多参数心脏MRI诊断原位心脏移植术后排斥反应

引言

尽管医学取得了显著进展，原位心脏移植（HTx）仍然是晚期终末期心力衰竭患者的主要长期治疗选择[1, 2]。器官移植后的主要挑战之一是受者免疫系统对供者组织排斥的风险，这最常发生在术后最初几个月内[3]。为预防这一潜在致命并发症，移植受者需要终身免疫抑制治疗[3]。监测HTx受者移植物耐受和排斥的金标准是侵入性心内膜心肌活检[1–3]。心肌活检样本接受组织病理学评估，并根据国际心肺移植学会（ISHLT）的4级量表进行分类[4]。

心内膜心肌活检的并发症，包括右心室穿孔、心脏压塞、三尖瓣损伤、肺栓塞、感染、出血和右心室瘘，发生率约为1–2%[5–7]。由于其侵入性、需要频繁重复以及潜在并发症，人们一直在寻找替代的无创诊断技术，以提供相当的临床信息并提高患者安全性[8–12]。其中一种技术可能是无需钆基对比剂的心脏磁共振成像（MRI）定量组织表征[13–15]。T2-mapping是一种MRI技术，通过反映心肌含水量增加来检测心肌水肿[16]。原生T1-mapping对弥漫性间质纤维化和心肌水肿敏感。细胞外容积在许多心脏病理中可能扩大，可通过对比剂前后T1-mapping测量结合血细胞比容进行定量[17]。通过结合这些参数，急性心肌炎——通常与心肌水肿和T1、T2弛豫时间延长相关——可与心肌病或既往心肌炎患者中所见的心肌纤维化相鉴别，后者通常表现为T1值升高和T2值正常[18, 19]。急性移植物排斥与急性心肌炎具有相似的模式，因为两者均涉及心肌内的炎症过程，通过血管通透性增加、炎症细胞浸润和间质间隙液体积聚导致心肌细胞损伤和细胞外基质改变[20]。

用于诊断心肌炎的定量心脏成像技术已成为全球领先心脏病中心临床实践的常规组成部分[21]。然而，多参数MRI技术用于评估HTx排斥的应用尚未得到充分探索。因此，本研究旨在评估采用T1-和T2-mapping序列的定量心脏MRI技术在HTx后6个月内评估移植物耐受和排斥的应用。

患者与方法

本研究遵照《赫尔辛基宣言》、ISHLT伦理声明进行，并获得弗罗茨瓦夫医科大学伦理委员会批准（编号687/2022，弗罗茨瓦夫，2022年10月6日）。所有患者签署了参与研究的书面知情同意书。知情同意书亦经伦理委员会批准。所有数据均匿名处理并完全保密。

研究人群

这项前瞻性、单中心研究于2023年7月至2024年5月在波兰弗罗茨瓦夫大学医院心脏病研究所进行。研究组包括17例年龄在18岁及以上、在前1个月内接受过HTx的患者。排除标准如下：严重幽闭恐惧症而无法进行心脏MRI；无法保持仰卧位至少20分钟或无法遵循呼吸指令；以及心脏MRI的标准禁忌证，包括但不限于存在铁磁性颅内血管夹或金属性眼内异物。对照组包括10例无结构性心脏病、接受过带T1和T2心肌标测序列的心脏MRI的患者。该组用于建立心肌弛豫时间的参考值。

组织病理学证实存在移植物排斥（ISHLT分级≥3）的患者被识别出来[4]，并在心脏MRI衍生参数方面与无排斥者进行比较，特别是T1和T2标测序列中的心肌弛豫时间。

心内膜心肌活检和实验室参数

Htx受者在波兰弗罗茨瓦夫的Jan Mikulicz-Radecki大学医院按照标准化的移植后照护方案进行管理。该方案包括常规临床评估，包括病史、体格检查、实验室检测、超声心动图和心内膜心肌活检。按照方案，活检常规在移植后1、2、3、4、6和8周进行，并在移植后3、4、6、8、10、12、18和24个月进行。我们患者的活检结果与使用T1和T2标测序列从心脏MRI得出的心肌弛豫时间进行了相关性分析。

心肌活检样本由经验丰富的心血管病理学家根据ISHLT分类进行评估[4]。0级表示没有排斥改变的 evidence；1级表示轻度细胞性排斥（1a，局灶性血管周围和/或间质浸润，无心肌细胞损伤；1b，弥漫性浸润，无心肌细胞损伤）；2级反映中度（局灶性）细胞性排斥，具有单个浸润灶并伴有相关心肌细胞损伤；3级表示中度细胞性排斥（3a，多灶性浸润伴心肌细胞损伤；3b，弥漫性浸润伴心肌细胞损伤）；4级表示重度排斥，其特征为弥漫性炎症伴广泛心肌细胞损伤、坏死、出血、血管炎以及侵袭性淋巴细胞和粒细胞浸润。

具有临床意义的急性细胞性移植物排斥（ACR）通常需要强化免疫抑制治疗和住院，定义为ISHLT分级≥3（即3a、3b和4）。在具有临床意义的ACR病例中，患者按照机构方案接受治疗。治疗包括连续三天静脉给予甲泼尼龙，随后开始口服泼尼松，起始剂量为1 mg/kg体重并逐渐减量。ACR诊断后约1周进行对照EMB。在后勤可行的情況下，还进行了额外的CMR检查，以在治疗后重新评估心肌组织特征。

实验室检测包括标准心脏生物标志物的测量：N末端B型利钠肽原（NT-proBNP）和肌钙蛋白。

心脏磁共振成像

每位患者在计划与心内膜心肌活检同一天（±1天）接受5–6次心脏磁共振检查，包括4–5次平扫和1次增强扫描，增强扫描通常作为最后一项检查进行，除非存在禁忌证，如患者拒绝或严重慢性肾脏病伴估算肾小球滤过率< 30 mL/min/1.73 m²。

心脏磁共振检查在呼气末屏气状态下使用1.5特斯拉磁共振扫描仪（Siemens Magnetom Sola Cardiovascular Edition，Siemens Healthineers）进行。成像方案包括使用平衡稳态自由进动序列的标准电影成像（覆盖整个左心室的短轴堆栈以及两腔、三腔和四腔视图）以评估心肌形态、容积和功能；T2加权成像；T1 mapping（覆盖左心室基底段、中间段和心尖段的3个短轴视图）；以及T2 mapping（覆盖整个左心室的短轴堆栈）。晚期钆增强（LGE）成像采用与电影图像相同的方位进行，以评估心肌瘢痕组织的存在。在给予钆布醇（Bayer Inc.）按0.15 mL/kg体重剂量后约10–15分钟采集相位敏感反转恢复序列。根据AHA分段模型对LGE的存在、模式和范围进行视觉评估。区域性心内膜下或透壁LGE被判定为缺血性来源，而壁内和心外膜下LGE被认为是非缺血性的[22]。

心脏磁共振图像使用市售软件进行分析。容积定量和射血分数测量使用CVI42（Circle Cardiovascular Imaging Inc.）进行，而T1和T2 mapping分析使用syngo.via（Siemens Healthineers）进行。对于T1和T2 mapping，根据美国心脏协会（AHA）分类，在基底段、中间段和心尖段短轴切面上沿每个心肌节段的心内膜和心外膜边界仔细绘制感兴趣区。所有心脏磁共振分析均由一位经验丰富的阅片者完成。

统计分析

统计分析使用Statistica（版本13.3；TIBCO Software Inc.，StatSoft Polska Sp. z o.o.）进行。连续变量以均值±标准差（SD）表示。使用Shapiro–Wilk检验对所有研究参数进行正态性假设检验。呈偏态分布的变量经对数转换以使其分布正态化。分类变量以数量和百分比表示。

采用Mann–Whitney U检验分析连续变量、采用卡方检验分析分类变量，比较伴有与不伴有ACR的HTx受者之间的基本人口学和临床参数。采用线性混合效应模型评估对照组与研究组（不伴ACR和伴ACR）之间心脏CMRI mapping参数的差异。采用二项分布的logistic广义线性混合模型评估心脏MRI参数、组织病理学检查结果和血液检查结果之间的关联。结果以比值比（OR）及95%置信区间（95% CI）和p值表示。采用受试者工作特征（ROC）曲线分析确定T2-mapping预测ACR的最佳截断值。p值≤0.05认为有统计学意义。

结果

患者特征

2023年6月至2024年2月期间，在本机构接受HTx的17例患者符合研究纳入标准。该组患者的首次心脏MRI检查在移植后19至29天（平均：24 ± 4天）进行，此时患者临床状况稳定，可从术后重症监护室出院并转入常规心脏移植病房。15例患者接受了5次连续心脏MRI检查，2例患者接受了6次检查，共获得87次心脏MRI检查，每次均有相应的心内膜心肌活检组织病理学结果。最终心脏MRI检查在移植后81至188天（平均：137 ± 32天）进行。

研究组包括15例男性（88%）和2例女性（平均年龄：53 ± 13岁；范围：29–69岁）。HTx前心力衰竭最常见的病因是非缺血性心肌病（71%）。心脏供者的平均年龄为40 ± 10岁（范围：19–54岁）。平均冷缺血时间为126 ± 49 min。

在研究期间，9例患者（53%）发生了ACR，共包括13次发作（占87次心内膜心肌活检的15%）。这些发作被归类为有临床意义的细胞排斥终点。研究人群中ACR的平均发生时间为84 ± 37天，首次研究的ACR发作发生于患者HTx后25天。在7次ACR发作（涉及6例患者）中，患者在治疗后约1周接受了额外的随访CMR及对照心内膜心肌活检。

伴有与不伴有ACR的Htx受者之间基本人口学和临床参数无差异（表1）。

晚期钆增强

14例患者可获得LGE成像，其中7例（50%）存在强化。所有病例均呈非缺血性模式，表现为心外膜下或心肌中层分布。LGE范围有限，平均累及2.1 ± 0.9个心肌节段。

T1-和T2-mapping：与对照组的比较

为确定T1和T2 mapping的参考值，对每位对照受试者左心室的全部心肌节段进行分析，并将平均值纳入进一步分析。对照组（病史中无心血管疾病）与无急性细胞排斥反应（ACR）的心脏移植（HTx）受者之间，T1 mapping（981 ± 20 对 1027 ± 35 ms，p = 0.001）和T2 mapping（46 ± 3 对 48 ± 2 ms，p = 0.007）均存在显著差异。对于ACR患者，T1 mapping平均值为1047 ± 52 ms，T2 mapping平均值为50 ± 3 ms，与对照组相比均显示显著差异（两者p < 0.001）。伴有和不伴有ACR的心脏移植受者及对照组平均T1和T2 mapping值的直观比较见图1。

在日常临床实践中，使用一种基于左心室心中部下间隔段数值的简化方法快速评估T1和T2 mapping。采用该方法，对照组与无ACR的HTx受者之间T1和T2 mapping值观察到显著差异（982 ± 16 对 1051 ± 46 ms，p = 0.002；45 ± 2 对 49 ± 4 ms，p = 0.009）。在ACR组中，心中部下间隔段的平均T1和T2值分别为1085 ± 82 ms和52 ± 4 ms，均显著高于对照组（两者p < 0.001）。

按急性细胞排斥反应状态比较实验室和心脏MRI参数

伴有和不伴有ACR的HTx受者之间，NT-proBNP水平（1024 [570; 2557] 对 2040 [736; 2975] pg/mL，p = 0.82）和肌钙蛋白水平（17 [7; 36] 对 17 [11; 52] pg/mL，p = 0.10；肌钙蛋白测量异常：54% 对 53%，p = 0.94）未见差异。参数化心脏MRI参数的结果，包括按心肌节段（基于AHA左心室节段分类）的T1和T2 mapping值，按心内膜心肌活检中组织病理学细胞排斥反应的存在或缺失进行分层，见表1和表2。

在T1 mapping中，与无ACR患者相比，ACR患者在左心室基底前壁（AHA第1段）、基底下间隔（AHA第3段）、基底前侧壁（AHA第6段）、心中部下间隔（AHA第9段）和心尖间隔（AHA第14段）区域显示更高的值。然而，整体心肌T1值未观察到显著差异（表2）。在T2 mapping中，ACR患者的整体心肌值显著高于无ACR患者，同时在基底下间隔（AHA第3段）、基底前侧壁（AHA第6段）、心中部间隔（AHA第8和第9段）、心尖间隔（AHA第14段）和心尖侧壁（AHA第16段）区域也升高（表3）。一例HTx受者的心内膜心肌活检标本与心脏MRI的T2和T1 mapping结果并列展示的直观示例见图2。

ROC分析显示，平均T2 mapping值识别ACR的曲线下面积为0.65（95% CI：0.46–0.84）。最佳截断值为51 ms，灵敏度为46%，特异度为92%（图3）。

讨论

在这项前瞻性单中心研究中，我们探讨了定量心脏MRI技术，特别是T1 mapping和T2 mapping，在检测HTx受者术后前6个月内ACR方面的潜在效用。我们的研究结果提示，T2 mapping值可能作为移植排斥反应的无创影像生物标志物，用于区分有和无组织病理学确诊ACR的患者。虽然T1 mapping显示了一些区域差异，但在整个心肌中一致性较差。值得注意的是，标准心脏生物标志物肌钙蛋白和NT-proBNP在有和无ACR的患者之间无显著差异，提示它们在检测HTx后排斥反应方面效用有限。

我们研究的关键发现之一是，与无排斥反应的HTx受者和健康对照者相比，ACR患者的T2心肌弛豫时间显著升高。T2-mapping的诊断性能虽然在敏感性上较为有限，但在最佳截断值51 ms时对检测显著ACR表现出高特异性。尽管特异性较高，但敏感性相对较低，提示T2-mapping可能更适合作为支持性影像标志物，而非独立的排斥反应筛查工具。未来将T2-mapping与先进图像分析技术（如影像组学或基于机器学习的模式识别）相结合的方法，可能进一步提高无创排斥反应的检测能力。业已明确，心肌水肿——见于心肌炎或心肌梗死等急性心脏疾病——可通过T2加权成像及更现代的T2-mapping序列检测[18, 23, 24]。这是因为含水量增加导致T2弛豫时间延长；因此，由免疫细胞浸润和组织损伤引起的心肌水肿可在心脏MRI上被容易地检测到[24]。同样，ACR中存在心肌水肿，其源于炎症细胞浸润和间质液体积聚，部分由血管通透性增加所驱动[20]。除诊断作用外，T2-mapping还可能提供关于心肌炎症活动的动态信息，并有可能用于监测临床显著ACR后强化免疫抑制治疗的反应。重要的是，绝对T2值和相应的诊断阈值取决于扫描仪类型、场强和采集方案。因此，我们队列中确定的51 ms截断值反映了本地采集条件，在未经验证的情况下不应直接外推至其他中心。这些考虑凸显了在将T2-mapping用于排斥反应监测时，开展多中心标准化工作和建立中心特异性参考范围的必要性。

相对较少的心脏磁共振研究是在心脏移植（HTx）术后患者中进行的，且现有研究往往涉及较小的研究人群，并使用不同的显著移植物排斥定义，使得建议难以标准化。在该患者人群中最早的初步研究之一由Miller等人于2014年发表，但该研究未能证明移植后早期有无急性细胞性排斥反应（ACR）的患者在多参数心脏磁共振表现上存在显著差异[25]。然而，更近期的研究表明心脏磁共振在评估移植物排斥方面具有潜在效用。值得注意的是，Anthony等人在一项于2018年至2020年开展的前瞻性、随机、单中心、非劣效性初步研究中提出了支持该方法的关键发现。在该研究中，40例HTx受者于术后4周根据ACR监测方法被随机分为两组：（1）采用心内膜心肌活检的标准方案，（2）基于心脏磁共振的多参数映射方法，包括T1和T2映射[13]。结果表明，多参数心脏磁共振能够准确检测显著的移植心脏排斥反应，指导免疫抑制治疗，并减少HTx术后第一年内侵入性活检操作的次数[13]。我们研究中观察到的诊断效能低于Anthony等人所报告的，他们发现T1映射的AUC值为0.897，T2映射的AUC值为0.938。研究之间的若干方法学差异可能解释这一差异。首先，我们的研究在常规1.5-T扫描仪上使用标准屏气临床序列，反映了常规临床实践，而Anthony等人对T2映射采用了呼吸导航运动校正序列，可能提高了测量精度。其次，我们分析了整个左心室心肌的弛豫时间，而他们的测量集中于心室中部区域，特别是室间隔，这些区域通常提供更稳定的数值。第三，参考标准的差异也可能有所影响。在Anthony等人的研究中，心内膜心肌活检样本由经验丰富的移植病理学家通过独立评估和共识裁定进行评价，而在我们的研究中，活检作为常规临床实践的一部分由单一经验丰富的组织病理学家评估。心内膜心肌活检组织病理学评估的观察者间变异性已被充分认识，并可能影响诊断效能的估计[26]。最后，研究终点的差异以及我们队列中较小的样本量，也可能影响了观察到的诊断效能。综上所述，这些差异提示定量心脏磁共振参数的诊断效能可能取决于采集方案、分析策略和研究设计。重要的是，我们的研究反映了心脏移植中心的常规临床实践，中心脏磁共振采集遵循标准方案，活检标本按照常规组织病理学实践进行评估，这可能与高度受控的研究环境有所不同。

与基于心脏磁共振（MRI）的方法并行，其他影像学模态也正在被探索用于检测心脏移植物损伤并指导临床管理。心脏计算机断层扫描（CT）能够无创显示冠状动脉，近期研究已证实冠状动脉钙化进行性积累以及计算机断层扫描推导的血流储备分数下降，反映了长期随访期间心脏移植物血管病变的发生发展[27, 28]。计算机断层扫描主要提供冠状动脉的解剖和功能评估[29]，而心脏磁共振则提供详细的心肌组织特征描述，突显了这些影像技术的互补作用。

在我们的研究中，T1-mapping仅在选定的心肌节段中显示出急性细胞性排斥反应（ACR）患者与无ACR患者之间的显著差异。有趣的是，这些异常呈现出一致模式，涉及基底段和心室中段水平的下间隔节段以及心尖间隔节段。这种分布可能反映了常规心内膜心肌活检中最常采样的区域。这可能表明T1-mapping对弥漫性或局灶性心肌纤维化更为敏感，而对急性炎症变化的特异性较低。我们的发现提示，尽管T1-mapping可能有助于移植人群的组织特征描述，但若无T2-mapping或其他影像学模态的佐证证据，其在识别急性排斥反应方面的效用似乎有限。这与近期文献一致，这些文献强调在基于心脏磁共振的同种异体移植物排斥反应诊断中需要采用多参数映射方法[30, 31]。

本研究的主要局限性在于心脏移植（HTx）受者队列较小；所有患者均在单中心接受治疗并使用单一厂商的扫描仪进行检查。然而，通过对每位患者进行多次序贯检查，评估事件的数量有所增加，获得了令人满意的终点事件数。由于这是一项纳入有限患者数量的探索性研究，效应量和诊断性能（ROC/AUC）的估计值应谨慎解读，并需要在更大队列中验证。因此，迫切需要进一步研究——理想情况下为前瞻性、多中心、随机试验——以评估心脏磁共振在不同扫描仪厂商和磁场强度（1.5和3.0特斯拉）下检测细胞性排斥反应的真正有效性。

我们的研究强调，T2-mapping可作为一项支持性的无创影像生物标志物，用于识别心脏移植（Htx）受者中具有较高临床显著急性细胞性排斥反应（ACR）可能性的患者，尤其是在术后前6个月内。重要的是，在心脏移植的背景下，无创影像技术通常应用于高危人群的结构化排斥监测项目中，而非作为基于人群的筛查工具，因此具有高特异性的影像标志物仍可能为风险分层和指导进一步诊断评估提供有临床意义的信息。相反，T1-mapping显示出的诊断效用有限，其虽显示出区域差异，但在整个心肌中缺乏一致性。其作用可能更适合于检测纤维化而非急性炎症变化。因此，结合T1-和T2-mapping的多参数心脏MRI方法可能提高诊断准确性，并支持更有针对性地使用有创心内膜心肌活检。然而，仍需在更大、最好是多中心的队列中开展进一步研究，以更好地界定这些技术在不同影像平台和患者人群中的临床作用。

结论

无创、定量心脏MRI技术可能有助于评估心脏移植排斥反应的风险，并补充当前Htx受者中基于活检的监测。该方法在临床实践中的实用性需要进一步研究。