周慧慧 許楠 席芊

(同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院醫(yī)學(xué)影像科,上海 200092)

心臟疾病在過去20年來,一直是全球首要死亡原因。心臟磁共振(cardiac magnetic resonance,CMR)以其高空間、高軟組織分辨率成為評價心肌結(jié)構(gòu)和功能的金標(biāo)準(zhǔn)[1]。目前,基于CMR的特征跟蹤(feature tracking,FT)技術(shù)提供快速采集及后處理,受到放射科、心內(nèi)科和心外科重視。此前,部分研究應(yīng)用CMR-FT技術(shù)觀察正常心肌應(yīng)變及應(yīng)變率(strain rate,SR)顯示出極好的重復(fù)性[2]。近年來,該技術(shù)已能提供對左心室(left ventricle,LV)相對準(zhǔn)確的評估,但由于心房及游離右心室(right ventricle,RV)壁相對較薄,CMR-FT技術(shù)尚不能提供統(tǒng)一參考標(biāo)準(zhǔn)[3]。心室傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)和功能參數(shù)包括心室舒張末期容積、心室收縮末期容積、射血分?jǐn)?shù)以及LV心肌質(zhì)量等,其中左室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction,LVEF)最常用于危險分層并廣泛應(yīng)用于臨床實踐中,但其不能提供區(qū)域心功能信息,而CMR-FT技術(shù)通過心肌應(yīng)變分析可能會提供除傳統(tǒng)指標(biāo)以外的區(qū)域心功能信息。因此,為進(jìn)一步促進(jìn)CMR-FT技術(shù)研究,現(xiàn)就CMR-FT技術(shù)評價心肌應(yīng)變在多種心臟疾病的臨床應(yīng)用及進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 心肌形變參數(shù)及其意義

心肌形變參數(shù)包括心肌應(yīng)變及SR。心肌應(yīng)變是指張力作用下心肌發(fā)生形變的程度,通常由以下公式定義:(L1-L0)/L0,其中L1代表心動周期中(通常是收縮末期)心肌節(jié)段長度,L0代表該節(jié)段初始長度(通常是舒張末期)[4]。當(dāng)應(yīng)變?yōu)檎禃r,表示心肌組織的伸長、增厚或松弛;當(dāng)應(yīng)變?yōu)樨?fù)值時,表示心肌組織縮短、變薄或收縮。在心動周期中從舒張末期到收縮末期,根據(jù)心肌形變的不同方向,CMR-FT技術(shù)可計算得到縱向應(yīng)變(longitudinal strain,LS)、周向應(yīng)變(circumferential strain,CS)和徑向應(yīng)變(radial strain,RS);其中,每個心肌應(yīng)變參數(shù)又分為整體應(yīng)變及節(jié)段應(yīng)變[3]。SR代表心肌發(fā)生形變的速率,包括收縮期SR、舒張早期及舒張晚期SR,分別表示心臟收縮及舒張功能。

1.1 心室應(yīng)變分析

通過后處理工作站多平面功能模塊在心室收縮末期和舒張末期自動追蹤心內(nèi)、外膜輪廓(其中LV腔包括LV流出道),自動計算LVEF、左心室舒張末期容積、左心室收縮末期容積等心室功能傳統(tǒng)評估指標(biāo)。應(yīng)用FT模塊在心室長軸及短軸CMR電影序列自動識別心室舒張末期及收縮末期心內(nèi)、外膜輪廓,在整個心動周期中自動計算心室容積/時間曲線、整體和節(jié)段應(yīng)變及SR。

1.2 心房應(yīng)變分析

左心房(left atrium,LA)的主要作用是通過3個基本功能來調(diào)節(jié)LV充盈和心血管性能,包括儲存功能、通道功能和收縮功能[5]:(1)儲存功能(總應(yīng)變),當(dāng)心室處于收縮期時,LA接受來自肺靜脈的血流量達(dá)到最大容量;(2)通道功能(被動應(yīng)變),當(dāng)心室處于舒張早期時,房室瓣打開,使LA成為血液從心房流向心室的管道;(3)收縮功能(主動應(yīng)變),當(dāng)進(jìn)入舒張晚期時,LA積極收縮以完成心室充盈。右心房(right atrium,RA)功能與LA相似,也包括3個基本功能:(1)儲存功能(總應(yīng)變),代表心室收縮期靜脈回流收集;(2)通道功能(被動應(yīng)變),代表心室舒張早期,RA被動將靜脈血液運輸至RV;(3)收縮功能(主動應(yīng)變),代表心室舒張晚期即心房收縮期,RA主動收縮使RV進(jìn)一步充盈。CMR-FT技術(shù)通過對心房應(yīng)變和SR分析,提供了心房生理學(xué)3個基本方面的準(zhǔn)確量化[6]。

應(yīng)用后處理工作站FT模塊在CMR電影序列LA或RA四腔和兩腔視圖中手動勾畫心房心內(nèi)、外膜輪廓,在分別處于心房儲存期、通道期及收縮期時測量LA儲存期、通道期及收縮期整體或節(jié)段應(yīng)變及SR。對于心房應(yīng)變測量,LA心肌輪廓不包括肺靜脈和左心耳,RA心肌輪廓不包括腔靜脈和右心耳。

2 缺血性心肌病

缺血性心肌病(ischemic cardiomyopathy,ICM)是指基于阻塞性冠狀動脈疾病的收縮性LV功能障礙,可引起心肌缺血、心臟重構(gòu)及心臟擴大,其發(fā)病率逐年增加,是最常見的心力衰竭(heart failure,HF)原因之一。CMR-FT技術(shù)通過應(yīng)變分析可在射血分?jǐn)?shù)降低之前檢測到細(xì)微的心肌損傷,對于有缺血但無阻塞性冠狀動脈疾病的女性來說,其LV-CS降低,但這類患者伴有冠狀動脈微血管功能障礙時,LV-CS及LV-SR反而增加,預(yù)示LV-CS的增加與冠狀動脈微血管功能障礙的發(fā)生呈相關(guān)關(guān)系[7];目前預(yù)防心源性猝死指南建議將LVEF≤35%的ICM患者進(jìn)行植入型心律轉(zhuǎn)復(fù)除顫器治療作為首要預(yù)防措施,而對于LVEF降低但>35%的ICM患者,研究表明LV-整體縱向應(yīng)變(global longitudinal strain,GLS)(≥-8.2%)和RV-整體徑向應(yīng)變(global radial strain,GRS)(≤12.0%)聯(lián)合應(yīng)用對適當(dāng)?shù)闹踩胄托穆赊D(zhuǎn)復(fù)除顫器治療具有較高的預(yù)測價值,敏感性為85%,特異性為76%[8]。Vietheer等[9]研究發(fā)現(xiàn)在LVEF與心室表型相似的ICM與擴張型心肌病(dilated cardiomyopathy,DCM)患者中,DCM患者整體周向應(yīng)變(global circumferential strain,GCS)和GRS顯著降低。此外,有研究表明慢性心肌缺血性患者應(yīng)變參數(shù)GCS及GRS降低,且與LVEF具有良好相關(guān)性,LVEF越低,其應(yīng)變值越低;其中非存活心肌CS及RS明顯受損,從而有效區(qū)分由延遲釓增強定義的存活心肌和非存活心肌[10],為ICM患者風(fēng)險分層提供一個更客觀的度量指標(biāo)。

3 非缺血性心肌病

非缺血性心肌病是指除ICM以外的心肌疾病,包括DCM、肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy,HCM)、限制型心肌病及致心律失常性右室心肌病(arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy,ARVC)等。

DCM是一種以LV或雙心室擴張和收縮功能障礙為主的心肌疾病。有學(xué)者發(fā)現(xiàn)LV-GLS與DCM預(yù)后具有明顯相關(guān)關(guān)系[11],LV-GLS是DCM患者不良結(jié)局的重要獨立預(yù)測因子[12]。Mazurkiewicz等[13]研究發(fā)現(xiàn)CMR-FT應(yīng)變分析對DCM患者纖維化程度具有顯著評估能力,CS和徑向SR分別是LV和RV嚴(yán)重心肌纖維化(myocardial fibrosis,MF)的獨立預(yù)測指標(biāo)。此外,RV-GLS與主要不良心血管事件(major adverse cardiovascular event,MACE)密切相關(guān),RV-GLS可預(yù)測LVEF>35%的患者心律失常和HF相關(guān)事件以及LVEF<35%的患者HF相關(guān)事件[14]。

HCM是一種以心室肥厚為特征的常見心臟疾病,屬于遺傳性心肌病,目前病因不明,是年輕人猝死最常見的原因之一[15]。CMR-FT技術(shù)是一種無創(chuàng)、定量評估HCM患者整體及節(jié)段心肌形變的新型方法[16]。HCM和高血壓心臟病由于心肌肥厚表型相似而難以區(qū)分,研究[17]發(fā)現(xiàn)HCM患者LV-GRS、LV-GCS明顯增加,并與LVEF、LV心肌質(zhì)量及最大室間隔厚度存在相關(guān)性,因此,應(yīng)變分析有助于分辨HCM及高血壓心臟病從而指導(dǎo)臨床對癥治療。另有研究[18]表明對于LVEF正常的HCM患者,LV整體及節(jié)段應(yīng)變參數(shù)均顯著降低,并與N末端腦鈉肽前體(N-terminal pro-brain natriuretic peptide,NT-proBNP)水平升高及心肌肌鈣蛋白異常呈相關(guān)關(guān)系,其中LV-RS相關(guān)性最好,因此應(yīng)變分析可能有助于無創(chuàng)預(yù)測NT-proBNP及心肌肌鈣蛋白異常。此外,HCM患者發(fā)生MF時整體應(yīng)變及SR均降低,其中LV-GCS是LV纖維化最佳預(yù)測因子[19]。在梗阻性HCM患者中,間隔LS與MF及室性心律失常顯著相關(guān),可作為評估梗阻性HCM患者心律失常的風(fēng)險分層指標(biāo)[20]。

限制型心肌病以單或雙心室充盈受限、舒張期容積縮小為特征,但其心室收縮功能及室壁厚度正?；蚪咏５男募〔　Ｏ拗菩托募〔』颊咝募〖?xì)胞間質(zhì)失去正常彈性及間質(zhì)纖維化改變導(dǎo)致心肌細(xì)胞凋亡、變性及LV僵硬[21],心室舒張功能受損,LV從舒張早期到舒張晚期心肌應(yīng)變逐漸降低[22]。此外,限制型心肌病患者LA儲存應(yīng)變降低,并與總死亡率和MACE獨立相關(guān)[23]。

ARVC是一種以RV心肌被進(jìn)行性纖維脂肪組織替代為特征的心臟疾病,屬于遺傳性心肌病,具有較高室性心律失常和心源性猝死風(fēng)險。Vigneault等[24]在110例ARVC患者中研究發(fā)現(xiàn),CMR-FT技術(shù)與斑點跟蹤超聲心動圖視覺評估相比具有更高的敏感性和特異性。CMR-FT技術(shù)能客觀量化ARVC患者心室整體和局部功能障礙及非同步性[25],表現(xiàn)為持續(xù)性室性心律失常的ARVC患者RV-LS和LV-CS均有所降低。Heermann等[26]研究發(fā)現(xiàn)ARVC患者RV-LS、RV-RS、LV-RS、LV-徑向SR均顯著降低。另一項研究[27]表明LV整體及節(jié)段性LS較LVEF更早發(fā)現(xiàn)早期LV受累,補充了常規(guī)指標(biāo)對ARVC評價的不足。此外,最新一項研究[28]表明即使在RA容量正常的情況下,ARVC患者也可表現(xiàn)出RA應(yīng)力受損,并與MACE相關(guān)。

另外,Porcari等[29]研究表明CMR-FT技術(shù)可為可疑心肌炎患者提供更全面和互補的應(yīng)變評估,LV-GCS和RV-GCS在20%的心肌炎患者中顯著降低,提示存在潛在功能障礙。

4 HF

HF是多種原因?qū)е碌男呐K結(jié)構(gòu)和功能的異常改變,使心室收縮和/或舒張功能發(fā)生障礙,是心血管疾病最主要的死亡原因。根據(jù)最新《心力衰竭通用定義和分類》[30],將HF分為4個類型。其中,CMR-FT技術(shù)在射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction,HFpEF)患者中價值最高。研究[31]表明LV-GLS是HFpEF死亡率獨立預(yù)測因子,LV-GLS>-20%(中位數(shù))的HFpEF患者無事件生存率顯著降低。另一項研究[32]表明,整體縱向應(yīng)變SR可識別早期舒張功能障礙,并與HFpEF患者不良結(jié)局獨立相關(guān);而Xu等[33]研究發(fā)現(xiàn)心外膜LV-GLS和LV-GRS對收縮功能障礙敏感,并與HF患者5年全因死亡率顯著相關(guān)。在HFpEF伴原發(fā)性高血壓患者中,LV應(yīng)變參數(shù)明顯受損,收縮期LV整體周向SR對于該患者與普通高血壓患者具有潛在的鑒別診斷價值[34]。此外,除心室受損以外,心房也會出現(xiàn)相關(guān)變化。研究[35]發(fā)現(xiàn)RA通道功能和儲存功能是全因死亡率獨立預(yù)測因素。

5 房性心肌病

目前CMR-FT技術(shù)正逐步用于心房功能研究,部分研究發(fā)現(xiàn)應(yīng)變分析能反映心房功能早期變化,其可能是比LVEF更敏感的標(biāo)志物。有研究[36]表明CMR-FT技術(shù)可在早期識別LA功能障礙和形變,在LA擴大之前即可顯示LA儲存及導(dǎo)管功能障礙。在過去的20年里,臨床迫切需要研究房性心肌病機制,部分學(xué)者發(fā)現(xiàn)房性心肌病與多種心源性或非心源性疾病均密切相關(guān),均可導(dǎo)致心房基質(zhì)受損。其心房電生理和結(jié)構(gòu)發(fā)生變化,進(jìn)而引起MF,從而導(dǎo)致心房結(jié)構(gòu)重塑即能誘發(fā)心房顫動(atrial fibrillation,AF)并促使AF進(jìn)展,相反,AF也能通過心房結(jié)構(gòu)重塑促進(jìn)房性心肌病進(jìn)展,二者共同存在且相互影響[37]。2016年房性心肌病專家共識[38]中,將房性心肌病定義為“心房的結(jié)構(gòu)、收縮功能或電生理特征發(fā)生改變,并導(dǎo)致心房重塑、傳導(dǎo)異常等相關(guān)臨床表現(xiàn)的一種疾病”。根據(jù)共識定義,房性心肌病在臨床上也可定義為LA功能三個階段中任何一個階段異常。因此,心房應(yīng)變或SR可能作為一種心房成像生物標(biāo)志物,在房性心肌病如AF的預(yù)測、診斷和預(yù)后評估中至關(guān)重要。

研究[39]表明,LA應(yīng)變是進(jìn)展為持續(xù)性AF最強獨立預(yù)測因子。LA容積和功能特征與AF發(fā)生獨立相關(guān),Wang等[40]研究發(fā)現(xiàn)AF患者左右心房儲存期GLS明顯低于正常對照組,其中,LA儲存期各節(jié)段LS均明顯低于正常對照組。另一項研究表明AF患者LA儲存、通道及收縮應(yīng)變均降低,并與MF負(fù)相關(guān)[41],且廣泛心房心肌纖維化AF患者LA儲存和通道應(yīng)變明顯降低。AF不僅可引起左心功能不全,同時會影響右心功能。研究發(fā)現(xiàn)AF患者RA儲存及收縮應(yīng)變明顯降低[42],通過CMR-FT技術(shù)定量評估RA應(yīng)變發(fā)現(xiàn)RA功能障礙是MACE獨立危險因素;而在陣發(fā)性AF患者中,RA應(yīng)變可能是AF復(fù)發(fā)的已知預(yù)測因子[43]。因此,應(yīng)用CMR-FT技術(shù)對心房功能進(jìn)行全面評估可提供關(guān)于心房更全面的信息,并對AF等心房疾病的預(yù)測、診斷、預(yù)后及臨床治療具有指導(dǎo)意義。

6 局限性

CMR-FT應(yīng)變分析是利用CMR標(biāo)準(zhǔn)穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動電影序列來定量評估心肌形變的新型技術(shù),目前應(yīng)變正常值的研究尚不完善,區(qū)分病變心肌和健康心肌(尤其是CS)的最佳閾值尚未確定;其次,人為勾畫薄壁心肌輪廓和復(fù)雜解剖結(jié)構(gòu)使RV和心房應(yīng)變測量更加困難且可能存在誤差[44];最后,CMR-FT技術(shù)獲得的心肌應(yīng)變參數(shù)值在不同供應(yīng)商軟件之間存在一定差異性[45],因此,達(dá)成一致協(xié)議是不同軟件供應(yīng)商努力的目標(biāo),以確保不同研究基礎(chǔ)之間具有可比性。

綜上所述,CMR-FT技術(shù)在多種心血管疾病的臨床適用性已得到初步證實。首先,應(yīng)變分析已被應(yīng)用于LV整體和節(jié)段功能障礙定量評估,并作為一個獨立預(yù)后預(yù)測指標(biāo)在ICM患者預(yù)后中具有重要價值。其次,對于非缺血性心肌病患者而言,評估心臟結(jié)構(gòu)和功能甚至心肌微形變尤為重要,突出了CMR-FT技術(shù)在多種疾病中各階段的意義。此外,在HFpEF患者中,CMR-FT技術(shù)強調(diào)能早期發(fā)現(xiàn)舒張功能障礙,尤其以LV舒張功能障礙為著。最后,該技術(shù)評估心房應(yīng)變在房性心肌病預(yù)測、診斷、預(yù)后及臨床治療中具有一定指導(dǎo)意義。然而,現(xiàn)有的研究表明CMR-FT技術(shù)評估尚存在局限性,期待在今后的研究中,基于更大樣本量,CMR-FT技術(shù)評估心肌應(yīng)變能為多種心肌疾病發(fā)生和發(fā)展、診斷或預(yù)測、預(yù)后及臨床治療提供更有意義的影像標(biāo)志。