周慧慧 許楠 席芊

(同濟大學附屬東方醫(yī)院醫(yī)學影像科,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構和功能的金標準[1]。目前,基于CMR的特征跟蹤(feature tracking,FT)技術提供快速采集及后處理,受到放射科、心內科和心外科重視。此前,部分研究應用CMR-FT技術觀察正常心肌應變及應變率(strain rate,SR)顯示出極好的重復性[2]。近年來,該技術已能提供對左心室(left ventricle,LV)相對準確的評估,但由于心房及游離右心室(right ventricle,RV)壁相對較薄,CMR-FT技術尚不能提供統(tǒng)一參考標準[3]。心室傳統(tǒng)結構和功能參數(shù)包括心室舒張末期容積、心室收縮末期容積、射血分數(shù)以及LV心肌質量等,其中左室射血分數(shù)(left ventricular ejection fraction,LVEF)最常用于危險分層并廣泛應用于臨床實踐中,但其不能提供區(qū)域心功能信息,而CMR-FT技術通過心肌應變分析可能會提供除傳統(tǒng)指標以外的區(qū)域心功能信息。因此,為進一步促進CMR-FT技術研究,現(xiàn)就CMR-FT技術評價心肌應變在多種心臟疾病的臨床應用及進展進行綜述。

1 心肌形變參數(shù)及其意義

心肌形變參數(shù)包括心肌應變及SR。心肌應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]。當應變?yōu)檎禃r,表示心肌組織的伸長、增厚或松弛;當應變?yōu)樨撝禃r,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技術可計算得到縱向應變(longitudinal strain,LS)、周向應變(circumferential strain,CS)和徑向應變(radial strain,RS);其中,每個心肌應變參數(shù)又分為整體應變及節(jié)段應變[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、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。應用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、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)段應變及SR。

1.2 心房應變分析

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(總應變),當心室處于收縮期時,LA接受來自肺靜脈的血流量達到最大容量;(2)通道功能(被動應變),當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(主動應變),當進入舒張晚期時,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(總應變),代表心室收縮期靜脈回流收集;(2)通道功能(被動應變),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(主動應變),代表心室舒張晚期即心房收縮期,RA主動收縮使RV進一步充盈。CMR-FT技術通過對心房應變和SR分析,提供了心房生理學3個基本方面的準確量化[6]。

應用后處理工作站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、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)段應變及SR。對于心房應變測量,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技術通過應變分析可在射血分數(shù)降低之前檢測到細微的心肌損傷,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)生呈相關關系[7];目前預防心源性猝死指南建議將LVEF≤35%的ICM患者進行植入型心律轉復除顫器治療作為首要預防措施,而對于LVEF降低但>35%的ICM患者,研究表明LV-整體縱向應變(global longitudinal strain,GLS)(≥-8.2%)和RV-整體徑向應變(global radial strain,GRS)(≤12.0%)聯(lián)合應用對適當?shù)闹踩胄托穆赊D復除顫器治療具有較高的預測價值,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變參數(shù)GCS及GRS降低,且與LVEF具有良好相關性,LVEF越低,其應變值越低;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患者風險分層提供一個更客觀的度量指標。

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。有學者發(fā)現(xiàn)LV-GLS與DCM預后具有明顯相關關系[11],LV-GLS是DCM患者不良結局的重要獨立預測因子[12]。Mazurkiewicz等[13]研究發(fā)現(xiàn)CMR-FT應變分析對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嚴重心肌纖維化(myocardial fibrosis,MF)的獨立預測指標。此外,RV-GLS與主要不良心血管事件(major adverse cardiovascular event,MACE)密切相關,RV-GLS可預測LVEF>35%的患者心律失常和HF相關事件以及LVEF<35%的患者HF相關事件[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心肌質量及最大室間隔厚度存在相關性,因此,應變分析有助于分辨HCM及高血壓心臟病從而指導臨床對癥治療。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關系,其中LV-RS相關性最好,因此應變分析可能有助于無創(chuàng)預測NT-proBNP及心肌肌鈣蛋白異常。此外,HCM患者發(fā)生MF時整體應變及SR均降低,其中LV-GCS是LV纖維化最佳預測因子[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,可作為評估梗阻性HCM患者心律失常的風險分層指標[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〔?。限制型心肌病患者心肌細胞間質失去正常彈性及間質纖維化改變導致心肌細胞凋亡、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變逐漸降低[22]。此外,限制型心肌病患者LA儲存應變降低,并與總死亡率和MACE獨立相關[23]。

ARVC是一種以RV心肌被進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險。Vigneault等[24]在110例ARVC患者中研究發(fā)現(xiàn),CMR-FT技術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應力受損,并與MACE相關。

另外,Porcari等[29]研究表明CMR-FT技術可為可疑心肌炎患者提供更全面和互補的應變評估,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是多種原因導致的心臟結構和功能的異常改變,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技術在射血分數(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,整體縱向應變SR可識別早期舒張功能障礙,并與HFpEF患者不良結局獨立相關;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。在HFpEF伴原發(fā)性高血壓患者中,LV應變參數(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測因素。

5 房性心肌病

目前CMR-FT技術正逐步用于心房功能研究,部分研究發(fā)現(xiàn)應變分析能反映心房功能早期變化,其可能是比LVEF更敏感的標志物。有研究[36]表明CMR-FT技術可在早期識別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,均可導致心房基質受損。其心房電生理和結構發(fā)生變化,進而引起MF,從而導致心房結構重塑即能誘發(fā)心房顫動(atrial fibrillation,AF)并促使AF進展,相反,AF也能通過心房結構重塑促進房性心肌病進展,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“心房的結構、收縮功能或電生理特征發(fā)生改變,并導致心房重塑、傳導異常等相關臨床表現(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,心房應變或SR可能作為一種心房成像生物標志物,在房性心肌病如AF的預測、診斷和預后評估中至關重要。

研究[39]表明,LA應變是進展為持續(xù)性AF最強獨立預測因子。LA容積和功能特征與AF發(fā)生獨立相關,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、通道及收縮應變均降低,并與MF負相關[41],且廣泛心房心肌纖維化AF患者LA儲存和通道應變明顯降低。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儲存及收縮應變明顯降低[42],通過CMR-FT技術定量評估RA應變發(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應變可能是AF復發(fā)的已知預測因子[43]。因此,應用CMR-FT技術對心房功能進行全面評估可提供關于心房更全面的信息,并對AF等心房疾病的預測、診斷、預后及臨床治療具有指導意義。

6 局限性

CMR-FT應變分析是利用CMR標準穩(wěn)態(tài)自由進動電影序列來定量評估心肌形變的新型技術,目前應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雜解剖結構使RV和心房應變測量更加困難且可能存在誤差[44];最后,CMR-FT技術獲得的心肌應變參數(shù)值在不同供應商軟件之間存在一定差異性[45],因此,達成一致協(xié)議是不同軟件供應商努力的目標,以確保不同研究基礎之間具有可比性。

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