【讲座】存活心肌的无创性影像学评估

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本文刊于:中华心血管病杂志, 2017,45(01): 81-85

作者: 王善杰 赵志敬 孙冬冬

缺血性心脏病发病率高、预后差，5年自然生存率仅59%^[]。血运重建是冠心病治疗的里程碑，血运重建后疗效与心肌是否存活相关。冬眠心肌是长期血液灌流不足导致心肌代谢、功能下降，为在缺血条件下避免心肌坏死而发生的适应性改变，增加血流量可部分或全部恢复其功能^[]。急性、严重和短暂缺血缓解后(一般缺血时间短于20 min)，心肌细胞虽未坏死，但有细微结构改变和收缩功能障碍，再灌注后需延迟数天甚至数周才能恢复，这种现象即心肌顿抑，其特点是血供与收缩功能不匹配^[]。冬眠心肌和顿抑心肌都是心肌缺血后的病理状态，冠状动脉血流灌注改善后，其功能可部分或全部恢复，属于存活心肌^[]。与药物治疗相比，冬眠心肌早期血运重建生存率高，心肌存活率大于10%者血运重建的获益更明显^[]。无心肌存活节段的血运重建患者无明显获益，且术后并发症发生率和病死率较高^[,]。因此，术前常规评估心肌活性，对治疗方案决策及预后判断极为重要^[]。

存活心肌的评估主要根据其代谢和功能等特点与瘢痕或坏死心肌鉴别，对存活心肌生理特点的理解有助于认识各种成像方法的优势和局限。正常心肌代谢一般优先使用脂肪酸，餐后以葡萄糖代谢为主，脂肪酸氧化对缺氧尤为敏感，因此缺血时心肌由脂肪酸氧化转为葡萄糖利用为主，缺血导致心肌代谢和功能改变，继续恶化即出现心肌坏死和瘢痕等病理改变^[]。心肌膜功能改变常发生在缺血早期，以此评估心肌活性一般灵敏度高；收缩功能变化发生在缺血后期，以此评价通常特异度高^[]。

一、超声心动图

1．普通超声心动图：

其以室壁厚度来判断心肌活性。瘢痕化室壁常变薄，一般以左心室舒张末期室壁厚度(end diastolic wall thickness，EDWT)>6 mm作为存活心肌存在的判断标准^[]。有研究以血运重建术后心功能随访结果为标准，术前超声心动图测量的EDWT预测冠心病存活心肌的灵敏度达94%，但特异度仅48%，室壁厚度<6 mm排除存活心肌的价值大，但≤6 mm预测存活心肌的价值较小^[]。

2．负荷超声心动图：

除运动负荷外，常用药物负荷包括多巴酚丁胺和腺苷等。多巴酚丁胺负荷超声心动图(dobutamine stress echocarioraphy，DSE)应用最广泛，存活心肌有收缩储备，但低于正常心肌，多巴酚丁胺可动员收缩储备，从而反映心肌活性^[]。小剂量多巴酚丁胺(5～10 μg·kg^－1·min^－1)激活β受体，增加心肌收缩力和冠状动脉血流量；大剂量多巴酚丁胺(20～40 μg·kg^－1·min^－1 )激活α和β受体，明显提升心率和收缩力，增加耗氧，加重心肌缺血。小剂量多巴酚丁胺使存活心肌收缩功能改善，大剂量多巴酚丁胺使收缩功能迅速降低，呈双相反应，有血运重建价值；大小剂量刺激下均无反应或小剂量时心功能迅速恶化，提示瘢痕或坏死心肌；收缩功能随剂量增大而增强，表明侧支循环良好，无血运重建适应证^[]。DSE可引起心律失常或加重心肌梗死，故主要用于稳定性冠心病，也有床旁用于评估合并心原性休克危重患者心肌活性的案例^[]。研究显示，DSE术前评估为双相反应，术后随访14个月有75%缺血节段功能恢复，无反应的节段几乎无改善^[]。Schinkel等^[]的荟萃分析显示，以术后随访心功能结果为标准，DSE评估存活心肌的平均灵敏度和特异度分别为80%和78%，大剂量多巴酚丁胺与小剂量相比灵敏度更高，而特异度相似。

3．心肌声学造影：

即心肌对比超声心动图(myocardial contrast perfusion echocardiography，MCE)，根据声学微气泡对比剂不弥散到血管外间隙的特点，定量评估局部心肌微循环完整性和灌注水平^[]。局部心肌节段室壁收缩减弱或消失但有微泡充盈时，认为存在存活心肌；既无室壁运动也无微泡充盈，则不存在存活心肌^[]。急性心肌梗死血运重建后1～2 d为MCE评价心肌活性的最佳时机^[]。研究表明，MCE和核素灌注显影有较好的一致性，与超声室壁运动评估相比有更高的准确性，MCE评估心肌活性的准确性和心脏核磁共振成像(cardiac magnetic resonance，CMR)相当，ROC曲线下面积分别为0.84和0.80^[,]。Pathan和Marwick^[]对MCE评估心肌活性进行荟萃分析，结果显示其灵敏度为85%，特异度为70%。Montant等^[]以CMR延迟增强显像(delay-enhanced cardiovascular magnetic resonance imaging，DE-CMR)作为金标准，研究3D-MCE对心肌瘢痕的评估能力，结果显示3D-MCE的灵敏度为78%，特异度为99%。

4．二维超声斑点追踪成像(speckle tracking echocardiography, STE)：

其利用软件对室壁内回声斑块的空间运动识别跟踪，从各个方向对局部节段实时定性定量评价，获得反映心肌收缩力的力学形变数据^[]。研究认为，在收缩期径向、圆周及纵向应变和应变率峰值中，只有收缩期纵向应变和应变率峰值是存活心肌独立的预测因子^[]。Butz等^[]的研究表明，STE收缩期应变值与DE-CMR评估存活心肌有较好的一致性。研究显示，以急性心肌梗死介入治疗后随访心功能为标准，术前以STE结合小剂量DSE和双核素单光子发射计算机断层显像(single photo emission computed tomography, SPECT)评估存活心肌，灵敏度分别为89.8%和83.6%，特异度分别为90.2%和74.4%，提示STE结合小剂量DSE评估存活心肌的灵敏度与双核素SPECT相当，特异度明显高于SPECT^[]。此外，由STE衍生的自动功能成像(automated function imaging，AFI)从空间分布上动态追踪细微的心肌应变，得出应变牛眼图，直观评估心室节段的收缩功能及协调性^[]。Mollema等^[]的研究表明，急性心肌梗死患者介入治疗前的AFI预测术后1年左心功能恢复的灵敏度为86%，特异度74%。

5．速度向量成像(velocity vector imaging，VVI)：

其基于斑点追踪和空间相干技术，实时监测每帧图像上斑点运动及方向，从而得到纵向、径向和环向3个方向的应变力和应变率，全面评价心脏收缩及舒张功能。但是，右心室形态学明显不同于左心室，右心室心肌纤维收缩以纵向为主，故反映右心室壁运动功能宜测量纵向应变^[]。Park等^[]以CMR结合心电门控技术测量右心室射血分数和纵向应变为标准，评价缺血性心肌病患者的右心室室壁运动，结果显示VVI测量的右心室纵向应变与CMR有良好相关性，且观察者间变异较小，结果客观性好。

超声心动图具有费用低、可床旁检查和动态评估等优势，故广泛运用于存活心肌的评价。超声EDWT及DSE单独运用少，DES常作为其他超声技术联合评估的基础^[,,]。MCE比超声室壁运动评估存活心肌的准确度更高，可与核素灌注成像相比，但目前缺乏统一明确的诊断标准(例如显影剂剂量和声宽等)，技术上需进一步完善，并有过敏、栓塞和心律失常等不良反应^[]。多普勒组织成像(Doppler tissue imaging, DTI)因有角度依赖性，故近年运用较少，STE无角度依赖、受主观影响小，参数准确性优于多普勒，但STE测量纵向应变可能小于真实值，考虑与该技术将无收缩功能心包膜纳入计算有关^[,]。近年的临床研究认为，三维超声评估心室形态和容量优势明显，如3D-STE克服了2D-STE中不同心动周期斑点的丢失问题，可更好地实现跨平面追踪，准确性和可重复性更好，为评估存活心肌提供了新途径，但对设备及软件要求更高^[,,]。

二、正电子发射断层扫描显像(positron emission tomography，PET)

其通过体内放射性示踪剂的定位和定量评估，得到局部心肌血流灌注和代谢信息，反映心肌活性，是评价心肌存活最有价值的方法^[]。示踪剂包括灌注和代谢显影剂。灌注显影剂有⁸²Rb、¹⁵O-H₂O和¹³N-NH₃等，其根据心肌局部灌注情况来评估心肌活性；代谢显影剂有¹¹C-乙酸、¹¹C-棕榈酸和¹⁸F-氟代脱氧葡萄糖(fluorodeoxyglucose，FDG)，其根据血流灌注和代谢之间的匹配程度判断心肌活性，是评估存活心肌的"金标准"。¹⁸F-FDG是应用最广泛的代谢示踪剂，反映心肌葡萄糖初始代谢，临床常以负荷量葡萄糖和静脉胰岛素提高成像质量^[]。心肌缺血时代谢底物以葡萄糖为主，FDG摄取增加^[]，灌注减低和葡萄糖代谢正常或增加(灌注-代谢不匹配)提示存活心肌，灌注-代谢匹配(摄取率<50%峰值)提示无存活心肌。反复顿抑的心肌，静息时灌注和FDG摄取率均接近正常，但负荷刺激下灌注显著减少^[]。

Schinkel等^[]对FDG-PET评估心肌活性进行荟萃分析，结果显示平均灵敏度和特异度分别为92%和63%，认为对坏死心肌的诊断价值较大。PET可量化存活心肌，以心肌存活率≥18%为适应证行血运重建，患者心功能改善的获益最大^[]。Bulluck等^[]的研究显示，ST段抬高型心肌梗死患者介入治疗后12个月复查PET时，FDG摄取减低面积所占缺血节段百分比明显小于术后5 d(19.5%比44%)，考虑与顿抑心肌恢复有关，同时认为心肌梗死后早期以PET-FDG摄取率≥45%为标准可更好地预测存活心肌。PET与解剖成像结合，如PET/MR和PET/CT融合成像，可以提供心肌代谢、瘢痕和微循环无复流等更详细的评价^[,]。

与SPECT相比，PET不仅有量化心肌活性、瘢痕、左心室射血分数和心室容积等优势，而且有更出色的时间、空间分辨率和衰减校正，可灵敏地量化示踪剂摄取率和心肌灌注^[]。PET示踪剂半衰期更短(只有数分钟)，相比SPECT成像快、受辐射少。但因昂贵，PET并未广泛用于存活心肌的评价，目前PET更多用于肿瘤的临床和科研^[]。此外，由于部分容积效应以及空间分辨率不如CT和CMR，PET可能漏诊薄层存活心肌^[]。

三、SPECT

SPECT示踪剂在心肌的摄取量取决于局部灌注和心肌细胞膜完整性，根据核素聚集情况判断是否有存活心肌。坏死心肌和瘢痕呈放射性稀疏和缺损，缺血节段血流灌注量降低，故示踪剂摄取低于正常心肌组织，摄取率>50%峰值水平认为有存活心肌^[]。常用示踪剂有²⁰¹TlCl、⁹⁹Tc^m-MIBI和¹³¹I-BMIPP。²⁰¹Tl经膜Na^＋-K^＋-ATP酶主动转运入心肌细胞，再分布是²⁰¹Tl的特征。Perrone-Filardi等^[]认为，20%的灌注缺损区域在4 h时有²⁰¹Tl再分布，并认为存在存活心肌。⁹⁹Tc^m以弥散方式进入心肌线粒体，半衰期较短，无再分布，但发射能量高，可减少组织衰减，与²⁰¹Tl相比评估存活心肌无显著差异^[,]。¹³¹I-BMIPP为脂肪酸代谢示踪剂，同时反映灌注和脂肪酸代谢，多用于研究心肌缺血记忆，用于心肌活性评估较少^[]。此外，研究表明使用双核素SPECT可提高存活心肌的检出率^[,]。

Schinkel等^[]对SPECT评估存活心肌进行荟萃分析：以术后随访心功能改善为标准，²⁰¹Tl预测存活心肌的平均灵敏度和特异度分别为87%和54%，⁹⁹Tc^m分别为83%和65%，两者评估心肌活性的价值无显著差异，与Udelson等^[]的研究结论一致。另一项关于SPECT评估存活心肌的荟萃分析入选8项研究的3 580个心肌节段，以PET为金标准，SPECT评估存活心肌的灵敏度和特异度分别为82%和88%，ROC曲线下面积为0.945，提示在冠心病患者中SPECT能准确评估心肌活性^[]。在缺血严重节段SPECT常低估存活心肌，给予药物负荷可提升灵敏度，但会降低特异度，因此需根据临床情况选择^[]。

DE-CMR和SPECT评价冠心病存活心肌有较好的一致性(73.9%)，但CMR判定为无存活心肌的节段，有21.0%存在冬眠心肌，故核素显影在存活心肌评估中地位不可忽视^[]。SPECT是目前评价心肌灌注最常用的方法^[]。传统SPECT空间分辨率低、放射核素剂量大、成像时间较长、易受衰减影响，近年SPECT硬件设备、准直和重建等系统改进，提高了成像质量，同时减少了放射剂量^[]。

四、CMR

1．常规CMR：

其以左心室EDWT评估心肌活性，EDWT<5.5 mm为排除存活心肌的标准，多巴酚丁胺诱导下缺血节段超过一半区域室壁增厚≥2 mm也视为有存活心肌^[,,]。研究认为EDWT评估存活心肌的灵敏度高，但特异度低，而使用小剂量多巴酚丁胺可提高特异度^[,]。Bulluck等^[]的研究发现，ST段抬高型心肌梗死恢复再灌注后5 d，FDG-PET摄取减低区域与T2加权成像高信号区域基本一致(37.2%比36.3%)，都明显大于DE-CMR扫描高信号区域(22.3%)，相差部分为顿抑心肌或心肌水肿，收缩功能恢复良好^[,]。

2．CMR心肌灌注显像：

包括首过心肌灌注和DE-CMR。对比剂钆喷替酸葡甲胺(Gd-DTPA)经冠状动脉微循环快速弥散到血管外间隙，不进入正常心肌细胞，组织间隙聚集对比剂浓度与延时加权像信号强度呈正比，信号强度的变化是判断心肌活性的可靠指标^[]。首过灌注缺损提示心肌梗死。急性心肌梗死节段因细胞结构破坏，对比剂进入胞内滞留，梗死后瘢痕区域因组织间隙增宽和对比剂浓聚，延迟扫描都为高信号。高信号透壁程度与血运重建后心功能恢复可能性呈负相关，高信号透壁程度<25%时，80%以上患者心功能改善；透壁程度50%～75%时，仅7%的患者术后心功能有改善；当透壁程度>75%时，血运重建后心功能几乎无改善。因此，透壁程度≤50%存在存活心肌，有血运重建价值^[,,]。

DE-CMR与PET相比，评估存活心肌部位、范围和程度方面有较好的一致性^[]。在CMR评估冬眠心肌的荟萃分析中，以血运重建术后心功能随访结果为标准，DE-CMR的灵敏度、特异度和总符合率分别为95%、51%和70%，小剂量多巴酚丁胺负荷CMR则分别为81%、91%和84%，EDWT CMR分别为96%、38%和68%，结果认为DE-CMR的灵敏度最高，小剂量多巴酚丁胺负荷CMR的特异度最高，EDWT CMR的特异度最低^[]。Romero等^[]在DE-CMR和小剂量多巴酚丁胺负荷CMR评估心肌顿抑的荟萃分析中，以术后随访结果为标准，DE-CMR观察心肌顿抑的加权灵敏度为87%，特异度为68%，总符合率为82%，小剂量多巴酚丁胺负荷CMR则分别为67%、81%和74%。结果表明DE-CMR灵敏度高，小剂量多巴酚丁胺负荷CMR特异度高。两项荟萃分析均提示，联合使用延迟对比剂显像和小剂量多巴酚丁胺负荷可提高存活心肌评价的准确性。

3．核磁波谱分析(magnetic resonance spectroscope，MRS)：

其利用H以外原子核进行成像，如³¹P和²³Na。³¹P-MRS通过检测含磷能量物质磷酸肌酸(PCr)与三磷酸腺苷(ATP)比值反映心肌能量代谢水平，评估心肌活性^[]。

CMR是目前反映瘢痕透壁程度和面积的最好方法，空间分辨率可达1.5 mm，对于微小病灶评估CMR优于超声、SPECT、PET和CT。PET评估为存活心肌的节段，有一半在CMR中发现为内膜下梗死^[,,]。目前起搏器和植入型心律转复除颤器(ICD)仍是CMR的禁忌证，但有证据表明起搏器植入患者在调整的脉冲序列下可以安全检查，而且与CMR兼容的起搏器已在研究中^[]。此外，CMR检查室无危重监护，且抢救措施有限，因此CMR在负荷成像以及评估危重患者心肌活性中的应用受限^[]。

五、多层螺旋CT(multi-slice computed tomography，MSCT)

MSCT空间分辨率高，能显示心内膜下细微的结构变化^[,,]。CT血管成像、CT延迟扫描成像和非强化门控CT模式均可用于存活心肌的评估。CT血管成像主要用于胸痛患者，较少单独用于心肌活性的评价。CT心肌灌注成像主要发展于CMR灌注成像，包括早期灌注和延迟扫描，碘对比剂在正常心肌表现为早期迅速均一强化和随后延迟期强化程度下降，在缺血或梗死区心肌则表现为不同程度的早期灌注缺损和后期延迟增强或持续缺损^[]。

DE-MSCT与CMR评价心肌活性能力相当^[]，Brodoefel等^[]的研究在动物模型中以病理为金标准，以延迟增强CMR与CT对比评估微梗死灶。结果显示，CMR与病理一致性Kappa值为0.91，CT与病理一致性Kappa值为0.84，能较准确评估心肌活性。Fuchs等^[]的研究以FDG-PET为标准，结果显示多层螺旋平扫CT评估心肌瘢痕的灵敏度为94%，特异度为90%。增强CT定位冠状动脉多支病变有优势，可弥补核素显影不足，PET和CT结合可更好地评估心肌活性及梗死范围^[]。

目前CT比核素显像和CMR的普及率高，检测过程相对简单、快速，将CT血管成像与灌注显影同机融合，只需多几分钟即可获得更全面的信息；CT空间分辨率明显高于CMR，可达0.5 mm; MSCT可进行三维重建，而CMR不能；起搏器和其他金属植入物不是CT的禁忌证。CT心肌灌注成像不如CMR成熟，对梗死灶的定位和定性评价不如CMR，存活心肌诊断尚无明确的标准，多次检查可导致累积放射能量损伤等缺点限制了其应用。但研究表明可以通过心电门控以及对非肥胖患者降低管电压的方式，减少放射剂量^[,]。

六、总结与展望

无创影像学方法评估存活心肌主要依据左心室功能、形态学、血流灌注和心肌代谢，代谢活动是存活心肌最可靠的评估方法，故PET评估存活心肌的价值最大，超声、CMR、CT和SPECT各有优势^[]。但目前各方法的比较研究主要是小样本对照试验，样本选择偏倚较大，且诊断标准不一，随访评估时间长度不一致(血运重建后评估随时间延长，灵敏度下降，特异度提高；而且缺血心肌损伤程度越重，需要恢复时间越长，PET对心肌损伤程度判断有优势^[])，试验结果难以说明各方法评估心肌活性价值的优劣，还有待大样本随机对照试验的进一步研究。

上述各项成像模式可从一个或多个方面来评估存活心肌，多模式结合评估是近年研究的一大热点，图像融合将两种及以上成像结合，以提供更全面信息，例如PET/CT、PET/MRI和SPECT/CT，可将解剖和PET功能成像融为一体，缩短成像时间，减低放射核素剂量，可获得高质量成像来评估存活心肌^[,,,]。未来个体化医疗的发展势必要求针对患者进行精准治疗，在治疗前就需要全面和准确的评估，心脏图像融合技术发展将是心血管疾病无创性诊断的方向^[]。

参考文献（略）