T1 mapping 和細胞外容積分數技術在急性病毒性心肌炎的臨床應用

劉新峰 馬海彥 王榮品 曾憲春 劉江勇 王少彧 王麗慧熊真亮

1貴州省人民醫院放射科（貴陽550002）；2貴州省智能醫學影像分析與精準診斷重點實驗室（貴陽550002）；3西門子醫療系統有限公司磁共振事業部（上海201318）；4貴州大學計算機與應用科學學院（貴陽550002）

病毒性心肌炎（virus myocarditis，VMC）主要由呼吸道病毒、腸道病毒感染等引起的心肌組織的非特異性炎癥，其病理改變包括心肌組織水腫、變性、壞死及纖維化等，病變形式可為局限性，亦可為彌漫性［1］，目前大多數可治愈，但少部分患者易因診斷不明確、病情反復誘發慢性心肌炎、心力衰竭等［2］，目前常規診斷方法主要是從臨床表現、心電圖、超聲并結合實驗室檢查綜合診斷，但這些診斷方法并不能從心肌炎病理生理微觀改變進行分析。T1值是心肌的固有屬性，新近出現的縱向弛豫時間定量（T1 mapping）成像可以對心肌T1 值進行精準測量［3］，從而在微觀領域對患者病理變化進行評估。因此，本研究利用T1 mapping對急性VMC組織特征進行研究并對其的診斷效能進行探討。

1 對象與方法

1.1 研究對象 回顧性收集2016年7月至2018年6月在在我院根據臨床癥狀、心電圖、MR、實驗室檢查臨床診斷為急性VMC 并住院治療的患者27 例，其中男15 例，女12 例，年齡18～71 歲，平均（43.96 ± 15.88）歲，招募性別及年齡無差異健康志愿者14 例（男女各7 例），年齡19～69 歲，平均（42.17 ± 16.87）歲。所有患者臨床發病時或發病前1～3 周均有病毒感染史，經實驗室檢查均查找到相關病毒，給予相應的心肌炎治療措施，結合住院觀察及出院隨訪，均取得良好的治療效果，依據中華醫學會及參閱歐洲放射學診斷標準［4］，“凡不具備VMC 確診依據（未做心內膜活檢），應給予必要的治療或隨診，根據病情變化，確診或除外心肌炎”來確診為急性病毒性心肌炎。納入標準［5］：（1）經詢問無磁共振檢查禁忌證；（2）經體格檢查及實驗室檢查等排除貧血、心臟疾病及肝腎疾患等。本研究經我院倫理委員批準實施。

1.2 研究方法 掃描在西門子1.5Aera 磁共振成像儀下完成，線圈采用18 通道體線圈，采用磁共振自帶心電門控板，受檢者取仰臥位，掃描前對其行屏氣訓練并告知掃描過程中的注意事項。掃描序列包括：冠矢橫狀定位像，標準兩腔、四腔、短軸位、增強前后T1 mapping 圖像及延遲序列。短軸位采集5～7 層，采用改良Look?Locker MOLLI（Modified Look?Locker inversion recovery，MOLLI）序列逐層復制進行增強前T1 mapping 掃描。經肘靜脈以流量1～1.5 mL/s 注入Gd?DTPA（江蘇恒瑞），劑量為0.2 mmol/kg，記錄時間，待注射對比劑完成10 min 后行增強后的T1 mapping 及延遲掃描，掃描參數見表1。

表1 增強前后T1mapping 序列掃描參數Tab.1 Scanning parameters of T1mapping sequences for pre and post enhancement

1.3 圖像后處理及計算 測量由兩位高年資主治醫師采用雙盲法分析測量，取其平均值：（1）先將增強前心肌圖像輸入到Syngo MRWP 后處理工作站，對短軸位圖像采用人工勾畫方式逐層測量心肌T1 值，取其平均值作為心肌T1 值，同樣方法測量血池平均T1 值（圖1a?c）；（2）再將增強后圖像輸入到后處理工作站，同樣方法測量增強后心肌T1值及血池T1 值（圖1d）。

圖1 T1 mapping 圖像結果Fig.1 Image results T1 mapping

細胞外容積分數（myocardial extracellular vol?ume fraction，ECV）值計算，將測得心肌、血池T1值輸入以下公式：ECV=（1/MT1post?1/MT1pre）/（1/BT1post?1/BT1pre）×（1?HCT）［6］。MT1post=心肌增強后T1 值，MT1pre=心肌增強前T1 值，BT1post=血池增強后T1 值，BT1pre=血池增強前T1 值，HCT=血細胞比容。

1.4 統計學方法 采用SPSS 19.0 軟件進行統計分析，計量資料采用均數±標準差表示，采用獨立樣本t檢驗分別比較病例組與對照組心肌增強前后平均T1 值及ECV 值的差異，構建受試者工作特征（ROC）曲線，分析增強前T1、ECV 區分病例組與對照組的曲線下面積（AUC）并計算增強前T1、ECV 區分兩組的敏感性、準確性等。以P＜0.05 為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 病例組與對照組基本測量資料比較 心肌增強 前 后T1 值 分 別 為（1 276.64 ± 141.01）ms 和（382.71±39.17）ms，心肌增強前平均T1值大于對照組，增強后平均T1 值均小于對照組，病例組ECV 值（48.15±8.52）%大于對照組（均P＜0.05），見表2。

表2 對照組、病例組增強前后T1 值及ECV 值資料對比Tab.2 Comparison of T1 value of pre and post myocardial enhancement and ECV value in control group and case group

2.2 增強T1、ECV 值診斷效能評價 通過計算約登指數（靈敏度與特異度之和減1）獲得最佳截點，增強前心肌平均T1 值、ECV 最佳截點分別為1 101.5 ms、37.5%，其區分病例組與對照組的AUC值分別為0.931、0.970（圖2），增強T1 鑒別急性心肌炎組與對照組敏感性、特異性及準確性分別為88.9%、92.9%、92.7%，ECV 值鑒別急性心肌炎組與對照組敏感性、特異性及準確性均在90%以上，分別為92.6%、92.9%、95.1%。

圖2 ROC 曲線圖Fig.2 The ROC curves for distinguishing the two groups

3 討論

3.1 T1 mapping 原理 T1mapping 技術大都利用平衡穩態自由進動技術，通過反轉或飽和脈激發后，在不同心動周期同一時相不同的反轉或恢復時間下采集信號，利用函數計算出相應的T1 恢復曲線，進而得到T1 值［7?8］。本研究采用改良的MOLLI 序列采集圖像，逐體素均由T1 值進行編碼，因此，可以基于體素水平對心肌的組織特征進行分析。而且改良的MOLLI 序列較標準的Look?Locker 序列掃描時間明顯縮短，并可減輕因呼吸、心律失常等引起的偽影。

3.2 T1 mapping 及ECV 技術在急性病毒性心肌炎應用 T1值是心肌組織的固有屬性，未注入對比劑前心肌組織縱向馳豫時間稱為增強前T1 值，其數值反映的是心肌細胞及細胞外間質成分及含量。當心肌細胞發生炎性損傷時，細胞膜通透性改變，心肌細胞就會出現水腫，同時細胞間質膠原成分也會增加，增強前T1值就會相應增加［9］。本研究中心肌增強前平均T1 值為（1 276.64 ± 141.01）ms，明顯高于對照組，這與國內外研究具有較好的一致性。劉鋼等［5］比較了25 例急性心肌炎患者與25 例志愿者，急性心肌炎組各節段T1 值大于志愿者組，JULIANE 等［10］利用T1 mapping 技術定量分析急性心肌炎組、心肌炎愈合期與正常組指出，急性心肌炎組短軸位初始T1 值大于健康組，心肌炎愈合期與健康組初始T1 值無明顯差異性。BOH?NE 等［11］研究進一步比較了長軸位心肌增強前T1值，急性心肌炎組高于對照組。另外，本研究增強后心肌平均T1 值小于對照組，增強后心肌T1 值是注射造影劑間隔10 min 后采集心肌T1 值，一般情況，造影劑因在病變組織中存留時間延長而排空延遲，造影劑使鄰近質子的馳豫加快，T1 值相應下降。但增強后心肌T1 值受受檢者腎功、脂肪含量、血細胞比容及造影劑類型等影響較大，因此，國內外學者進一步研究了ECV。

ECV 是一種基于T1 mapping 技術的更加穩定的定量指標，其定義為細胞外間質容積與心肌組織容積的比值，采用百分比表示［12］。它降低了序列、場強、血細胞比容等對T1 值影響。研究表明［13］包括心肌水腫、淀粉樣病變、心肌纖維化在內的引起細胞外間隙增寬的病變都可以引起ECV 值增加。目前，ECV 主要臨床用來鑒別急慢性心肌梗死，定量分析肥厚型心肌病、擴張型心肌病等，在急性病毒性心肌炎研究較少。病毒性心肌炎病理改變包括炎性細胞浸潤、心肌細胞及間質水腫、壞死，纖維化等。病毒侵犯第1 天就會引起心肌水腫，在病變2～3 周，水腫達到高峰，后期可引起纖維化病變。因此，本研究急性心肌炎組受心肌水腫、心肌間質膠原纖維增加的影響，平均ECV 值明顯大于對照組。

3.3 T1 mapping 及ECV 技術在急性病毒性心肌炎中的診斷效能 目前對急性病毒性心肌炎的診斷，心內膜心肌活檢具有有確定性意義，但操作較復雜，有一定的危險性，國內外醫院均極少開展。新近出現的T1 mapping 技術可以定量分析心肌炎性損傷程度，對于急性病毒性心肌炎診斷具有一定的價值。BOHNEN 等［14］采用T1 mapping 技術前瞻性研究急性心肌炎病理生理機制結果表明，增強前T1 值、ECV 值區分心肌炎和健康對照組AUC可達0.97、0.93，而且該技術還可以用來鑒別心肌炎急性期、愈合期。劉鋼等［15］采用T1 mapping、T2 mapping 技術聯合診斷急性心肌炎敏感性、準確性為90.5%、95.5%；FERREIRA 等［16］定量分析心肌炎患者纖維化研究指出，T1 mapping 技術診斷準確性優于T2WI、LGE，也達90%以上，遠高于T2WI、EGE、LGE 技術聯合診斷急性心肌炎的準確性［17］；RADUNSKI 等［18］對ECV 技術聯合LGE 診斷心肌炎也做了相關研究，其準確性在90%以上。本研究采用增強前心肌平均T1 值鑒別急性心肌炎組與對照組敏感性、特異性及準確性分別為88.9%、92.9%、92.7%，ECV 值鑒別急性病毒性心肌炎組與對照組敏感性、特異性及準確性也在90%以上，而且該方法操作簡單，無輻射，僅需一次MR 檢查就能實現，大大縮短了臨床診斷周期，因此T1 map?ping 技術在診斷急性病毒性心肌炎中具有較大診斷價值。

本研究不足之處在于樣本量偏小，未進行橫斷面分析，如性別、年齡是否與心肌T1 值有關，而且本研究主要采用心肌平均T1 值進行分析，未對更為精確的17 節段段進行分析，另外，本研究由于是采用興趣區法測量T1 值，可能會受到部分容積效應（心肌血池交界等）的影響，精準度略有下降。同時，本研究僅對增強前T1 值及ECV 值診斷急性VMC 診斷效能分別進行了計算，未對聯合兩種方法的診斷進行統計學分析。下一步將加大樣本量的收集，對急性心肌炎進行更為細致、精準的研究。

T1 mapping 和ECV 技術的臨床應用已經開展一段時間，它為我們研究病變的組織特征提供了新的定量手段，可以對病變部位細胞內及細胞間質病理過程進行監測，為疾病的早期診斷、有效治療及療效評估提供依據。隨著新技術進一步研究，如采用壓縮感知技術T1 mapping 序列可以大大減少掃描時間，對心律不齊及無法屏氣的患者檢查成為可能，3D mapping 技術可一次掃描采集整個心臟數據，進而從整體對病變的分布及組織特征進行分析等，因此，隨著科技的發展，T1 map?ping 和ECV 技術將在臨床的應用將會更加廣泛，更加精準。