心脏消耗的氧气量是其健康状况的关键指标。如果心脏无法接收或利用足够的氧气，心肌组织可能会受损，进而导致未来的心力衰竭。
由于异常的心肌氧消耗是潜在心脏功能障碍的指标，对其测量有助于心力衰竭的早期检测和治疗。鉴于四分之一的人在其一生中可能会发展为心力衰竭，这一检测方法具有至关重要的意义。然而，心肌氧消耗量的测量并非易事。确定心脏氧气使用的金标准是心脏导管插入术。但这种检测——需要将导管从患者的颈部或腹股沟插入冠状窦（CS，最大的冠状静脉）——具有高度侵入性、耗时长且存在一定风险。
一种新型MRI技术可能很快提供快速、无创的替代方案。由塞达斯-西奈健康科学大学领导的国际研究团队开发的高分辨率MRI方法仅需三分钟即可评估心脏的氧消耗量。在《科学转化医学》杂志报道的对22名心力衰竭患者的初步研究中，团队验证了该技术的准确性、可行性、性能和可重复性。
MRI通过血氧水平依赖（BOLD）信号对血液氧合敏感，该信号最初是为脑活动绘图而开发的。然而，由于需要复杂的校准、对运动敏感以及采集时间长，将其应用于心脏仍然具有挑战性。塞达斯-西奈生物医学影像研究所的辛-荣·杨及其合作者通过开发一种快速、自校准的心脏MRI框架克服了这些障碍，该框架能够在无需对比剂或药物应激的情况下，实现自由呼吸状态下的冠状窦血氧测量（血液氧饱和度测量）和全心心肌氧提取量化。
研究人员的主要目标是确定MRI衍生的冠状窦血氧测量的准确性和精确性，并与侵入性冠状窦导管插入术获得的测量结果进行比较。他们还旨在对全局心肌氧消耗和心肌氧效率进行非侵入性量化，并比较健康对照组与心力衰竭患者之间的差异。
为实现这一目标，他们开发了一种用于心脏BOLD MRI的运动解析重建算法，使在呼吸和心跳过程中能够清晰成像移动的心脏。研究团队首先在猪身上验证了该方法，然后将其应用于22名有既往心脏病史的心力衰竭患者和11名健康志愿者。
研究人员获取了临床电影图像以确定心脏解剖结构、定位冠状窦并测量心室功能，用于估算氧-机械功耦合效率。通过这种方法，他们在患者组中识别出受损的心肌氧消耗，包括射血分数保留的患者（左心室每次收缩泵出的血量，其低值可能表明心脏问题）。研究发现，在可检测到结构或功能衰退之前就能测量到氧消耗受损，这可能有助于心脏功能障碍的早期检测。
研究人员指出，他们的自校准MRI框架直接解决了对冠状窦进行定量血氧测量的困难——冠状窦是一种在整个心动周期中经历显著位移的移动血管。"我们的框架通过连续、自由呼吸、运动解析的3D采集直接解决了这些挑战，该采集回顾性地对心脏和呼吸相位的数据进行排序，确保了冠状窦追踪的稳定性，尽管其运动和尺寸变化复杂，"他们写道。
通过消除对门控和校准的依赖，该方法可应用于各种临床人群，包括心律失常患者、无法屏气或生理应激的患者，而传统门控采集对这些人群不可靠。研究团队认为，该框架还有望将氧消耗成像扩展到其他移动器官，如肝脏和肾脏，并且未来，运动解析的BOLD框架可应用于基于组织的量化。
研究人员正在进行临床研究，以评估该MRI技术在主动脉瓣狭窄（主动脉瓣变窄）和肥厚型心肌病（心肌增厚）中的应用，在这些疾病中，改变的氧提取和代谢效率揭示了疾病严重程度、风险和治疗反应，超越了传统成像。
更广泛地说，杨实验室正在将这种方法扩展到表征所有心脏代谢疾病和相关新兴疗法中的氧利用，目标是无创定义心肌能量供需平衡，识别治疗反应表型，并监测疾病进展和随时间的代谢重塑。
"通过为测量心脏氧代谢提供快速、无对比剂、无放射性的方法，[这种MRI方法]可以为早期诊断、个性化治疗以及开发下一代心脏代谢疾病治疗方法开辟新领域，以应对全球心力衰竭流行病，"研究团队总结道。
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