0 引言

       心肌梗死（myocardial infarction, MI）后的左心室重塑（adverse left ventricular remodeling, ALVR）是一个复杂的生物学过程。心力衰竭（heart failure, HF）是一种由于心脏结构或功能异常导致的心输出量不足，或继发于代偿性神经激素激活和左心室充盈压升高的临床综合征^[1]，是MI患者中常见的并发症。据美国心脏协会预测，从2012年到2030年，HF的患病率将增加46%，HF患者在总人口中所占的百分比预计将从2012年的2.4%上升到2030年的3.0%^[2]。通过识别MI后的ALVR，找到易发生HF的患者，能有效降低死亡率，具有重大意义，但也有很大的挑战性^{[3, 4]}。临床上通常使用梗死面积、左心室射血分数（left ventricular ejection fraction, LVEF）、收缩末期容积（end-systolic volume, ESV）和舒张末期容积（end-diastolic volume, EDV）作为MI的主要影像生物标志物。然而，它们仅限于整体收缩功能，无法捕捉功能和解剖区域的异常^[5]，因此需要更精确的预后标志物来识别MI后HF风险患者。MI后，吞噬细胞清除坏死细胞和基质碎片能激活抗炎途径，炎症反应和过度活跃的心肌纤维化可能是导致ALVR和HF的发病机制^{[6, 7]}。使用炎症生物标志物和影像学结合来确定特定干预措施的治疗窗口和MI患者的病理生理分层对于临床治疗至关重要^[8]。目前在ALVR评估中常用的影像学技术包括心脏超声（ultrasonic cardiogram, UCG）、计算机断层扫描（computed tomography, CT）及CMR。

       UCG是一种便捷的影像学技术，但其判定标准的临界点确定依赖于操作医师，具有经验性；且UCG虽然能通过测量LVEF来监测早期左室收缩功能，但心肌功能的变化多发生在后期，无法实现早期检测^[9]；而CT需注射碘油对比剂，限制了部分合并慢性肾病的患者的使用^[10]。CMR能反映心脏体积、功能及其表征，除了测量LVEF，更衍生出左房室耦合指数（left atrioventricular coupling index, LACI）等更好的指标，对高风险的MI患者进行危险分层^[11]；再者，CMR能通过心肌水肿、MVO及细胞外基质体积（extracellular volume, ECV）观测到MI后发生的炎症及纤维化级联事件。晚期钆增强（late gadolinium enhancement, LGE）成像是CMR的一个重要应用，利用注射含钆对比剂的方式识别心肌的不同区域，尤其是梗死区或纤维化区域。LGE成像是目前评估心肌瘢痕和量化梗死面积的最佳技术，能作为不同心血管疾病不良结果的可靠风险标志物^[12]。同时，CMR无须依赖操作者的临床经验，也无需暴露于医源性电离辐射或使用碘化对比剂^[13]。因此，CMR能成为检测ALVR的金标准。从临床角度来看，CMR在临床验证新型抗纤维化疗法中有着重要作用，这种治疗方案旨在抑制炎症，减少左心室纤维化和梗死面积，并最终防止进展为ALVR和HF，CMR通过心肌组织的表征评估治疗效果，有望早期检测治疗效果^[14]，能提高MI后患者的风险预测能力，及时升级监测和指导药物治疗。心脏破裂是MI后ALVR的最严重并发症，而CMR可以明确诊断心脏破裂并将其相关的异常组织可视化，这有助于识别高风险心脏破裂患者^[15]。

       目前，大部分研究仅集中于CMR与传统的影像学标志物结合应用于MI患者的评估，尚未深入探讨CMR在MI后ALVR患者的临床新型治疗策略中的潜力^{[16, 17]}；另一方面，随着人工智能的发展，CMR和人工智能联合在ALVR的临床应用也显示出更大价值^[18]。本综述简述了ALVR的病理生理学机制，在此基础上强调CMR如何支持新疗法的临床效果的验证，并通过提供预后成像的终点来预测未来临床新疗法；此外还探讨人工智能在CMR影像分析中的应用，评估其在MI后HF风险预测中的潜力，旨在为临床实践提供新的研究视角和治疗策略。

1 MI后ALVR产生的机制

       ALVR是指心脏通过调节心室大小、形状和功能来适应结构、神经激素和遗传变化，但MI后的ALVR会提高HF的发生的风险，降低患者生存率^[19]；具体表现为ALVR导致的心肌肥大、心室扩张以及收缩力障碍，进而导致心肌应变能力及LVEF降低^[20]。在ST段抬高型MI后3个月使用CMR成像，ESV增加12%~15%，EDV增加12%~20%可作为ALVR的共识临界值^[21]。下面将从心脏结构改变、心脏对炎性免疫环境的适应两个方面来简述MI后ALVR产生的机制。

1.1 炎症和重塑

       在组织学水平上，MI由冠状动脉闭塞引起，并导致引起相应心肌区域缺血，随即大量的巨噬细胞被募集到损伤部位，并在MI后第3天达到高峰^[22]。最初浸润的巨噬细胞表现出促炎表型（M1巨噬细胞），能促进炎症反应并清除坏死碎片，防止心肌继发性坏死并限制梗死面积的扩大，从而减少心脏破裂等严重后果发生的风险；随后，巨噬细胞极化为修复表型（M2巨噬细胞），这一步会加速细胞外基质沉积和瘢痕形成^{[23, 24]}。如果不恢复冠状动脉灌注，心肌瘢痕的形成将导致ALVR，随后引发HF^[25]。由此可见，MI后巨噬细胞的出现既保护心脏，又会对心脏造成损害。SUN等^[26]通过结扎大鼠的心脏动脉建立MI模型，研究发现敲除影响炎症反应的Piezo1基因后，小鼠的心室重塑严重程度减低，说明神经源性炎症级联反应在MI后4周的心室重塑中起关键作用。

       瘢痕形成过程中，细胞外基质对死亡心肌细胞的替代导致梗死区域的ECV增大。在急性MI阶段使用CMR进行LGE成像可以观测到ECV增加及心肌细胞破裂时对比剂累积的过程；在慢性MI后期则可观测到心肌纤维化。

1.2 心脏结构改变

       宏观上，MI后心肌细胞坏死以及由此导致的剩余纤维超负荷增加会使心肌进行调节扩张、肥大和纤维化等修复性变化^[27]。缺血和炎症后再灌注会导致细胞水肿、心肌坏死，随后发生微血管阻塞（microvascular obstruction, MVO），扩大间质-细胞外体积；冠状动脉血流恢复延迟则会使受损的内皮进一步受到正压，导致MVO程度加重、红细胞向周围组织渗漏，使MI区域进一步扩大^[28]。

       MVO发生时，对比剂无法回流至梗死核心区，其次，钆基对比剂可积聚在扩大的ECV（如梗死组织）中，这会导致T1缩短，从而在T1加权序列上呈现为高信号；可以通过CMR T1标测检测梗死心肌内的非造影T1低信号梗死核心，有助于评估左心室损伤的严重程度。然而，梗死核心与ALVR的关系尚不清楚^[29]。EYYUPKOCA^[30]等的研究表明，在MI后急性期测量的横向弛豫时间（T2-weighted imaging, T2WI）和6个月后T2WI的变化与ALVR独立相关。此外，MI后6个月远端心肌的T2WI和ECV增加与ALVR相关，反映了远端心肌水肿和间质纤维化增加。

2 CMR技术在ALVR中的应用

2.1 LGE成像在ALVR中的应用

       心肌是一种永久性组织，心肌细胞不能自发再生，因此纤维化是心肌的一种不可逆的损伤，梗死面积指出现不可逆损伤的心肌面积，LGE成像技术能有效检测出心肌纤维化^[31]。梗死面积指出现不可逆损伤的心肌面积，ZHANG等^[32]的研究结论表明，梗死面积>15%的患者比梗死面积≤15%的患者会经历更明显的梗死后重构及功能障碍，梗死面积对心脏重构和心肌功能有较大影响。

       sgp130Fc是一种融合蛋白，是一种排他性的反式信号转导抑制剂，具有抗炎作用；GEORGE等^[33]在再灌注前对大鼠进行手术MI，再将大鼠分组静脉给药后，在第1~28天进行LGE扫描，结果显示，sgp130Fc组的梗死面积显著降低（P=0.0221）；此结果证明，在再灌注MI中利用sgp130Fc的排他性反式信号转导拮抗作用能减轻炎症并减少梗死面积，保护心脏功能，因此，sgp130Fc作为一种潜在的新型治疗药物值得进一步研究。在初次经皮冠状动脉介入治疗（percutaneous coronary intervention, PCI）前使用尼可地尔可改善微血管功能障碍并减少再灌注损伤。QIAN等^[34]研究了尼可地尔给药对接受初次PCI治疗的ST段抬高MI患者梗死面积的影响。对部分ST段抬高型MI患者进行随机分组治疗，在再灌注后5~7天和6个月通过LGE技术量化梗死面积大小。结果显示尼可地尔组能显著减少梗死面积，再灌注后6个月对长期CMR成像的影响仍然显著（P=0.008）。

       在以上试验中，LGE成像技术被用于评估药物（sgp130Fc、尼可地尔）在减少梗死面积和保护心脏功能方面的效果，虽然目前使用LGE成像技术评估这些药物的临床效果的结论较好，但这些试验尚未实现进行大规模验证，未来可通过多中心、大样本的临床试验进一步验证LGE成像技术的评估效果，从而为MI患者的治疗提供更准确的影像学证据。

2.2 T2WI在ALVR中的应用

       T2WI升高是心肌含水量增加和游离水增加的特异性指标，可作为心肌水肿的指标；T2WI升高可能是心肌损伤的首发体征，并且通常先于症状、LVEF变化和ALVR^[35]。

       替格瑞洛和普拉格雷都能显著降低急性MI后几种促炎细胞因子的循环水平，而炎症因子能导致心肌水肿。KONIJNENBERG等^[36]纳入了60例患者并随机分配到替格瑞洛组与普拉格雷组；结果表明，在远端心肌中，两组患者的T2WI差异无统计学意义（P=0.86），说明通过CMR的评估证明了替格瑞洛维持治疗在预防早期远端心肌炎症方面未显示出优于普拉格雷。PANTOS等^[37]的研究试图了解甲状腺激素对人类缺血后心肌的新作用。将41位患者分为安慰剂组和甲状腺激素治疗组，使用CMR测量这些患者出院时的T2WI、LVEF等参数，用来评估心肌水肿和MVO。结果表明，当患者梗死面积≥20%时，甲状腺激素治疗组的LVEF显著增加（P<0.05）；这说明甲状腺激素治疗可能对大面积梗死患者的心脏功能恢复产生更有利的影响，甲状腺激素对心肌水肿和MVO具有潜在作用。由此可见，CMR的T2WI是评估心肌损伤和水肿的基础工具，在心肌损伤早期检测中具有独特价值，还能用于监测治疗效果。尽管在KONIJNENBERG等的试验中，通过CMR的T2WI对替格瑞洛组和普拉格雷组的患者进行评估，证明了两组患者的远端心肌水肿程度没有显著差异，但能说明这两种药物在早期炎症干预方面可能具有相似性。

       然而这些研究仍存在一定局限性。首先，研究样本量普遍偏小，无法反映药物在人群中广泛的治疗效果，未来的研究应考虑增加受试患者数量。此外，大部分研究仅使用T2WI作为单一指标，在未来的研究中，将影像学评估手段与更多临床数据结合，或许能更准确地反映心肌损伤与临床治疗效果间的关系。

2.3 CMR的定量评估在ALVR中的应用

       CMR在量化心室容积和LVEF方面具有很高的准确性，大多数使用CMR作为检测标准的预防MI后ALVR的试验都包括心室容量和收缩功能的变化。

       PILGRIM等^[38]对部分LVEF≤45%的急性前ST段抬高型MI患者分别给予帕罗西汀和安慰剂，通过CMR定量评估12周之后各组患者的LVEF水平改善的差异，结果显示帕罗西汀治疗并未改善MI后的LVEF（P=0.29）。钙/钙调蛋白依赖性蛋白激酶Ⅱ delta（CaMKIId）是ALVR的关键介质，NP202是一种口服活性的CaMKIId抑制剂，BOYLE等^[39]在初次PCI后的MI患者中使用NP202，分别在MI后5天内及给药前进行CMR检查，并3个月后随访CMR，CMR评估的结果显示使用NP202治疗并不能在3个月内改善ALVR（P=0.78）。MONTALESCOT等^[40]将初次PCI后24 h内的部分患者随机分配至氟巴司他组、非氟巴司他组和雷米普利组，使用CMR评估从开始到给药第84天的LVEF变化。结果显示，氟利巴司他组和雷米普利组两组治疗后发生相关不良事件的概率相似（P=0.79）。这表明氟利巴司他与在雷米普利预防首次MI后左心室功能不全方面的安全性相似。蒽环类药物可引起癌症治疗相关心功能障碍。THAVENDIRANATHAN等^[41]试图证明他汀类药物能防止蒽环类药物治疗患者的LVEF的下降，在蒽环类药物给药后22天进行CMR检查，结果显示在蒽环类药物之前使用他汀类药物与否，对患者LVEF的影响较小（P=0.34），说明蒽环类药物治疗期间使用阿托伐他汀进行一级预防并未改善早期LVEF下降。

       以上研究说明，CMR能准确测量试验患者LVEF的改善，评估药物对心脏功能恢复的影响。经过CMR对试验组和对比组的定量评估，即使部分试验药物对患者LVEF的改善不明显、疗效不显著，但也能说明这些高药物的临床使用较为安全且耐受性良好。通过将CMR定量测量得出的参数、MI患者的病理改变，与试验药物的作用机制进行对应，在此层面上将影像、病理机制和临床用药联系起来，证明了CMR的定量评估对未来的研究有指导作用。尽管CMR在评估LVEF和心脏功能恢复方面表现出较高的准确性，但部分研究的设计没有充分考虑药物机制和不同患者群体的差异，导致疗效评估具有局限性。未来应深入探讨药物对不同类型MI患者的具体作用机制，尤其是对于药物在不同病理状态下的效果。

2.4 分子成像技术在ALVR中的应用

       MI后，心肌组织会发生一系列包括炎症、瘢痕组织等病理生理学改变。WILK等^[42]使用PET/MRI对被诱导MI后的实验动物进行扫描，结果表明，在MI后的所有时间点，远端心肌的ECV及梗死内的葡萄糖摄取也有所增加，证明了ECV的显著增加可能与最初几周持续的炎症过程有关。然而，目前心肌的病理生理学及MI预后之间的关系尚不明确。FLÖGEL等^[43]使用静脉内施用的全氟化碳纳米乳（perfluorocarbon nanoemulsion, PFC）用作靶向剂，使用¹⁹F MRI进行评估，BECKER等^[44]的研究表明，MI会导致单核细胞和中性粒细胞中PFC摄取的早期适度增加，因此可以结合¹⁹F MRI实现炎症的无创可视化。FLÖGEL和BECKER的研究结果表明，¹⁹F MRI能在ALVR发生前之前对冠状动脉循环中的炎症过程进行早期可视化。NIENHAUS等^[45]的研究证明了¹⁹F MRI能够以足够的敏感度量化血管损伤后巨噬细胞浸润，这表明能使用CMR无创监测血管炎症甚至动脉粥样硬化斑块，早期预测MI后并发症。

       分子成像技术为MI患者提供了无创且高敏感度的评估手段，能够实时监测心肌炎症和损伤过程，实现心肌及血管中的炎症过程的早期可视化，帮助评估心肌病理变化及其与梗死后并发症的关系。借助分子成像技术，CMR为监测MI后ALVR的药物治疗效果提供了新的诊断思路。但现有研究大多侧重于炎症和血管损伤的可视化，而对心肌病理变化的全面评估较少。未来的研究应进一步探索分子成像在心肌结构、功能和病理学变化之间的关联。

2.5 代谢成像技术在ALVR中的应用

       正常心肌细胞通常将丙酮酸转变为乙酰辅酶A和CO2/碳酸氢盐，而缺血条件下，缺血心肌会将丙酮酸转化为乳酸，而这个动态过程决定了缺血心肌走向恢复或坏死，代谢在心肌的恢复中起着至关重要的作用。因此，丙酮酸代谢成像有可能改进当前的成像技术^[46]。FLOCKE等^[47]使用¹H/¹⁹F MRI跟踪¹⁹F负载免疫细胞向炎症病灶的募集，并使用氘（²H）磁共振波谱（magnetic resonance spectroscopy, MRS）监测受影响组织内葡萄糖的代谢归宿，结果证明¹H/²H/¹⁹F MRI/MRS能成功且无创检测炎症环境中代谢改变。FUETTERER等^[48]等使用超极化丙酮酸和基于质子的CMR进行代谢成像，在梗死前和梗死后比较心肌缺血组与健康对照组的T1、T2弛豫测定及增强影像差异，证明了超极化CMR具有在MI后检测代谢变化的潜力，并根据恢复的丙酮酸脱氢酶总量确定危险区域的活心肌。

       丙酮酸代谢成像能够提供心肌代谢变化的信息，在心肌缺血和恢复过程中的应用前景广阔，但多数研究侧重于单一代谢途径的检测，未来的研究应探索多种代谢途径的联合成像，进一步提高代谢成像对心肌功能恢复的诊断能力。

2.6 DT-CMR

       弥散张量心血管磁共振（diffusion tensor cardiovascular magnetic resonance, DT-CMR）是一种无需对比剂的技术，能探测水在心肌中的扩散，通过无创微观结构评估监测一些心肌疾病的病理生理学改变并改进这些疾病的诊断，还可以通过分数各向异性和平均扩散率测量组织扩散^{[49, 50]}。

       MAZUR等^[51]将DT-CMR应用于急性MI患者，结果显示，梗死心肌中的平均扩散率增加，分数各向异性降低，反映了心肌细胞排列混乱、水肿且细胞膜完整性丧失，这说明DT-CMR适用于不同严重程度的梗死区的定性评估。SHARRACK等^[52]等收集了32例患者MI后3个月后的3 T CMR、自由呼吸自旋回波DT-CMR及LGE成像资料并进行分析，结果表明平均扩散率与整体梗死面积显著相关（P<0.008）；根据LVEF降低程度将患者分为三组时，三组之间的所有DT-CMR参数均存在显著差异，这说明心肌微结构与MI后的心肌收缩力之间存在联系。DAS等^[53]评估了MI后不久进行的DT-CMR资料与MI后ALVR之间的潜在关联，结果显示与ALVR的患者相比，ALVR患者的分数各向异性较低，在多变量logistic回归分析中，梗死分数各向异性是调整LVEF和梗死面积后ALVR的独立预测因子。证明了低分数各向异性与ALVR独立相关。

       DT-CMR能有效地揭示梗死区心肌细胞排列的紊乱、水肿以及细胞膜的完整性丧失，帮助定性评估不同严重程度的梗死区域；低分数各向异性与ALVR的独立相关性，进一步证明了DT-CMR在MI后的临床应用价值，但其对微小梗死区的量化能力仍有待提升。未来的研究可以聚集在增强DT-CMR的定量分析能力上。虽然现有研究表明DT-CMR能够与LVEF、梗死面积等重要临床指标相关联，但在不同病理阶段对DT-CMR参数的准确解读仍不够充分。未来研究可探讨DT-CMR在不同疾病阶段的诊断标准，确保其在临床中得到广泛运用。

3 人工智能与CMR技术在ALVR中的应用

       人工智能能通过选择、获取和后处理CMR图像中包含的丰富信息，并对CMR图像进行补充。

       HUANG等^[54]使用三种不同类型的基于深度学习的MRI重建模型，用于DT-CMR图像的重建并根据重建质量评估、扩散张量参数评估以及计算成本评估评估模型的性能，结果说明深度学习正在改善DT-CMR与临床实践的整合方面具有重要潜力。虚拟原生增强（Virtual native enhancement, VNE）是一种新技术，可以在不需要对比度的情况下生成类似LGE的虚拟图像，ZHANG等^[55]将LGE作为成像金标准，使用VNE对心肌瘢痕进行无创评估，结果证明与LGE相比，VNE在MI后检测瘢痕方面的总体准确率为84%，特异度为100%，敏感度为77%。CHEN等^[56]提出了一种名为ARMD的集成机器学习分析程序，将CMR与卷积神经网络结合，自动分割左心室MI，减短了医生手动注释瘢痕和心肌所用的时间，实现MI分层和预测。LECESNE等^[57]利用健康心肌的概率图来指导梗死的定位，通过专用2D U-Net获得正常心肌的概率图，将概率图作为附加，输入合并到原始图像中；该项实验在2020年MICCAI EMIDEC挑战数据集上的梗死评分为92.36%，说明其在MI分割方面具有卓越性能。

       人工智能在CMR图像分析中展现出显著优势，但仍需进一步优化。VNE技术与传统LGE成像相比，敏感性仍待提高，未来的研究应着重提高VNE在不同阶段心肌病变中的敏感性和可靠性。其次，人工智能仍然依赖于大量标注数据进行训练，未来可探索如何在数据不足或少量标注的情况下，依然保持其良好的性能和准确性。

4 小结与展望

       目前，对于MI患者的治疗已经取得了突破性进展，MI后ALVR和HF却仍然是患者发病率和死亡率的主要驱动因素。目前临床已经开发了直接靶向MI背景下的炎症和纤维化途径的疗法，并在动物模型和临床试验中进行了测试。CMR能量化心脏体积与心肌结构，评估心脏功能，是检测心肌纤维化和测量梗死面积的金标准，因此在评估这些临床试验中的药物治疗方面将发挥关键作用。CMR可以识别MI后容易发生HF的患者，同时预测患者发生严重并发症的风险。并且一些基于CMR的相关参数（如梗死面积）与临床结局具有强有力的相关性，可为临床药物治疗引起的患者心肌的微小变化提供新的机制见解。

       然而，目前仍需要进一步的研究使CMR技术更简单、更快速、更标准化，以实现MI后个体化患者管理的最终目标。除此之外，在LGE成像中，一些钆对比剂可能在某些组织中积聚，对最终结果造成干扰，但临床意义尚不清楚。同时，使用CMR探测心肌水肿仍需优化，其难点之一是区分心肌细胞内水和细胞外水。

       目前已有多种新型定量技术正逐步出现并被应用于临床工作中，如弛豫映射、应变成像和定量灌注等，有望改善CMR的诊断和预后性能；同时，将CMR与机器学习结合、或与分子成像结合的新技术已得到初步发展。未来仍需将这些新型技术从实验方法转化为临床应用。