余劉玉 綜述 陳玉成 審校
(四川大學華西醫(yī)院心內(nèi)科,四川 成都 610041)
由于心血管危險因素的流行趨勢明顯,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的發(fā)病率也呈逐年上升趨勢,并日趨年輕化[1]。急性心肌梗死再灌注前的缺血心肌又稱為梗死危險區(qū)域(area at risk,AAR),指的是心肌梗死發(fā)生時可能發(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),或稱為不可逆心肌損傷區(qū),組織學表現(xiàn)為心肌細胞壞死;(2)再灌注后可挽救的存活心肌,或稱為可逆心肌損傷區(qū),組織學表現(xiàn)為心肌細胞水腫。對于灌注后可挽救心肌的識別并早期恢復(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)能無創(chuàng)地一站式評價心臟的解剖結(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,在識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。現(xiàn)就CMR在心肌缺血后心肌水腫中的應(yīng)用進展進行綜述。
急性心肌梗死后,由于大量自由基產(chǎn)生導(dǎo)致細胞膜通透性增加,造成組織間質(zhì)水分滲透滯留;缺血缺氧導(dǎo)致心肌細胞ATP合成障礙從而抑制鈉鉀腺苷三磷酸酶的活性,形成細胞內(nèi)高滲狀態(tài),導(dǎo)致心肌細胞的腫脹。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),啟動心肌損傷的自我修復(fù)過程最終可導(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,心肌纖維變細變長,壞死纖維空隙可見中性粒細胞和間質(zhì)水分滯留;隨著炎性細胞的浸潤,壞死的心肌細胞逐漸被巨噬細胞清除,而到心肌梗死恢復(fù)期,可見富含血管網(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張,晚期則出現(xiàn)存活心肌細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)終止可加速心肌細胞死亡和梗死范圍的擴大,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。
目前對于心肌水腫評價最常用的技術(shù)是T2加權(quán)像,其信號強度與心肌組織內(nèi)的含水量相關(guān)。當組織含水量增加時,T2(橫向弛豫時間)延長,在CMR上表現(xiàn)為T2加權(quán)像高信號,從而與周圍正常組織區(qū)分。在1983年,Higgins等[3]通過犬類建模研究證實在心肌組織的水腫程度與T2時間延長程度呈正相關(guān)。
對于心肌水腫的檢測,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與脂肪組織零點一致,可實現(xiàn)脂肪組織壓制,減少對水腫高信號識別的干擾。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序列存在許多問題,例如體表線圈強度不均勻?qū)е滦盘柌环€(wěn)定,在應(yīng)用快速自旋回波序列時質(zhì)子尚處于部分飽和狀態(tài)造成的信號丟失,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)生運動偽影,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)生高信號偽影?;诖耍絹碓蕉嗟男滦蛄斜挥糜跈z測心肌水腫,改善T2加權(quán)像的圖像質(zhì)量。亮血T2準備脈沖后予平衡穩(wěn)態(tài)自動進動回波序列(T2-prepared steady state free precession,T2-prepared SSFP)能確保橫向磁化在下個脈沖施加前不被損毀而疊加于下一個脈沖中從而達到穩(wěn)態(tài),使得圖像的信噪比得到提高且不受呼吸運動的限制。2007年Kellman等[4]納入31例急慢性心肌梗死的患者中,T2-prepared SSFP序列對水腫的準確性要高于T2-STIR序列;但目前關(guān)于T2-prepared SSFP在心肌水腫識別中的應(yīng)用有待進一步的研究。此外,2008年Aletras等[5]嘗試將TSE序列與T2-prepared SSFP序列聯(lián)合起來,形成水腫統(tǒng)一采集序列旨在提高圖像的信噪比和對比噪聲比,從而提高圖像質(zhì)量。
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值為參考進行半定量分析,對于識別心肌水腫區(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:縱向馳豫時間定量(T1 Mapping)以及橫向馳豫時間注量(T2 Mapping)技術(shù)也越來越多地運用到水腫的識別中。T1 Mapping技術(shù)主要采用運動自動校正反轉(zhuǎn)恢復(fù)序列,根據(jù)三次反轉(zhuǎn)時間對心肌進行采樣,擬合形成T1弛豫曲線。根據(jù)有無對比劑,可分為無對比劑或?qū)Ρ葎┣暗腡1 Mapping及注射對比劑后的T1 Mapping。T2 Mapping技術(shù)是基于T2-prepared SSFP序列,將3次不同準備時間所形成的圖像進行合成,生成T2衰減曲線,從而定量計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,并克服體表線圈所致的信號不均,排除緩慢血流造成高信號的干擾,可作為T2加權(quán)像在評價心肌水腫的重要補充手段。
2.2.2 彌散加權(quán)成像
CMR彌散加權(quán)成像(diffuse-weighted image,DWI)可檢測心肌組織中水分子的布朗運動,從微觀水平評價心肌組織結(jié)構(gòu)的完整性。DWI主要通過常規(guī)序列中前后施加一對大小和方向都相同的擴散敏感梯度脈沖,消除擴散的水分子信號,保留靜態(tài)質(zhì)子的信號得到DWI影像,從而可以識別心肌水腫。Okayama等[6]在2009年首次報道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比正常心肌及血流高;但目前對于DWI在急性心肌梗死中的應(yīng)用還處于初步實驗階段,需進一步研究。
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,將兩者鑒別開來也變得尤為重要。然而,由于許多急性心肌梗死患者并不一定能在缺血發(fā)生后及時就診,這時傳統(tǒng)的心電圖檢查或心肌標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)像的高信號持續(xù)時間與缺血持續(xù)時間相關(guān),心肌水腫的T2加權(quán)像高信號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)像高信號會逐漸消退。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值,研究報道急性缺血后第1天和3個月后的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95%的敏感性和98%特異性,并且優(yōu)于延遲強化成像[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的專家共識所推薦[11]。關(guān)于急性缺血后T2加權(quán)像高信號的持續(xù)時間,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個月內(nèi)、1~6個月和6個月后分別行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)像的高信號在心肌梗死后1個月內(nèi)最明顯,之后呈遞減趨勢,平均可持續(xù)6個月。近年來也有研究表明CMR新技術(shù)T1 Mapping技術(shù)可用于鑒別急性和慢性心肌梗死,并在識別心肌梗死后心肌脂肪浸潤和心內(nèi)血栓等并發(fā)癥有一定優(yōu)勢[13]。Tahir等[14]研究顯示相對于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值。
AAR可分為不可逆心肌損傷區(qū),又稱為梗死區(qū);可逆心肌損傷區(qū),稱為可挽救區(qū)。確定AAR區(qū)域?qū)τ谠u價急性心肌梗死患者血管重建及預(yù)后有重大的價值。急性心肌梗死后,AAR內(nèi)水分子運動及含水量增加,通過CMR可檢測出水腫區(qū)和正常心肌間的T2信號強度差異,從而可確定AAR。Aletras等[15]建立17只犬類模型,在冠狀動脈閉塞2 d后行CMR檢查,發(fā)現(xiàn)T2加權(quán)像高信號與冠狀動脈閉塞同時注入熒光微球所測得的AAR區(qū)域一致,且T2加權(quán)像高信號區(qū)大于組織病理證實為梗死區(qū)的面積;其中8只犬額外觀察2個月后再行CMR,無延遲強化的T2加權(quán)像高信號區(qū)消失,且對應(yīng)的心臟室壁運動異常改善。近年的一項研究分別用心電圖、冠狀動脈造影和CMR 的T2加權(quán)像評價78例急性心肌梗死患者ARR,認為T2加權(quán)像優(yōu)于前兩者[16]。然而由于前面提到的黑血T2-STIR序列存在的問題,關(guān)于T2加權(quán)像序列評估ARR的準確性還存在一定爭議。2012年,Croisille等[17]提出T2加權(quán)像不應(yīng)該用于ARR的評估。2015年,Han等[18]建立21只犬類模型,認為T2加權(quán)像高信號區(qū)與熒光微球微粒所測定的ARR區(qū)域并不匹配,支持不能用T2加權(quán)像來評估ARR的觀點。
Mapping技術(shù)能克服傳統(tǒng)T2加權(quán)像所存在的問題,并定量評價心肌水腫程度,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例正常對照行CMR 的T2加權(quán)像和T2 Mapping成像,發(fā)現(xiàn)T2 Mapping(26/27)對于評估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條犬類急性心肌梗死模型,發(fā)現(xiàn)冠狀動脈閉塞再灌注后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時更大,表明T2 Mapping可用于評價監(jiān)測心肌梗死后ARR的動態(tài)變化過程。Ugander等[21]建立犬類模型,發(fā)現(xiàn)非對比增強T1 Mapping對于ARR的評價與T2 Mapping和病理熒光微粒的準確率一致。Bulluck等[22]研究也表明在急性心肌梗死后,初始T1值可準確評估AAR??傊?,T1 Mapping和T2 Mapping成像即可彌補T2加權(quán)像在評估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,更準確地評估ARR,但臨床應(yīng)用尚需進一步規(guī)范化。
通過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對于急性心肌梗死患者治療策略選擇、療效評價和預(yù)后判斷都有著重要價值。2010年Masci等[23]利用T2加權(quán)像評估心肌AAR區(qū)域、延遲加強顯像評估心肌梗死區(qū),對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)的獨立預(yù)測因子,MSI越大,心室重構(gòu)發(fā)生可能性越小。同年,Eitel等[24]通過T2加權(quán)像和延遲強化顯像評估208例急性ST段抬高型心肌梗死患者,對患者進行平均6個月的隨訪,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)后評價或者新型再灌注療法的療效評價指標。
鑒于T2加權(quán)像對于AAR的評估尚存在爭議,Mapping技術(shù)在一定程度上可彌補T2加權(quán)像的不足,聯(lián)合延遲強化對于MSI的量化會更準確。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)的截點值,且其為急性ST段抬高型心肌梗死遠期心室重構(gòu)獨立預(yù)后因子。Haberkorn等[26]通過小鼠建模也顯示T1 Mapping可定量評估心肌受累情況,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值及對比劑后T1值聯(lián)合血沉所得到的細胞外容積是再灌注后心臟功能是否恢復(fù)及遠期重構(gòu)的預(yù)測因子[27-28]。
CMR在評價心肌水腫中有著重要的應(yīng)用價值,目前評價急性心肌梗死心肌水腫最常用的CMR技術(shù)為T2加權(quán)像,其在鑒別急性心肌梗死和慢性心肌梗死、評估急性心肌梗死后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,目前對于T2加權(quán)像評價急性心肌梗死后心肌水腫的準確性還存在著很大的爭議。CMR新技術(shù)T1 Mapping、T2 Mapping和DWI能克服傳統(tǒng)技術(shù)存在的問題并且能夠定量評價心肌水腫程度,但在急性心肌梗死后的心肌水腫評價中的應(yīng)用有待進一步研究。