3.0 T MR测量正常人左心室心肌纵向弛豫时间和细胞外容积比率

本文原载于《中华放射学杂志》2016年第12期

心肌纤维化是各种心血管疾病导致心脏病理重构的主要表现，是心脏机械功能及电活动异常的病理基础。对心肌纤维化进行定性及定量分析，有助于心脏疾病的诊治及预后判断^[1,2]。根据病变的分布情况，心肌纤维化分为局灶性和弥漫性纤维化。心脏对比剂延迟增强MR成像（LGE-CMR）具有良好的组织分辨率，被视为评价局灶性纤维化的金标准^[3]。但对于弥漫心肌纤维化，由于缺乏'正常'心肌组织作为背景进行对比，因此LGE-CMR应用受限。

新近发展起来的纵向弛豫时间定量成像（T₁ mapping）技术，通过直接测量心肌T₁值，以T₁值编码反映图像中各个体素的信号强度，通过计算机运算绘制出参数示意图^[4]，可以定量评估扫描范围内的任意点或全部心肌，从而实现对弥漫心肌纤维化的成像。其主要评价参数包括心肌固有（对比增强前）T₁值和心肌细胞外容积比率（extracellular volume fraction, ECV）。ECV测定的是细胞外间质容积占整个心肌容积的百分比，不易受磁场强度、成像序列、肾脏功能等因素影响^[4]。基于T₁ mapping的ECV测定已被用于弥漫性心肌纤维化的定量评估，尤其对患者预后显示出良好的预测价值^[5,6,7]。最近的研究发现，3.0 T心脏MR成像测的ECV值与活检心肌组织采用天狼星红染色测定的心肌纤维化程度高度相关（r=0.78，P0.001），而无论是增强前T₁值还是LGE程度均与活检结果无相关性^[8]。此研究结果提示ECV值可作为无创评价弥漫心肌纤维化的重要标准。因此，了解健康人T₁ mapping成像参考值范围对于识别弥漫性心肌纤维化具有重要意义，尤其是对于舒张性心力衰竭等疾病的早期诊断^[9]。本研究对健康人进行3.0 T MR T₁ mapping成像，测定健康人左心室心肌T₁值和ECV，并探讨其可能的影响因素，以期为临床及科研提供T₁ mapping成像的参考值范围。

资料与方法

一、临床资料

自2014年10月至2015年8月，纳入62名健康志愿者行心脏MRI检查。入选标准为：年龄≥18岁；既往无心脏病病史；无高血压、糖尿病等心血管相关危险因素；排除标准包括：体内含有固定金属植入物，幽闭恐惧，肾功能不全（肾小球滤过率<30>²，行心脏MRI检查时心率为（68±12）次/min。

本研究经首都医科大学附属北京安贞医院伦理委员会批准（批准文号：2013024）。所有受检者均在充分了解检查目的及风险的情况下，自愿参加并签署知情同意书。

二、心脏MR检查

采用德国Siemens Verio 3.0 T MR扫描仪及32通道表面相控阵心脏线圈。成像序列包括：（1）心脏电影成像：扫描范围包含左心室基底段至心尖段在内的左心室短轴、长轴和四腔心层面，主要成像参数：FOV 286 mm×340 mm，矩阵216×256，TR 3.40 ms，TE 1.70 ms，时间分辨率40 ms，层厚8 mm。（2）运动自动矫正反转恢复真实稳态自由进动T₁ mapping成像（steady state free precession-based modified Look-Locker inversion recovery，SSFP-MOLLI）：扫描范围包含左心室三层短轴层面（基底段、中央段及心尖段），主要参数：FOV 270 mm×320 mm，矩阵144×256，TR 2.80 ms，TE 1.18 ms，反转角35°，层厚10 mm，并行采集加速因子2，11个心动周期采集1幅心肌和1幅血池T₁ mapping图像。（3）LGE：采用二维相位敏感反转恢复快速小角度激发（phase sensitive inversion recovery turbo fast low-angle shot，PSIR turbo FLASH）序列，经肘正中静脉注入对比剂（Gd-DTPA，拜耳先灵公司，德国；流率2.0 ml/s，用量0.2 mmol/kg），延迟5~10 min采集左心室短轴、两腔心和四腔心图像。主要参数：FOV 260 mm×350 mm，矩阵130×256，TR 4.10 ms，TE 1.60 ms，反转角20°，层厚8 mm，反转恢复时间（TI）300.00 ms。（4）对比增强T₁mapping成像：静脉注入对比剂后15~20 min重复采集前述短轴层面的T₁ mapping，扫描序列、参数同前。于检查当日在进行MRI检查前采集静脉血，获取红细胞压积（Hct）数据。

三、图像后处理分析

MRI数据传入后处理工作站(Argus and Syngo，Siemens公司)。首先进行心功能测量，软件自动计算并输出心功能参数指标，记录每名志愿者左心室射血分数（LVEF）、左心室舒张末期容积（EDV）、左心室收缩末期容积（ESV）、每博输出量（SV）、心输出量（CO）和心肌质量（MM）。第2步，进行延迟强化图像定性分析，在阅读全部LGE图像后确定是否存在延迟强化病灶。第3步，定量分析T₁ mapping图像，手动勾画ROI（free ROI工具）分别描记增强前、后基底段、乳头肌水平和心尖段图像左心室心内膜和心外膜边界，软件自动计算并输出该层面勾画的闭合范围内增强前、后心肌的平均T₁值（T_{1myo pre}，T_{1myo post}）。测量时尽量避开左心室血池（接近心内膜）及心包脂肪（接近心外膜）等可能产生部分容积效应的区域（图1, 图2, 图3, 图4）。之后采用ROI工具勾画增强前、后每一层面图像左心室血池范围。软件自动计算并输出该层面增强前、后血池平均T₁值（T_{1blood pre}，T_{1blood post}）。记录左心室基底段、中间段及心尖段层面的心肌及血池增强前、后的平均T₁值。每名受试者增强前及增强后左心室平均T₁值为基底段至心尖段3层图像心肌T₁值的均值。采用如下公式获得每名受试者左心室整体及分别3个层面的ECV数据^[4]。

四、统计学方法

统计分析采用SPSS21.0软件，连续变量采用±s表述。左心室心肌不同层面间T₁值及ECV的比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD分析；男女左心室心肌T₁值及ECV的比较采用独立样本t检验。采用Pearson相关分析进行年龄、Hct、心脏功能指标与T₁ mapping各项参数的相关性分析。P0.05为差异有统计学意义。

结果

一、心脏功能指标

入组健康志愿者的LVEF为（60.1±7.2）%，EDV为（95.2±17.6）ml，ESV为（37.7±10.2）ml，SV为（56.7±13.2）ml，CO为(3.9±1.0) L/min，左心室心肌质量为（84.2±24.6）g。LGE图像定性分析显示，受检者不存在左心室心肌延迟强化病灶。

二、T₁ Mapping图像分析

所有志愿者均完成增强前、后T₁ mapping成像，获得可用于评估的增强前、后T₁ mapping图像各186幅。左心室整体增强前心肌T₁值为（1 248.1±36.5）ms，增强后心肌T₁值为（565.2±54.4）ms，ECV为（26.6±2.7）%。基底段、中央段及心尖段增强前、后T₁值差异均无统计学意义，ECV差异具有统计学意义；心尖段ECV高于基底段和中央段，差异具有统计学意义，基底段和中央段ECV差异无统计学意义（表1）。入组志愿者男性左心室增强前心肌T₁值短于女性，增强后心肌T₁值长于女性；男性左心室ECV值明显小于女性，差异均具有统计学意义。男性Hct大于女性，差别具有统计学意义（表2）。

三、相关性分析

Pearson相关分析结果显示，增强前、后心肌T₁值、ECV与年龄无相关性（P>0.05）；增强前心肌T₁值、ECV与Hct呈负相关（r值分别为-0.425、-0.652，P0.01），增强后心肌T₁值与Hct正相关性（r=0.357，P0.05）。

心功能各项指标与增强前心肌T₁值均无相关性（P>0.05）；除SV外（r=-0.313，P0.05），其他心功能指标与ECV均无相关性（P>0.05）。

讨论

本研究采用3.0 T心脏MR T₁ mapping技术对健康人心脏进行成像，获得左心室心肌整体及不同层面T₁参考值范围。本研究结果显示，左心室心尖段ECV较基底段及中央段大；女性ECV高于男性，女性左心室增强前心肌T₁值长于女性，增强后心肌T₁值短于男性，年龄对T₁ mapping成像各项主要参照指标无显著影响，Hct与增强前左室心肌T₁值及ECV呈负相关。T₁ mapping技术作为定量化测量手段，确定其正常参考值范围是发现异常心肌的基础。结合以上T₁mapping的影响因素，本研究提供了在3.0 T场强下，基于MOLLI技术的T₁ mapping成像序列的正常心肌T₁值及ECV参考值。

本研究结果显示，健康人左心室整体增强前心肌T₁值为（1 248.1±36.5）ms，ECV为（26.6±2.7）%，与Kawel等^[10]结果基本一致；但增强前心肌T₁值略高于部分相同场强和相同序列的其他研究^[11,12]。产生这种差异的原因，可能与入组人群不同、测量采样部位不同有关。此外，与既往报道一致^[13]，我们的结果显示，左心室不同层面的ECV存在差异，心尖段较基底段和中央段ECV测值大，可能与心尖部室壁更薄、细胞外基质所占的比例更大有关，此外也可能与心尖部图像更易受部分容积效应干扰有关。正是基于这个原因，一些研究仅测量基底段或中央段间隔壁心肌T₁值^{[11,12,14,15]}，但仅测量间隔壁心肌不能全面反映整体心肌病变受累范围及程度，如何在减少部分容积效应的影响下准确测量更多心肌节段的T₁值，将是未来研究的方向之一。

本研究结果显示，增强前心肌T₁值、ECV女性高于男性，且差异具有统计学意义。Dabir等^[15]入组102名志愿者的多中心研究结果发现，心肌T₁值与性别无关。而Sado等^[14]入组81名健康人的ECV研究发现，女性ECV高于男性，我们的结果与其一致。同时，我们的研究显示，男女之间Hct差异有统计学意义，并且Hct与增强前心肌T₁值和ECV均有明显相关性。因此，对于ECV和增强前心肌T₁值在性别中的差异，可能反映的是类似于身高、体重、血红蛋白含量等性别间的固有差异；同时，由于Hct在ECV计算公式中占有较大权重，性别间Hct的差异亦增加了性别间ECV的系统性差异。

目前，对于年龄与心肌T₁值的关系存在较大争议。本结果显示，年龄与心肌T₁值及ECV的相关性不具有统计学意义。同时部分文献显示年龄与心肌T₁值、ECV无关^[15,16]。而Ugander等^[17]研究发现，年龄与心肌ECV存在弱相关性（r=0.28，P 0.05）。该研究所入选为MR检查正常的人群，但其中53%的人合并高血压，10%患有糖尿病，这两个心血管危险因素均随年龄增加而增加，且都会导致ECV增大^[18]。一些应用血清生物标记物探讨心肌纤维化的研究，对于年龄与心肌纤维化的关系，也没有达成一致结论^[19,20]。而在真实的临床实践中，从老年人群中入选不合并任何心血管危险因素的健康人存在相当的难度。本研究中，60岁以上的健康志愿者仅有9名，样本量的不足可能掩盖了年龄与心肌T₁值的关系。

在除外心肌水肿及病理性铁质或异常蛋白沉积的情况后，心肌细胞外间质容积的增加反映了心肌纤维化的严重程度^[21]。病理状态下，心肌纤维化导致心肌收缩力下降，射血分数降低，进而引起左心室正性重构，舒张末期及收缩末期容积增加。我们对这62名健康人进行的研究也反映了上述趋势，其LVEF与增强前心肌T₁值、ECV呈负相关，但相关性并不具有统计学意义。

本研究的局限性在于，入组的样本量偏少，尤其老年健康志愿者人数少，可能会导致心肌T₁值及ECV与年龄、左心室功能指标等的相关性未显示出统计学意义。其次，本研究未能进行观察者间及观察者内部比较。但其他同类研究已证实本研究采用的T₁ mapping序列的可重复性及检测精度^[13,22]。最后，本研究在采集入组者图像期间，不具有增强前、后图像配准技术，在一定程度上可能影响ECV结果。

综上所述，本研究测定了3.0 T磁共振MOLLI技术的T₁ mapping成像的增强前心肌T₁值和ECV正常值范围，有望为心脏疾病的早期诊断等提供参考依据。

利益冲突

利益冲突本研究过程和结果均未受到相关设备、材料、药品企业的影响

参考文献（略）

（收稿日期：2016-03-04）

（本文编辑：张琳琳 ）