第6章：心脏疾病的定量磁共振分析（Quantitative Magnetic Resonance Analysis in the Assessment of Cardiac Diseases）

6.1 引言（Introduction）

本章聚焦心脏磁共振（Cardiac Magnetic Resonance, CMR）在心血管疾病诊断中的定量评估能力。CMR 的核心价值在于同时精确评估心脏的形态与功能，且具备高可重复性。其定量评估覆盖多个维度：整体与局部心室功能、血流、静息与负荷状态下的心肌灌注、坏死与瘢痕心肌，以及心脏铁负荷。近年来 CMR 硬件持续进步，配合自动化与半自动化的图像分析软件，使图像质量显著改善、检查时间缩短，进一步支撑其在临床中的客观、精准评估需求。

6.2 整体心室功能的评估（Assessment of Global Ventricular Function）

准确、可重复地定量左、右心室的容积、射血分数（Ejection Fraction, EF）与心肌质量，是评估心脏疾病严重程度与进展、选择治疗方案与手术时机、判断预后的基础。CMR 已成为该类测量的参考标准，其结果准确、可重复，且不依赖于几何模型假设。

整体心室功能测量通常采用多层电影 2D 平衡稳态自由进动（balanced Steady-State Free Precession, b-SSFP）序列，在一个完整心动周期中采集 30 个时相，覆盖 8–12 层连续平行短轴切面（层厚 8 mm，间隔 2 mm），以完整包络左、右心室。b-SSFP 的组织信号基于 T2/T1 弛豫特性，且对流入效应不敏感，因此血液充盈的心室腔呈高信号而心肌呈低信号，提供优异的心内膜边界对比。

后处理的关键步骤是分别在舒张末期（end-diastole）与收缩末期（end-systole）精确勾画心室内膜边界，然后采用 Simpson 法则计算心室容积与整体功能参数，包括舒张末期容积（EDV）、收缩末期容积（ESV）、射血分数（EF）、每搏量（Stroke Volume, SV）与左心室质量。其中 SV 等于 EDV 与 ESV 之差，EF 等于 SV 与 EDV 的比值（百分比），心输出量（Cardiac Output, CO）等于 SV 乘以心率（HR）。小梁与乳头肌应归属于心室腔内（但肥厚型心肌病患者除外）。同时勾画心外膜边界以获得心室壁总体积，乘以心肌特异性密度（1.05 g/cm³）即可得到心室质量。所有测定值通常按体表面积进行标化以适应个体差异。

相位对比（Phase Contrast, PC）成像在整体心室功能评估中同样重要：将其用于升主动脉与肺动脉近段，可在一个完整心动周期内对前向血流进行精确定量，并通过流速–时间曲线下面积计算左、右心室每搏量。多项文献证据一致支持 CMR 为评估左、右心室容积、EF 与心肌质量的参考标准，所有心功能参数均应予以报告。

6.3 局部心室功能的评估（Assessment of Regional Ventricular Function）

评估心室各局部节段对整体功能的贡献在多种心脏疾病中具有重要价值。常用的局部心室功能参数包括心肌壁厚度、收缩期室壁增厚率、环向与纵向的室壁运动或缩短程度。心肌壁厚度的保留是慢性心肌梗死背景下存活心肌存在的良好指标；而室壁增厚率分析相较室壁运动分析，对功能障碍心肌的检出更为敏感。有研究表明，局部收缩力测定是优于左心室射血分数的预后指标，对室壁增厚的定量测量也较肉眼评估室壁运动更能精确反映局部功能。

CMR 短轴采集在左心室局部室壁参数测定中已显示其价值。与超声心动图主要提供心内膜边界信息不同，CMR 还能清晰显示心外膜边界，使临床不仅可评估室壁运动，还可评估室壁增厚与变薄。局部室壁厚度与增厚率可通过在左、右心室的舒张末期与收缩末期手动或自动勾画心内膜与心外膜轮廓来获得。

最常用的室壁厚度与增厚率评估方法是中心线法（centerline method）。在短轴图像中，将一条穿过心肌厚度中点的线（即与心内膜和心外膜等距的中线）作为基线，再在其上以等间距垂直绘制多条覆盖全层心肌的测量线；每条线在收缩末期的长度与舒张末期的长度之比即为收缩期增厚率。正常收缩末期的室壁增厚率可作为参考值以判断局部心肌受损情况。局部功能分析最重要的临床应用是评估缺血性心脏病中可逆性损伤但仍存活的心肌。

虽然日常临床实践中室壁运动常以肉眼评估，但对心内膜与心外膜边界进行勾画可量化运动（例如收缩期心内膜边界向心性的位移量）。CMR 心肌标记（myocardial tagging）技术的引入使精确的局部功能分析成为可能，可在高度可重复的前提下定量评估心肌应变（strain）变形等力学特性：其方法是在标准 b-SSFP 序列上紧接心电图 R 波后施加垂直于图像平面的射频预脉冲，图像中表现为黑色饱和线的网格；专用计算机算法可追踪标记线交点随心动周期的位移，分析饱和网格的形变并定量局部心肌变形。在短轴与长轴多切面应用该技术即可获得三维心肌应变测量，实现环向与纵向缩短的精确定量。

6.4 心脏与大血管血流的评估（Assessment of Blood Flow in the Heart and Great Vessels）

心电门控的相位对比（PC）序列配合流速编码梯度可定量心脏与大血管中的速度与血流，其中二维 PC CMR 是临床最常用的方法，其流速定量基于运动质子在脉冲梯度作用下产生的相位偏移。PC 可准确定量反流容积，可表达为绝对值或反流分数（regurgitant fraction）；每次 PC 采集产生两组电影图像——一组为用于解剖定位的幅度图像，一组为相位图像，其中每像素的灰度代表该体素的流速信息。在反流束近瓣膜处的垂直平面采集相位信息可获得流速定量（图 6.4）。静止自旋呈中等灰度，两方向上流速的增大分别以逐渐加深的黑色或白色显示：黑色代表流向观察者的血流，白色代表背离观察者的血流。

实际采集时需将流速编码窗口（velocity encoding window）设定为接近峰值速度，以减少峰值速度混叠（aliasing）并保持对低速血流的敏感度。对已知区域绘制感兴趣区（ROI）并在每一时相计算空间平均速度，即可获得心动周期内任意时刻的瞬时流量；通过对心动周期内所有时相的瞬时流量积分可计算每次心跳的流量。该技术已通过体内与体外实验验证，具备极高的准确性与可重复性。反流严重程度可分级为轻度（反流分数 15–20%）、中度（20–40%）、重度（>40%）。

将 PC 应用于升主动脉近段，可在完整心动周期内通过血流量评估左心室收缩功能：该研究需要在斜轴平面（穿过升主动脉与左心室流出道）进行 PC 采集，并在心动周期每一时相勾画血管腔轮廓以获得左心室每搏量。同时测量升主动脉近段与肺动脉干的穿平面血流可对比左、右心室心输出量，二者之比（Qp/Qs）在正常人为 1，从而可对先天性心脏病患者的心内分流进行定量。

6.5 静息与负荷心肌灌注的评估（Assessment of Rest and Stress Myocardial Perfusion）

对已知或疑似缺血性心脏病患者，诊断血流动力学显著的狭窄、评估解剖病变的功能学意义，是评价与治疗决策中的关键环节。冠状动脉微血管的内在调节机制（冠状动脉储备）使得静息状态下难以发现心肌灌注缺损；为检出心外膜冠状动脉的显著狭窄，需对患者施加负荷以获取冠状动脉血流储备（coronary flow reserve）或心肌灌注储备指数（myocardial perfusion reserve index）等指标。负荷状态可由运动或药物（如双嘧达莫、腺苷或多巴酚丁胺）诱发。

与放射性核素技术相比，心肌 MR 灌注成像具有多项优势：无电离辐射、空间分辨率更高（足以分析跨壁心肌血流的差异）、不存在乳腺阴影或肥胖造成的衰减伪影。心肌 CMR 灌注成像基于静脉注射对比剂（钆）首次通过心肌时心肌信号强度（Signal Intensity, SI）的变化，分别在负荷与静息状态下采集。最简单也最常用的解读方法是肉眼评估首过灌注电影图像，识别表现为局部心肌信号缺失的相对低灌注区。

通过勾画心内膜与心外膜边界可获得时间–信号强度曲线，描述对比剂首次通过心脏过程中心肌 SI 随时间的变化，并由此得到多个半定量参数：最大心肌强化程度、通过时间、达最大 SI 的时间、SI 曲线下面积，以及心肌强化的上升斜率（即注射钆后 SI–时间曲线初始段的斜率）。其中上升斜率是半定量分析中应用最广泛的参数，相较单纯肉眼分析可提高诊断准确性。一项近期荟萃分析显示，结合定性与半定量分析，CMR 灌注成像诊断冠心病的总体敏感度为 91%、特异度为 81%（参照定量冠状动脉造影）。

除半定量方法外，CMR 灌注成像还可对心肌局部绝对血流量（MBF，单位 mL/min/g）进行定量，需评估心肌内感兴趣区的时间–强度曲线。该组织灌注的定量在数学上较为复杂，需作多项假设，包括水交换速率、对比剂分布特性以及信号强度与对比剂浓度之间的关系。在健康志愿者中，CMR 测得的 MBF 与基于有创及无创方法的已发表值一致，且流量异质性的幅度与正电子发射断层成像（PET）所观察到的相似。因此，定量灌注 CMR 是一种安全的无创检查，作为狭窄特异性的替代手段用于确定冠脉病变的血流动力学意义。

6.6 坏死与瘢痕心肌的评估（Assessment of the Necrotic and Scarred Myocardium）

在心肌梗死（MI）患者中，延迟强化心脏磁共振（Delayed-Enhancement CMR, DE-CMR）是检测、定性并精确定量坏死（急性期）与瘢痕（慢性期）心肌的成熟技术。活性成像（viability imaging）的对比剂基础是局部对比剂浓度差异：急性期由于心肌细胞膜通透性增高、慢性期由于细胞外间隙扩大，使细胞外对比剂在病变心肌中的分布容积增大；此外，钆螯合物在梗死组织中的洗脱速率慢于健康心肌，因此在延迟反转恢复 T1 加权图像上呈高信号。在动物模型中，组织化学方法证实心肌延迟强化的范围与位置与梗死范围及位置一致。

多项研究表明，跨壁延迟强化的程度可预测急性 MI 后心功能的恢复程度，并与左心室重构相关。DE-CMR 显示的心肌梗死跨壁程度与血运重建后功能恢复的可能性呈负相关；相反，无延迟强化则提示功能恢复的可能性较高。在陈旧性 MI 患者中，DE-CMR 测定的梗死面积在预测长期死亡率方面优于左心室射血分数与容积。心肌瘢痕是室性心动过速的基质，通过 DE-CMR 进行瘢痕定量有助于更准确地识别高危患者。CMR 的高空间分辨率使 DE 面积能够通过手动或自动勾画强化区域进行精确、可重复的平面测量。

日常临床实践中最关键的信息是梗死的跨壁程度（梗死范围，Infarct size）：将每层 DE 面积除以对应心肌壁的总面积并以左心室百分比表示；逐层累加 DE 面积并乘以心肌特异性密度（1.05 g/cm³）即可得到以克为单位的梗死总体积，该值也可表示为占左心室质量的百分比。在急性梗死中，应用补充技术还可获得大量额外信息：在 DE 短轴图像上可手动勾画梗死心肌内的低强化区以对微血管阻塞（Microvascular Obstruction, MO）进行平面定量；伴微血管阻塞的梗死患者预后更差，且该指标独立于 EF 之外仍有预测价值。在 T2 加权短轴图像中，可手动勾画高信号区得到心肌危险区（Area at Risk, AAR）并以左心室百分比表示；若高信号区内出现低信号区，则视为梗死心肌的出血成分，应纳入 AAR 计算。心肌挽救量定义为受冠状动脉闭塞威胁但未发生梗死的心肌量；心肌挽救指数（Myocardial Salvage Index, MSI）以梗死范围对 AAR 进行校正。在再灌注治疗的 ST 段抬高型 MI 患者中，CMR 测得的 MSI 是左心室不良重构的最强独立预测因子，独立于微血管阻塞、梗死跨壁程度与基线 EF 之外，提示该指标可作为检测新型再灌注策略的替代终点。

6.7 组织铁负荷的评估（Assessment of Tissue Iron Overload）

铁过载性心肌病（Iron Overload Cardiomyopathy, IOC）是一种限制型心肌病，定义为铁在心脏中过度沉积所导致的舒张功能继而收缩功能障碍。该病源于原发性或继发性血色病所致的心肌铁沉积，临床上多以舒张功能障碍伴限制性充盈异常为先，继而出现收缩功能与局部异常。CMR 是目前唯一可定量心肌铁负荷的无创技术。

在铁过载心脏中，铁的顺磁效应破坏磁场均匀性，引起 MR 信号强度与磁化率变化，缩短 T2 弛豫时间，从而在 T2 加权图像上引起信号强度的显著降低。利用单次屏气多回波 T2* 序列在中段心室短轴采集可对心肌铁过载进行无创定量：测量室间隔区心肌在各回波图像上的信号强度并对回波时间作图即可得到 T2 衰减曲线。心肌 T2 衰减 <20 ms 提示存在心肌铁过载。

本章个人批注

本章呈现的是 CMR 定量评估心脏疾病的方法学框架，结构上以功能学的"整体 → 局部 → 血流 → 灌注 → 瘢痕/活性 → 铁负荷"逐层展开，几乎构成了一个完整的心脏 MR 检查（function, flow, perfusion, late gadolinium enhancement, T2*）的扫描与分析协议。我注意到几个值得思考的连接点：

1. b-SSFP 与 PC 的角色分工清晰：b-SSFP 解决结构与容积定量，PC 解决流量定量；两者在临床报告中往往互补（参考标准一节反复强调 CMR "不依赖几何模型"）。
2. 局部功能章节里"wall thickening > wall motion"的论证（参 6, 7, 8）是一个重要的方法学判断——CMR 的优势在这里不只是"看得更清楚"，而是定量参数本身比目测分级更敏感。这一逻辑直接为后面的 tagging / strain 章节铺路。
3. "MSI 是独立预测因子"（参 28）这一表述值得留意：MSI 整合了 AAR 与梗死范围两个 T2/T1 加权信息，是对再灌注疗效的复合评价，临床上已超越单一 EF 指标——这与 4.7 节"高危斑块多参数评价"的思路一脉相承，都是从单一指标走向综合指标。
4. T2* 序列的物理直觉很直接：铁是顺磁物质，缩短 T2* → 信号衰减 → 20 ms 阈值即定性铁过载。这一段相对独立，可作为 CMR 量化组织成分（不仅是心脏，还包括肝脏）的入门案例。

值得核对的疑问：

• 第 6.6 节把 MSI 的公式写成了"MSI = (AAR − Infarct size) / AAR"——这与我看到的其它公式形式 (AAR − Infarct size)/AAR 一致，但需要核对原文排版是否漏了"−"号（我看到 AAR extent Infarct size`，疑似 OCR 掉了减号）。
• 第 6.2 节"trabeculations 与 papillary muscles 应归入心室腔"——这是 SSFP 时代后的标准做法，但与早年"剔除小梁"的方法学差异值得进一步查证。
• 第 6.5 节提到的 dipyridamole/adenosine/dobutamine 三种负荷药，其机制、剂量、风险不同，但本章未展开——属于临床实操的细节，留待专题阅读。

与上下章的衔接（一段话）

承接 Ch04（颈动脉 MR 的定量分析）与 Ch05（颈动脉 MRA 的对比剂）的"血管壁定量 + 对比剂"主题，Ch06 把视野从颈动脉切换到心脏本身，建立了"CMR 多维度定量"的方法学框架：本章的 b-SSFP/PC/perfusion/DE/T2* 五大模块，几乎就是后续 Ch07（斑块易损性与高危斑块识别）所依赖的工具集，也是 Ch08（多模态成像比较）中将 MR 与 CT/PET/US 进行定量对比时的关键参考。从章节逻辑看，本书到 Ch06 为止完成了一次"成像基础—序列—对比剂—定量方法"的系统性铺垫，从 Ch07 起进入"把工具用于具体临床决策"的疾病导向阶段——即从"如何测量"过渡到"测量结果意味着什么"。