简析心血管磁共振临床应用及进展

 临床医学     |     by 思玛特SMTRU     |      2019-07-19

  北美放射学会(Radiological Society of North America, RSNA)2014心血管磁共振研究热点包括对心功能的评价、缺血再灌注损伤的评估、弥漫性心肌纤维化的定量技术及其它新序列的开发应用等。笔者对RSNA2014大会上心血管磁共振方面的主要研究内容和进展进行了总结与分析,现报道如下。

  1缺血性心脏病(ischemic cardiac disease)

  微血管阻塞(microvascular obstruction MVO)是ST段抬高心肌梗死(ST elevated myocardial infarction STEMI)患者重要预后不良预测因子之一,其中心肌内出血(intramyocardial hemorrhageIMH)是其主要机制[‘2]。Benedetti等研究了一组急性心梗经皮冠状动脉介入(percutaneouscoronary intervention, PCI)治疗术后患者,评估T2STIR(short T1 inversion recovery)及T2 star(T2)序列检测IMH的优劣性。研究者以延迟增强中的低信号表示MVO,而对应部位T2 STIR及T2中的低信号提示IMH。结果显示,T2 STIR及T2序列均能可靠诊断IMH,而T2‘序列的敏感性更高;IMH与MVO高度相关,MVO%越大,IMH越多。Sirol等应用MRI随访研究一组急性心梗再灌注患者的心梗大小(infarct size IS), MVO及IMH与心室重塑的关系,并评估它们的预后价值。左室重塑被定义为左室舒张末容积(left ventricular end-diastolicvolume LVEDV)较基线升高>20%。结果显示,MRI T2‘序列测定的IMH及IS与心室重塑密切相关,是急性心梗再灌注不良预后的两个独立预测因子,可用于此类病人的早期危险分层。同样的,Damascelli等前瞻性研究了一组STEMI患者,评估MVO与左室重塑的关系。患者于心梗5天内及6个月后分别行MRI,两次检测得到△LVEDV和4 LVESV作为评估左室重塑的参数。结果提示,MVO阳性的患者LVEDV及LVESV均显著升高,回归分析显示MVO%及LGE%均与△LVEDV,4 LVESV显著相关,而多因素结果提示仅MVO%与△LVEDV, 4 LVESV相关,MVO越大,心梗后心室重塑越显著。Wust等评估增强SSFP(steadystate free precession)序列检测STEMI患者PCI术后MVO的应用价值,结果显示,SSFP序列检测的心梗面积与延迟增强(late gadolinium enhancement,LGE)结果高度一致,并且可以检测到更多的MVO提示增强SSFP可推荐作为LGE的补充技术。

  Lin等测定运动矫正( motion-corrected, MOCO)相位敏感反转恢复(phase sensitive inversionrecovery, PSIR) SSFP序列(MOCO SSFP)评估非缺血性心肌病患者左室心肌纤维化,并与自由呼吸单次激发SSFP序列(free breathing single shotSSFP, FB single shot SSFP)及屏气快速FLASH序列(breath holding turbo flash, BHTF)进行比较。结果显示,前者的图像质量及诊断可靠性均显著优于FB single shot SSFP及BHTFo Lin等比较MOCO单次激发PSIR快速FLASH序列与常规PSIR快速FLASH对检出冠心病患者左室心肌癖痕的价值。结果显示,两者具有很好的一致性,但对有心律失常或呼吸伪影的患者,前者的图像质量及诊断可靠性更高,认为此技术有望作为评估心肌癖痕的补充技术,尤其是对有心律失常或屏气不佳患者。

  腺普和多巴酚丁胺负荷CMR能够分别通过评估心肌灌注异常和室壁运动异常(wall motionabnormalities· WMA)对可疑或已确诊的冠心病(coronary artery disease CAD)患者进行诊断和预后危险分层。 Dipyridamol负荷CMR(DipCMR)可以同时提供这两方面的信息,Pontone等就其应用价值进行了评估。研究共纳入793例可疑或CAD患者,随访时间平均为622天,终点事件为所有心血管事件及恶性心血管事件(除外血管重建)。DipCMR将患者分成3组:A组,无可逆性缺血;B组,仅灌注异常;C组,灌注异常+WMA。结果显示,3组所有心血管事件发生率分别为9.9%,33.3%, 69% (P<0.0001);恶性心血管事件发生率分别为4.9%, 8.5%, 17.8%;其中C组和A组、B组均有统计学差异,而A组和B组无明显差异;多因素分析结果显示灌注异常及灌注异常+WMA为所有心血管事件的两个独立预测因子,而灌注异常+WMA为恶性心血管事件的惟一预测因子,提示DipCMR可以为CAD患者的预后提供更多的信息。

  2心脏瓣膜疾病(cardiac valve disease)

  经皮肺动脉瓣置入术(percutaneous pulmonaryvalve implantation PPVI)可以选择性替代肺动脉瓣置换术(pulmonary valve replacement SPVR)治疗某些先天性右室流出道梗阻((right ventricularoutflow tract RVOT)患者[Sao Secchi等采用MRI电影true-FISP序列分别评估了两种手术前后左右心室功能,并对比了它们的中期效果(平均10个月)。结果显示,术后两组的右室舒张末容积指数((rightventricular end-diastolic volume index, RVEDVI)均显著降低,SPVR组右室射血分数(right ventricularejection fraction, RVEF)显著升高,PPVI组RV EF改变不明显;PPVI组左室舒张末容积指数(leftventricular end-diastolic volume index LVEDVI)显著升高,SPVR组LVEDVI改变不明显,两组术后左室每搏指数(LV stroke volume index)均显著升高;两组RVEDVI与LVEDVI均呈负相关(r=-0.014)。提示不管是哪种术式,解除RVOT可以同时改善双室功能。

  Choi等采用心脏MRI随访了62例三尖瓣成形术后患者的右室功能改善情况,试图找出预后不佳的可能因素。结果显示,共19例患者发生终点事件(全因死亡、心衰导致再入院及再次开胸手术),与无终点事件发生的患者(对照组)对比,该组患者的平均左、右心室质量指数(mass index)及右室收缩末容积(right ventricular end-systolicvolume, RVESV)显著增高,而RV EF显著降低;生存分析结果提示RVESV及左右心室质量大是患者三尖瓣成形术后的不良预后因素。

  Daruwalla等回顾性研究了213例行主动脉手术患者的术前CMR,对主动脉瓣进行分型,并以术中分型结果为参照来评估MRI分型的准确性。术中共有82例分型为三瓣型主动脉瓣(tricuspidaortic valve TAV), 131例为二瓣型(bicuspid aorticvalve BAV),CMR分型结果显示除了6例TAV被错判成B AV,其它分型与术中完全一致,CMR分型的敏感性、特异性和准确性分别为100%,92.7 %、97.2%。

  3先天性心脏病(congenital heart disease)

  法洛氏四联症(Tetralogy of Fallot} TOF)是最常见的紫给型先天性心脏病(先心病),约占先心病总数的10% 。TOF修补术后约10%的患者可能出现右室扩张及功能不全等并发症[+}磁共振通过一站式扫描,多序列、多方位展现病变心脏及大血管的解剖结构,同时是心功能评估的金标准,对于先心病的诊断和术后随访具有独特的价值。Noce等借助MRI回顾性分析了19例TOF术后患者,发现14例患者出现心肌纤维化,表现为LGE阳性,并且LGE含量与右室心功能呈明显负相关,即心肌纤维化越严重,右室功能越差,因此MRI可推荐作为临床TOF术后随访工具。

  基于快速自旋回波(turbo spin echo TSE)演化出的3D SPACE(turbo spin echo imaging withvariable flip angle)技术,采用可变翻转角的回聚脉冲链设计,解决了临床对TSE三维采集的需求,被逐步应用于各个部位的高分辨率三维成像中[+}Malayeri等评估高分辨3D SPACE心脏成像的图像质量和准确性,扫描对象均为先心病患者,其中10例为TOF, 3例大动脉转位,7例为其它类型复杂先心病。结果显示3D SPACE序列与呼吸和心电门控匹配良好,对各个年龄段的先心病患者其心脏MRI成像质量都能达到诊断要求,且无需对比剂,可推荐作为肾功能障碍患者的替代方法。

  4D相位对比成像((4D-PC)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。与传统的2D-PC相比,4D-PC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,并能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,对更好的认识和解读心血管疾病所致血流异常具有潜在应用价值。Ekram等人回顾性研究了25例在研究期间未曾手术的先心病患者,以核素灌注显像(NPS)为参照,检测肺血流情况,结果显示4D-PC检测结果与NPS一致性明显高于2D-PC。此外,在重度肺动脉瓣反流情况下,与4D-PC相比,2D-PC的准确性降低更显著。Hsiao等回顾性研究了14例肺静脉畸形引流的患者,所有患者均行4D-PC检测。使用实时交互流线可视化软件进行后处理,分别在流出道瓣膜、肺动脉分支、肺静脉、房间隔缺损或室间隔缺损水平对血流进行定量。结果显示,主动脉瓣及肺动脉瓣水平的变异系数最小,约为4%~5%,其次为肺动脉分支(18%),下腔静脉最大(27 %)。肺静脉畸形引流入心房后,直接测量畸形静脉或心内分流(intra-cardiac shunt flow)与间接测量流出道瓣膜血流的结果高度一致。提示借助后处理软件,4D-PC可以为肺静脉畸形静脉及分流提供详尽的、准确的量化描述。

  4定量成像技术(quantitative cardiac imaging)

  T1和T2是组织的固有属性,在特定的场强下具有特定的数值。T 1, T2 mapping可以直接对组织的T1, T2值进行定量。细胞外间质容积分数(extracellular volume fraction, ECV)是指细胞外间质容积占整个心肌组织容积的百分比,是基于T1 mapping技术计算出的一种相对稳定的参数指标[}o-}z}。计算公式为:心肌ECV=(1-HCT)(心肌△R1/血液△R1);△R1 -1/Tlpre一/Tlposto Tlpre及Tlpost分别指对比剂注射前后的T1值,HCT为当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。由公式可知,这种计算方法校正了各种技术因素(如场强、对比剂注射剂量及时间)对T1值的影响,而只与心肌间质状态的改变尤其是胶原纤维比例增加相关。

  等采用矫正回顾反转恢复序列(modifiedlook-locker inversion recovery, MOLLI)对41例扩心病患者的心脏ECV进行评估,结果显示,共有22例患者LGE阴性(A组),19例患者LGE阳性(B组);与健康对照组相比(n=10)51例患者的平均ECV值显著高于对照组(X30.7士5.9)% v(25.6士3.2)%,P<0.001]);两组ECV均与LV EF呈明显负相关,提示对无明显LGE表现的扩心病患者,ECV仍有预测价值。

  Semaan等对不同场强下((3 T和1.5 T)高分辨率矫正回顾反转恢复序列(high-resolution MOLLIHR-MOLLI)评估健康志愿者右心室ECV的可行性进行了研究。结果显示,HR-MOLLI在3T及1.5 T场强下均能可靠的评估右心室ECV,需注意的是不同场强下得到的ECV数值略有不同,提示在实际应用中应根据需要选择适合的场强。

  Hanneman等测定MOLLI序列基于ECV评估重型地中海贫血患者心肌间质弥漫性纤维化的价值,以健康志愿者作为对照组。结果显示,ECV升高即心肌纤维化与铁过剩有关,对于无铁过剩病史的患者,规律输血并不会导致ECV升高。糖尿病可以导致心肌胶原沉积、心肌纤维化,引起ECV升高、心肌僵硬。Yang等假设糖尿病患者ECV升高,并与左室舒张功能异常相关。结果显示17例病人中,LGE均为阴性,而8例患者ECV升高(ECV >30%);与ECV正常组(ECV <30%, n=9)相比,ECV升高组舒张功能参数如左室高峰充盈时间(time to peak filling rate TPFR)显著延长,高峰充盈率(peak filling rate, PFR)显著降低,而左室心肌收缩功能参数(LVEF, LVESV, LVEDV,LVM)两组均正常,无显著差别。提示与LGE相比,T 1 mapping测定ECV是评估心肌弥漫性纤维化更为敏感的指标,对于评估左室舒张功能具有较好的临床应用价值。

  Hong等采用MOLLI评估阿霉素对扩张性心肌病兔模型心脏ECV的累积效应,MOLLI结果提示6周后兔模型的心脏ECV显著增高,与病理结果高度一致。提示MR ECV检测可作为临床量化弥漫心肌纤维化的无创性工具,取代心肌活检。

  横向弛豫时间即T2值增大主要与心肌水肿或炎症有关,急性心梗、心肌炎、结节病及心脏移植免疫排斥反应过程均可导致T2值增大[l3]。目前临床上主要应用T2加权黑血序列((T2-weightedshort tau inversion recovery T2-STIR)来评估心肌水肿[l4]。新近出现的T2-mapping多采用的是单次激发稳态自由进动序列(steady-state free precessionsequence, SSFP)序列,可以对T2直接进行定量。T2弛豫时间不稳定是其面临的主要挑战之一,在不同的场强、序列及其他因素下T2值变化很大[15-16]Baessler等对比了3种T2-mapping序列、2种场强下(3 T和1.5 T)测量的健康志愿者的心肌T2值,以期发现可能的影响因素。3种序列分别为多回波自旋回波(multi echo spin echo, MESE), SSFP及梯度自旋回波(gradient spin echo, GraSe)。结果显示,心率是T2测量值的重要影响因子,校正后,2种场强下SSFP的T2值均明显小于其它两个序列,而GraSe序列的T2值最高。提示在临床应用中有必要制定一个合理的方案搭配不同的序列与场强,并要校正心率。

  Hildebrand等以心内膜心肌活检(endomyo-cardial biopsy EMB)为金标准,分别采用T1-mapping, T2-mapping及ECV-mapping评估心脏移植后炎症反应,并对比常规 CMR序列如T2WISTIR序列(心肌水肿系数ER), T1WI自旋回波反转恢复序列(相对水肿系数gRE)及LGE,以明确CMR是否适用于早期诊断心脏移植后可能出现的亚临床急性细胞排斥反应(acute cellular rejection,ACR),以期早期治疗。结果显示,增强后T1, T2及ECV-mapping诊断亚临床ACR的效果优于均优于ER和gRE,有潜力作为临床替代EMB诊断亚临床ACR的新方法。

  5结语

  本文简要归纳了RSNA2014心血管磁共振的主要临床应用及进展,重点概括了其在评估微血管阻塞、右室功能及细胞间质容积分数等方面的应用价值,此外还介绍了非增强3D SPACE及4D PC技术在先心病应用中的研究进展,虽然这些技术目前仍处于早期研究阶段,但已经显示出其独特的应用价值,有潜力成为常规序列的重要补充或替代。

【来源:思玛特SMTRU

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