心外膜脂肪組織心臟磁共振成像序列及研究進展

馬延，王晶鑫，王斌，羅松，蔡軍

作者單位：南京大學醫學院附屬金陵醫院東部戰區總醫院放射診斷科，南京 210002

心外膜脂肪組織（epicardial adipose tissue, EAT）是一種儲存能量并為冠脈提供物理保護的惰性脂肪組織，研究發現EAT 可產生脂肪因子、細胞因子、血管生成因子等活性物質[1-3]。EAT可直接浸潤心肌，導致心肌細胞功能紊亂，促進心肌纖維化，引起心肌細胞結構改變與功能紊亂，同時通過炎癥反應和氧化應激增加等機制影響心臟正常的電生理功能，研究顯示其與多種急慢性心血管相關疾病存在密切的關系[1,4-6]，可能是潛在的心血管疾病治療靶點[2,7-8]。影像學是目前定量評估EAT 主要手段，主要包括超聲心動圖[9]、計算機斷層攝影術（computed tomography, CT）[10-11]、心臟磁共振（cardiac magnetic resonance,CMR）[12-13]等成像方法。超聲心動圖易受聲窗影響與其他心臟脂肪較難區分，而CT具有電離輻射，無法重復多次使用；CMR具有高空間分辨率、無輻射傷害，良好組織對比度，目前被認為是EAT定量評估的參考標準，近年來得到廣泛的關注和應用[14]，其測量序列和方法較多，且操作不一致，本文就EAT的CMR成像序列、測量方法及臨床應用進展進行綜述。

1 EAT的CMR常用成像序列及測量方法

1.1 EAT常用CMR成像序列

CMR對EAT的評價主要基于脂肪組織的T1值較短，在大多數序列上呈現高信號，心包很薄，呈明顯的低信號。在研究EAT 的CMR 成像序列中，自旋回波類序列利用了組織的T1 或T2 對比，梯度回波類序列利用組織的T1 或T2/T1 對比。EAT主要成像序列包括黑血快速自旋回波T1、穩態自由進動（steady state free precession, SSFP）序列、DIXON 序列等，具體參數舉例見表1。

表1 心外膜脂肪組織常用心臟磁共振成像掃描序列參數列表

1.1.1 黑血快速自旋回波T1

通過雙反轉脈沖抑制血液信號，保留周圍背景組織信號。Okayama 等[15]在1.5 T 磁共振儀上使用黑血快速自旋回波和同反相位雙回波進行EAT 體積測量。Bizino 等[16]利用此序列在3.0 T 磁共振儀上進行了EAT 和心旁脂肪（paracardiac adipose tissue,PAT）的體積測量，為利拉魯肽對全身不同部位脂肪的影響提供了體積測量依據。黑血序列為臨床常用序列，相對比較容易獲得，但掃描時間相對較長，對患者憋氣配合要求高，其圖像質量容易受心律、場強不均勻等影響。

1.1.2 SSFP

SSFP 采用重繞相位編碼梯度場使SSFP-Refocused 達到穩態，其組織對比取決于T2/T1，可提供心臟電影圖像，能區分脂肪、血液和肌肉，是心臟成像最基本的序列。Haberka 等[17]應用此序列進行EAT 和PAT 體積測量，證明了糖尿病患者的EAT 體積較高。Leo 等[18]總結此序列能夠清晰顯示EAT 深入心臟周圍各種折疊結構的情況，大量EAT 可以扭曲心臟的結構。由于其組織對比來源于T2/T1，水腫、積液等可能干擾脂肪信號區域的準確界定，當患者心包積液較多時，本序列使用會受到一定限制，需結合黑血等其他序列進行邊界確定。

1.1.3 DIXON序列

DIXON序列利用水脂化學位移成像得到同反相位、純水和純脂肪信號，一次成像可得到多種組織成分成像，近年來在心外膜脂肪中研究增多[19]。Okayama 等[15]發現此序列效率高于常規黑血快速自旋回波T1WI，并可進行心外膜脂肪定量評估。Homsi等[20]利用此序列三維模式進行脂肪體積理論測量值與真實值比較，由于層厚較薄，獲得了更小的測量偏差，最大差異=6.00%，線性相關系數R=1.00。Nezafat 等[21]提出了一種聯合slice-interleaved T1技術和DIXON技術的呼吸導航新序列，具有心肌T1值測量和EAT體積測量兩個功能。Henningsson等[13]驗證了結合心臟電影與DIXON 結合的一種3D 序列可行性，其可以更好地克服心臟、呼吸的運動偽影。本序列為較新技術，研究主要為技術驗證階段，成像難度較大，需要專門的序列開發，且會增加整體成像時間，其臨床應用目前尚較少。

1.2 EAT主要CMR測量方法及軟件

EAT 體積計算Simpson 規則：脂肪面積之和乘以層面厚度加層間距之和，層面測量方位主要選擇心臟標準短軸位和人體標準解剖學姿勢橫軸位，測量范圍大同小異，基本從二尖瓣平面到包含心臟脂肪組織的最后一層，所檢索文獻中有多款軟件可用來測量，具體應用舉例見表2。

表2 心外膜脂肪組織常用測量軟件及測量過程舉例

1.2.1 Circle CVI42

Circle CVI42 是加拿大Circle CVI 公司出品的一款商用CMR 圖像專用心血管后處理軟件，可對醫學數字影像和通訊格式的心臟和血管磁共振圖像進行后處理和定量評價。Parisi 等[22]在B 超與CMR 預測冠心病的對照研究中都采用該軟件測量EAT體積。

1.2.2 Argus

Argus是德國西門子公司心功能分析軟件，可以提供有關體積、射血分數、心輸出量、心肌厚度等參數。Doesch 等[23]在EAT 作為穩定型慢性冠心病患者心血管MRI 新的預后標志物研究中，利用該軟件手動勾畫了EAT的范圍。

1.2.3 OsiriX

OsiriX是瑞士Pixmeo SARL公司開發的一款可以把CT和MRI數據整合生成3D圖像的處理軟件，可行旋轉，透視和動畫等各種操作，目前只支持蘋果操作系統。Nezafat等[21]在研究一款具有定量固有心肌T1值和EAT體積兩項功能的新序列中使用了該軟件。

1.2.4 3D Slicer

3D Slicer 是一款源于美國波士頓布里格姆婦女醫院手術計劃實驗室和麻省理工學院人工智能實驗室的可視化開源圖像處理平臺，具有圖像分割配準、顏色管理、3D可視、引導治療等功能。Zhu 等[24]在關于中國男性左室心肌變形與舒張功能及脂肪分布關系的研究中，通過該軟件測量了EAT與PAT的體積。

1.2.5 Qmass

Qmass 是荷蘭Medis 公司研發的圖像半自動處理軟件，可以提供豐富的心功能等參數。Bière 等[25]在對EAT 與ST 段抬高型心肌梗死的關系研究中，應用該軟件測量了EAT的體積。

1.2.6 其他軟件

除了上面提到的常用軟件，還可采用基于matlab 編程的離線專用數據分析程序(The MathWorks,Inc.,Natick,MA)。肥胖個體的EAT 體積、左心室應變和T1 舒張時間研究中都采用了該軟件[26-27]。近年來基于人工智能自動測量技術在心外膜脂肪測量中得到開發和應用[28-29]。

2 CMR評估EAT主要臨床應用

應用CMR評估EAT具有較多優勢，近年來其在缺血性心臟病、心衰、房顫、心肌病、糖尿病、慢性腎病等多種急慢性心血管相關疾病中有所報道。

2.1 缺血性心臟病

正常情況下EAT細胞分泌脂聯素，減少冠脈炎癥和心肌纖維化，但在失衡的情況下，EAT在動脈粥樣硬化的發生中起著關鍵作用，通過局部分泌生物活性分子（脂肪酸、免疫因子、應激因子、細胞因子或趨化因子）使冠脈反應性炎癥增加。EAT脂肪因子可以持續使血管收縮，導致冠脈功能減弱，從而加速冠狀動脈粥樣硬化[30-31]。Doesch等[23]利用CMR證實不同體積的EAT反映了冠心病的不同階段變化情況，提示EAT在缺血性心肌病發生發展中的復雜作用。研究發現艾滋病患者冠狀動脈內皮功能障礙與EAT增厚會加速艾滋病患者冠心病進程[32]。Bière等[25]對ST段抬高型心肌梗死患者的研究發現高EAT（體積＞33.50 mL）患者不僅梗死面積較低，而且梗死心肌愈合更好，高EAT能積極改善梗死面積對左室射血分數的不利影響，這可能與脂聯素的局部激素釋放和在嚴重缺血期間充當心肌細胞的儲能器有關。EAT與缺血性心臟病作用關系尚未完全清楚，這些研究結論間也存在不一致：一方面認為其可加速血管硬化，而另一方面又發現EAT體積高的急性心梗患者梗死面積小，其研究樣本量尚小，EAT在缺血性心臟中需要更嚴格的證據。

2.2 心衰

EAT 可以引起心室舒張功能障礙，較多研究證實EAT 與射血分數保留心衰關系密切[33-34]。SGLT2 抑制劑[35]、GLP-1 受體激動劑他丁類藥物等多種藥物可降低EAT 厚度和密度，減少EAT炎癥，改善心室的舒張功能。利用CMR發現艾塞那肽是降低2型糖尿病患者肝臟脂肪含量和EAT含量的有效藥物，但利拉魯肽的作用存在爭議[16,36]。Tromp等[37]研究發現心衰患者EAT 質量增加，但厚度變薄，EAT 與射血分數保留的心衰患者的心肌炎癥和纖維化相關性較強，與射血分數降低心衰患者相關性較弱，說明EAT 可能在射血分數保留與否的患者中發揮不同的作用。Wu等[38]研究發現心外膜脂肪與男性左室舒張功能不全參數有顯著相關性，而女性中相關性不明顯，推測脂肪沉積存在性別差異。隨著對心衰機制及治療的深入研究，EAT有望成為其療效評估的一個影像學指標。

2.3 房顫

EAT影響心房基質組織特性和心電激發，是房顫的重要危險因素[1,39]。研究證實了EAT 影響房顫的發生發展[40-41]并可預測室性心動過速導管消融術后復發[42]。心房肌纖維化是房顫發生的基礎，Lapinskas 等[43]通過取樣人的EAT 組織，并在大鼠心房器官培養模型中進行測試，得到了EAT 分泌體通過分泌激活素A等脂肪纖維因子促進心肌纖維化。Matos等[5]研究發現左心房纖維化不是EAT與房顫的主要機制，EAT與房顫復發的相關性比左心房纖維化更強，提示EAT 與房顫之間存在其他更重要的介質。雖然多個研究均顯示EAT 是房顫的重要危險因素，但其具體機制尚不明朗，需要更進一步研究。

2.4 心肌病

在心肌病方面，目前主要對于肥厚型心肌病中有少量報道。陳艷菲等[44]利用T1 mapping 技術探究EAT 對肥厚型心肌病左室重構的影響，高量EAT 發生梗阻型心肌肥厚者增多，是肥厚型心肌病患者心肌間質纖維化的獨立危險因素。Zhou等[6]分析了93例梗阻梗阻性肥厚型心肌病患者EAT，其中15例發生了房顫，發生房顫患者的EAT 要明顯高于未發生房顫患者，多因素回歸分析顯示EAT 是梗阻性肥厚型心肌病患者發生房顫的風險預測因素。這兩項研究主要都是分析EAT 與肥厚型心肌病相關的心肌纖維化、房顫等并發情況的關系，這些并發情況提示這類患者發生不良預后風險增高，需要進一步研究EAT是否也能用于肥厚型心肌病患者的危險分層。

2.5 糖尿病

EAT可作為一個識別糖尿病患者心血管高危人群的指標[45]，在糖尿病與心血管不良事件之間起到紐帶作用[46]，EAT也可能獨立于糖尿病而誘發動脈粥樣硬化。研究發現EAT在2型糖尿病心血管疾病的發展中具有位置特異性，不同位置的EAT可能具有不同的致動脈粥樣硬化潛能[47]。但長期存活的1型糖尿病冠脈粥樣硬化患者EAT量與冠脈粥樣硬化無關[48]。CMR相關研究發現糖尿病組患者EAT體積相對增加，大多數脂肪相關基因表達的差異與EAT的數量有關，心臟保護性成纖維細胞生長因子21 表達顯著降低[6]。CMR 相對于CT 評價心肌病變更有優勢，Rado等[49]分析EAT與糖耐量異常患者的左心室亞臨床心肌損傷獨立相關，不受傳統心血管危險因素影響，PAT無此相關性。研究發現新診斷的代謝綜合征患者QRS破碎波與EAT厚度有關[50]。

2.6 慢性腎炎

慢性腎臟病患者的心血管疾病發病率和病死率都很高，研究表明EAT 與慢性腎病患者的心血管疾病的發生息息相關[4]。Cai 等[51]通過CMR 成像研究了透析中心夜間血液透析對EAT和PAT的影響，測量了二者體積的變化，以及與左室重塑、心肌營養生物標志物、心肌損傷、心肌纖維化和左室容積之間的關系。舒張功能障礙在透析患者發生率很高，Zhou 等[52]分析了113 名透析三個月以上患者的EAT 與舒張功能障礙的關系，結果顯示EAT 與舒張功能相關，其積累可能是透析患者發生舒張功能障礙的獨立危險因素。目前已有研究主要集中于慢性腎病患者EAT 與心血管之間是否存在相關，并沒有深入研究慢性腎病對EAT 的直接或間接影響，其具體臨床價值也需要更多研究進一步探索。

3 目前研究存在的問題和展望

CMR對EAT的成像序列以目前SSFP電影等常規序列為主，采用何種序列目前尚無統一標準規范，這也限制了其在臨床廣泛應用。其對EAT 評價尚處在以體積測量為主的單個指標階段，手動標記EAT 范圍耗時耗力，影響效率和可重復性。在將來的研究中CMR可以探索更多用于EAT測量的新指標，發展更多反映EAT 病理生理變化的CMR 技術指標，突破單純在厚度、體積、位置方面的量化，比如EAT 脂肪代謝、純度、褐變等內部生化物質分子改變。可以進行EAT 定量分析后處理軟件雖然較多，其準確性及可操作性等尚未得到大范圍的臨床驗證，且時間效率較低。目前已有少量研究開始將深度學習等人工智能技術以用于EAT 的定量分析[29]，繼續推進EAT 半自動和全自動測量，挖掘EAT 影像組學信息，進一步研究人工智能自主學習的高效性和可重復性，用于疾病預后的預測及療效監測等。

總之，CMR可以多序列對EAT進行定量分析，隨著CMR在臨床上的普及，掃描序列及測量方法的進一步規范，其將會在心血管相關疾病防治中發揮越來越重要的作用。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無利益沖突。