化学交换饱和转移技术实现心肌代谢无创动态成像

基于uMR 790的CEST成像揭示急性心梗后肌酸动态变化与心脏功能恢复关联

化学交换饱和转移（CEST）作为一种新兴的磁共振分子影像技术，在缺血性损伤和肿瘤等微环境异常疾病的诊疗中具有重要应用价值。目前该技术在中枢神经系统和肌骨系统研究较多，而心肌领域的应用尚处于起步阶段。

中山大学肿瘤防治中心联合中国科学院深圳先进技术研究院，依托联影uMR 790 3.0T磁共振系统及其“类脑”技术平台，成功克服心脏运动、呼吸干扰及静磁场（B₀）不均匀性等关键技术难题，首次在动物模型上实现了急性心肌梗死过程中心肌肌酸（Cr）含量的无创、无辐射动态监测。研究成果发表于医学磁共振权威期刊《NMR in Biomedicine》[1]。

研究背景

肌酸激酶（CK）反应是心肌能量代谢的核心环节，其产物磷酸肌酸（PCr）和肌酸（Cr）的水平可反映心肌能量状态。文献显示，心肌梗死后局部Cr浓度下降，但急性期Cr的动态演变规律仍不明确。

本研究利用uMR 790高均匀度磁体优势，以Cr为内源性对比剂进行CEST心肌代谢成像，检测灵敏度达微摩尔级，实现了对心肌Cr变化的精准量化。

实验设计

研究纳入7只成年巴马香猪，在心肌梗死诱导后第3天（D3）和第14天（D14）分别进行心脏电影、Cr CEST及延迟钆增强（LGE）T1加权成像。

通过心脏电影序列评估心肌质量（MM）、舒张末期容积（EDV）、收缩末期容积（ESV）、每搏输出量（SV）和射血分数（EF）。依据LGE图像将心肌划分为梗死区、邻近区和远端区，并基于洛伦兹拟合模型量化各区域Cr CEST信号。

图1. 心脏CEST脉冲序列图（A），以及射频饱和模块（B）的详细信息

图2. 基于洛伦兹模型拟合梗死（A）、邻近（B）和远端（C）心肌的Z谱

图3. 心肌梗死诱导后3天（D3）和14天（D14）的多参数MR图像

研究结果

研究期间，MM、EDV和ESV无显著变化（P > 0.05），SV和EF显著升高，梗死范围明显缩小（P < 0.05）。

与D3相比，D14时梗死区（10.00±1.28% vs. 6.91±1.54%，P < 0.01）、邻近区（11.17±2.00% vs. 8.01±1.58%，P = 0.01）及全心肌（11.03±1.36% vs. 8.19±1.28%，P < 0.01）的Cr CEST信号均显著上升。

图4. 心肌梗死诱导后第3天（D3）和第14天（D14）心脏结构和功能指标比较

图5. D3与D14各心肌区域Cr CEST信号比较

相关性分析显示，梗死范围与梗死区（r = -0.80，P < 0.001）、邻近区（r = -0.58，P = 0.03）及全心肌（r = -0.76，P < 0.01）的Cr CEST信号呈中度负相关。

图6. 梗死范围与各区域Cr CEST信号的相关性

讨论与展望

研究结果表明，急性心肌梗死后心肌Cr水平动态升高，可能与心脏结构与功能的恢复过程密切相关，从代谢层面为心脏重塑机制提供了新的见解。

Cr CEST心肌代谢成像突破了传统磁共振仅限于解剖与功能评估的局限，拓展至活体生化代谢层面，可在分子水平实时监测心肌代谢状态，有望用于临床早期预警心功能不全，指导干预策略，改善患者预后。

[1] Liu Jie, Chuan-Miao Xie, Qi Liu, Jian Xu, Li-Yun Zheng, Xin Liu, Hairong Zheng, Yin Wu. “Dynamic alteration in myocardium creatine during acute infarction using MR CEST imaging.” NMR in biomedicine, e4704. 31 Jan. 2022, doi: 10.1002/nbm.4704