0 引言

       心肌微循环作为组织细胞进行物质气体交换的场所，主要由直径<500 μm的微小动脉、微小静脉及其间的毛细血管网组成^[1]，心肌微循环功能在心肌病变的发生发展及治疗预后过程中，发挥着极其重要的作用^[2]。多项研究证实，心肌微循环功能障碍不仅与心肌病变密切相关，更是心力衰竭等不良心血管事件的独立危险因素^{[3, 4, 5]}。体素内不相干运动（intravoxel incoherent motion, IVIM）技术凭借其无创定量评估微循环的优势，已在神经^[6]、乳腺^[7]、子宫^[8]、肝脏^[9]等多系统疾病中得到广泛应用。近年来，随着磁共振成像设备性能的提升，IVIM在心肌微循环评估领域取得重要进展，但仍面临诸多挑战，比如尚缺乏统一的序列参数标准（b值的数量与取值范围等），尚未有被广泛认可的后处理模型等问题。自向晓睿等^[10]于2020年系统综述IVIM技术在心脏疾病中的应用后，近五年内尚未见系统性综述更新。因此，本文通过梳理IVIM技术在心肌微循环功能评估中的最新进展，探讨现存争议并提出潜在解决方案，为研究者全面掌握心肌IVIM的研究动态提供参考。

1 IVIM技术基础及原理

       磁共振成像可以同时得到心脏解剖结构和心肌功能代谢等多维信息，在心脏病变中的应用越来越广泛^[11]，IVIM技术作为可定量评估心肌微循环功能的磁共振成像技术，日益受到人们的关注。IVIM技术由LE BIHAN于1986年提出^[12]，是在扩散加权成像（diffusion weighted imaging, DWI）基础之上发展而来。IVIM技术理论认为组织内水分子的扩散运动主要由水分子的真实扩散运动和微血管网中的血液流动两种成分构成，在b值较低的情况下，微血管内的血流灌注成分对弥散加权图像的贡献更大，因此进行多个低b值扩散加权成像扫描时，可获得微血管中的血液灌注信息，再采用双指数模型的弥散系数计算公式Sb/S0 =(1-f)×exp(-bD)+ f×exp(-bD^*)，可以得到扩散系数D、伪扩散系数D^*、灌注分数f三个参数，它们分别代表组织内水分子的真实扩散运动信息、微血管中的血液灌注信息以及微循环灌注所占的比例^[13]。

       目前临床评估心肌微循环功能的检查技术主要有冠状动脉血流储备分数（fractional flow reserve, FFR）^[14]、冠状动脉瞬时无波形比率（instantaneous wave-free ratio, iFR）^[15]、单光子发射型计算机断层成像（single-photon emission computed tomography, SPECT）^[16]和正电子发射计算机断层扫描（positron emission computed tomography, PET）^[17]、经胸超声心动图^[18]等，由于这些检查技术或存在电离辐射、或属于有创伤性检查、可重复性欠佳等原因，均未能在临床广泛开展应用。IVIM技术作为磁共振成像的特殊功能序列，具有无辐射、无创伤、无需使用对比剂的显著优势，不仅避免了电离辐射危害、减轻了患者痛苦，尤其对肝肾功能不全、对比剂过敏等患者具有独特优势，为疾病动态观察和随访提供了理想手段，同时该技术可获得扩散系数D、伪扩散系数D^*、灌注分数f三个定量参数，可为心肌微循环的早期诊断、病情评估和疗效监测提供客观量化依据。作为一种新兴的功能成像技术，IVIM通过量化评估微循环血流灌注与水分子扩散的耦合信息，为心肌微循环功能研究开辟了全新路径，有望成为现有评估手段的重要补充，具有广阔的临床应用前景。

2 IVIM在心肌微循环中的技术进展

       受限于磁共振成像设备性能不佳、心脏搏动及呼吸运动等因素制约^[19]，IVIM技术在心脏中的应用进展缓慢，直到2003年CALLOT等^[20]首次采用IVIM技术在活犬心脏跳动的情况下成功采集图像，才真正意义上跨过了生理性运动对心脏IVIM序列扫描的技术障碍，为人们的进一步研究指明了方向。为降低心脏跳动对IVIM图像质量的影响，提高图像的信噪比，人们会在电影序列中观察，在心脏运动幅度最小的时刻采集信号，但这种方法具有主观性强、误差大等弊端，基于此，ZHANG等^[21]发现心肌应变曲线能够更精准判断心肌运动幅度最小的时刻，可显著提高心肌IVIM图像的质量和技术成功率。为进一步提高IVIM图像质量，降低序列中的生理噪声，有研究者发现采用最大强度投影方法（temporal maximum intensity projection, TMIP）和主成分分析（principal component analysis, PCA）^[22]技术效果显著。随着对IVIM研究的深入，人们认识到采用不同回波序列采集信号，可能会对IVIM参数产生影响，MUNOZ等^[23]在相关研究中发现激励回波（stimulated echo acquisition mode, STEAM）序列结合相位循环技术采集信号，较传统自旋回波（spin echo, SE）序列，可以增加对血流灌注信息的敏感性，显著提高IVIM参数的稳定性及准确性。IVIM后处理模型同样是影响IVIM参数稳定性的重要因素之一，因传统的非线性最小二乘模型具有高噪声敏感性、贝叶斯模型具有过度平滑等缺点^[24]，ZHANG等^[25]研究发现IVIM张量模型利用不同的编码梯度场可探测到不同方向的血流灌注信息，较传统模型可提高IVIM参数的准确性，KAANDORP等^[26]采用无监督的深度学习模型拟合IVIM数据，得到的IVIM参数较传统模型更接近真实的微循环灌注状态，WANG等^[27]在相关研究中同样认可深度学习模型在IVIM数据处理中的应用价值，提示深度学习模型在未来中的广阔应用前景。

       虽然IVIM技术在心脏领域的应用起步较晚，但近几年发展迅速，通过心电门控与呼吸导航技术，心脏搏动及呼吸运动伪影得到初步解决，IVIM图像质量与技术成功率显著提升，然而在临床实践中，该技术仍面临诸多挑战，其一是现有序列扫描速度不足，仍难以完全匹配心脏动态特性，尤其是心脏复杂运动的干扰，如心律失常患者的不规则节律等，可能会导致传统扫描序列的K空间填充错位，导致图像质量欠佳；其二是目前IVIM双指数模型的多参数拟合仍面临模型标准化难题，不同的拟合模型会产生不一致的参数结果，严重影响不同研究者间IVIM参数的相互验证。针对这些挑战，未来研究可聚焦于高性能扫描序列的联合研发，如有学者提到的高度欠采样扩散加权涡轮自旋回波螺旋桨序列等^[28]创新技术，在保证图像信噪比的前提下减少K空间填充层数与范围，进一步提升IVIM技术在临床场景中的实用性；可以引入非刚性配准算法，通过运动补偿模型对心脏形变进行逐帧校正，从而降低运动伪影对参数定量的影响；在后处理模型环节，近年研究主要呈现两大趋势：一方面通过深度学习神经网络（如卷积神经网络）构建参数估计框架，利用其强大的特征提取能力处理复杂血流动力学数据，另一方面通过探索拉伸指数模型在微循环异质性场景中的应用，通过增加拟合参数提升复杂血流模式的表征精度，以提高后处理模型的精确度，后来研究者可以在这两个方向进一步深入探究，以期构建出更优质、操作简易且被广泛应用的后处理模型。

3 IVIM在心肌微循环中的临床应用进展

3.1 IVIM在健康人群心肌微循环中的研究进展

       随着心脏IVIM技术快速发展，研究者开始在健康人群中进一步验证其稳定性及可重复性，ZHANG等^[29]采用IVIM张量成像技术评估10名健康志愿者的心肌微循环功能，所有受检者均间隔15 min进行了两次IVIM张量成像，结果提示两次的IVIM参数一致性较好，初步验证了IVIM张量成像技术在心脏中良好的稳定性及可重复性，同时该研究还发现，在采用呼吸导航和心电门控的情况下，心室壁下节段较基底段及中间段的信噪比低，这可能主要与胃肠蠕动影响心室下壁信号采集有关，提示胃肠蠕动也是影响IVIM图像质量的因素之一。心室壁的不同位置由不同冠状动脉分支供血，因此心室壁的不同节段微循环灌注功能可能存在差异，何秀超等^[30]利用IVIM技术发现左心室基底部的伪扩散系数D^*值较心尖部和中间部明显减低，提示基底部的微循环灌注功能较低，可能与左冠状动脉回旋支血流灌注量较小有关。LI等^[31]通过对80名健康志愿者进行心肌IVIM成像，发现女性受试者的年龄越大，心肌微循环功能状态越差，D^*参数与年龄呈显著负相关，推测与女性的激素环境随年龄发生变化有关，年龄增大，雌激素分泌下降，雌激素不足会影响血管内皮生长因子的表达，引起心肌微循环功能下降。

       以上研究进一步验证了IVIM技术在健康人群心肌微循环功能评估中的可行性，但目前研究仍存在显著局限性，首先，从研究设计层面，当前文献多为单中心小样本量探索（n≤100），且纳入标准缺乏统一规范，导致健康人群IVIM参数的正常参考区间尚未建立，这种数据标准化的缺失，会直接影响病变状态下心肌微循环异常的判别效能。其次，现有研究对健康人群心肌微循环功能研究不够深入，现有成果未解析更多生理因素对IVIM参数的影响，如年龄、体脂成分、心脏体积、心包膜下脂肪等因素，也未对不同状态下（如应激与安静状态）的心肌微循环功能深入探讨。针对上述问题，未来可尝试采用多中心协作网络，制订统一的纳入排除标准，建立至少200例健康志愿者的IVIM参数数据库，同步采集身高、体质量、年龄、心脏体积等多项生理指标及不同的运动状态作为协变量，从“单一因素描述”转向“多因素交互机制解析”，通过分层研究设计和多模态数据融合，揭示健康人群心肌微循环的生理变异规律，为疾病早期筛查（如糖尿病心肌病、心衰前期）提供基线参考。

3.2 IVIM在不同患者心肌微循环中的研究进展

       鉴于IVIM技术在健康人群心肌中展现出的可行性与稳定性，研究者正逐步将其拓展至疾病状态下心肌微循环功能的评估中，以期为心肌病变的早期诊断、治疗效果监测及预后评估提供新的影像学工具。

3.2.1 IVIM在心脏疾病心肌微循环中的研究进展

       冠状动脉粥样硬化性心脏病是我国常见的心脏病变类型^[32]，也是导致中老年人死亡的重要原因之一^[33]，有研究提示，心肌微循环功能障碍在冠状动脉粥样硬化性心脏病的发生发展中起到非常重要的作用^[34]，近年来，IVIM技术凭借其显著的优势，逐渐被应用于冠状动脉粥样硬化性心脏病的病理机制研究及治疗效果评估中。AN等^[35]采用IVIM技术评估心肌梗死患者经皮冠状动脉治疗（percutaneous coronary intervention, PCI）术后心肌微循环恢复情况，与术后3天相比，患者术后7天和30天的伪扩散系数D^*和灌注分数f均显著升高，差异具有统计学意义，这一动态变化证实了PCI术后心肌微循环存在时间依赖性修复过程，为临床通过IVIM量化评估血运重建疗效提供了影像学依据。临床中，心肌梗死和梗死样心肌炎的临床症状、生物标志物、超声心动图具有高度相似性的特点^[36]，但两者的治疗策略及预后差异显著，早期准确鉴别两种疾病对临床意义重大，近年来，多参数心脏磁共振成像凭借可定量评估心肌组织的优势，为解决这一临床难题提供了新方法^[37]，AN等^[38]利用IVIM技术发现，心肌梗死与梗死样心肌炎患者的伪扩散系数D^*值显著低于健康对照组，其中心肌梗死患者的D^*值较梗死样心肌炎患者降低更明显，尤其是在T2WI序列中呈高信号的心肌区域，这与心肌梗死的“微血管堵塞”和梗死样心肌炎的“微血管血流受限”病理机制相吻合，提示IVIM参数D^*值对鉴别两种疾病具有一定参考价值，为临床鉴别诊断提供了新的影像学依据。

       在肥厚型心肌病患者中，心肌微循环功能障碍与临床症状之间存在显著的相关性^[39]，ABULAITI等^[40]通过IVIM发现，肥厚型心肌病患者的伪扩散系数D^*和灌注分数f值明显低于健康对照组，这与肥厚型心肌病患者的心肌细胞肥大导致微血管物理性受压、微小血管壁增厚伴管腔狭窄的病理机制相吻合^[41]，WU等^[42]采用延迟钆增强磁共振成像（late gadolinium enhancement-magnetic resonance imaging, LGE-MRI）与IVIM联合研究发现，肥厚型心肌病患者的心肌纤维化区域较非纤维化区域伪扩散系数D^*和灌注分数f值明显减低，这与纤维化瘢痕对微血管的物理性破坏病理机制一致，XIANG等^[43]进一步证实，在肥厚型心肌病患者中，IVIM参数与心血管不良预后高度相关，伪扩散系数D^*和灌注分数f值下降越明显，心血管不良预后事件发生概率越高，以上研究提示，IVIM技术通过量化心肌微循环功能，可为肥厚型心肌病的纤维化评估与预后分析提供影像学依据。

       IVIM技术凭借其无创、定量评估微循环的优势，已在缺血性心脏病、肥厚型心肌病等心肌微循环功能的评估中取得阶段性成果，但IVIM在心脏病变中的研究处于初步探索阶段，仍存在很多研究局限性和空白之处。首先，对一些较少见心脏病变的IVIM研究极度缺乏，如遗传性心脏病、心脏肿瘤等，这可能与心脏病变患者数量较少、患者配合度不高等有关；其次，目前IVIM技术在心脏病变中的研究多为单一技术探索，普遍缺乏与超声心电图、心脏CT、PET-CT及实验室指标等检查联合应用的多模态研究。对此，未来可从以下几个方向进一步深入探索：依托当地心血管病研究中心，拓展少见病研究，建立多中心少见病IVIM数据库；联合其他学科推动多模态融合研究，如在胸痛三联征患者中同步采集IVIM数据，实现冠状动脉和微循环一站式评估，可以对患者同时进行PET-CT心肌灌注与IVIM扫描，校正IVIM参数与PET参数之间的相关性，建立微循环血流数据库等。

3.2.2 IVIM在全身系统性疾病心肌微循环中的研究进展

       心肌微循环功能障碍不仅发生于心脏自身的疾病，全身性系统疾病通过介导微血管内皮功能紊乱、血流动力学异常等机制，也会导致心肌微循环功能障碍的发生。

       高血压通过损伤心肌小血管内皮细胞、诱发小血管狭窄，可引起心肌纤维化、微循环功能异常^[44]。ZHAO等^[45]采用IVIM技术评估高血压患者心肌微循环功能，发现高血压人群的伪扩散系数D^*及灌注分数f值均较健康对照组明显下降，且与患者的高血压级别呈显著负相关，提示IVIM技术在评估高血压所导致的心肌微循环功能异常方面具有一定价值。糖尿病也是引起心肌微循环功能异常的重要病因^[46]，李世兰^[47]及MOU等^[48]在采用IVIM技术对糖尿病患者和健康志愿者的心肌微循环功能进行评估时，发现糖尿病患者的伪扩散系数D^*值显著低于健康对照组，两组之间差异具有统计学意义（P=0.01）。

       系统性硬化（systemic sclerosis, SSc）作为典型的全身性自身免疫疾病，以全身广泛的小血管损伤、纤维化为病理特征，可引起心肌微循环功能异常、心肌纤维化，最终导致心肌结构和功能异常^[49]，磁共振成像凭借其多参数、可定量的优势，已成为SSc心肌受累的重要影像学工具^[50]。TERRIER等^[51]采用IVIM联合T1 mapping技术发现，SSc患者的心肌灌注分数f值较健康对照组明显下降，T1 mapping值较健康对照组明显上升，f值反映心肌微循环灌注，T1 mapping代表心肌纤维化的存在，首次验证了IVIM-f联合T1 mapping可定量评估SSc患者心肌微血管-纤维化双重病变，为早期识别心肌受累提供了新的多参数成像方案。

       受全球气候变化及城市热岛效应加剧影响，热射病在热带/亚热带地区已成为重要的公共卫生问题，热射病通过热应激介导的心肌细胞损伤、电解质紊乱及自主神经功能失调等机制，可引起心律失常、心动过速、低血压等心脏电活动及血流动力学异常^[52]，BAO等^[53]在一位热射病患者中发现，冠状动脉造影衍生的微血管阻力指数（coronary angiography-derived index of microvascular resistance, ca-IMR）在该患者中显著升高，提示存在心肌微循环功能障碍，ZHANG等^[21]进一步对44例热射病患者行心脏IVIM检查，发现患者组的伪扩散系数D^*和灌注分数f值较健康对照组明显下降，f值与心肌损伤标志物肌酸激酶同工酶（CK-MB）和肌钙蛋白I（cTnI）呈显著负相关，上述研究通过单病例-队列研究证据链，证实热射病可通过微血管阻力增加，影响心肌微循环灌注功能，从而导致心肌损害的发生。

       蒽环类化疗药物的心脏毒性已形成临床共识^[54]，LI等^[55]采用IVIM技术对接受蒽环类化疗的患者进行心脏微循环功能研究，发现在多次化疗后，心肌的伪扩散系数D^*和灌注分数f值均较化疗前的基线水平明显下降，这与蒽环类药物可能会通过氧化应激、线粒体功能障碍通路诱导微血管内皮凋亡，最终导致心肌微循环血流容积减少的病理机制相吻合。

       长期高强度耐力训练可引起心脏结构和功能异常，但其对心肌微循环的影响尚不明确，DENG等^[56]在一项研究中，共纳入了174名职业运动员与54名久坐的人群，采用IVIM技术评估两组人群之间的心肌微循环功能，发现运动员的16个心肌节段的伪扩散系数D^*和灌注分数f值均较久坐对照组明显减低，提示长期运动可能会影响心肌微循环灌注功能，微循环灌注下降可能先于临床心功能不全的发生。

       以上研究提示，IVIM技术为全身系统疾病心肌微循环功能损害提供了量化评估工具，但其距离临床广泛应用仍面临诸多挑战。首先，临床中常出现多种全身系统疾病共存现象，如高血压合并糖尿病，这可能会导致IVIM参数的叠加效应，掩盖单一疾病的特征性改变；其次，不同全身系统疾病间的IVIM参数区间可能存在重叠，其鉴别效能尚不足以支撑精准诊断。因此，未来研究方向可首先聚焦于明确单种疾病状态下的IVIM参数区间，建立单病种IVIM参数数据库，以此为基础，可进一步尝试探索多病种共存状态下的心肌微循环损伤的动态演变规律，或者可以尝试整合IVIM参数与临床指标之间的相关性，提高鉴别诊断精度。

4 小结与展望

       IVIM技术凭借其无创、定量、多参数优势，已成为评估心肌微循环功能的重要辅助工具，尽管IVIM技术前景广阔，但其临床转化仍存在很多瓶颈尚未完全解决，主要包括：目前尚无标准化扫描协议、成像时间仍较长、后处理模型不统一、缺少单病种数据库及多中心对照研究等。针对这些问题，未来可以在以下几个方面进一步深入探索，以提升IVIM技术在心肌微循环功能评估中的应用价值：联合国内外权威机构制定多中心统一扫描参数标准；重点开发高时间分辨率的快速扫描序列，在保证心肌应变评估精度的前提下，缩短扫描时间并提升图像信噪比；引入拉伸指数模型替代传统双指数模型，以更精准地量化心肌微循环血流灌注与扩散特征；构建人工智能深度学习后处理平台，通过卷积神经网络等算法优化参数拟合精度，降低噪声对定量分析的影响；联合心血管病专科医院及影像研究中心，构建多中心IVIM心肌微循环数据库；基于大样本队列明确单病种（如冠心病、心肌炎）及多病种（如糖尿病心肌病合并冠心病）的IVIM参数区间范围；开展IVIM与PET-CT心肌血流定量、超声心动图应变分析、CT冠状动脉造影的多模态对照研究，验证IVIM参数的临床可信度等。通过对心肌IVIM的更深入探讨研究，有望推动IVIM技术从科研向临床的转化，构建心肌微循环功能定量评估体系，并发展成为心肌微循环疾病精准诊疗的核心技术，最终推动心血管病学从“以结构改变为中心”向“以功能保护为中心”的诊疗模式转型。