MRI在心肌病诊断和治疗中的应用

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　　摘要：近年来心力衰竭的患病率持续上升，心肌病的影像学特征对鉴别心肌疾病、开展适当的治疗和改善预后具有重要意义。目前，心脏磁共振（CMR）被广泛应用于各类心血管病患者，在判断心肌细胞活性、心肌局部及整体功能以及评价心肌病的病理生理学改变等方面取得明显进展，本文现就心脏磁共振成像在各种心肌病的诊断、治疗的应用现状进行阐述。
　　关键词：心脏磁共振;心肌病;心力衰竭
　　Abstract：The prevalence of heart failure has continued to rise in recent years， and the imaging features of cardiomyopathy are of great significance for identifying myocardial diseases， carrying out appropriate treatments， and improving prognosis. At present， cardiac magnetic resonance （CMR） is widely used in patients with various cardiovascular diseases， and has made significant progress in judging the activity of myocardial cells， local and overall function of the myocardium， and evaluating the pathophysiological changes of cardiomyopathy. The application status of imaging in the diagnosis and treatment of various cardiomyopathy is described.
　　近年来，心力衰竭的患病率持续上升，每年因心力衰竭（HF）而住院的患者超过一百万人次。到2030年，心力衰竭的患病率估计比2013年增加25%，5年死亡率高达50%。有研究表明[1]，尽早发现HF的潜在病因，并开始疾病特异性治疗，可能会改善患者预后。目前，心脏影像学检查已经成为诊断和评估各种治疗策略效果的重要工具。超声心动图是一种必不可少的成像方式，适合对怀疑有心脏疾病的患者进行初次筛查。而心脏磁共振（cardiac magnetic resonance，CMR）目前已成为一种强大的功能成像技术，能够提供心脏收缩功能和心肌组织特征的三维评估等信息，这对于各种心肌病的鉴别诊断和临床治疗至关重要。CMR是量化左心室容积和功能的金标准，可重复性较强。对比增强的CMR还可以评估心肌生存力，梗死定量/特征，局部缺血和准确识别心室血栓[2，3]。现就CMR技术在各种类型的心肌病的诊治应用进行综述。
　　1 CMR中常用的技术
　　标准的全面CMR检查包括常规T1和T2加权序列，心脏电影功能分析，灌注成像和延迟强化（LGE）。CMR技术的发展包括定量T1 Mapping和细胞外间质容积分数（extracellular matrix volume fraction， ECV），T2 Mapping，心肌应力分析，MRI频谱，MR弹性成像，MR指纹技术和扩散张量成像[4]。
　　1.1定量T1 Mapping和ECV  许多心肌病的共同病理生理特征包括反应性间质纤维化，替代性纤维化，细胞外蛋白沉积和心肌水肿等。目前，LGE是诊断替代性纤维化最常见的影像学方法，该技术假定未强化的心肌是健康心肌，但是心肌在许多心肌病过程中发生弥漫性纤维化改变，而LGE对检测弥漫性纤维化敏感度差，在提供更精确的定量组织特征方面受到限制。近来，T1 Mapping和ECV技术被有效的应用于定量评价心肌纤维化程度上。T1 mapping可直接获得目标心肌的T1值，再结合红细胞比值，可计算ECV。已有研究表明[5]，在射血分数保留型心力衰竭（HFpEF）、高血压心脏病、心肌炎、瓣膜性心脏病、肥厚性心肌病、心肌淀粉樣变性和法布里病等疾病中，T1 Mapping和ECV技术有比较可靠的诊断效能。
　　1.2 T2和T2* Mapping  T2 Mapping可以直接获得目标心肌的T2值，用于检测和量化急性心肌梗塞，心肌炎，应激性心肌病和结节病患者的心肌水肿程度。T2 Mapping也已被当作一种有效的非侵入性方法，用于进行心脏同种异体移植排斥监测。心肌水肿可导致心肌细胞间隙自由水增多，相应位置T2弛豫时间延长。T2*弛豫时间可用于评估组织中铁的沉积情况。组织铁含量增加会导致T2*弛豫更快，并且由于铁负荷而使心肌组织在图像中信号减低。T2*也已用于监测铁螯合疗法的治疗反应，治疗后T2*和左室射血分数（LEVF）有所改善[6]。
　　1.3 MR指纹技术（MR fingerprinting，MRF）  MRF是一种新颖的技术，该技术将测得的MR信号与由Bloch模拟器生成的“预测信号演变库”相匹配，以产生有关底层心肌的定量信息。MRF不会进行重复的串行数据采集，而是使用高度加速的伪随机采集，该采集使来自各种组织的信号形成独特的“指纹”。 MRF可以实现高效率扫描的同时提高对噪声或运动的抗干扰性，与传统MR进行一次扫描获得的参数信息有限相比， MRF可在足够的扫描时间下同时定量扫描多种参数，该方法能够一次获得多切面的T1 mapping，T2 mapping和质子密度信息，并被扩展应用于脂肪定量测定。通过电影序列获取的心脏电影图像，可用于心脏射血分数定量分析。这项技术有望为心肌组织特征和结构的全面评估提供一种更有效的方法[7]。
　　1.4心肌应力分析  心肌应力就是指心脏在收缩和舒张时心肌细胞之间的相互作用力，可以分为径向应力，周向应力以及纵向应力。CMR通过心肌标记，应变编码成像（SENC），相位速度映射和带有刺激回波的变形编码（DENSE）以及通过电影SSFP成像进行特征跟踪，可以获得包括心肌位移、运动速度、各节段心肌应力特征等大量心机应力定量参数。通过散斑跟踪超声心动图显示的心肌整体纵向应力可以早期检测出瓣膜性心脏病和心血管肿瘤患者心肌收缩力的下降。通过CMR技术量化心肌变形和收缩力也可能为心肌病的发病过程提供重要的力学见解，帮助实现精确诊断[8]。 　　1.5定量心肌灌注顯像  定量心肌灌注显像可以帮助评估微血管功能障碍。在心肌灌注成像中，注射钆对比剂，在摄取前期、摄取期和洗脱阶段获得一系列的T1加权图像。 已有报道通过视觉评估摄取量来评估心肌缺血，近几年有研究表明，定量灌注有很大的潜力通过量化静息和/或压力负荷下的心肌血流来评估心肌病微血管功能障碍。如与对照组相比，扩张型心肌病患者表现出较高的静息状态心肌血流量和心肌灌注储备的减少，表明血管舒张能力降低。肥厚型心肌病患者表现出心肌灌注储备不足，这与心肌延迟强化有关。灌注成像还可以量化组织通透性和心肌血容量，两者都可能在有心肌病的情况下发生变化。灌注成像将可能成为判断心肌微血管状态的方法，从而帮助疾病的诊断和治疗[9]。
　　1.6 MRI频谱和MR弹性成像  核磁共振频谱技术是一种先进的检测三磷酸腺苷（ATP）和磷酸肌酸（PCr）的技术，PCr/ATP比值已成为评价扩张型心肌病等心脏疾病状态的生物标志物。CMR中另一种新兴的成像方法是剪切波弹性成像即MR弹性成像。利用三维高频心脏磁共振弹性成像技术，可以测量和量化心脏淀粉样变性等疾病的心肌硬度[10]。
　　1.7扩散张量成像  扩散张量成像对水在组织中的各向异性扩散比较敏感，可以对心肌组织结构进行无损检查。该技术可用于评估心肌纤维和层状薄片的方向性，而无需组织学检查。研究已经能够在不进行组织取样的情况下显示各种疾病中心肌纤维的方向。如肥厚性心肌病患者表现为心肌纤维主要以异常的方式在收缩期和舒张期中定向活动[11]。尽管MRI频谱，弹性成像和扩散张量成像提供了有关心肌疾病的病理生理学和机理的新角度信息，但它们需要专门的成像方案，目前仅限于研究应用。
　　2 CMR在各种心肌病中的应用
　　2.1扩张型心肌病  扩张型心肌病（DCM）是导致心力衰竭的主要原因，其特征性表现是左室收缩功能受损，心室腔增大，但心室壁厚度正常。DCM的原因多种多样，包括特发性，家族性，病毒性和炎症性疾病等。在起始阶段心肌损伤或重塑的病因尚不明  确[12]。CMR是目前最理想的影像学方法，有潜力阐明心肌组织病理特征、心肌重塑和功能之间复杂的相互作用机制，可指导新型影响临床结果的治疗策略的发展。
　　心肌纤维化已被证明在DCM的病理生理中起着关键的作用。DCM中出现的两种主要纤维化类型是永久性替代纤维化和弥漫性间质纤维化。CMR-LGE在孤立的、不可逆的替代纤维化中有很好的诊断效能，而T1 Mapping能够评价弥漫性心肌间质纤维化的程度，并已通过组织学验证。鉴定两种类型的心肌纤维化的存在提供了重要的预后风险分级信息。此外，Puntmann VO等[13]证明在早期发现的中壁LGE的存在与随后的主要心血管不良事件（Major Adverse Cardiovascular Events，MACE）独立相关。
　　有研究显示[39]，LGE是室性心律失常和心源性猝死的有力且独立的预测指标。在LVEF下降患者中，LGE和恶性心律失常之间的关联也大于35%。当患者LVEF正常时，LGE能在对患者进行风险分层中发挥作用，以确定哪些患者将从植入式心脏复律除颤器（ICD）植入中受益。LGE还可以预测双心室起搏器再同步治疗的治疗反应。莱瓦等人证明LGE引导的左心室铅植入与再同步治疗后改善的临床结果相关。此外，左室间隔中壁纤维化已被证明是接受同步治疗的DCM患者发病率和死亡率的独立预测因子[14]。
　　T1 Mapping已成为一种强大的技术，可为DCM患者提供进一步的风险分级。有学者针对DCM患者的进行前瞻性多中心纵向研究，与LGE相比，增加的T1弛豫时间/ECV分数是更有力的全因死亡率和心力衰竭的预后指标[15]。新的CMR技术，如CMR频谱，已被研究并用作评估DCM患者心肌代谢和预测死亡率的非侵入性工具。心脏磁共振指纹技术可以提供更好的综合参数来量化T1、T2和ECV。这种新的参数化技术有可能提高测量的标准化和可重复性，这对于指导治疗和评估治疗效果至关重要[16]。
　　2.2心肌炎  鉴于能够提供全面的心肌组织特征，CMR已成为评估可疑心肌炎患者的主要影像学手段。在最初的路易斯标准中概述了由CMR评估的心肌炎的标志性特征，包括水肿（T2加权图像中的局部或全心肌信号强度增加），充血（心肌和骨骼肌T1加权图像中计算出的心肌早期强化比）和坏死（非缺血模式的LGE）。在这三项标准中，具备有两项特征性标准可准确诊断80%的急性心肌炎病   例[17]。随着Mapping参数的出现，最近路易斯标准进行了更新。更新后的标准将异常CMR分为基于T2的标准（通过T2 Mapping测量的T2弛豫时间的整体或区域增加，或在T2加权成像上信号升高）和基于T1的标准（原始T1时间增加， ECV升高或存在LGE），至少同时满足T1/T2参数的标准很可能会增加诊断急性心肌炎的特异性。两个特征性标准可以与急性心肌炎的诊断相一致，只有一个标准的存在可能导致诊断特异性降低[18]。
　　最近一项研究证明了LGE可以预测患者的不良结果，这项研究还表明，不仅LGE的存在，而且LGE的位置和方式对确定不良结果也很重要。还需要注意的是，只有44%的可疑心肌炎患者表现出LGE。因此，T1和T2 Mapping技术在识别由于炎症导致细胞外间质容积增加的患者时可能更敏感，而炎症并未导致细胞坏死。T1和ECV已显示出在正常出现的LGE阴性心肌患者中可识别出这种心肌损伤模式。尽管从理论上讲T2 Mapping应该是鉴定和量化心肌炎症的理想技术，但尚未证明该技术像T1 Mapping一样强大，即使在患病区域也可以看到正常的T2值。考虑到T1和T2标准对诊断心肌炎的重要性，心脏磁共振指纹技术可能成为量化心肌炎症，坏死程度的有力技术，并且可以更准确的预测不良的心室重构和恶性室性心律失常[19]。 　　2.3肥厚性心肌病  肥厚型心肌病（HCM）占总人口的五百分之一，是年轻人猝死的最常见原因。HCM可导致心力衰竭，通常通过超声心动图或CMR上无法解释的左心室肥大（壁厚>15 mm）来识别。尽管ACC/AHA指南建议将心电图和超声心动图作为初始评估方式，但是CMR可提供对左心室形态，左心室肥大（LVH）分布，乳头肌形态和二尖瓣几何形状的出色评估，这些对于确定左心室流出道梗阻（LVOT）的机制至关重要[20]。
　　心肌纤维化是HCM的标志性特征之一，LGE的存在与心脏性猝死风险增加3.4倍，心脏死亡率增加2.9倍，全因死亡率增加1.8倍有关。左心室LGE>15%已被定义为与风险增加相关的纤维化阈值。心肌水肿的鉴别在HCM中也可能很重要，因为T2-STIR上的心肌高血压患者的左心室质量指数更高，EF较低，LGE程度更大，心律失常风险增加[21，22]。
　　2.4限制性心肌病  限制性心肌病（RCM）被定义为左或右室舒张功能不全，最常见的是由浸润性疾病（如心脏淀粉样变或心脏结节病），贮积性疾病（如血色素沉着病），非浸润性疾病（如特发性或硬皮病）和心内膜疾病（如由于化学疗法/放射疗法，类癌等导致的心力衰竭）。通常在心脏MRI检查时，若双心室大小正常，限制性心肌病由于心肌僵硬度增加导致在增强心脏MRI中呈现为心室充盈受损[23]。
　　2.5心肌淀粉样变性  折叠错误的蛋白质在细胞外沉积是心脏淀粉样变性病（CA）的标志，可导致心肌细胞分离，细胞毒性改变和组织僵硬。仅通过超声心动图检查通常很难分辨出CA和其他导致室壁厚度增加的疾病。CMR具有提供组织特征的卓越能力，CMR在CA诊断中可以发挥关键作用。淀粉样变性通常导致心肌特征性LGE模式， 然而，在疾病的早期阶段，可能没有很大比例的患者出现LGE，因此，仅通过LGE评估可能无法适当地确定CA。心肌T1 Mapping已成为一种重要技术，具有更高的灵敏度，可用于识别CA和确定淀粉样蛋白沉积的严重程度。最近有研究表明，即使在LGE影像显示无心脏受累的患者中，T1和ECV值也显示升高，这表明T1 Mapping可对CA进行早期检测[24]。
　　最近，CMR技术（特别是CMR弹性成像）已被用于定量测量患有心脏淀粉样变性病的患者的心肌硬度。与健康受试者相比，这项技术可以帮助区分心脏淀粉样蛋白患者。心脏磁共振指纹图谱也可能被证明在鉴定和量化淀粉样蛋白沉积，心肌炎症的程度以及随之而来的影响方面提供重要的作用，并且有望对不良的心室重塑提供预测和跟踪评估治疗反应[25]。
　　2.6缺血性心肌病  CMR已经成为评估心室重构、疤痕量化和特征、生存能力评估以及缺血性二尖瓣关闭不全的最全面的影像学检查手段。通过CMR评估的心肌纤维化定量是晚期缺血性心肌病患者全因死亡率的强有力的独立和增量预测因子。此外，评估左心室大小和心肌瘢痕形成可能有助于预测哪些患者将从血运重建和器械治疗中受益。不良的心室重塑会影响二尖瓣的几何形状和乳头肌的结构，导致缺血性二尖瓣反流。由于缺血性二尖瓣关闭不全伴有不良预后，治疗方案有限，无法改善预后，因此可能需要更复杂的标准和影像学参数来确定患者是否能从经皮二尖瓣修复/置换中获益。CMR可能会成为建立選择标准的重要影像工具，因为它最适合表现左心室重塑特点，梗死特征，二尖瓣/乳头肌几何形状，二尖瓣反流严重度，右心室重塑和随着时间的推移进行性缺血性二尖瓣反流的风险。用LGE分析评估梗死异质性和量化梗死周围区域也被证明与恶性室性心律失常增加有关。T1，T2 Mapping和T2*成像可用于定义急性心肌梗塞，心肌内出血的存在并确定危险区域。弥散张量成像可用于评估梗塞区域，这些区域显示出严重的肌纤维紊乱，并且弥散系数在梗塞区域较低[26]。
　　2.7致心律失常性右室心肌病  致心律失常性右室心肌病（ARVC）是一种罕见的遗传性疾病，其心肌纤维脂肪主要替代了右心室，可导致双室性心力衰竭和心源性猝死。ARVC患者容易发生恶性室性心律不齐，通常需要放置ICD作为主要预防措施。CMR是诊断ARVC的重要辅助手段，因为它在测量RV扩张和功能障碍方面具有极高的准确性。但是，不能仅凭影像学表现来诊断ARVC，对于这种复杂疾病通常需要更全面的诊断系统。ARVC的诊断是基于评分系统，该评分系统结合了RV形态、去极化/复极化EKG异常、组织病理学、家族史、室性心律不齐和基因缺陷检测，但是在诊断ARVC时没有单一的金标准测试。ARVC的CMR影像学标准在2010年得到简化，涉及评估右心室大小，功能以及是否存在局部运动障碍，运动障碍或右室收缩不同步。 尽管ARVC诊断的工作组标准中未包括组织学特征，但已证明LGE和脂肪浸润的存在对于预测风险和不良心脏事件很重要。ARVC患者的LGE可显示出纤维脂肪性心室瘢痕。然而，显示LGE与心内膜电解剖标测仅适度相关，原因可能是由于RV壁薄[27]。
　　3总结
　　CMR技术功能性强大，扫描过程中可以在任意感兴趣角度对患者心脏进行成像，从而全面了解心脏解剖结构信息和评估射血功能。目前，CMR在各种心肌病的诊断，预后评估和治疗监测中已成为一种非常有价值的影像学手段，相较于传统心脏成像方式有突出的优点。相信随着成像技术的不断发展，CMR也将为各种心肌病提供更深入更全面的影像学信息。
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　　收稿日期：2020-02-03;修回日期：2020-02-15
　　編辑/肖婷婷
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