心血管磁共振T2 加權(quán)序列對急性心肌梗死后水腫心肌的診斷效能研究

孫崢，胡瑩瑩，吳芳，劉志，張楠，盧潔

隨著急性心肌梗死（AMI）發(fā)病率的逐年上升[1]，心血管磁共振成像（CMR）因具備一站式評估心臟解剖結(jié)構(gòu)和功能的特性，應用愈加廣泛[2]。既往研究表明，水腫是造成局部心肌頓抑的重要原因之一[3-6]，嚴重影響心肌收縮功能[7]。因此，AMI 患者行CMR 檢查的第一步即是準確識別水腫心肌并有效評價其影響范圍。心肌水腫的病因一方面來自于血管閉塞后的缺血狀態(tài)，另一方面再灌注血管開通會一定程度加劇水腫的波及范圍[7]。水腫心肌也可稱為梗死周圍心肌（peri-infarct myocardium,PIM）[8]或可挽救心肌（area-at-risk,AAR）[9]。CMR 檢測水腫心肌不僅可區(qū)分梗死相關動脈（infarct-related artery,IRA），亦能量化可挽救心肌，繼而指導后續(xù)精準治療[10]。磁共振T2 加權(quán)成像（T2-weighted imaging）對水腫心肌敏感度高，是測定AAR 的一種可靠方法[11-13]。基于T2 加權(quán)黑血反轉(zhuǎn)恢復（T2-short TI inversion recovery,T2-STIR）序列是臨床常用序列之一,但其受限于心臟搏動，慢血流偽影等因素制約，圖像質(zhì)量飽受詬病[14-15]，且黑血T2-STIR 序列需患者多次屏氣配合，對危重患者適用性差。亮血T2 預脈沖自由呼吸平衡穩(wěn)態(tài)進動（adiabatic T2-preparation single-shot SSFP,T2p-SSFP）序列可彌補T2-STIR 短板[9,16-17]，采用自由呼吸掃描，并產(chǎn)生多幅圖像自動運動校正和平均，有效提高信噪比，適用于快速評估水腫心肌。因此，本研究旨在將黑血與亮血T2 序列比較并結(jié)合，評估AMI 后水腫心肌的成像圖像質(zhì)量和臨床診斷效能。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2016 年9 月至2018 年12 月首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院心臟科確診的AMI 患者76 例，年齡（57±11）歲，男性66 例。所有患者均為首次發(fā)作AMI，于血管再通后3～7 d 內(nèi)行CMR 檢查。入組標準[18]：（1）首診出現(xiàn)典型的心肌酶標記物動態(tài)改變；（2）有顯著的心肌缺血臨床表現(xiàn)；（3）出現(xiàn)病理性Q波；（4）心電圖示ST 段抬高或壓低。排除標準[19]：（1）陳舊性心肌梗死、室性心律失常、心原性腦卒中或其他心肌病病史；（2）注射對比劑72 h 前，出現(xiàn)任何嚴重的過敏反應或?qū)Ρ葎┻^敏，估算腎小球濾過率（eGFR）≤60ml/（min·1.73 m2）或血肌酐水平≥120 mmol/L；（3）心臟停搏、冠狀動脈旁路移植術、慢性心力衰竭、終末期腎病或肝衰竭、腦卒中、凝血病、妊娠或心功能Killip Ⅱ～Ⅳ級。本研究經(jīng)首都醫(yī)科大學宣武醫(yī)院倫理委員會批準（倫理號：D2014044）。全部入組患者均需家屬陪同，并簽署知情同意書。

1.2 圖像數(shù)據(jù)采集

應用Siemens Magnetom verio 3.0T 磁共振掃描儀（西門子，德國），配合8 通道體表線圈采集圖像。注射對比劑前采集3 種T2 加權(quán)序列：黑血T2-STIR，亮血T2p-SSFP 和T2-MAP 序列，注射對比劑后采集常規(guī)心功能電影序列和心肌延時強化（LGE）序列。掃描體位包含全部序列的兩腔心、四腔心，覆蓋由心底至心尖的8 層短軸位圖像。T2-STIR 參 數(shù)：TR/TE/TI=591 ms/70 ms/170 ms，翻轉(zhuǎn)角180°，F(xiàn)OV 340 mm×340 mm，空間分辨率1.3 mm×1.3 mm×6 mm，回波鏈17，吸氣末屏氣，每兩個R-R 間期采集1 幅圖像；T2p-SSFP 參數(shù)：TR/TE=309 ms/1.56 ms，翻轉(zhuǎn)角43°，F(xiàn)OV 340 mm×340 mm，空間分辨率2.2 mm×1.4 mm×6 mm，T2 準備預脈沖60 ms，重復次數(shù)8 次，自由呼吸狀態(tài)下每兩個R-R 間期采集1組圖像，1組內(nèi)包含單層6 幅算數(shù)平均圖像；T2-MAP 序列以穩(wěn)態(tài)自由進動為基礎，T2 預脈沖時間設定為0 ms，25 ms 和55 ms，TR/TE=223 ms/1.13 ms，翻轉(zhuǎn)角24°，空間分辨率2.5 mm×1.9 mm×8 mm。注射對比劑后15 min內(nèi)采集的心功能電影序列參數(shù)：TR/TE=2.84 ms/1.25 ms，翻轉(zhuǎn)角50°，F(xiàn)OV 340 mm×340 mm，空間分辨率1.8 mm×1.4 mm×6 mm；LGE 序列參數(shù)：TR/TE=904 ms/2 ms，翻轉(zhuǎn)角20°，F(xiàn)OV 360 mm×360 mm，空間分辨率1.9 mm×1.4 mm×6 mm。對比劑采用釓噴酸葡胺注射液（北京北陸藥業(yè)，國藥準字H10860001），對比劑劑量0.2 ml/kg。

1.3 圖像后處理分析

應用CVI42 5.12.1 軟件（Circle Cardiovascular Imaging,加拿大），半自動識別心外膜、心內(nèi)膜。依據(jù)美國心臟協(xié)會（AHA）分級[20]采用牛眼圖自動分析室壁運動異常和透壁損傷，以節(jié)段劃分法將左心室分為17 節(jié)段，由于心尖單一節(jié)段不利于觀察測量，存在誤差，故分析時剔除。選取黑血T2-STIR 和亮血T2p-SSFP序列原始圖像短軸位放置感興趣區(qū)（region of interest,ROI），遠端心肌[21]信號強度定義為（signal intensity,SI）SIMYO，水腫心肌[8]信號強度定義為SIEDEMA，血池信號強度定義為SIBP，胸壁前2～3 cm 處空氣背景信號強度SIB，信噪比（signal to noise ratio,SNR）定義為組織信號強度除以背景信號強度，即SI/SIB，從而計算比較兩序列不同組織成分間的信噪比。對比噪聲比（contrast to noise ratio,CNR）定義為兩種組織間SNR 之差，即CNR1=SNREDEMA -SNR MYO；CNR2=SNREDEMA -SNR BP。

1.4 圖像質(zhì)量評價

患者水平圖像偽影識別：對每例患者的全部兩腔心、四腔心、短軸位圖像進行偽影識別[22]，判斷黑血T2-STIR 序列和亮血T2p-SSFP 序列：（1）是否出現(xiàn)呼吸運動偽影；（2）是否出現(xiàn)磁敏感偽影，以患者個體為單位，出現(xiàn)任意偽影即評分記為1，全部圖像均無上述兩種偽影則記為0。

層面水平圖像質(zhì)量評價：選取黑血T2-STIR 和亮血T2p-SSFP 序列全部短軸位進行SNR 和CNR 的圖像質(zhì)量評價。記錄并比較兩序列遠端心肌，水腫心肌，血池的信噪比，比較水腫心肌與遠端心肌，水腫心肌與血池的對比噪聲比。

節(jié)段水平診斷效能比較：針對每例患者，根據(jù)黑血T2-STIR 和亮血T2p-SSFP 短軸位節(jié)段分割圖像判斷是否存在水腫心肌，并以5 分法記錄評分[23]（1 分：水腫心肌明確不存在；2 分：可能無水腫心肌；3 分：模棱兩可，不確定；4 分：可能存在水腫心肌；5 分：水腫心肌明確存在）。使用CVI42 軟件在金標準T2-MAP 序列上，選取未受梗死影響的遠端心肌[21]再次放置ROI，以大于2 倍標準差（SD）來確定水腫心肌的存在[24]，并以節(jié)段水平記錄（有水腫心肌為1，無為0）[25-26]。同時，以骨骼肌信號強度為基準，識別同層遠端心肌T2 信號強度，得到T2 心肌信號強度比值[19,27]。上述評估均由兩名具有10 年以上心血管影像診斷經(jīng)驗的醫(yī)師進行雙盲評價，若兩名評估者間出現(xiàn)診斷結(jié)果不一致，則由第三名具有15 年診斷經(jīng)驗的臨床影像醫(yī)師進行決斷。

1.5 統(tǒng)計學分析方法

采用MedCalc 15.6.1 軟件進行數(shù)據(jù)分析與處理。應用Kolmogorov-Smirnov 法行正態(tài)性檢驗。正態(tài)分布連續(xù)變量采用均數(shù)±標準差表示，分類變量以頻率或構(gòu)成比（%）表示，偏態(tài)分布資料以中位數(shù)（P25，P75）表示。AMI 患者的圖像偽影評價采用卡方檢驗，SNR、CNR 評價采用配對樣本t檢驗，執(zhí)行多次比較校正。通過ROC 曲線分析黑血T2-STIR 和亮血T2p-SSFP 以及兩者相結(jié)合后對水腫心肌的診斷效能。P<0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 76 例AMI 患者的臨床資料（表1）

表1 76 例急性心肌梗死患者的臨床資料（±s）

表1 76 例急性心肌梗死患者的臨床資料（±s）

76 例AMI 患者年齡（57±11）歲，男性66 例。患者的左心室舒張末期容積為（104±23）ml，左心室收縮末期容積為（46±18）ml，左心室射血分數(shù)為（51±14）%。經(jīng)冠狀動脈造影確定的罪犯血管為：左前降支（LAD）40 例，右冠狀動脈（RCA）24 例，左回旋支（LCX）12 例。

2.2 患者水平圖像偽影識別

黑血T2-STIR序列產(chǎn)生運動偽影24例（31.6%），亮血T2p-SSFP 序列5 例（6.6%），差異有統(tǒng)計學意義（χ2=13.81，P<0.05）；T2-STIR 序列識別敏感偽影17 例（22.4%），T2p-SSFP 序列2 例（2.6%），差異有統(tǒng)計學意義（χ2=11.79，P<0.05）。圖1 顯示兩序列四腔心位、兩腔心位、短軸位對比后，黑血T2-STIR 心尖層面出現(xiàn)貯存慢血流運動偽影。

圖1 1 例67 歲男性患者的黑血T2-STIR 和亮血T2p-SSFP 序列層對應心肌圖像偽影識別

2.3 層面水平圖像質(zhì)量評價（圖2）

圖2 76 例患者的層面水平圖像質(zhì)量分析

黑血T2-STIR 和亮血T2p-SSFP 序列圖像質(zhì)量分析中共計608 層（76 例×8 層）短軸位納入統(tǒng)計。

黑血T2-STIR 序列遠端心肌、水腫心肌、血 池 的SNR 分 別 為8.69（6.70,11.26）、19.74（13.25,26.65）、4.19（3.23,8.09），與亮血T2p-SSFP序 列4.23（2.92,6.89）、8.90（4.69,14.77）、7.90（4.97,9.67）相比，遠端心肌和水腫心肌的SNR 差異 有統(tǒng)計學意義（t=-6.06 和-8.11，P均<0.05），兩序列的血池SNR 差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。兩序列的水腫心肌CNR 與遠端心肌CNR 比較[T2-STIR：11.28（4.52,17.59）vs.T2p-SSFP：4.45（1.13,7.13）]，水 腫 心 肌CNR 與 血 池CNR 比較[T2-STIR：10.88（7.80,16.98）vs.T2p-SSFP：3.52（0.87,5.93）]，差異均有統(tǒng)計學意義（t=-5.39和-8.09，P均<0.05）。

2.4 節(jié)段水平診斷效能比較（圖3、表2）

表2 依據(jù)LAD、RCA、LCX 為罪犯血管劃分的節(jié)段水平進行診斷效能比較

圖3 依據(jù)LAD、RCA、LCX 為罪犯血管劃分的節(jié)段水平進行診斷效能比較

對LAD 罪犯血管范圍內(nèi)640 節(jié)段（40 例×16節(jié)段）水腫心肌的識別，黑血T2-STIR 序列敏感度為87.4%，特異度為89.9%；亮血T2p-SSFP 序列敏感度為84.1%，特異度為93.5%，兩者ROC 的AUC均為0.90，差異無統(tǒng)計學意義（P=0.76）。對RCA 罪犯血管范圍內(nèi)384 節(jié)段（24 例×16 節(jié)段）水腫心肌的識別，黑血T2-STIR 序列對比亮血T2p-SSFP 序列，敏感度分別為83.3%和81.6%，特異度分別為88.9%和93.5%；兩者ROC 的AUC 均為0.88，差異無統(tǒng)計學意義（P=0.92）。對LCX 罪犯血管范圍內(nèi)192 節(jié)段（12 例×16 節(jié)段）水腫心肌的識別，黑血T2-STIR 序列敏感度降為80.9%，特異度為88.9%；亮血T2p-SSFP 序列敏感度降為75.0%，特異度為95.4%，兩者ROC 的AUC 分別為0.87 和0.86，差異無統(tǒng)計學意義（P=0.59）。將兩序列結(jié)合共同進行水腫心肌識別，敏感度最高提升至93.7%，特異度保持為92.5%，AUC 為0.96，約登指數(shù)為0.86，與兩序列單獨測量比較，差異均有統(tǒng)計學意義（P均<0.05）。

3 討論

本研究發(fā)現(xiàn)黑血T2-STIR 序列對水腫識別的敏感度高，亮血T2p-SSFP 序列的識別特異性高，兩序列圖像質(zhì)量俱佳，兩者相結(jié)合可精準識別并診斷心肌水腫，黑血、亮血T2 加權(quán)序列的組合具備臨床實用價值。

AMI 發(fā)生后心肌細胞內(nèi)水分的增加，水分子由細胞外到細胞內(nèi)的移動，或由結(jié)合水變?yōu)樽杂伤牟±頇C制[28]在心肌內(nèi)產(chǎn)生長T2 信號，T2 序列可第一時間敏感捕捉此高信號，是為臨床評價和后續(xù)研究推進的重要基礎[15,29-31]。其次，CMR 評估AMI 患者心肌損傷時，通常以梗死心肌作為直接量化指標，這是由于梗死發(fā)生后心肌出現(xiàn)了不可逆的損傷，即梗死核心（infarction core,IC）。但近年來多項研究均表明IC 心肌周圍存在半暗帶（心肌水腫）[32-33]，水腫面積大于IC 的部分包含了心肌可逆的損傷，水腫減去IC 可計算心肌挽救指數(shù)[34]。因此，有充分必要應用T2 加權(quán)序列識別水腫心肌。再次，水腫是造成心肌頓抑的重要原因之一[35]。當冠狀動脈三支分支（LAD、RCA、LCX）罪犯血管閉塞后，心肌細胞缺氧缺血，致水鈉離子潴留、心肌細胞腫脹。執(zhí)行經(jīng)皮冠狀動脈介入治療（PCI）再通后心肌復血流，心肌毛細血管內(nèi)外通透性增加，血液中自由水滲透并滯留于組織間隙中，當組織內(nèi)間隙靜水壓增加到一定程度時壓迫毛細血管，會進一步加劇心肌缺血，致使心肌損傷擴大[20]。故精準且有效的識別水腫心肌波及范圍，覆蓋節(jié)段是本文采用多模態(tài)T2 加權(quán)評估水腫心肌診斷效能的重要目標。

基于T2 加權(quán)的黑血T2-STIR 和亮血T2p-SSFP序列是評估心肌水腫的兩個側(cè)面，二者相結(jié)合將產(chǎn)生“1+1>2”的效應。黑血T2-STIR 序列是評估水腫心肌的經(jīng)典序列，利用T2、T1 在心肌水腫中的信號改變成像，其準確性較好[9]。但該序列采用半定量技術，必須參照正常心肌來定義水腫心肌，當梗死病變以“瀑布式”彌漫或與正常心肌對比度不夠時，即可出現(xiàn)漏診或低估[35]。同時其序列產(chǎn)生的諸如“心內(nèi)膜下貯存血”、“呼吸運動偽影”等因素亦飽受詬病。本研究中針對患者水平偽影的評價證實了上述觀點（圖1），黑血T2-STIR 序列有近三成圖像出現(xiàn)偽影情況，這同Payne 等[19]針對54 例AMI 患者應用兩種不同T2 序列對心肌水腫的評價保持一致。亮血T2p-SSFP序列以T2 穩(wěn)態(tài)自由進動（SSFP）為基礎，雖損失了部分SNR 和CNR，但可用于替代或?qū)谘猅2 序列的補充。這是由于非選擇性180°絕熱再聚焦脈沖組成的T2 準備預脈沖在T2p-SSFP 序列內(nèi)建立的T2 對比，不僅可以在自由呼吸下采集圖像，還可進行運動校正結(jié)合原始圖像進行平均和增強，最終獲得高質(zhì)量T2 圖像[4]。同時，常規(guī)SSFP 的心臟收縮舒張周期圖像也有助于檢測水腫區(qū)域的局部高信號，當長軸位（四腔心、兩腔心）上沒有局部T2 高信號能顯示水腫時，同層短軸位圖像上心肌相對于骨骼肌的信號強度比若增高，通常比率大于2.0 被認為異常，即可準確提示整體心肌T2 信號的增加。本研究中T2 心肌信號強度比值為2.19，證實多模態(tài)T2 加權(quán)序列是可有效反映AMI 患者水腫損傷的存在。

本研究采用ROC 曲線分析來比較節(jié)段水平基于T2-MAP“金標準”和閱片醫(yī)師間對真實診斷和觀察診斷的分辨能力。黑血T2-STIR 序列對于三支罪犯血管病變所轄節(jié)段（LAD、RCA、LCX）均表現(xiàn)出較高的敏感度，這表明黑血池對比亮水腫心肌，黑白的反差為臨床醫(yī)師提供更強的視覺沖擊。同樣，較高的特異度亦可輔助醫(yī)師排除非水腫病變，一舉兩得。但值得注意的是，類似圖1 反映的“慢血流運動偽影”是造成黑血T2-STIR 序列假陽性的重要原因之一。亮血T2p-SSFP 序列，血池為高信號，心肌信號壓低，雖SNR 和CNR 對比略遜一籌，但兩序列在三支冠狀動脈血管節(jié)段表現(xiàn)出相同的AUC，即表明整體診斷效能一致。本研究進一步探索了將黑血T2-STIR 序列和亮血T2p-SSFP 序列二者聯(lián)合應用時的診斷效能，結(jié)果顯示二者聯(lián)合應用的診斷能力顯著提升。因此，本文建議在AMI 患者水腫心肌的評價模塊中，黑血T2-STIR 序列作為首診序列選擇使用，遇存疑節(jié)段時，加掃亮血T2p-SSFP 序列，準確性將大幅提高。

本研究存在以下局限性：（1）樣本量納入中男性患者明顯多于女性患者，因而可能存在一定偏倚；（2）針對AMI 患者未以ST 段抬高與否進行亞組分析，應后續(xù)進一步細化研究；（3）未對患者進一步隨訪觀察，不能全面反映梗死后水腫心肌的動態(tài)演變[36]。

綜上所述，黑血T2-STIR 和亮血T2p-SSFP 序列對AMI 后水腫心肌圖像顯示俱佳，兩者互補結(jié)合可顯著提升水腫識別的敏感度和準確性。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突