冠状动脉磁共振成像研究进展

首都医科大学附属北京安贞医院  戴沁怡  张兆琪

    斑块破裂导致的血栓形成、血管闭塞，是造成急性心肌梗塞的主要原因，也是我国成人心脏病住院和死亡的首要原因。冠状动脉造影是临床诊断冠心病的“金标准”，但该方法仅能显示管腔、无法观察管壁，不能有效检出易损斑块和血管正性重构。由此，无创而有效的检测冠状动脉管壁的新方法成为当前研究热点。目前成像方法有血管内超声(Intravascular Ultrasound，IVUS)、光学相干断层扫描(Optical Coherence Tomography，OCT)、多层螺旋CT(Multi-Slice Computed Tomography，MSCT)和磁共振成像(Magnetic Resonance Imaging，MRI)等。MRI因其无创性和多参数成像的特点，已能显示大、中动脉斑块内的多种组织学成分，冠状动脉磁共振成像(coronary MRI，cMRI)始创于1987年，现将研究成果作一综述。

    一、成像技术

    1．亮血和黑血序列  (1)亮血序列属梯度回波序列，因流入效应使流动的血液呈白色影像，与血管周围组织形成对比，无需对比剂即可获得轮廓清楚的血管图像。梯度回波稳态自由进动序列(Steady State Free Procession，SSFP)已成为主导，SSFP在X、Y、Z 3个方向施加相位重聚梯度，并保持纵向磁化矢量恒定，从而实现信号的稳态和较高的信噪比。因图像对比主要依赖于组织结构的T2/T1比值，受血流速度的影响较少。(2)对比增强经静脉注入对比剂，利用其缩短血液T1弛豫时间的特性，配合快速梯度回波扫描抑制背景信号。对比剂能够增加图像信噪比和对比噪声比、减少慢血流所致伪影、提高成像速度。以上序列均用于冠状动脉管腔成像。(3)黑血序列属自旋回波序列，通过施加双反转脉冲消除感兴趣区内的血流信号，凸显管壁和心肌组织。双反转脉冲使用层面选择和非层面选择2个180^。预脉冲抑制血流信号，在此基础上施加选择性脂肪反转脉冲，即三反转脉冲，同时抑制血流和脂肪信号，用于冠状动脉管壁成像。

    2．心电和呼吸门控  (1)心电门控：为避免心脏搏动带来的伪影、cMRI各序列均采用心脏门控触发采集技术，即在心脏运动的“相对静止期”进行同步采集。扫描期相在四腔心电影中进行个体化选择。入选期相受心率影响，绝大多数在左心室舒张中晚期，少数在左心室收缩末期。通常一个心动周期内的“相对静止期”为70～330 ms，Botnar RM等报道 ，将采集时间限定在120 ms以下可明显提高图像质量，尽管这样最大程度的避免了心脏搏动带来的伪影，但也同时限制了采集速度、延长了扫描时间。(2)呼吸门控：正常人安静状态下膈肌运动幅度为10～20 mm，早期使用二维屏气技术避免呼吸伪影，屏气时间约15—20 s。然而，有限的屏气时间限制了图像分辨率，且每次屏气幅度不一致影响图像质量。1999年呼吸导航技术问世，即在自由呼吸条件下仅在呼气末进行图像采集。其原理是以导向电磁波束实时追踪某一界面(通常在右膈顶)，仅当界面处于设定范围内才进行数据重建。也有学者提出以心包脂肪作为监测界面，这样能祛除膈肌与心脏相对运动的影响，更精确的反映心脏实时运动。研究证实，与屏气技术相比呼吸导航优化了图像质量，但延长了扫描时间。

    3．分段和全心采集 (1)分段采集：分次沿选定的冠状动脉走向进行连续多个平面的图像采集。该方法耗时、要求定位准确，对迂曲或先天变异血管容易遗漏。(2)全心成像：是覆盖全部心脏的容积扫描，后期行多平面、皂泡或三维重建。该方法采集时间短，操作简便，图像直观。主要缺点是容积扫描时血液流人效应减弱使图像对比噪声比下降，操作时通常选用对比增强扫描提高质量。

    二、临床意义

    1．cMRI显示冠状动脉管腔  1987年Paulin等首次报道将磁共振(MR)用于主动脉根部和冠状动脉近段成像。随后Manning等总结非对比增强cMRI对左主干和3主支近中段管腔总显示率达84％，因回旋支距体表线圈远、管径细，敏感度和特异度最低。对比增强cMRI有更高的信噪比和对比噪声比，李晓兵等 研究表明冠状动脉近中段显示率接近100％，远段显示率77.8％ ～94.4％。研究证实全心成像或分段采集技术对主支管腔显示率无差异，但前者对分支显影更好、操作简单，易于显示变异血管。多中心研究显示，与管腔狭窄程度>50％的冠状动脉造影做对照，cMRI诊断冠心病的平均准确性达72％(63％ ～81％)，对除外左主干和3主支近段病变的阴性预测值接近100％。刘新等报道与造影对照cMRI诊断管腔狭窄敏感性47.6％～83.3％ ，特异性71.4％～73.7％，评价严重钙化斑块引起的管腔狭窄cMRI较CT有明显优势。搭桥术后静脉桥血管因管径大、运动幅度小而易被显示，已有经cMRI诊断桥血管狭窄或闭塞的个案报道，但对桥血管吻合口及固有血管评价仍受限；此外搭桥后遗留的胸骨钢丝和止血夹形成局部伪影和信号丢失，进一步限制cMRI的临床应用。支架术后的随访是cMRI的弱项，因支架金属伪影的干扰导致局部信号缺失，不能确切评价支架内再狭窄，仅通过显示支架前后的血管间接判断通畅程度。由于冠状动脉解剖关系重叠，传统造影技术即使采用多角度投射，仍难以显示异常起源血管的近段或是与心腔的毗邻关系，据统计冠状动脉造影仅能诊断约50％的起源异常。cMRI能显示三维解剖结构、对近段血管显示率高，无创无辐射，可作为诊断冠状动脉先天变异的方法之一。2．cMRI显示冠状动脉管壁2000年Fayad等等首次提出黑血冠状动脉管壁MRI的概念，早期多限于动物模型及离体或在体人的颈动脉、主动脉等较大血管。MRI因抑制 流和血管周围组织信号而直接显示管壁。管壁增厚通常是冠状动脉硬化的结果，对照研究显示冠心病患者的平均管壁厚度约(1.95±0.17)mm，而正常组MRI测量厚度约(1.7±0.19)mm (P<0.05)。Malayeri等报道应用cMRI测量冠状动脉管壁厚度和截面积，可成为评价动脉硬化的无创性检查手段之一。目前国内未见相关报道。MRI对主动脉、颈动脉等大中血管的斑块研究已较为成熟。MR利用斑块组织学成分如脂质、钙化、纤维组织的T1、T2值的不同，在T1WI、T2WI及PD序列上呈现的信号差异分析斑块的组织学成分及比率，从而推测斑块的稳定性。因颈动脉管径较大，位置表浅易被探测，扫描结果与病理对照一致性好，现已初步用于临床。

    三、前沿热点

    1．食道／血管内cMRI 2种方法均通过降低线圈与靶血管的距离来提高信噪比和空间分辨率。对离体动脉标本和活体人髂动脉成像的研究表明血管内MRI可以显示动脉粥样硬化斑块的成分。Larose等利用血管内MRI测量离体血管的管腔、管壁和面积，经组织学对比证实2者有很好的一致性。食道／血管内cMRI面临的主要问题是研制适宜直径和柔软度的导丝，并消除动脉快速血流对信号的干扰。

   2．分子影像学  指在活体状态下从细胞和分子水平利用影像学方法对生物学进程进行研究，是影像学、细胞学、生理学、病理学及分子生物学等的交叉学科。cMRI分子影像学主要是通过特异性对比剂显像，如血池对比剂和粥样硬化斑块特异性对比剂。前者包括蛋白结合Gd复合物、超顺磁性氧化铁(USPIOs)等，比传统的细胞外对比剂(Gd-DTPA)有更长的血池内半衰期、使冠状动脉成像时间更为充裕；后者能够特异性的和斑块内某种成分相结合，病理学显示USPIOs倾向于被粥样斑块中巨噬细胞吞噬、而纤维素-靶向MRI对比剂能够与血栓中的纤维素结合并被显示，从而经影像学方法反映斑块组织学成分。

    四、研究限度

    冠状动脉解剖结构细小、走行迂曲及位置深埋，正常成人管腔内径<10 mm、管壁厚度约0.5 mm～2.0 mm，周围有心包脂肪包裹，内有流动的血液。所以cMRI面临的问题除心脏、呼吸运动伪影外，还需要有足够的空间分辨率和与周围组织的对比。目前cMRI扫描耗时、平面内空间分辨率最高仅达0.5 mm×0.5 mm，不能精确判断管腔狭窄程度，无法分辨斑块内组织学成分，至今尚不能应用于临床。

    五、影像比较

    1．无创检查方法如MSCT目前发展迅速、应用广泛，与传统冠状动脉造影对照诊断冠心病的敏感性为82％～100％，特异性78％～98％。可清楚显示钙化和非钙化斑块，但由于脂质斑块与纤维斑块的CT值相近，2者不易区分 ；此外患者一次接受的放射线剂量大、必须使用碘对比剂。2．有创检查方法冠状动脉造影是目前临床应用最广的有创性检查方法。操作方法成熟，判断方式简便。能直观显示管腔狭窄／闭塞，亦能通过显示管腔形态的不规则间接判断斑块形成。但是，冠状动脉造影不能提供管壁及斑块的组织学信息，不能显示正性血管重构。其它临床少用的有创影像学检查手段主要有IVUS和OCT。分别经声波和红外线测回波信号获取靶血管的形貌图像。IVUS空间分辨率约100 µm，可以显示管壁形态、斑块特征，通过显示纤维钙化的程度及脂核的大小间接判定易损斑块的存在。但对探测脂质的敏感性和特异性相对较低，尤其是对脂质核心的无回声区判读较为困难。OCT空间分辨率高达10～20 µm，是目前空间分辨率最高的技术。对于检测脂质核心、钙化与病理结果高度一致。主要缺点是穿透深度仅为1～2 mm，操作时需阻断血流、可能造成相应供血区的心肌缺血。

    六、未来展望

    基于冠状动脉的解剖特点，尽管cMRI无需对比剂、无辐射，可同时完成心脏形态、心肌灌注和活性扫描，即“一站式”检查，但尚不能如颈动脉斑块有效评价斑块的稳定性。随着硬件、线圈和序列的研发，经食道、血管内MRI研究的拓展，分子影像学研究的深入，cMRI将成为诊断冠状动脉疾病的重要无创性检查手段。

    文章来源：《心肺血管病杂志》