心臟移植是挽救終末期心臟病患者最有效的方法，而心臟移植后移植物的急性排斥反應是威脅患者術后長期生存最大的問題。心內膜活檢是目前公認診斷急性排斥反應的金標準，但這種有創檢查可能由于樣本大小受限以及取材部位的差異而帶來抽樣誤差，使活檢診斷結果與實際發生排斥反應的嚴重程度產生顯著差異。因此，我們需要一種無創的可反復施行的方法來準確診斷和監測心臟移植后移植物的急性排斥反應。心血管磁共振不但可以從成像上直接觀察到排斥反應發生的組織變化，還能通過評估T2弛豫時間和細胞標記技術、心臟功能性參數變化以及形態學變化等多角度監測和診斷急性排斥反應。
引用本文： 謝飛, 李剛. 心血管磁共振診斷和監測心臟移植后急性排斥反應. 中國胸心血管外科臨床雜志, 2015, 22(2): 151-154. doi: 10.7507/1007-4848.20150042 復制
心臟移植是挽救終末期心臟病患者最有效的方法，而心臟移植后移植物的急性排斥反應是威脅患者術后長期生存的最大問題。隨著免疫抑制治療和器官保存技術的進步，移植后的患者生存率和生活質量已有明顯改善。但在手術后的6個月中，40%～70%的患者仍將出現急性細胞排斥反應[1]。因此，尋求一種無創、可反復施行的方法來準確監測心臟移植后移植物的急性排斥反應至關重要。急性排斥反應的傳統診斷方法是心內膜活檢（endomyocardial biopsy），這種方法至今仍是排斥反應確診和分級的“金標準”。國際心肺移植協會（ISHLT）以此為基準制訂了排斥反應的分級系統[2]。這種有創檢查不僅可能導致諸如穿刺點血腫、心律失常、三尖瓣反流、右束支傳導性阻滯及肺栓塞等嚴重并發癥[3-4]，也可能由于樣本大小受限以及取材部位差異而帶來抽樣誤差，導致活檢結果與實際發生急性排斥反應的嚴重程度產生顯著差異。Wu等[5-6]研究發現，巨噬細胞浸潤最先出現在右心室外部區域和左心室的心包膜，并且排斥反應在空間上具有高度的不均一性。另外，發生在移植物各區域的排斥反應嚴重程度是不一致的。對于移植術后生存時間較長的患者，早期反復活檢會造成心內膜瘢痕，從而嚴重影響后期活檢的準確性[7]，從而對心內膜活檢的時效性和準確性提出了質疑。活檢結果與實際發生急性排斥反應的嚴重程度不一致，使患者更需要一種可靠而無創的方法來監測和診斷急性排斥反應。
心血管磁共振成像（cardiac magnetic resonance，CMR）比超聲心動圖和核素掃描具有更高的時間分辨率、空間分辨率和軟組織分辨率，同時具有可重復性強、無創傷等特點，可以更直觀地了解心臟在發生排斥反應時的變化[8]。當急性排斥反應發生時，T細胞介導的炎癥反應導致心肌水腫和肌細胞損害，通過超微順磁氧化鐵（ultrasmall superparamagntic iron oxide，USPIO）活體標記免疫細胞，特別是單核/巨噬細胞，我們可以全方位觀察到排斥發生的范圍和嚴重程度。在排斥反應發生早期，雖然局部心肌受累，但各項生理指標并無明顯變化。CMR還可對室壁運動進行形態學及力學分析，這種諧波相位（HARP）的力學分析能夠更早發現局部心肌收縮和舒張的細微變化[9]。本文將回顧近年來應用磁共振診斷心臟移植后急性排斥反應的研究進展及其在未來研究中的潛力。
1 T1加權
1.1 T1加權成像與弛豫時間
T1加權的CMR受心肌含水量的影響。排斥反應發生時，心肌細胞及間質的水腫造成組織含水量增高，弛豫時間延長。T1加權采用短TR（重復時間），短TE（回波時間），弛豫時間越長導致磁共振信號強度越低。Nishimura等[10]研究顯示，發生排斥反應的犬心臟比無排斥反應的心臟的T1弛豫時間顯著延長。但由于T1加權掃描對組織含水量的相對不敏感和低信號的特性，使其無法準確區分正常和異常軟組織。
1.2 對比劑增強的T1加權成像
順磁類對比劑以基于釓的螯合物釓噴酸二甲葡胺（Gd-DTPA）為代表，作為小分子Gd螯合物，Gd-DTPA進入人體內后不與血漿蛋白結合，滲透壓高，迅速進入細胞外間隙，從腎臟排出，體內留存時間短，主要用于縮短組織T1弛豫時間，用于T1加權成像。可以通過靜脈注射釓對比劑增強信號強度，獲得T1加權成像。Taylor等[11]研究發現試驗前已被心內膜活檢證明存在排斥反應的心肌，通過對比劑增強縮短了組織的弛豫時間，組織信號強度明顯增加。Almenar等[12]在40例患者中運用Gd-DTPA對比劑來進行增強掃描，通過心內膜活檢證明存在心肌細胞壞死的患者中對比劑攝取明顯升高。由于T1和T2加權成像的局限性，在心肌出現嚴重損傷及壞死時，單純應用T1或T2成像均不能準確判斷心肌的活性，li等[13]的研究運用交替進行T1～T2磁共振成像對心肌活力做出了準確的判定。
2 T2加權
2.1 T2加權成像與T2弛豫時間
T2加權掃描采用長TR（重復時間），長TE（回波時間）。組織的高含水量導致弛豫時間越長，信號強度越高。因為這個特性，T2加權成像在臨床上能夠檢測出心肌炎等炎性疾病。T2弛豫時間是一個在射頻脈沖停止后橫向磁化矢量減少的過程，在正常心肌組織中這是一個相對常量。在心肌梗死模型、心肌炎模型和急性排斥反應的動物模型中，T2弛豫時間的延長與組織的高含水量有關。Marie等[14]研究發現在活檢證明已經存在中度排斥反應的68例患者中，T2弛豫時間高于正常（≥56 ms），從而對排斥反應做出了準確監測（敏感性89%，特異性70%），而那些異常的T2弛豫時間值也對隨之進行的心內膜活檢確診提供了強有力的預測。Usman等[15]的研究也顯示，排斥反應組患者的平均T2弛豫時間為（60.1±2.1）ms，而非排斥反應組為（52.8±2.7）ms。Bonnemains等[16]研究顯示，當T2弛豫時間大于60 ms時，排斥反應發生的風險將迅速增加。
但是在心臟移植后的初期，心肌細胞和間質的水腫并不一定是由于急性排斥反應導致的，術前器官保護和心肌缺血以及圍手術期正常的炎癥也可能導致同樣的后果。Pereira等[17]研究顯示，在移植后的第1周，心肌壁短暫增厚可能反映了心肌水腫與冷缺血時間長短有關，而不是因為排斥反應。而摘取豬心臟的過程中應用心肌保護液也可能導致嚴重的心肌水腫[18]。但Marie等[14]的進一步研究顯示，通過免疫抑制治療，T2弛豫時間逐漸恢復了正常。這些研究并無確切肯定的結果，因此在圍手術期我們無法單純通過T2弛豫時間的延長來診斷心臟移植早期發生的是正常的炎癥反應心肌水腫還是急性排斥反應。
2.2 順磁性對比劑增強的T2加權成像
盡管基于釓的對比劑在分子和細胞成像中扮演著重要的角色，但如今大多數對于細胞成像的研究都要依賴于弛豫效能更加優異的USPIO或超順磁氧化鐵（superparamagntic iron oxide，SPIO）。這種微粒是一種網狀內皮系統對比劑，通常由氧化鐵核心和葡聚糖螯合而成，直徑在10～30 nm（USPIO）到幾百納米（SPIO）之間，可縮短T1、T2弛豫時間，具有在血中半衰期長和被組織中巨噬細胞吞噬兩個重要特性。在高信號強度的T2加權成像中應用這種對比劑，使特定的細胞可視化成為可能。免疫細胞（主要是單核/巨噬細胞）很容易通過直接靜脈注射USPIO而被標記，而不需要細胞離體或培養。Liu等[19]研究顯示這種新型的納米微粒對T細胞標記效果高達90%以上。同時它具有低毒性，良好的生物相容性和生物降解能力，鐵通過合并到體內內源性鐵池而被代謝掉。基于USPIO的對比劑“菲立磁（Feridex）”已經被FDA批準應用于人體，這就使這種基于臨床磁共振標記技術的方法來診斷和監測心臟移植后急性排斥反應變得更為可行。
對比劑可以對T2弛豫時間的改變和成像結果兩個方面作對比分析。當排斥反應出現時，免疫細胞，主要是單核細胞/巨噬細胞在心肌局部區域出現，通過靜脈注射USPIO后，排斥反應發生區域的巨噬細胞吞噬USPIO微粒，使局部組織弛豫時間發生變化，通過磁共振掃描成像檢測出弛豫時間的改變和具體參數。Johansson等[20]的動物實驗顯示，在大鼠心臟移植后2 d，同樣注射USPIO后，同種異體移植組和同基因移植組中的心肌組織信號強度就已經開始出現不同；而在術后第6 d，兩個實驗組心肌組織的信號強度出現了明顯的不同。Wu等[6]研究發現，在靜脈注射USPIO標記1 d后，通過T2加權成像，就能在移植心臟上看到斑塊樣的低信號區域；通過病理學染色的確認，低信號的暗色區域就是大量吞噬氧化鐵微粒后的巨噬細胞。CMR在排斥反應治療后的評估中也起著重要作用，Wu等[21]通過氯膦酸二鈉的脂質體（clodronate-liposomes）耗盡循環中的單核/巨噬細胞，使排斥反應明顯緩解，通過CMR可以評估治療效果。
3 形態學及力學
急性排斥反應發生時，無論是動物實驗還是人體檢查的結果均提示心肌壁厚度增加[22-23]。磁共振可以敏感地發現這種心肌形態學上的改變。但是，這無法作為排斥反應存在或者鑒定嚴重程度的證據。當心肌細胞已經開始出現損傷時，從排斥反應發生到后期之前，我們無法從心肌的收縮/舒張功能及其他磁共振參數中發現明顯變化。在心肌收縮功能輕度改變的早期，通過磁共振形態學標記對某些范圍的組織變形進行觀察，發現局部心肌壁運動及力學上的細微改變，可以進行力學分析量化。動物實驗證明，早期出現的局部功能的損失與排斥反應有很大關系[6]。Markl等[24]的研究顯示，與無排斥反應發生的患者相比，排斥反應患者的心臟收縮、舒張半徑和長軸上的不同步性明顯增加。盡管這些參數非常有意義，但力學分析不能直接辨認輕度缺陷的心臟，因為即使是健康心臟在左心室心肌的不同區域也存在許多變異力。
4 展望
諸多心血管磁共振的變量向我們展示了與心臟移植后急性排斥反應之間的關聯。其中最強有力的是T2弛豫時間的評估與USPIO標記技術的T2加權成像。隨著磁共振硬件設備和掃描技術的不斷改進，未來T2弛豫時間評估應用于常規檢查成為可能。而隨著USPIO對比劑“菲立磁”應用于臨床，未來還將可能出現更多不同種類的對比劑，Fl?gel等[25]將氟-19（19F）作為對比劑應用于磁共振成像，取得了顯著的效果，這將使我們的標記技術更為先進。同時，磁共振對心臟功能的判斷，諸如心室收縮/舒張功能損失的計算，局部室壁運動的力學和形態學分析，將會成為輔助診斷心臟移植排斥反應的有力補充。我們認為，單一的通過心內膜活檢結果來診斷排斥反應是不準確的，磁共振的診斷標準將會是一個系統的評分，未來的研究需要聯合多種CMR數據結果進行移植排斥反應系統評分，從而改善磁共振對檢測心臟移植排斥反應的敏感性和準確性[26]。而只有在磁共振診斷不能排除排斥反應的情況下，才需要進行心內膜活檢。
心臟移植是挽救終末期心臟病患者最有效的方法，而心臟移植后移植物的急性排斥反應是威脅患者術后長期生存的最大問題。隨著免疫抑制治療和器官保存技術的進步，移植后的患者生存率和生活質量已有明顯改善。但在手術后的6個月中，40%～70%的患者仍將出現急性細胞排斥反應[1]。因此，尋求一種無創、可反復施行的方法來準確監測心臟移植后移植物的急性排斥反應至關重要。急性排斥反應的傳統診斷方法是心內膜活檢（endomyocardial biopsy），這種方法至今仍是排斥反應確診和分級的“金標準”。國際心肺移植協會（ISHLT）以此為基準制訂了排斥反應的分級系統[2]。這種有創檢查不僅可能導致諸如穿刺點血腫、心律失常、三尖瓣反流、右束支傳導性阻滯及肺栓塞等嚴重并發癥[3-4]，也可能由于樣本大小受限以及取材部位差異而帶來抽樣誤差，導致活檢結果與實際發生急性排斥反應的嚴重程度產生顯著差異。Wu等[5-6]研究發現，巨噬細胞浸潤最先出現在右心室外部區域和左心室的心包膜，并且排斥反應在空間上具有高度的不均一性。另外，發生在移植物各區域的排斥反應嚴重程度是不一致的。對于移植術后生存時間較長的患者，早期反復活檢會造成心內膜瘢痕，從而嚴重影響后期活檢的準確性[7]，從而對心內膜活檢的時效性和準確性提出了質疑。活檢結果與實際發生急性排斥反應的嚴重程度不一致，使患者更需要一種可靠而無創的方法來監測和診斷急性排斥反應。
心血管磁共振成像（cardiac magnetic resonance，CMR）比超聲心動圖和核素掃描具有更高的時間分辨率、空間分辨率和軟組織分辨率，同時具有可重復性強、無創傷等特點，可以更直觀地了解心臟在發生排斥反應時的變化[8]。當急性排斥反應發生時，T細胞介導的炎癥反應導致心肌水腫和肌細胞損害，通過超微順磁氧化鐵（ultrasmall superparamagntic iron oxide，USPIO）活體標記免疫細胞，特別是單核/巨噬細胞，我們可以全方位觀察到排斥發生的范圍和嚴重程度。在排斥反應發生早期，雖然局部心肌受累，但各項生理指標并無明顯變化。CMR還可對室壁運動進行形態學及力學分析，這種諧波相位（HARP）的力學分析能夠更早發現局部心肌收縮和舒張的細微變化[9]。本文將回顧近年來應用磁共振診斷心臟移植后急性排斥反應的研究進展及其在未來研究中的潛力。
1 T1加權
1.1 T1加權成像與弛豫時間
T1加權的CMR受心肌含水量的影響。排斥反應發生時，心肌細胞及間質的水腫造成組織含水量增高，弛豫時間延長。T1加權采用短TR（重復時間），短TE（回波時間），弛豫時間越長導致磁共振信號強度越低。Nishimura等[10]研究顯示，發生排斥反應的犬心臟比無排斥反應的心臟的T1弛豫時間顯著延長。但由于T1加權掃描對組織含水量的相對不敏感和低信號的特性，使其無法準確區分正常和異常軟組織。
1.2 對比劑增強的T1加權成像
順磁類對比劑以基于釓的螯合物釓噴酸二甲葡胺（Gd-DTPA）為代表，作為小分子Gd螯合物，Gd-DTPA進入人體內后不與血漿蛋白結合，滲透壓高，迅速進入細胞外間隙，從腎臟排出，體內留存時間短，主要用于縮短組織T1弛豫時間，用于T1加權成像。可以通過靜脈注射釓對比劑增強信號強度，獲得T1加權成像。Taylor等[11]研究發現試驗前已被心內膜活檢證明存在排斥反應的心肌，通過對比劑增強縮短了組織的弛豫時間，組織信號強度明顯增加。Almenar等[12]在40例患者中運用Gd-DTPA對比劑來進行增強掃描，通過心內膜活檢證明存在心肌細胞壞死的患者中對比劑攝取明顯升高。由于T1和T2加權成像的局限性，在心肌出現嚴重損傷及壞死時，單純應用T1或T2成像均不能準確判斷心肌的活性，li等[13]的研究運用交替進行T1～T2磁共振成像對心肌活力做出了準確的判定。
2 T2加權
2.1 T2加權成像與T2弛豫時間
T2加權掃描采用長TR（重復時間），長TE（回波時間）。組織的高含水量導致弛豫時間越長，信號強度越高。因為這個特性，T2加權成像在臨床上能夠檢測出心肌炎等炎性疾病。T2弛豫時間是一個在射頻脈沖停止后橫向磁化矢量減少的過程，在正常心肌組織中這是一個相對常量。在心肌梗死模型、心肌炎模型和急性排斥反應的動物模型中，T2弛豫時間的延長與組織的高含水量有關。Marie等[14]研究發現在活檢證明已經存在中度排斥反應的68例患者中，T2弛豫時間高于正常（≥56 ms），從而對排斥反應做出了準確監測（敏感性89%，特異性70%），而那些異常的T2弛豫時間值也對隨之進行的心內膜活檢確診提供了強有力的預測。Usman等[15]的研究也顯示，排斥反應組患者的平均T2弛豫時間為（60.1±2.1）ms，而非排斥反應組為（52.8±2.7）ms。Bonnemains等[16]研究顯示，當T2弛豫時間大于60 ms時，排斥反應發生的風險將迅速增加。
但是在心臟移植后的初期，心肌細胞和間質的水腫并不一定是由于急性排斥反應導致的，術前器官保護和心肌缺血以及圍手術期正常的炎癥也可能導致同樣的后果。Pereira等[17]研究顯示，在移植后的第1周，心肌壁短暫增厚可能反映了心肌水腫與冷缺血時間長短有關，而不是因為排斥反應。而摘取豬心臟的過程中應用心肌保護液也可能導致嚴重的心肌水腫[18]。但Marie等[14]的進一步研究顯示，通過免疫抑制治療，T2弛豫時間逐漸恢復了正常。這些研究并無確切肯定的結果，因此在圍手術期我們無法單純通過T2弛豫時間的延長來診斷心臟移植早期發生的是正常的炎癥反應心肌水腫還是急性排斥反應。
2.2 順磁性對比劑增強的T2加權成像
盡管基于釓的對比劑在分子和細胞成像中扮演著重要的角色，但如今大多數對于細胞成像的研究都要依賴于弛豫效能更加優異的USPIO或超順磁氧化鐵（superparamagntic iron oxide，SPIO）。這種微粒是一種網狀內皮系統對比劑，通常由氧化鐵核心和葡聚糖螯合而成，直徑在10～30 nm（USPIO）到幾百納米（SPIO）之間，可縮短T1、T2弛豫時間，具有在血中半衰期長和被組織中巨噬細胞吞噬兩個重要特性。在高信號強度的T2加權成像中應用這種對比劑，使特定的細胞可視化成為可能。免疫細胞（主要是單核/巨噬細胞）很容易通過直接靜脈注射USPIO而被標記，而不需要細胞離體或培養。Liu等[19]研究顯示這種新型的納米微粒對T細胞標記效果高達90%以上。同時它具有低毒性，良好的生物相容性和生物降解能力，鐵通過合并到體內內源性鐵池而被代謝掉。基于USPIO的對比劑“菲立磁（Feridex）”已經被FDA批準應用于人體，這就使這種基于臨床磁共振標記技術的方法來診斷和監測心臟移植后急性排斥反應變得更為可行。
對比劑可以對T2弛豫時間的改變和成像結果兩個方面作對比分析。當排斥反應出現時，免疫細胞，主要是單核細胞/巨噬細胞在心肌局部區域出現，通過靜脈注射USPIO后，排斥反應發生區域的巨噬細胞吞噬USPIO微粒，使局部組織弛豫時間發生變化，通過磁共振掃描成像檢測出弛豫時間的改變和具體參數。Johansson等[20]的動物實驗顯示，在大鼠心臟移植后2 d，同樣注射USPIO后，同種異體移植組和同基因移植組中的心肌組織信號強度就已經開始出現不同；而在術后第6 d，兩個實驗組心肌組織的信號強度出現了明顯的不同。Wu等[6]研究發現，在靜脈注射USPIO標記1 d后，通過T2加權成像，就能在移植心臟上看到斑塊樣的低信號區域；通過病理學染色的確認，低信號的暗色區域就是大量吞噬氧化鐵微粒后的巨噬細胞。CMR在排斥反應治療后的評估中也起著重要作用，Wu等[21]通過氯膦酸二鈉的脂質體（clodronate-liposomes）耗盡循環中的單核/巨噬細胞，使排斥反應明顯緩解，通過CMR可以評估治療效果。
3 形態學及力學
急性排斥反應發生時，無論是動物實驗還是人體檢查的結果均提示心肌壁厚度增加[22-23]。磁共振可以敏感地發現這種心肌形態學上的改變。但是，這無法作為排斥反應存在或者鑒定嚴重程度的證據。當心肌細胞已經開始出現損傷時，從排斥反應發生到后期之前，我們無法從心肌的收縮/舒張功能及其他磁共振參數中發現明顯變化。在心肌收縮功能輕度改變的早期，通過磁共振形態學標記對某些范圍的組織變形進行觀察，發現局部心肌壁運動及力學上的細微改變，可以進行力學分析量化。動物實驗證明，早期出現的局部功能的損失與排斥反應有很大關系[6]。Markl等[24]的研究顯示，與無排斥反應發生的患者相比，排斥反應患者的心臟收縮、舒張半徑和長軸上的不同步性明顯增加。盡管這些參數非常有意義，但力學分析不能直接辨認輕度缺陷的心臟，因為即使是健康心臟在左心室心肌的不同區域也存在許多變異力。
4 展望
諸多心血管磁共振的變量向我們展示了與心臟移植后急性排斥反應之間的關聯。其中最強有力的是T2弛豫時間的評估與USPIO標記技術的T2加權成像。隨著磁共振硬件設備和掃描技術的不斷改進，未來T2弛豫時間評估應用于常規檢查成為可能。而隨著USPIO對比劑“菲立磁”應用于臨床，未來還將可能出現更多不同種類的對比劑，Fl?gel等[25]將氟-19（19F）作為對比劑應用于磁共振成像，取得了顯著的效果，這將使我們的標記技術更為先進。同時，磁共振對心臟功能的判斷，諸如心室收縮/舒張功能損失的計算，局部室壁運動的力學和形態學分析，將會成為輔助診斷心臟移植排斥反應的有力補充。我們認為，單一的通過心內膜活檢結果來診斷排斥反應是不準確的，磁共振的診斷標準將會是一個系統的評分，未來的研究需要聯合多種CMR數據結果進行移植排斥反應系統評分，從而改善磁共振對檢測心臟移植排斥反應的敏感性和準確性[26]。而只有在磁共振診斷不能排除排斥反應的情況下，才需要進行心內膜活檢。