心臟T2定量成像技術(shù)及其臨床應(yīng)用研究進(jìn)展

摘要

心血管磁共振（CMR）是一種無創(chuàng)評估心血管結(jié)構(gòu)與功能的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)。隨著MRI軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，其技術(shù)也逐漸多元化。T2定量成像（T2

mapping）技術(shù)是一種可精確測量T2時(shí)間的定量技術(shù)，并可通過后處理生成空間對應(yīng)的偽彩圖，以不同顏色反映T2值的高低。心肌T2值增加的主要病理基礎(chǔ)是水腫或炎癥，而減少主要與鐵的超順磁性有關(guān)，急性心肌梗死、心肌炎、結(jié)節(jié)病、心臟移植免疫排斥反應(yīng)、心肌鐵過載等過程均可導(dǎo)致T2值改變，故T2

mapping具有極高的臨床價(jià)值。筆者總結(jié)了國內(nèi)外最新研究，較全面地闡述了目前心肌T2

mapping技術(shù)及在臨床應(yīng)用的研究進(jìn)展。心血管MR（cardiovascularMR，CMR）是無創(chuàng)評估心血管結(jié)構(gòu)與功能的醫(yī)學(xué)成像技術(shù)，隨著MRI軟硬件技術(shù)的不斷發(fā)展，其技術(shù)也逐漸多元化，其中以T1、T2及T2*定量成像為代表的心肌絕對定量成像（Tx

mapping）技術(shù)已經(jīng)漸漸從實(shí)驗(yàn)室進(jìn)入臨床應(yīng)用階段。有關(guān)T1

mapping及其臨床應(yīng)用進(jìn)展相關(guān)文獻(xiàn)近期已發(fā)表較多，而有關(guān)T2

mapping的相關(guān)應(yīng)用進(jìn)展則相對較少，筆者將全面介紹心肌T2

mapping技術(shù)及相關(guān)臨床應(yīng)用進(jìn)展。一、T2

mapping介紹T2

mapping以T2WI為基礎(chǔ)，可定量精確測量橫向弛豫時(shí)間即T2時(shí)間，并可通過對圖像中每個(gè)像素后處理生成空間對應(yīng)的偽彩圖，以不同顏色反映T2值的高低。它不僅有T2WI序列的優(yōu)點(diǎn)，且對水腫的顯示具有更高的靈敏度和特異度，診斷準(zhǔn)確度更高。心肌T2值增加的主要病理基礎(chǔ)是水腫或炎癥，急性心肌梗死、心肌炎、結(jié)節(jié)病及心臟移植免疫排斥反應(yīng)等過程均可導(dǎo)致T2值增加，而T2值的減少主要與鐵的超順磁性有關(guān)。既往評估心肌水腫主要應(yīng)用基于快速自旋回波（turbospinecho，TSE）和短時(shí)反轉(zhuǎn)恢復(fù)脈沖（shorttimeinversionrecovery，STIR）的T2WI，心肌細(xì)胞內(nèi)水分的增加，水分子由細(xì)胞外到細(xì)胞內(nèi)的移動或由結(jié)合水變?yōu)樽杂伤?，均可使水腫后心肌T2時(shí)間延長，從而在T2WI上呈高信號。T2WI定性診斷心肌水腫具有一定的準(zhǔn)確度，并可計(jì)算水腫范圍，但仍有一些不足，包括相控陣列線圈引起的局部信號不均、心室腔內(nèi)血液停滯所致的邊緣高亮信號偽影、平面內(nèi)運(yùn)動引起信號丟失及評估者主觀差異。而T2

mapping除成像速度快、可重復(fù)性高外，還具有以下特點(diǎn)：（1）線圈表面信號強(qiáng)度變化對圖像影響較?。唬?）可較好地抑制心內(nèi)膜下、心尖部慢速血流引起的高亮信號偽影；（3）不易受到心臟搏動偽影和呼吸運(yùn)動偽影的影響；（4）可定量測定T2值，減少主觀差異。心臟T2

mapping技術(shù)在臨床上已被用于多種疾病的研究，包括急性心肌梗死及再灌注后引起的心肌水腫及危險(xiǎn)區(qū)域的評估、心肌炎、結(jié)節(jié)病、應(yīng)激性心肌病及鐵超負(fù)荷心肌病等。二、T2

mapping的技術(shù)特點(diǎn)及研究進(jìn)展T2

mapping成像序列常用有3種，即多回波自旋回波序列（multiechospinecho，MESE）、穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動（steadystate

freeprecession，SSFP）序列以及梯度自旋回波（gradientspin

echo，GraSE）序列。MESE序列掃描速度較前加快，該序列采用一系列層面選擇的180°脈沖，在單個(gè)重復(fù)時(shí)間（TR）內(nèi)采集不同的回波時(shí)間的數(shù)據(jù)，由于數(shù)據(jù)獲取時(shí)間得到有效利用，因此可以在不到10min的時(shí)間內(nèi)獲取T2mapping數(shù)據(jù)集。該序列的局限性在于一系列180°脈沖的偏差和層面編碼梯度誤差會導(dǎo)致復(fù)雜的激發(fā)回波模式，從而使測得的T2值發(fā)生偏移，同時(shí)還會對人體釋放大量熱量，故在更高的磁場強(qiáng)度下該序列應(yīng)用受限；多回波技術(shù)下回波時(shí)間（TE）的數(shù)量和選擇受到限制，從而限制優(yōu)化信噪比（signaltonoiseratio，SNR）的能力；此外，由于運(yùn)動、流動或血液抑制不完全，MESE序列可能會產(chǎn)生偽影?；趩未渭ぐl(fā)SSFP的T2

mapping技術(shù)，可在不同的回波時(shí)間內(nèi)多次采集圖像，獲得簡單的T2曲線，并對T2直接進(jìn)行定量。其主要缺點(diǎn)是為確保T2的準(zhǔn)確度，需要較長的脈沖TR（通常為T1的幾倍），故掃描時(shí)間長。此外，由于通常要在遠(yuǎn)小于TR處獲得最佳SNR效率，傳統(tǒng)的基于單次激發(fā)SSFP的T2

mapping技術(shù)往往具有較低的SNR效能。以T2準(zhǔn)備的穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動（T2preparedsteadystatefree

precession，T2pSSFP）序列為主的心臟T2

mapping成像，分別以不同的T2準(zhǔn)備時(shí)間生成不同的T2WI圖像，通過統(tǒng)計(jì)計(jì)算每幅圖的相應(yīng)像素獲得T2

mapping。這種采集方式本質(zhì)上對流動不敏感，且采集時(shí)間快，可以在一次屏氣內(nèi)完成，縮短掃描時(shí)間，因此更適合常規(guī)臨床使用。但是，與MESE技術(shù)相比，該序列獲取的回波數(shù)量要低得多，僅能獲取沿T2衰減曲線有限數(shù)量的數(shù)據(jù)點(diǎn)，這可能會降低該方法的準(zhǔn)確度并限制其應(yīng)用范圍。結(jié)合了梯度回波和自旋回波技術(shù)，既可提供與MESE技術(shù)相當(dāng)?shù)幕夭〝?shù)量，又可實(shí)現(xiàn)在單次屏氣內(nèi)完成掃描。分別對比了3種T2

mapping序列（MESE、SSFP及GraSe）、2種場強(qiáng)下（3.0T和1.5T）測量的健康志愿者的心肌T2值，結(jié)果顯示T2值受心率、場強(qiáng)以及序列影響，提示在臨床應(yīng)用中有必要制定一個(gè)合理的方案搭配不同的序列與場強(qiáng)，并要校正心率。由于部分容積效應(yīng)影響，心肌血池邊緣區(qū)域的T2值易出現(xiàn)測量誤差，近年來，有研究者采用黑血心率適配T2準(zhǔn)備的平衡SSFP（blackbloodheartrateadaptive

T2prepared

balancedSSFP，BEATS）序列，通過在健康受試者、患者和動物模型中的應(yīng)用，并用數(shù)字仿真和仿生實(shí)驗(yàn)評估，得出BEATS序列不僅可在各種模擬心率范圍內(nèi)提供準(zhǔn)確的T2值，并可減少部分體積效應(yīng)，使血心肌邊界更加清晰，但其診斷準(zhǔn)確度還有待進(jìn)一步研究。三、T2

mapping的臨床應(yīng)用研究進(jìn)展1.急性缺血性心肌損傷及心肌內(nèi)出血：急性心肌梗死主要是由冠狀動脈狹窄或梗死引起，冠狀動脈阻塞后其所支配的區(qū)域發(fā)生缺血水腫，該區(qū)域稱為危險(xiǎn)區(qū)域（areaat

risk，AAR）。AAR是評估急性心肌梗死血運(yùn)重建搶救區(qū)域的重要參數(shù)，對于指導(dǎo)臨床治療、危險(xiǎn)因素分層和預(yù)后判斷至關(guān)重要。急性心肌梗死后，毛細(xì)血管通透性增高，心肌細(xì)胞腫脹，心肌組織含水量增加，T2值增高。有研究顯示在急性缺血性心肌損傷中，心肌水腫T2值增高可發(fā)生于肌鈣蛋白升高和對比劑延遲強(qiáng)化MRI（lategadolinium

enhancementMRI，LGEMRI）出現(xiàn)高信號前，這一發(fā)現(xiàn)有助于在不可逆損傷發(fā)生前做出臨床早期診斷和干預(yù)。有研究報(bào)道1例健康患者馬拉松運(yùn)動中突發(fā)心搏驟停，心肺復(fù)蘇后，T2

mapping所顯示的T2值顯著增加（>60ms）的區(qū)域與可疑缺血?jiǎng)用}（動脈變異）供血范圍完全一致，這也進(jìn)一步說明了T2

mapping在急性期的關(guān)鍵作用，以及對心臟復(fù)蘇后節(jié)段性心肌損傷的檢測價(jià)值。臨床研究表明，急性心肌梗死者梗死區(qū)T2

值明顯增高，與T2

STIR序列對比，T2

mapping技術(shù)對心肌水腫的檢出更高效，且可使屏氣不足、心律失常、圖像顯示欠佳的患者得到較高質(zhì)量的掃描圖像。對于不可逆轉(zhuǎn)性梗死心肌的識別，T2

mapping與LGEMRI所得結(jié)果匹配良好。進(jìn)一步的研究表明，初始T1（native

T1）和T2

mapping是區(qū)分急慢性心肌梗死的良好指標(biāo)，且優(yōu)于其他所有的MRI成像參數(shù)。由此可見，隨著定量T2

mapping技術(shù)的成熟，有助于進(jìn)一步明確心肌損傷嚴(yán)重程度分級，確定治療策略，從而改善臨床預(yù)后結(jié)果。心肌再灌注有利于挽救損傷心肌，但也常會起到負(fù)面作用，使損傷的心肌進(jìn)一步惡化，導(dǎo)致細(xì)胞死亡、不可逆心肌損傷、再灌注心律失常和心肌出血。心肌出血T2信號復(fù)雜，主要依賴于血液成分（氧合血紅蛋白、脫氧血紅蛋白、高鐵血紅蛋白），但在再灌注后1~7d之間，順磁效果占主要地位。相關(guān)研究顯示T1和T2

mapping上低信號核心的存在可以很好地檢測心肌再灌注再出血，且具有良好的靈敏度（T1

88%；T2

85%）和特異度（T1

85%；T2

85%）。2.急性心肌炎：心肌炎通常被定義為可能由各種原因引起的心肌炎性損傷，最常見的病因是急性病毒感染。由于臨床表現(xiàn)的多樣性及非特異性，急性心肌炎的診斷仍然是心臟病學(xué)中最具挑戰(zhàn)性的問題之一。然而，及時(shí)和準(zhǔn)確的診斷對治療預(yù)后尤為重要，可降低其進(jìn)展為慢性活動性疾病和/或擴(kuò)張型心肌病的風(fēng)險(xiǎn)。雖然目前的金標(biāo)準(zhǔn)仍是心內(nèi)膜心肌活檢（endomyocardialbiopsy，EMB），但CMR由于具有將形態(tài)學(xué)和功能成像與心肌組織特征結(jié)合的獨(dú)特能力，已經(jīng)成為非侵入性疑似心肌炎的主要參考診斷方法。之前基于CMR診斷心肌炎采用2009年LakeLouise

（LLC）標(biāo)準(zhǔn)，主要基于定性（T1WI、T2WI）或半定量（對比劑增強(qiáng)）技術(shù)，以T2WI、早期釓增強(qiáng)（earlygadolinium

enhancement，EGE）和晚期LGE為標(biāo)準(zhǔn)，但實(shí)際應(yīng)用中發(fā)現(xiàn)缺乏較好的可操作性及可比性。隨著Txmapping技術(shù)應(yīng)用于急性心肌炎診斷，有研究者通過對比心肌炎和應(yīng)激性心肌病患者的T2

mapping、T2WSTIR、SSFP、LGE等序列，認(rèn)為T2

mapping較T2WSTIR、SSFP檢測急性心肌炎和應(yīng)激性心肌病效果更佳，同時(shí)能較LGE、電影序列和T2

WSTIR檢測出的受累心肌更為廣泛。進(jìn)一步的研究顯示，T2>52ms、native

T1

>981ms、細(xì)胞外容積分?jǐn)?shù)（extracellularvolume

fraction，ECV）>0.24、T2

比值（心肌與骨骼肌信號強(qiáng)度比值）>1.9時(shí)，鑒別急性心肌炎患者和健康對照組的診斷準(zhǔn)確率分別為86%、78%、74%和100%，雖然T2

和T1

mapping均能可靠地檢測出急性心肌炎，但只有T2

mapping能區(qū)分急性期和愈合期，進(jìn)一步強(qiáng)調(diào)了T2

mapping的價(jià)值。研究顯示，與任何單獨(dú)的成像參數(shù)和傳統(tǒng)的LLC相比，包含T2

mapping、組織追蹤（featuretracking，F(xiàn)T）和LGE的多參數(shù)CMR成像模型在急性心肌炎中具有最高的診斷靈敏度，其曲線下面積（areaunderthecurve，AUC）為0.93。全心肌T2值≥60ms被建議作為活動性心肌炎的最佳閾值，相關(guān)研究建議1.5T下，全心肌T2值<59~60ms可用于排除活動性心肌炎。隨著絕對定量的T1/T2

mapping在心肌炎的中的應(yīng)用越來越廣泛，LLC標(biāo)準(zhǔn)于2018年進(jìn)行了更新修訂，從原來的3項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)（T2WI、EGE及LGE）兩項(xiàng)陽性更新為基于T2（T2WI或T2

mapping）的心肌水腫和T1（LGE、T1

mapping及ECV）的心肌損傷兩項(xiàng)標(biāo)準(zhǔn)兩項(xiàng)陽性。雖然T2和T1相關(guān)參數(shù)均呈陽性時(shí)可提高診斷急性心肌炎的特異度，但在實(shí)際臨床工作中，其中僅一項(xiàng)為陽性時(shí)仍不能完全排除心肌炎的診斷，且可在一定程度上支持急性心肌炎的診斷。3.特發(fā)性炎癥性肌?。╥diopathicinflammatory

myopathy，IIM）心肌受累：IIM是一組慢性自身免疫性系統(tǒng)性肌炎，包括多發(fā)性肌炎、皮肌炎和包涵體肌炎。臨床表現(xiàn)包括與呼吸肌功能障礙和/或間質(zhì)性肺疾病相關(guān)的近端肌肉無力、肌痛、吞咽困難和呼吸困難。IIM可以通過糖皮質(zhì)激素和免疫抑制療法治療，以減少肌肉炎癥，恢復(fù)肌肉功能。25%~30%的IIM患者會出現(xiàn)心肌炎，這類患者需要加強(qiáng)和延長免疫抑制治療，且伴發(fā)心肌炎是IIM發(fā)生不良事件和死亡的最常見原因。IIM伴發(fā)的心肌炎通常無明顯癥狀，一旦發(fā)生，其心臟癥狀類似于急性病毒性心肌炎（acuteviralmyocarditis，AVM），包括心力衰竭、心律不齊和胸痛，且與肌鈣蛋白升高相關(guān)。研究表明，心肌T1和T2

mapping可以識別AVM和IIM中的心臟炎癥，表現(xiàn)為native

T1升高和native

T2升高，基于此可與正常心肌進(jìn)行區(qū)分，但由于AVM與IIM的心肌mapping參數(shù)有廣泛重疊，故而不能將IIM與AVM患者區(qū)分開，需結(jié)合胸部骨骼肌的T1和

T2mapping，且從AVM患者中識別IIM的最佳骨骼肌參數(shù)是增強(qiáng)后T1（postcontrast

T1）降低。4.伴發(fā)炎癥的擴(kuò)張型心肌病：擴(kuò)張型心肌?。╠ilated

cardiomyopathy，DCM）是全球心力衰竭的主要原因之一，是患病率和病死率的重要原因。除了心肌細(xì)胞丟失、細(xì)胞外基質(zhì)重塑和間質(zhì)纖維化，很多DCM的病例具有潛在的炎癥背景。EMB是檢測心肌炎癥和間質(zhì)纖維化的金標(biāo)準(zhǔn)，但其侵襲性和采樣誤差限制了其在臨床實(shí)踐中的廣泛應(yīng)用。研究顯示，DCM患者的整體T2值較正常健康對照組增高，其中經(jīng)EMB檢測出存在炎癥的患者T2值更高，但由于DCM與伴發(fā)炎癥的DCM患者T2

值具有廣泛重疊，T2

mapping尚無法明確DCM是否伴發(fā)炎癥，該研究認(rèn)為總體心肌T2>65.3ms是區(qū)分健康對照組和心肌炎癥患者的最佳分界點(diǎn)，靈敏度為93%，特異度為90%，以EMB為標(biāo)準(zhǔn)，這一閾值診斷DCM中心肌炎癥的靈敏度為79%，特異度為58%。5.心臟結(jié)節(jié)?。篢2

mapping技術(shù)對心臟結(jié)節(jié)病亦有輔助診斷價(jià)值，心肌T2值在心臟結(jié)節(jié)病患者和疑似患者中普遍增高。雖然LGEMRI具有很好的空間分辨率，是診斷心臟結(jié)節(jié)病的首選方法，但LGE主要用來評估心肌纖維化，對發(fā)生在心臟結(jié)節(jié)病早期和潛在可逆階段的炎癥不敏感。研究表明，與單獨(dú)使用LGE相比，增加T2

mapping的CMR可進(jìn)一步檢查活動性心肌炎。心肌T2

mapping可提供與LGE互補(bǔ)的心肌特征，結(jié)合起來可為心臟結(jié)節(jié)病患者提供更好的診療幫助。6.應(yīng)激性心肌病：應(yīng)激性心肌病又稱Takotsubo綜合征，是一種急性可逆性心力衰竭綜合征，具有各種解剖變異和潛在的病理生理學(xué)機(jī)制。研究表明，與健康對照組相比，應(yīng)激性心肌病患者的T2

值明顯升高，且與正常運(yùn)動節(jié)段相比，室壁運(yùn)動異常節(jié)段的T2值明顯高于正常節(jié)段。這些發(fā)現(xiàn)的診斷和預(yù)后意義有待進(jìn)一步的研究。7.心臟移植術(shù)后排斥反應(yīng)的監(jiān)測：心臟移植是治療終末期心力衰竭、提高生存率和生活質(zhì)量的首選治療方法。心臟移植后的能否存活與并發(fā)癥的發(fā)生密切相關(guān)，尤其是第1年發(fā)生急性排斥反應(yīng)。20%~40%的患者在第1年中至少有1次急性排斥反應(yīng)，但臨床監(jiān)測和超聲心動圖均無法識別早期排斥反應(yīng)。目前診斷急性排斥反應(yīng)的金標(biāo)準(zhǔn)是EMB。雖然對應(yīng)用EMB的最佳頻率沒有國際共識，但在第1年平均進(jìn)行10~15次活檢。EMB需要接受放射學(xué)檢查和介入手術(shù)，這是一種侵入性手術(shù)，有0.5%~3.0%的并發(fā)癥，其中最嚴(yán)重的并發(fā)癥是心臟穿孔、室性心律失常和三尖瓣損傷引起返流。此外，由于活檢采樣的不均勻性，EMB診斷排斥反應(yīng)的準(zhǔn)確度不高，假陰性占排斥反應(yīng)的10%~20%。臨床醫(yī)師需要一種可靠和非侵入性的過程來診斷排斥反應(yīng)，從而減少EMB的次數(shù)。研究表明，在心臟移植患者中，將T2

mapping和ECV結(jié)合的定量CMR方法可為急性排斥反應(yīng)提供較高的診斷準(zhǔn)確度。急性排斥反應(yīng)患者在3個(gè)層面（基底部、乳頭肌層面、心尖部）的T2值均顯著升高，基底部ECV顯著增高。基底部T2值診斷的靈敏度、特異度和準(zhǔn)確度分別為71%、96%和90%，基底部ECV診斷的靈敏度、特異度和診斷準(zhǔn)確度分別為86%、85%和85%，將基底部T2和ECV結(jié)合可以診斷所有的急性排斥反應(yīng)，從而避免63%的EMB。定量CMR技術(shù)可分別從整體和局部對心肌結(jié)構(gòu)、功能和非同步性進(jìn)行評估，但是目前該技術(shù)仍處于研究初期，且納入的樣本量較少，還有待進(jìn)一步研究。8.鐵超負(fù)荷心肌?。鸿F的超順磁性可導(dǎo)致T2和T2*弛豫時(shí)間縮短，與T2*mapping相比，T2

mapping對靜磁場不均勻較不敏感，且采集的圖像SNR更高。一項(xiàng)對136例地中海貧血患者的研究顯示，在心肌鐵過載的患者中，T2和T2*呈線性相關(guān)（r=0.89），提示兩者在診斷鐵過載方面具有相似的診斷作用。9.其他：現(xiàn)代癌癥相關(guān)放射、化學(xué)治療提高了腫瘤患者的生存率，但同時(shí)增加了患者心血管事件的患病率和病死率，不僅表現(xiàn)在細(xì)胞毒性藥物的心臟毒性作用，也表現(xiàn)為由基因決定的個(gè)體對心臟毒性的易感性作用。相關(guān)研究表明，T1和T2

mapping在檢測和監(jiān)測與癌癥相關(guān)的治療中的心臟