31PMR波谱在扩张性心肌病的临床应用
郜发宝 黄志兰 方虹 徐世荣 赵海涛 索丽萍
摘 要：目的 对扩张性心肌病(DCM) 进行MRI和31P MR波谱(31P MRS)研究，观察DCM的形态学改变和心肌细胞能量代谢特点。方法 8例健康志愿者为正常对照组，5例DCM病人作为检测组，进行心脏MRI扫描和31P MRS测定。结果 DCM 病人的心肌普遍变薄，左心室射血分数下降，平均为33%；心肌细胞磷酸肌酸/三磷酸腺苷(PCr/ATP)和pH值下降，无机磷/磷酸肌酸(Pi/PCr)上升。结论 DCM的心肌代谢异常与心衰程度相关；MRI和31P MRS能够对DCM的形态学和心肌能量代谢作出初步诊断。
关键词：心肌疾病 核磁共振 能量代谢
扩张性心肌病 (dilated cardiomyopathy, DCM) 的发病机制目前仍然不清楚，有学者进行了心肌病和心衰的动物实验，以及人肥厚性心肌病的尸检研究显示了高能磷酸盐水平的下降。但是，评价在体人心肌代谢状态是非常困难的，因为获取心肌样本的方式是侵袭性的。近年来，随着31P MR波谱(31P MRS)的发展，磁共振空间定位技术的改进，在体心肌能量代谢得以测定。本研究采用MRI和31P MRS方法，对5例国人DCM和8例正常对照者进行检查。
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材料与方法
一、检查对象及临床资料
1.DCM组：5例，均为男性，平均年龄34.8岁(29～43岁)。
2.对照组：健康志愿者8例，男7例，女1例，平均年龄为37.0岁(20～64岁)。
3.DCM病人的一般情况：表1显示5例DCM病人的一般情况。5例DCM均无胸痛或心肌梗死的心电图征象。5例病人均经心脏超声检查，4例病人进行左心室和冠状动脉造影，以除外冠心病的存在。心脏超声：左心室缩短指数平均为(23.5±5.2)%，左心室射血分数平均为(34.2±10.3)%。左心室和冠状动脉造影显示冠状动脉正常，室壁收缩运动明显减弱，左心室射血分数平均为(33.6±9.1)% 。按照纽约心脏病学会 (New York Heart Association ,NYHA)标准[1]对心衰进行分级。
, 百拇医药
表1 扩张性心肌病患者的一般特征
编号
年龄(岁)
NYHA分级
EF(%)
FS(%)
1
29
Ⅳ
20.4
17.6
2
43
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Ⅲ
45.4
30.4
3
33
Ⅱ
36.8
22.5
4
31
Ⅲ
34.0
21.7
, 百拇医药 5
38
Ⅲ
31.3
20.3
注:NYHA为纽约心脏病学会；EF为左心室射血分数；FS为左心室缩短指数
二、检查方法及步骤
1.心脏MR扫描: 常规选取心脏横轴面、冠状位的T1WI；平行于室间隔的长轴面、垂直于室间隔的短轴面的T1WI和电影序列成像。
2.心肌31P MRS的测定：在完成心脏MRI后，换用氢/磷(H/P)100 mm TLR表面线圈。病人俯卧于检查床上，心尖搏动区放于表面线圈中央，左侧紧贴表面线圈，右侧稍抬高3°左右。检查设备为Siemens 1.5 T超导型MR扫描仪，定位像采用二维快速小角度激发(FLASH 2D)序列，扫描获得轴面和矢状面图，TR 102 ms，TE 18 ms，翻转角度4°，扫描时间16 s，扫描层数3层，层厚10 mm，视野(FOV)300 mm, 矩阵128×256, 采集次数1次。采用手动或自动方式调节匀场线圈，用水的信号作标准，要求其半高宽度(FWHM)小于10 Hz。MRS测定采用三维化学位移(3D-CSI)技术测定，TR 2000 ms, TE 2 ms, 矩阵8×1024,层厚10 mm, FOV 160 mm,采集次数14次，采集时间30 min。
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结果 一、DCM高能磷酸化合物测定
从表2、3看出，磷酸肌酸/三磷酸腺苷(PCr/ATP)和pH随着心衰的严重程度而下降，而无机磷/磷酸肌酸(Pi/PCr)比值随心衰的严重程度而上升，反映了能量的降低和无机磷代谢物的升高。在DCM中变化最为明显的还是Pi/ATP(P<0.01)(图1，2)。
图1 显示为正常人心肌31P MR波谱。Pi为无机磷，PCr为磷酸肌酸，ATP为三磷酸腺苷
图2 显示为扩张性心肌病病人心肌31P MR波谱。PCr(磷酸肌酸)的下降最为显著，明显低于ATP(三磷酸腺苷)。ATP也显著下降，而Pi(无机磷)明显升高
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表2 扩张性心肌病患者31P MRS测定结果
例号
PCr/ATP
Pi/PCr
Pi/ATP
PDE/ATP
pH
1
0.61
3.07
1.81
0.71
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7.05
2
1.05
2.07
1.06
0.54
7.15
3
1.42
1.82
0.82
0.40
7.20
, 百拇医药
4
0.86
2.64
1.52
0.61
7.10
5
0.76
2.32
1.34
0.58
7.14
注：MRS为MR波谱，PCr为磷酸肌酸，ATP为三磷酸腺苷，Pi为无机磷，PDE为磷酸二脂酶 表3 正常人与扩张性心肌病心肌代谢比较(X±s)
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分组
PCr/ATP
Pi/PCr
Pi/ATP
pH
对照组(8例)
1.58±0.19
0.36±0.17
0.58±0.17
7.19±0.09
DCM(5例)
1.02±0.33
, 百拇医药
2.32±0.54
1.24±0.44
7.13±0.06
t值
4.00
5.29
2.44
2.00
P值
<0.01
<0.001
< 0.01
< 0.05
, 百拇医药
注：PCr为磷酸肌酸，ATP为三磷酸腺苷，Pi为无机磷，DCM为扩张性心肌病
二、DCM心脏MRI检查
心脏普遍扩大，以左心室扩大为著，3例病人表现为全心系统扩大。心室壁心肌信号强度呈中等信号，信号强度不甚均匀。左心室室壁中度变薄(图3，4)。左心室射血分数平均为33%, 心室短轴缩短率平均为18%。左心室电影 MR检查，室壁运动普遍减弱，心腔内可见由血流速度减慢引起的血流高信号。
图3，4 图3为心脏横轴面T1WI，图4为心脏短轴面T1WI。从图中可以观察到左心室明显扩大、左心室室壁变薄(白色箭头)、左心房扩大，心肌组织信号强度明显下降。RV为右心室，LV为左心室
, 百拇医药
讨论
一、DCM的31P MRS表现及临床意义
本组DCM病例仅有5例。通过所测定的结果显示，心肌能量代谢与DCM的心衰程度有一定的关系。国外学者也进行了不少DCM 31 P MRS的研究。有些学者认为，在休息状态时，DCM的PCr/ATP与正常人无明显差异。Schaefer等[2]在6例DCM病人和14例健康志愿者比较，左心室前壁PCr/ATP的变化无显著性意义；Masuda等[3]也提出PCr/ATP比值变化不明显, 但Pi的水平增加，而且Pi/ATP和PCr/Pi比值与正常人比较有显著不同(P<0.05)。de Roos等[4]证实，在9例病人(Ⅱ～Ⅲ度心衰，左心室射血分数在9%～30%)的PCr/ATP比值变化不明显，但有3例病人Pi的水平显著上升。Bottmley[5]研究20例病人显示，左心室射血分数为(22±8)%，与12例正常人比较，大约有20%的病人的PCr/ATP下降非常显著，尽管缺少PCr/ATP比值上的明显变化，从MRI的室壁增厚率和收缩末室壁张力有明显异常。之所以研究结果差别较大，主要在于测定MRS技术的不同。笔者研究采用的方法为3D-CSI空间定位技术，其技术明显优于以往研究者使用的技术，其心肌空间定位与心脏的真实位置有很好的一致性，且信噪比好，基线失真非常小。而先前的研究多采用一维(1D)方法,不能确定心肌样本体积的大小，样本中含有胸壁肌肉组织是不可避免的[6]。1D的缺点通过改用2D或3D-CSI方法可解决。
, 百拇医药
在我们的研究中发现，患有重度DCM病人心肌PCr/ATP的下降较明显，病情较轻者PCr/ATP下降幅度小。Jung等[7]对14例肥厚型心肌病行31P MRS 研究结果显示，PCr/ATP比值下降，Pi/PCr比值上升，此结果类似于缺血性心肌病。笔者在心肌梗死31P MRS的研究中[8]，也显示有类似结果。仅依靠31P MRS鉴别DCM与冠心病心肌缺血尚有一定的困难，必须结合心脏MRI 形态学和功能学的改变。只要结合心脏MRI的形态学表现，其鉴别显得非常容易。
二、DCM的MRI形态学和功能学表现
MRI增强检查，对左心室壁的MR信号强度变化将有明显差异，由于受检病人心脏功能较差，故未进行。仅从心脏MRI显示全心脏扩大；室壁运动普遍减弱，而非局限性减弱；心腔内血流信号可见，表示心腔内血流缓慢；室壁变薄等均为DCM诊断成立的佐证。DCM导致心脏的变化要与冠心病心肌缺血相鉴别，冠心病心肌缺血常累及左心室，但心室壁显示为节段性变薄，其节段心肌信号强度亦降低，室壁收缩期增厚率下降。
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三、31P MRS技术对DCM 的应用价值
现代MRS分析技术是非侵袭性获得心肌能量代谢的极好方式，被称为非介入性活体心肌生化技术。31P MRS 技术有望为DCM的诊断、治疗和评估心肌细胞活性提供更多、更准确的信息[9]。31P MRS 可测定DCM的心肌能量代谢变化，该变化有助于对DCM的自然病史和病理生理发展过程的解释。
基金项目：国家自然科学基金资助项目(39970227)
作者单位：郜发宝(北京，解放军总医院放射科 100853)
黄志兰(西安，第四军医大学西京医院放射科)
方虹(西安，第四军医大学西京医院放射科)
, 百拇医药
赵海涛(西安，第四军医大学西京医院放射科)
索丽萍(检验科)
徐世荣(上海，东方医院心血管内科)
参考文献:
[1]riteria Committee New Yord Heart Association. Disease of the heart and blood vessels: nomenclature and criteria for diagnosis. 6th ed. Boston:Little, 1964.114.
[2]Schaefer S, Gober JR, Schwartz GG, et al. In vivo phosphorus-31 spectroscopic imaging in patients with global myocardial disease. Am J Cardiol, 1990, 65:1154-1161.
, http://www.100md.com
[3]Masuda Y, Tateno Y, Ikehira H, et al. High-energy phosphate metabolism of the myocardial in normal subjects and patients with various cardiomyopathies: the study using ECG gated MR spectroscopy with a localization technique. Jpn Circ J, 1992, 56: 620- 626.
[4]de Roos A, Doornbos J, Luyten PR, et al. Cardiac metabolism in patients with dilated and hypertrophic cardiomyopathy: assessment with proton decoupled P-31 MR spectroscopy. J MRI, 1992, 2: 711-719.
, http://www.100md.com
[5]Bottmley PA. MR spectroscopy of the human heart : the stats and the challenges. Radiology, 1994, 191: 593-612.
[6]Auffermann W, Chew WM, Wolfe CL, et al. Normal and diffusely abnormal myocardial in humans: functional and metabolic characterization with P-31 MR spectroscopy and cine MR imaging . Radiology, 1991, 179: 253-259.
[7]Jung WI, Sieverding L, Breuer J, et al.31 P NMR spectroscopy detects metabolic abnormalities in asymptomatic patients with hypertrophic cardiomyopathy. Circulation, 1998, 97: 25, 2536-2542.
[8]郜发宝，黄志兰，方虹，等.31P磁共振波谱在国人心肌梗死的临床应用.中华放射学杂志，1999，33： 29-34.
[9]Whitman GJ, Chance B, Bode H, et al. Diagnosis and therapeutic evaluation of a pediatric case of cardiomyophathy using phosphorus-31 nuclear magnetic resonance spectroscopy. J Am Coll Cardiol, 1985, 5: 745-749., 百拇医药
摘 要：目的 对扩张性心肌病(DCM) 进行MRI和31P MR波谱(31P MRS)研究，观察DCM的形态学改变和心肌细胞能量代谢特点。方法 8例健康志愿者为正常对照组，5例DCM病人作为检测组，进行心脏MRI扫描和31P MRS测定。结果 DCM 病人的心肌普遍变薄，左心室射血分数下降，平均为33%；心肌细胞磷酸肌酸/三磷酸腺苷(PCr/ATP)和pH值下降，无机磷/磷酸肌酸(Pi/PCr)上升。结论 DCM的心肌代谢异常与心衰程度相关；MRI和31P MRS能够对DCM的形态学和心肌能量代谢作出初步诊断。
关键词：心肌疾病 核磁共振 能量代谢
扩张性心肌病 (dilated cardiomyopathy, DCM) 的发病机制目前仍然不清楚，有学者进行了心肌病和心衰的动物实验，以及人肥厚性心肌病的尸检研究显示了高能磷酸盐水平的下降。但是，评价在体人心肌代谢状态是非常困难的，因为获取心肌样本的方式是侵袭性的。近年来，随着31P MR波谱(31P MRS)的发展，磁共振空间定位技术的改进，在体心肌能量代谢得以测定。本研究采用MRI和31P MRS方法，对5例国人DCM和8例正常对照者进行检查。
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材料与方法
一、检查对象及临床资料
1.DCM组：5例，均为男性，平均年龄34.8岁(29～43岁)。
2.对照组：健康志愿者8例，男7例，女1例，平均年龄为37.0岁(20～64岁)。
3.DCM病人的一般情况：表1显示5例DCM病人的一般情况。5例DCM均无胸痛或心肌梗死的心电图征象。5例病人均经心脏超声检查，4例病人进行左心室和冠状动脉造影，以除外冠心病的存在。心脏超声：左心室缩短指数平均为(23.5±5.2)%，左心室射血分数平均为(34.2±10.3)%。左心室和冠状动脉造影显示冠状动脉正常，室壁收缩运动明显减弱，左心室射血分数平均为(33.6±9.1)% 。按照纽约心脏病学会 (New York Heart Association ,NYHA)标准[1]对心衰进行分级。
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表1 扩张性心肌病患者的一般特征
编号
年龄(岁)
NYHA分级
EF(%)
FS(%)
1
29
Ⅳ
20.4
17.6
2
43
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Ⅲ
45.4
30.4
3
33
Ⅱ
36.8
22.5
4
31
Ⅲ
34.0
21.7
, 百拇医药 5
38
Ⅲ
31.3
20.3
注:NYHA为纽约心脏病学会；EF为左心室射血分数；FS为左心室缩短指数
二、检查方法及步骤
1.心脏MR扫描: 常规选取心脏横轴面、冠状位的T1WI；平行于室间隔的长轴面、垂直于室间隔的短轴面的T1WI和电影序列成像。
2.心肌31P MRS的测定：在完成心脏MRI后，换用氢/磷(H/P)100 mm TLR表面线圈。病人俯卧于检查床上，心尖搏动区放于表面线圈中央，左侧紧贴表面线圈，右侧稍抬高3°左右。检查设备为Siemens 1.5 T超导型MR扫描仪，定位像采用二维快速小角度激发(FLASH 2D)序列，扫描获得轴面和矢状面图，TR 102 ms，TE 18 ms，翻转角度4°，扫描时间16 s，扫描层数3层，层厚10 mm，视野(FOV)300 mm, 矩阵128×256, 采集次数1次。采用手动或自动方式调节匀场线圈，用水的信号作标准，要求其半高宽度(FWHM)小于10 Hz。MRS测定采用三维化学位移(3D-CSI)技术测定，TR 2000 ms, TE 2 ms, 矩阵8×1024,层厚10 mm, FOV 160 mm,采集次数14次，采集时间30 min。
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结果 一、DCM高能磷酸化合物测定
从表2、3看出，磷酸肌酸/三磷酸腺苷(PCr/ATP)和pH随着心衰的严重程度而下降，而无机磷/磷酸肌酸(Pi/PCr)比值随心衰的严重程度而上升，反映了能量的降低和无机磷代谢物的升高。在DCM中变化最为明显的还是Pi/ATP(P<0.01)(图1，2)。
图1 显示为正常人心肌31P MR波谱。Pi为无机磷，PCr为磷酸肌酸，ATP为三磷酸腺苷
图2 显示为扩张性心肌病病人心肌31P MR波谱。PCr(磷酸肌酸)的下降最为显著，明显低于ATP(三磷酸腺苷)。ATP也显著下降，而Pi(无机磷)明显升高
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表2 扩张性心肌病患者31P MRS测定结果
例号
PCr/ATP
Pi/PCr
Pi/ATP
PDE/ATP
pH
1
0.61
3.07
1.81
0.71
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7.05
2
1.05
2.07
1.06
0.54
7.15
3
1.42
1.82
0.82
0.40
7.20
, 百拇医药
4
0.86
2.64
1.52
0.61
7.10
5
0.76
2.32
1.34
0.58
7.14
注：MRS为MR波谱，PCr为磷酸肌酸，ATP为三磷酸腺苷，Pi为无机磷，PDE为磷酸二脂酶 表3 正常人与扩张性心肌病心肌代谢比较(X±s)
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分组
PCr/ATP
Pi/PCr
Pi/ATP
pH
对照组(8例)
1.58±0.19
0.36±0.17
0.58±0.17
7.19±0.09
DCM(5例)
1.02±0.33
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2.32±0.54
1.24±0.44
7.13±0.06
t值
4.00
5.29
2.44
2.00
P值
<0.01
<0.001
< 0.01
< 0.05
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注：PCr为磷酸肌酸，ATP为三磷酸腺苷，Pi为无机磷，DCM为扩张性心肌病
二、DCM心脏MRI检查
心脏普遍扩大，以左心室扩大为著，3例病人表现为全心系统扩大。心室壁心肌信号强度呈中等信号，信号强度不甚均匀。左心室室壁中度变薄(图3，4)。左心室射血分数平均为33%, 心室短轴缩短率平均为18%。左心室电影 MR检查，室壁运动普遍减弱，心腔内可见由血流速度减慢引起的血流高信号。
图3，4 图3为心脏横轴面T1WI，图4为心脏短轴面T1WI。从图中可以观察到左心室明显扩大、左心室室壁变薄(白色箭头)、左心房扩大，心肌组织信号强度明显下降。RV为右心室，LV为左心室
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讨论
一、DCM的31P MRS表现及临床意义
本组DCM病例仅有5例。通过所测定的结果显示，心肌能量代谢与DCM的心衰程度有一定的关系。国外学者也进行了不少DCM 31 P MRS的研究。有些学者认为，在休息状态时，DCM的PCr/ATP与正常人无明显差异。Schaefer等[2]在6例DCM病人和14例健康志愿者比较，左心室前壁PCr/ATP的变化无显著性意义；Masuda等[3]也提出PCr/ATP比值变化不明显, 但Pi的水平增加，而且Pi/ATP和PCr/Pi比值与正常人比较有显著不同(P<0.05)。de Roos等[4]证实，在9例病人(Ⅱ～Ⅲ度心衰，左心室射血分数在9%～30%)的PCr/ATP比值变化不明显，但有3例病人Pi的水平显著上升。Bottmley[5]研究20例病人显示，左心室射血分数为(22±8)%，与12例正常人比较，大约有20%的病人的PCr/ATP下降非常显著，尽管缺少PCr/ATP比值上的明显变化，从MRI的室壁增厚率和收缩末室壁张力有明显异常。之所以研究结果差别较大，主要在于测定MRS技术的不同。笔者研究采用的方法为3D-CSI空间定位技术，其技术明显优于以往研究者使用的技术，其心肌空间定位与心脏的真实位置有很好的一致性，且信噪比好，基线失真非常小。而先前的研究多采用一维(1D)方法,不能确定心肌样本体积的大小，样本中含有胸壁肌肉组织是不可避免的[6]。1D的缺点通过改用2D或3D-CSI方法可解决。
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在我们的研究中发现，患有重度DCM病人心肌PCr/ATP的下降较明显，病情较轻者PCr/ATP下降幅度小。Jung等[7]对14例肥厚型心肌病行31P MRS 研究结果显示，PCr/ATP比值下降，Pi/PCr比值上升，此结果类似于缺血性心肌病。笔者在心肌梗死31P MRS的研究中[8]，也显示有类似结果。仅依靠31P MRS鉴别DCM与冠心病心肌缺血尚有一定的困难，必须结合心脏MRI 形态学和功能学的改变。只要结合心脏MRI的形态学表现，其鉴别显得非常容易。
二、DCM的MRI形态学和功能学表现
MRI增强检查，对左心室壁的MR信号强度变化将有明显差异，由于受检病人心脏功能较差，故未进行。仅从心脏MRI显示全心脏扩大；室壁运动普遍减弱，而非局限性减弱；心腔内血流信号可见，表示心腔内血流缓慢；室壁变薄等均为DCM诊断成立的佐证。DCM导致心脏的变化要与冠心病心肌缺血相鉴别，冠心病心肌缺血常累及左心室，但心室壁显示为节段性变薄，其节段心肌信号强度亦降低，室壁收缩期增厚率下降。
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三、31P MRS技术对DCM 的应用价值
现代MRS分析技术是非侵袭性获得心肌能量代谢的极好方式，被称为非介入性活体心肌生化技术。31P MRS 技术有望为DCM的诊断、治疗和评估心肌细胞活性提供更多、更准确的信息[9]。31P MRS 可测定DCM的心肌能量代谢变化，该变化有助于对DCM的自然病史和病理生理发展过程的解释。
基金项目：国家自然科学基金资助项目(39970227)
作者单位：郜发宝(北京，解放军总医院放射科 100853)
黄志兰(西安，第四军医大学西京医院放射科)
方虹(西安，第四军医大学西京医院放射科)
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赵海涛(西安，第四军医大学西京医院放射科)
索丽萍(检验科)
徐世荣(上海，东方医院心血管内科)
参考文献:
[1]riteria Committee New Yord Heart Association. Disease of the heart and blood vessels: nomenclature and criteria for diagnosis. 6th ed. Boston:Little, 1964.114.
[2]Schaefer S, Gober JR, Schwartz GG, et al. In vivo phosphorus-31 spectroscopic imaging in patients with global myocardial disease. Am J Cardiol, 1990, 65:1154-1161.
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[3]Masuda Y, Tateno Y, Ikehira H, et al. High-energy phosphate metabolism of the myocardial in normal subjects and patients with various cardiomyopathies: the study using ECG gated MR spectroscopy with a localization technique. Jpn Circ J, 1992, 56: 620- 626.
[4]de Roos A, Doornbos J, Luyten PR, et al. Cardiac metabolism in patients with dilated and hypertrophic cardiomyopathy: assessment with proton decoupled P-31 MR spectroscopy. J MRI, 1992, 2: 711-719.
, http://www.100md.com
[5]Bottmley PA. MR spectroscopy of the human heart : the stats and the challenges. Radiology, 1994, 191: 593-612.
[6]Auffermann W, Chew WM, Wolfe CL, et al. Normal and diffusely abnormal myocardial in humans: functional and metabolic characterization with P-31 MR spectroscopy and cine MR imaging . Radiology, 1991, 179: 253-259.
[7]Jung WI, Sieverding L, Breuer J, et al.31 P NMR spectroscopy detects metabolic abnormalities in asymptomatic patients with hypertrophic cardiomyopathy. Circulation, 1998, 97: 25, 2536-2542.
[8]郜发宝，黄志兰，方虹，等.31P磁共振波谱在国人心肌梗死的临床应用.中华放射学杂志，1999，33： 29-34.
[9]Whitman GJ, Chance B, Bode H, et al. Diagnosis and therapeutic evaluation of a pediatric case of cardiomyophathy using phosphorus-31 nuclear magnetic resonance spectroscopy. J Am Coll Cardiol, 1985, 5: 745-749., 百拇医药