOLD-fMRI）技術(shù)已經(jīng)成為心肌無(wú)創(chuàng)檢查的重要方法之一。已有研究證實(shí)其評(píng)估心肌缺血具有較高的準(zhǔn)確性和可靠性。隨著MRI設(shè)備的發(fā)展及掃描序列的優(yōu)化，BOLD-fMRI技術(shù)不僅實(shí)現(xiàn)了對(duì)心肌缺血的定量評(píng)估，而且可以對(duì)存活心肌進(jìn)行無(wú)創(chuàng)檢出。

心肌缺血；血氧水平依賴成像；磁共振成像；心肌活性

血氧水平依賴功能 MRI成像 （blood oxygen level-dependent functional MRI，BOLD-fMRI）是一種通過(guò)檢測(cè)組織內(nèi)血紅蛋白含量來(lái)反映靶器官的缺血缺氧情況的MRI成像技術(shù)。隨著高場(chǎng)強(qiáng)MRI設(shè)備的發(fā)展和成像技術(shù)的進(jìn)步，BOLD-fMRI技術(shù)逐漸應(yīng)用于心肌缺血的研究。因其不依賴于外源性對(duì)比劑且無(wú)電離輻射，在心肌功能檢查中有著很好的前景。本文對(duì)BOLD-fMRI技術(shù)在心肌缺血中的研究進(jìn)展及其臨床應(yīng)用予以綜述。

1 BOLD-fMRI心肌成像原理

BOLD-fMRI是利用人體自身內(nèi)部血氧濃度變化作為評(píng)價(jià)指標(biāo)，不需要額外的對(duì)比劑即可了解組織的代謝情況，獲得其他檢查無(wú)法提供的信息［1］。心肌內(nèi)血紅蛋白包括氧合血紅蛋白和去氧血紅蛋白。氧合血紅蛋白是抗磁性物質(zhì)，對(duì)質(zhì)子弛豫無(wú)影響。去氧血紅蛋白是順磁性物質(zhì)，可縮短橫向磁化弛豫時(shí)間，從而導(dǎo)致T2加權(quán)影像信號(hào)的降低。當(dāng)心肌缺血缺氧時(shí)，其去氧血紅蛋白比例增加，T2縮短效應(yīng)加強(qiáng)，影像信號(hào)強(qiáng)度減低，以此定量評(píng)價(jià)心肌血氧含量的情況［2］。BOLD-fMRI是利用BOLD效應(yīng)對(duì)心肌缺血缺氧成像的方法。Atalay等［3］最早在心臟模型中觀察到BOLD效應(yīng)引起的MR影像信號(hào)強(qiáng)度變化與心肌的血氧水平變化密切相關(guān)。Niemi等［4］在正常志愿者心肌注射潘生丁后行MR成像，也發(fā)現(xiàn)心肌的BOLD-fMRI信號(hào)強(qiáng)度隨心肌血流量的增加而增加。隨后BOLD-fMRI技術(shù)應(yīng)用于動(dòng)物及冠心病病人心肌成像研究中，BOLD-fMRI診斷冠心病和心肌缺血的能力也不斷得以證實(shí)。

2 BOLD-fMRI技術(shù)可行性研究

Arnold等［5］分別以MR心肌灌注和冠狀動(dòng)脈造影為標(biāo)準(zhǔn)，證實(shí)BOLD-fMRI技術(shù)診斷心肌缺血和冠狀動(dòng)脈狹窄的準(zhǔn)確度、敏感度和特異度分別達(dá)到84%、92%、72%和86%、92%、72%。由于心肌的灌注減少未必會(huì)導(dǎo)致心肌的缺氧改變，因此認(rèn)為與心肌灌注技術(shù)相比，BOLD-fMRI技術(shù)能更準(zhǔn)確地反映心肌缺血缺氧情況。Friedrich等［6］對(duì)比了BOLD-fMRI和單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)體層成像（SPECT）心肌灌注對(duì)心肌供血情況的評(píng)估效果，發(fā)現(xiàn)BOLD-fMRI對(duì)同一冠狀動(dòng)脈供血區(qū)缺血心肌的檢測(cè)與SPECT一致

*審校者性較好（r=0.22，P＜0.05）。另外，有研究者分別對(duì)不同的冠狀動(dòng)脈供血心肌節(jié)段進(jìn)行BOLD-fMRI成像，證實(shí)缺血心肌中MR影像信號(hào)強(qiáng)度與微球體血流量［7］、冠狀動(dòng)脈血流儲(chǔ)備［8］均呈正相關(guān)（r=0.79，r=0.86），說(shuō)明BOLD-fMRI可以對(duì)心肌血流量進(jìn)行準(zhǔn)確評(píng)估。心肌的BOLD-fMRI成像雖未廣泛應(yīng)用于臨床，但在動(dòng)物和臨床試驗(yàn)中，與心肌灌注、冠狀動(dòng)脈造影及微球體血流測(cè)試等技術(shù)相比，BOLD-fMRI技術(shù)評(píng)估心肌缺血表現(xiàn)出較高的準(zhǔn)確性與可靠性。

3 BOLD-fMRI成像技術(shù)及序列選擇

BOLD-fMRI成像直接受到磁場(chǎng)強(qiáng)度及均勻性的影響，不均勻的磁場(chǎng)可以導(dǎo)致偽影的產(chǎn)生，高場(chǎng)強(qiáng)可以提高組織的BOLD效應(yīng)。Dharmakumar等［9］研究發(fā)現(xiàn)3.0 T MR設(shè)備與1.5 T相比，檢測(cè)心肌內(nèi)血氧水平的敏感度提高了2.5倍，所以高場(chǎng)強(qiáng)MR設(shè)備的發(fā)展也促進(jìn)了BOLD-fMRI在心肌成像中的應(yīng)用。目前BOLD-fMRI用于心肌掃描的序列主要分為3類，分別為自旋回波序列、平面回波序列和梯度回波序列。首先，自旋回波序列的BOLD-fMRI空間分辨力較高，可以對(duì)心肌的精細(xì)結(jié)構(gòu)進(jìn)行評(píng)估，但其成像較慢，掃描時(shí)間較長(zhǎng)，心率較快的病人在掃描過(guò)程中會(huì)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng)偽影，影響影像質(zhì)量。目前，自旋回波序列BOLD-fMRI主要應(yīng)用于靜態(tài)器官的缺血缺氧評(píng)估［10］。平面回波BOLD-fMRI與常用于腦功能檢查，因其成像速度快，能夠?qū)τ谒蚕⒌难踝兓M(jìn)行成像。但該序列空間分辨力較差，腦功能成像通常評(píng)估的是功能區(qū)激活的位置和范圍，對(duì)解剖像要求不高，而心肌成像則需要對(duì)其解剖結(jié)構(gòu)進(jìn)行精細(xì)評(píng)估，所以平面回波序列在心肌成像方面應(yīng)用較少［4，6］。心肌研究應(yīng)用最多的BOLD-fMRI序列為梯度回波序列，它可以兼顧心肌的形態(tài)、功能和血氧信息，目前以穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng) （steady state free procession，SSFP）序列為主［11］，其在靜息和壓力負(fù)荷下均取得了良好的成像效果，它的亮血特點(diǎn)也有助于心肌病變的診斷。但由于SSFP序列成像質(zhì)量直接依賴于重復(fù)時(shí)間（repetition time，TR），而提高對(duì)自身去氧血紅蛋白變化敏感性的同時(shí)會(huì)產(chǎn)生更多的磁敏感偽影，所以選擇恰當(dāng)?shù)腡R，尋求對(duì)心肌內(nèi)血氧變化敏感性和磁敏感偽影兩者之間的平衡點(diǎn)是SSPF序列成像的關(guān)鍵。

4 BOLD-fMRI技術(shù)在心肌缺血研究中的應(yīng)用

4.1BOLD-fMRI對(duì)心肌梗死的定量診斷目前BOLD-fMRI主要測(cè)量心肌梗死區(qū)域信號(hào)強(qiáng)度（signal intensity，SI）值的變化來(lái)評(píng)估梗死心肌。腺苷等藥物可增加心肌的壓力負(fù)荷，正常心肌在壓力負(fù)荷下心肌需氧量明顯增多，BOLD-fMRI影像上表現(xiàn)為心肌信號(hào)強(qiáng)度明顯增加；而梗死心肌由于心肌結(jié)構(gòu)的壞死與破壞，負(fù)荷壓力下需氧量無(wú)增加或僅有輕度增加，信號(hào)強(qiáng)度不變或輕度增加，這樣便可區(qū)分正常心肌與梗死心肌。Jahnke等［12］發(fā)現(xiàn)正常心肌節(jié)段腺苷壓力下與靜息態(tài)下ΔSI變化值為（7.1±0.3）%，而梗死心肌節(jié)段ΔSI變化值為（-1.9±0.8）%，兩者之間差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，由此推測(cè)通過(guò)負(fù)荷前后ΔSI變化值可判定梗死心肌。另外，研究通過(guò)與冠狀動(dòng)脈成像比較發(fā)現(xiàn)，以ΔSI=2.7%為截?cái)嘀担珺OLD-fMRI診斷冠狀動(dòng)脈病變的敏感度、特異度、準(zhǔn)確度也分別達(dá)到85.0%、80.5%、81.3%。除測(cè)量心肌SI值外，BOLD-fMRI還可以通過(guò)測(cè)量T2或T2*、表觀橫向弛豫率R2*（1/T2*）等［13-14］來(lái)對(duì)梗死心肌進(jìn)行定量評(píng)估。當(dāng)心肌缺血缺氧時(shí)，其去氧血紅蛋白比例增加，T2或T2*縮短效應(yīng)加強(qiáng)，可導(dǎo)致缺血心肌的T2或T2*值變小。Walcher等［15］對(duì)46例冠心病病人進(jìn)行T2* BOLD掃描，發(fā)現(xiàn)靜息態(tài)下梗死心肌T2*值［（26.7± 11.6）ms］明顯低于正常心肌T2*［（31.9±11.9）ms］，負(fù)荷狀態(tài)下T2*值＜33.8 ms的心肌被診為冠心病的敏感度為78%，特異度為68%。心肌T2*值對(duì)缺血心肌較為敏感，但其未排除磁場(chǎng)不均勻性的影響［16］。與T2*值相比，T2值對(duì)靜磁場(chǎng)的不均勻性不敏感，磁敏感及運(yùn)動(dòng)偽影較少，并且其影像信噪比較高［7］。Giri等［17］利用T2-SSPF序列測(cè)得正常志愿者心肌T2值為52.18 ms，而急性心肌梗死病人的梗死心肌T2值明顯低于正常心肌，研究認(rèn)為T2BOLD-fMRI成像信號(hào)較穩(wěn)定，不易受線圈差異和心臟運(yùn)動(dòng)的影響。目前BOLD-fMRI技術(shù)對(duì)于心肌梗死的研究大多數(shù)是在腺苷或潘生丁等藥物負(fù)荷下完成，而Tsaftaris等［18］在單純靜息狀態(tài)下同樣實(shí)現(xiàn)了對(duì)梗死心肌的定量評(píng)估，他利用舒張期與收縮期的心肌不同血氧量變化原理，計(jì)算BOLD-fMRI在心肌區(qū)域的收縮期信號(hào)強(qiáng)度與舒張期信號(hào)強(qiáng)度之比 （intensity at endsystolic/intensity at end-diastolic，S/D），發(fā)現(xiàn)梗死心肌區(qū)域S/D值較正常心肌區(qū)域明顯減小，這樣便可實(shí)現(xiàn)靜息狀態(tài)下的梗死心肌無(wú)對(duì)比劑檢測(cè)?？傊瑹o(wú)論使用什么方法，BOLD-fMRI均能夠?qū)Ｋ佬募∵M(jìn)行定量評(píng)估，但正常心肌與梗死心肌的判定標(biāo)準(zhǔn)目前尚不統(tǒng)一，要實(shí)現(xiàn)BOLD-fMRI的臨床應(yīng)用，仍需要更多的臨床研究和數(shù)據(jù)支持。

4.2BOLD-fMRI技術(shù)對(duì)于存活心肌的檢出評(píng)估存活心肌的成像方法主要為SPECT心肌灌注［19］、心臟超聲造影［20-21］、MRI心肌灌注等。SPECT心肌灌注可以通過(guò)壓力負(fù)荷掃描實(shí)現(xiàn)存活心肌的檢出；心臟超聲造影依靠心肌的室壁運(yùn)動(dòng)和強(qiáng)化程度判定心肌存活狀況；MRI心肌灌注通過(guò)延遲強(qiáng)化可檢出存活心肌，上述方法多為定性或半定量檢出［22］，且依賴外源性對(duì)比劑。BOLD-MRI技術(shù)以內(nèi)源性去氧血紅蛋白作為對(duì)比劑，且可對(duì)存活心肌進(jìn)行定量檢測(cè)。Manka等［23］測(cè)量冠心病病人和正常人心肌T2*值發(fā)現(xiàn)，在靜息狀態(tài)下存活心?。?1.2 ms）和正常心?。?1.9 ms）與梗死心肌（26.7 ms）的T2*值差異明顯，靜息狀態(tài)下無(wú)法區(qū)分存活心肌與正常心肌，腺苷負(fù)荷后正常心肌T2*值明顯增加，而存活心肌和梗死心肌變化不明顯，從而區(qū)分存活心肌、正常心肌和梗死心肌。Egred等［24］通過(guò)觀察急性心肌梗死病人負(fù)荷前后心肌BOLD-fMRI信號(hào)強(qiáng)度變化程度發(fā)現(xiàn)，存活心肌負(fù)荷壓力后較靜息態(tài)心肌信號(hào)強(qiáng)度變化大（-9.53%），而梗死心肌變化小，甚至無(wú)變化（-2.15%），以此便可區(qū)分兩者。BOLD-fMRI檢測(cè)存活心肌必須依賴于負(fù)荷壓力掃描，梗死心肌與存活心肌在負(fù)荷壓力前后存在不同的信號(hào)強(qiáng)度變化或不同的T2/T2*值變化，是區(qū)分正常心肌、存活心肌和梗死心肌的關(guān)鍵所在。除腺苷等藥物負(fù)荷外，最近研究［25］發(fā)現(xiàn)使用高碳酸刺激較藥物負(fù)荷心肌BOLD-fMRI信號(hào)的變化更為明顯［（14±24）%∶（17±14）%］，這樣可以更容易地區(qū)分存活心肌與梗死心肌。相對(duì)于常規(guī)MR心肌灌注技術(shù)，BOLD-fMRI技術(shù)可以定量評(píng)價(jià)信號(hào)有細(xì)微差別的存活心肌與梗死心肌，確定不同心肌的范圍及臨界區(qū)，從而實(shí)現(xiàn)存活心肌的精準(zhǔn)評(píng)估。

5 BOLD-fMRI存在問(wèn)題及展望

5.1偽影問(wèn)題和較低的信噪比BOLD-fMRI影像質(zhì)量較前有了明顯提升，但磁敏感偽影和運(yùn)動(dòng)偽影問(wèn)題仍然存在，部分偽影會(huì)導(dǎo)致假陽(yáng)性的診斷［12］。BOLD-fMRI掃描仍然以獲得定量信息為主，解剖信息顯示欠清晰。追求盡可能小的磁敏感偽影與盡可能高的BOLD診斷敏感性是一大難點(diǎn)，序列的優(yōu)化、興趣區(qū)的選擇和更多測(cè)量方法的提出可能會(huì)解決這個(gè)問(wèn)題［6］。

5.2掃描范圍的局限性因?yàn)闀r(shí)間分辨力的原因，大多數(shù)研究選取BOLD-fMRI短軸位單層面掃描，或選擇心臟基底部、中間部和心尖部進(jìn)行多層掃描［26］，采取這種心肌局部評(píng)估可能會(huì)導(dǎo)致缺血心肌的漏診［27］，且無(wú)法實(shí)現(xiàn)后期的重建處理，這需要全心容積MRI掃描技術(shù)的進(jìn)一步發(fā)展。

5.3診斷標(biāo)準(zhǔn)問(wèn)題對(duì)于BOLD-fMRI心肌成像，不同研究采用不同的成像方法和評(píng)價(jià)指標(biāo)，缺乏統(tǒng)一的診斷標(biāo)準(zhǔn)限制了BOLD-fMRI在心肌缺血中的進(jìn)一步發(fā)展和應(yīng)用，需要更多的研究和數(shù)據(jù)來(lái)達(dá)成BOLD-fMRI診斷心肌缺血的共識(shí)。

總之，BOLD-fMRI作為一種不依賴外源性對(duì)比劑、無(wú)創(chuàng)的、定量的影像檢查技術(shù)，在評(píng)價(jià)心肌缺血、檢測(cè)存活心肌等方面有著較好的臨床應(yīng)用前景。隨著MRI設(shè)備的發(fā)展、掃描序列的優(yōu)化及診斷標(biāo)準(zhǔn)的統(tǒng)一，BOLD-fMRI技術(shù)將會(huì)在心肌缺血的診療中發(fā)揮更大的作用。

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（收稿2015-04-24）

Advances of blood oxygen level-dependent functional MRI assessing myocardial ischemia

LU Mingming，PENG Peng，YUAN Fei.MRI Division，Department of Radiology，Affiliated Hospital of Logistics University of Chinese People's Armed Police Forces，Tianjin 300162，China

BOLD-fMRI has been an important approach of evaluating the status of myocardial ischemia noninvasively.The accuracy and reliability of evaluating myocardial ischemia using BOLD-fMRI have also been certified by previous studies.As the development of MR devices and sequences，BOLD-fMRI not only had the ability to diagnose the ischemia of myocardium quanlificationally，but also could detect viable myocardium noninvasively.

Myocardial ischemic；Blood oxygen level-dependent；Magnetic resonance imaging；Myocardial viability Int J Med Radiol，2016，39（1）：27-30

10.3874/j.issn.1674-1897.2016.01.Z3615

武警后勤學(xué)院附屬醫(yī)院磁共振科，天津 300162

袁飛，E-mail：yuanfei99@126.com