通过氧合敏感性心脏磁共振成像结合血管活性呼吸动作评估微血管功能，能够独特地检测心肌氧合的快速动态变化 体内 因此，可能作为冠状血管功能的一项极为重要的诊断技术。
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摘要
摘要
氧合敏感性心脏磁共振成像（OS-CMR）是一种诊断技术，利用脱氧血红蛋白固有的顺磁特性作为组织对比的内源性来源。该技术结合标准化的血管活性呼吸动作（如过度通气和屏气），作为一种强效的非药物性血管舒缩刺激手段，可监测心肌氧合状态的变化。在心动周期及血管活性操作过程中对这些变化进行定量分析，可为冠状动脉大血管和微血管功能提供评估指标，从而避免使用任何外源性静脉对比剂或药理性应激试剂。
氧敏感心肌磁共振（OS-CMR）利用T2*加权图像对血液氧合状态的已知敏感性。通过在任何心脏磁共振成像仪上使用改良的标准临床稳态自由进动（SSFP）电影序列，即可获取氧敏感图像，使该技术不受设备厂商限制且易于实施。作为一种血管活性呼吸操作，我们采用为期4分钟的呼吸方案：首先120秒自由呼吸，接着60秒节律性过度通气，随后进行至少30秒的呼气屏气。通过追踪信号强度的变化，可评估心肌组织氧合状态的局部及整体反应。在过度通气后屏气的最初30秒内的信号变化，被称为呼吸诱导心肌氧合储备（B-MORE），该指标已在健康人群及多种病理状态下得到研究。本文提供了一套详细的氧敏感心肌磁共振扫描结合血管活性操作的执行方案。
如在一些尚未完全明确的疾病状态下（例如无阻塞性冠状动脉狭窄的可诱导性心肌缺血（INOCA）、射血分数保留的心力衰竭（HFpEF）或心脏移植后微血管功能障碍）的患者中所证实的，该方法可提供关于冠状动脉血管功能的独特、具有重要临床意义且互补的信息。
引言
基于氧合敏感的心脏磁共振成像（OS-CMR）利用脱氧血红蛋白固有的顺磁性，作为磁共振对比度的内源性来源1,2,3。结合标准化的血管活性呼吸操作（如过度通气和屏气）作为强效的非药物性血管舒缩刺激，OS-CMR 能够监测心肌氧合状态的变化，以此作为血管功能的指标，从而避免使用任何外源性静脉对比剂或药理性应激试剂4,5,6。
呼吸动作（包括屏气和过度通气）是高效的血管活性措施，可改变血管运动，因其安全性和简便性，非常适合作为诊断程序中受控的内皮依赖性血管运动调节手段。研究表明，将过度通气与随后的屏气相结合时效果更佳4,7；在此类方案中，血管收缩（由于血液二氧化碳浓度降低所致）之后紧随血管舒张（血液二氧化碳浓度升高）；因此，健康的血管系统能够从血管收缩到血管舒张完成整个动态变化过程，并显著增加心肌血流量，进而提高心肌氧合水平，从而增强OS-CMR图像中可观察到的信号强度。采用电影成像（cine im....
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方案
所有利用血管活性呼吸动作的OS-CMR MRI扫描均应遵循当地机构的指导原则。下述方案已在多个机构的人体研究伦理委员会批准的研究中使用。本方案及论文中描述的所有人体受试者数据和结果均已获得书面知情同意。
1. 概述
- 根据研究目标人群的不同，调整纳入和排除标准。以下为采用血管活性呼吸动作方案进行心肌应激磁共振成像（OS-CMR）时常用的通用排除标准：常规磁共振成像（MRI）禁忌证（例如与MRI不兼容的装置，如起搏器或除颤器、植入性材料或异物）、在MRI检查前12小时内摄入咖啡因或血管活性药物，以及年龄小于18岁。 <18年
- 首先，在进行OS序列采集之前，获取标准的临床定位像以及心室结构和功能图像。使用bSSFP长轴电影图像规划OS序列采集的层面位置。
注：标准化的临床心脏磁共振成像（CMR）方案的综述见其他文献39. - 基线屏气
- 获取第一组OS-CMR序列，采用短暂的屏气扫描作为基线，用于评估图像质量与层面位置，检查是否存在伪影，并作为信号强度的基线参考。
- 在受试者正常呼吸后，进行一次短暂（约10秒）的单心动周期数据采集。确保屏气动作在呼气末期进行。
- 持续采集结合血管活性呼吸操作
- 获取第二组OS-CMR序列，进....
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结果
解读 B-MORE
在先前发表的利用血管活性呼吸动作进行 OS-CMR 的研究中，全局或局部 B-MORE 是通过比较屏气期间第一个收缩末期图像与接近屏气 15 秒、30 秒、45 秒等时间点的收缩末期图像来计算的。选择心动周期的收缩末期阶段基于多个原因：收缩末期图像是读者之间和内部识别最为一致的时相；该时相心肌包含的像素数量最多；通常其触发时间相对固定，不受受试者心率变化的影响；并且该时相始终存在于图像采集过程中（而舒张末期在屏气期间因心率变化，可能不会出现在前瞻性门控图像中）。
从生理学角度来看，选择屏气过程中的 0 秒和 30 秒时间点是基于以下原因。0 秒时间点（即屏气期间的第一个舒张末期图像）用于评估经过一段“应激”状态（60 秒过度通气）后的信号强度，因此代表了血管收缩最显著的时刻。从信号强度角度解释，这反映了心肌血流量减少而代谢需求未增加，导致局部去氧血红蛋白浓度升高，与基线相比信号强度降低。在屏气过程中，随着二氧化碳介导的血管扩张，信号强度逐渐上升，从而在局部代谢需求不变的情况下有效增加心肌血流量。在屏气约 15 秒时，信号.......
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讨论
在已建立的研究或临床 MRI 方案中加入采用标准化血管活性呼吸动作的氧敏感心血管磁共振（OS-CMR）成像，仅需增加很短的扫描时间。通过这一简短的补充，即可获取有关基础大血管和微血管功能的信息（图2）。内皮功能障碍的一个重要后果是血管系统无法对生理刺激产生正常反应，这一点最初通过心脏中异常的血流介导性舒张得到证实43。采用依赖内皮的血管活性呼吸动作进行 OS-CMR，可直接监测呼吸动作期间心肌的氧合状态，从而避免使用外源性对比剂和药理学血管活性应激剂。过度通气和呼吸暂停可通过内皮触发可重复且可测量的血管反应，因此可能为评估微血管功能提供一种比其他方法更具生理相关性的模型。
利用血管活性呼吸动作进行氧敏感心血管磁共振（OS-CMR）的研究发现，对理解无明显冠状动脉狭窄的缺血性疾病患者（特别是微血管功能障碍所致心绞痛[INOCA]、射血分数保留的心力衰竭[HFpEF]以及炎症状态（如心脏移植后））的潜在病理生理机制提供了重要贡献。若将标准化血管活性呼吸动作联合OS-CMR技术用于.......
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披露
MGF 是以下专利的持有人：美国专利号 14/419,877：诱导并测量心肌氧合变化作为心脏病的标志物；美国专利号 15/483,712：测量组织中的氧合变化作为血管功能的标志物；美国专利号 10,653,394：测量组织中的氧合变化作为血管功能的标志物——延续专利；以及加拿大专利 CA2020/051776：利用 BOLD CMR 图像测定血管功能生物标志物的方法和装置。EH 是国际专利 CA2020/051776：利用 BOLD CMR 图像测定血管功能生物标志物的方法和装置的持有人。
致谢
本论文及方法学综述的完成得益于麦吉尔大学健康中心Courtois CMR研究团队全体成员的共同努力。特别感谢我们的磁共振成像技术员Maggie Leo和Sylvie Gelineau，他们为受试者的扫描工作以及本手稿的反馈提供了重要支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 平衡稳态自由进动 MRI 序列 | 任意 | 用于修改以创建 OS-CMR 序列 | |
| DICOM/影像查看器 | 任意 | 最好具备定量测量功能（例如 Area19 原型软件） | |
| 磁共振成像扫描仪 | 任意 | 3 特斯拉或 1.5 特斯拉 | |
| 节拍器 | 任意 | 设置为每分钟 30 次呼吸。若需向受试者手动传达呼吸操作指令时使用。 | |
| 扬声器系统 | 任意 | 用于向受试者传达呼吸操作指令 | |
| 秒表 | 任意 | 若需向受试者手动传达呼吸操作指令时使用 |
参考文献
- Ogawa, S., Lee, T. M., Kay, A. R., Tank, D. W. Brain magnetic resonance imaging with contrast dependent on blood oxygenation. Proceedings of the National Academy of Sciences of the United States of America. 87 (24), 9868-9872 (1990).
- Friedrich, M. G., Karamitsos, T. D.
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重印与许可
勘误
Formal Correction: Erratum: Oxygenation-sensitive Cardiac MRI with Vasoactive Breathing Maneuvers for the Non-invasive Assessment of Coronary Microvascular Dysfunction
Posted by JoVE Editors on 1/01/1970. Citeable Link.
This corrects the article 10.3791/64149
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