综述：心肌微循环影像学评估的研究进展

本综述系统阐述了经胸多普勒超声心动图（TTDE）、心肌声学造影（MCE）、计算机断层扫描（CT）、正电子发射断层扫描（PET）、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）及心脏磁共振成像（CMRI）等无创影像技术在心肌微循环评估中的原理、应用及进展，强调了其在诊断价值、局限性及未来方向的临床意义，为心血管疾病（CVDs）的精准诊疗提供了重要参考。

　　

Abstract

心肌微循环在维持心脏功能中的关键作用已随心血管疾病研究的进展日益凸显。无创影像技术，包括经胸多普勒超声心动图（TTDE）、心肌声学造影（MCE）、计算机断层扫描（CT）、正电子发射断层扫描（PET）、单光子发射计算机断层扫描（SPECT）和心脏磁共振成像（CMRI），被广泛用于评估心肌微循环。本综述总结了这些影像技术在评估心肌微循环中的原理、临床应用及最新研究进展，重点探讨了其诊断价值、局限性和未来方向。

Introduction

心血管疾病（CVDs）仍是全球发病和死亡的主要原因，且在年轻人群中的患病率日益增加。虽然冠状动脉造影（CAG）是评估心外膜冠状动脉狭窄的金标准，但它具有侵入性且无法可视化微血管循环。新兴证据表明，微血管功能障碍显著导致不良心血管结局，即使在急性心肌梗死（MI）成功血运重建后也是如此。值得注意的是，尽管有症状与阻塞性动脉粥样硬化性心外膜冠状动脉一致，但约三分之二的女性、三分之一的男性胸痛患者，以及约10%的急性心肌梗死患者，在血管造影上未显示显著阻塞性冠状动脉病变。2017年中国冠状动脉微血管疾病（CMVD）专家共识强调了微循环评估的临床意义，推动了对无创影像技术的研究。

目前，尚无直接影像技术可可视化冠状动脉微血管，因其尺寸微小。相反，微血管功能通过多种无创影像方法间接评估，包括TTDE、MCE、CT、PET、SPECT和CMRI。本综述全面分析了这些技术的进展及其在评估心肌微循环中的临床效用。

Physiology and Pathology of Myocardial Microcirculation

冠状动脉循环包括冠状动脉、毛细血管网和冠状静脉。解剖上，这三部分难以区分。冠状动脉分为心外膜血管、前小动脉和心肌内小动脉。心外膜血管直径约500μm至5mm，具有低内部血流阻力。前小动脉直径约100–500μm，位于心肌外，不受心肌代谢产物直接影响，其功能是在冠状动脉灌注压或血流变化时维持稳定的小动脉压。心肌内小动脉直径小于100μm，经历最显著的血管压下降，且高度易受心肌代谢产物影响。前小动脉和心肌内小动脉在冠状动脉造影中不可见，但提供约90%的冠状动脉血流储备和80%的冠状动脉循环阻力。心肌微循环由前小动脉、小动脉、毛细血管和小静脉组成，是心肌细胞与血液之间物质交换的场所，在维持心肌细胞正常生理代谢和功能中起关键作用。

心肌微循环障碍可影响冠状动脉微循环灌注，导致心肌缺血症状，临床表现为X综合征、无再流现象和冠状动脉再通后慢血流。研究表明，微循环的结构和功能损伤是冠状动脉疾病（CAD）患者不良结局的独立预测因子。研究强调了心肌微循环功能障碍在围术期心肌损伤（PMI）发展中的重要性。心肌微循环障碍的机制尚不清楚，多数学者认为其变化受代谢、激素、自主神经系统变异和内皮调节等多种因素影响。

Non-Invasive Imaging Methods for Myocardial Microcirculation

Transthoracic Doppler Echocardiography (TTDE)

TTDE可检测心外膜冠状动脉中的血流速度。通过测量应激状态下左前降支（LAD）血流速度与静息状态的比率，TTDE无创确定冠状动脉血流速度储备（CFVR），从而评估心肌微循环。多项研究表明，TTDE测量的冠状动脉血流速度与冠状动脉内多普勒测量结果高度相关，且TTDE可评估CAD患者的预后。研究报道了TTDE测量的CFVR与择期经皮冠状动脉介入治疗前连续热稀释法测量的冠状动脉血流储备（CFR）之间存在相关性。TTDE具有方便、快速和无辐射的优点，但其可靠性在评估左前降支微血管功能时最佳，且需要操作者高水平技术 expertise，限制了其临床应用。

Myocardial Contrast Echocardiography (MCE)

心肌声学造影（MCE）是一种新技术，通过静脉注射特殊微泡造影剂和超声技术可视化心肌内的微泡，从而反映心肌微循环状态。MCE负荷超声心动图结合MCE与负荷超声心动图，通过评估负荷条件下的微血管血容量、心肌血流和冠状动脉血流储备等参数，定量评估心肌灌注。研究表明，MCE测量的心肌灌注储备与冠状动脉造影测量的冠状动脉血流储备高度相关。MCE成本效益高、易于获取且无电离辐射，对CAD患者的诊断和预后具有重要价值。

Computed Tomography (CT)

CT硬件和软件的进步使冠状动脉CT血管造影（CCTA）成为筛查和诊断CAD的关键工具。近年来，计算机断层扫描心肌灌注成像（CT-MPI）迅速发展，能够准确评估冠状动脉解剖和心肌灌注，从而评估心肌微循环。这种一站式解剖和功能评估具有重要临床价值。CT-MPI可采用静态或动态扫描方法。静态CT-MPI通过静脉注射造影剂并捕获单相心肌图像，通过观察心肌内造影剂分布间接反映心肌灌注。动态CT-MPI在注射造影剂时连续心脏扫描，随后在专用工作站分析图像以获得心肌灌注参数，包括达峰时间（TTP）、平均通过时间（MTT）、血流（BF）和血容量（BV），提供心肌微循环的定量评估。

研究报道，低剂量一站式CT-MPI具有良好的心肌缺血检测性能且辐射剂量较低。研究结合CT-MPI数据与深度学习（DL）算法预测血流动力学显著的冠状动脉疾病，发现联合DL算法提高了心肌缺血的诊断准确性并缩短了分析时间。随着CT软件和硬件的持续发展，人工智能（AI）已广泛应用于心血管影像的检查、图像后处理、诊断、治疗和预后评估。研究人员开发了多模态深度学习模型，整合CT影像与临床数据，准确预测急性肺栓塞患者的短期死亡率，性能显著优于当前肺栓塞严重指数评分标准。CT-MPI技术有望在未来心血管疾病诊断中发挥越来越重要的作用。

Positron Emission Tomography (PET)

正电子发射断层扫描（PET）是目前评估冠状动脉微循环最准确的无创影像方法。通过注射放射性示踪剂，PET提供静息和应激条件下示踪剂在心肌摄取的动态信息，允许定量计算可靠的心肌血流和灌注数据，从而准确评估心肌微循环。常用示踪剂包括⁸²Rb、¹³N-氨水和¹⁵O-H₂O。研究报道¹³N-氨水PET在预后评估非阻塞性冠状动脉患者中具有显著临床价值。研究发现，灌注代谢指数降低和心肌血流储备是¹³N-氨水PET显示的无阻塞性冠状动脉缺血（INOCA）的特征，使其可用于监测治疗过程。

近年来，PET/CT凭借其卓越的空间分辨率和动态成像特性，能够同时获取精确的定量参数，如心肌血流（MBF）和心肌血流储备（MFR），相比传统方法更准确反映心肌微循环功能。一些学者利用新兴成像技术⁶⁸Ga-FAPI-04 PET/CT无创评估心肌成纤维细胞活化程度，发现PET/CT成像为轻链淀粉样蛋白心脏淀粉样变性的早期检测、风险分层、预后评估和临床决策提供了更可靠的分子影像基础，显示出显著的诊断潜力和广阔的临床应用前景。同时，生成式AI有望从低剂量采集合成高质量PET图像，可能减少辐射暴露同时保持诊断准确性。这些进展使PET成为微循环功能评估和分子水平斑块表征的强大工具。然而，PET具有检查时间长、成本高和辐射暴露等缺点，一定程度上限制了其广泛应用。

Single Photon Emission Computed Tomography (SPECT)

单光子发射计算机断层扫描（SPECT）是最常用的冠状动脉成像方法之一。通过注射用²⁰¹Tl或^99mTc标记的示踪剂，SPECT记录静息和应激条件下心肌的放射性活性，从而获取心肌灌注信息。研究报道SPECT是一种高灵敏度和定量的细胞追踪技术，可评估心肌灌注和功能，具有重要临床价值。研究建议CCTA与心肌灌注SPECT融合成像有助于识别罪犯冠状动脉。AI在此背景下的诊断性能与核医学医师相当。研究表明，镉锌碲SPECT心肌灌注成像显示血管区域获得的冠状动脉血流储备（CFR）与CAG测量的分数血流储备（FFR）之间存在良好相关性。

Cardiac Magnetic Resonance Imaging (CMRI)

心脏磁共振成像（CMRI）因其能够提供全面、无创和无辐射的心脏形态、结构、功能和心肌存活力评估而备受重视，被认为是心脏功能评估的金标准，并在无创评估心肌组织特性方面具有重要临床应用。CMRI利用钆造影剂进行首过灌注和延迟增强，获取心肌血流（MBF）和心肌灌注储备指数（MPRI），反映心肌灌注状态。研究表明，CMRI在评估非阻塞性冠状动脉心肌梗死（MINOCA）患者的心肌微循环中至关重要。CMRI中可见的微血管阻塞（MVO），在延迟增强图像上表现为高信号梗死区域内的斑片状低信号区域，是不良长期结局的独立预测因子。

近期MRI硬件和软件的进步导致了新CMRI技术的发展，如T1 mapping和T2 mapping，允许无创定量评估心肌组织特性。定量灌注CMRI可无创测量心肌血流和心肌灌注储备，良好反映心肌微循环。研究发现CMRI与¹³N-氨水PET在测量稳定CAD患者的全局MBF中高度相关。混合正电子发射断层扫描/磁共振成像（PET/MRI）是一种新兴模态，结合代谢和解剖数据，对多种心脏疾病表现出有前景的诊断性能。研究探索使用PET/MR在冠心病（CHD）患者中心肌成纤维细胞活化蛋白抑制剂摄取的特征及其与异常室壁运动的关系，发现同步⁶⁸Ga-FAPI PET/MR为CHD中成纤维细胞激活的区域模式提供了新见解，揭示了成纤维细胞激活蛋白信号与异常室壁运动之间的关联。然而，CMRI需要患者配合，包括屏气，检查时间长，且不适用于肾功能不全、幽闭恐惧症或金属植入物患者，一定程度上限制了其临床应用。此外，使用CMRI量化MBF和MPRI面临关键限制，包括有限的时空分辨率、运动伪影和缺乏标准化协议。AI整合遇到高质量标注数据稀缺、模型可解释性问题和多中心变异性的挑战。通过先进高分辨率序列、运动校正算法、半监督学习和联邦学习解决这些问题可显著提高评估准确性。克服这些障碍将增强微血管功能障碍评估的研究深度和临床转化，可能建立CMRI衍生参数作为稳健的诊断和预后生物标志物。

Conclusion

无创影像在评估心肌微循环中扮演关键角色，每种模态提供独特优势和局限性。TTDE和MCE易于获取且成本效益高，而PET和CMRI提供高诊断准确性。新兴技术，如AI增强的CT-MPI和先进CMRI mapping，有望改善微循环评估。未来研究应聚焦于优化这些技术以增强临床适用性并深化对微血管病理生理学的理解。

Abbreviations

TTDE, 经胸多普勒超声心动图; MCE, 心肌声学造影; CT, 计算机断层扫描; PET, 正电子发射断层扫描; SPECT, 单光子发射计算机断层扫描; CMRI, 心脏磁共振成像; CAG, 冠状动脉造影; MI, 心肌梗死; CMVD, 冠状动脉微血管疾病; CAD, 冠状动脉疾病; PMI, 围术期心肌损伤; LAD, 左前降支; CFVR, 冠状动脉血流速度储备; CFR, 冠状动脉血流储备; CCTA, 冠状动脉CT血管造影; CT-MPI, 计算机断层扫描心肌灌注成像; TTP, 达峰时间; MTT, 平均通过时间; BF, 血流; BV, 血容量; DL, 深度学习; INOCA, 无阻塞性冠状动脉缺血; MVO, 微血管阻塞; AI, 人工智能; ML, 机器学习; MBF, 心肌血流; MFR, 心肌血流储备; CHD, 冠心病。