心肌炎CMRI左心室功能參數(shù)分析及與LGE相關(guān)性研究

袁尉峰， 趙新湘

心肌炎是指由多種致炎因子引發(fā)的心肌局限性或彌漫性的炎癥反應(yīng)，病理改變?yōu)樾募〖?xì)胞變性、壞死以及心肌間質(zhì)炎癥細(xì)胞浸潤、纖維化，后期可發(fā)生嚴(yán)重的心力衰竭和心室重塑[1]。心肌炎致死率高，研究顯示心肌炎在青少年猝死病因中比例高達(dá)12%[2]。心肌炎缺乏典型的臨床表現(xiàn)，臨床上僅憑借感染史、心電圖和外周血病原學(xué)異常難以準(zhǔn)確診斷，而心內(nèi)膜心肌活檢一直被認(rèn)為是診斷心肌炎的金標(biāo)準(zhǔn)，但因其具有創(chuàng)傷性、風(fēng)險(xiǎn)率高和存在觀察盲區(qū)，一直難以廣泛普及[3]。心臟磁共振成像(cardiac magnetic resonance imaging，CMRI)是一項(xiàng)操作安全、重復(fù)性高的無創(chuàng)性檢查，可實(shí)現(xiàn)多參數(shù)、多方位成像，具有空間分辨力高和軟組織對比度高等特點(diǎn)，能直接觀察心肌組織的多種病理改變[4]，為臨床檢查心肌炎、判斷臨床分期、制定診療方案和評估預(yù)后提供重要的依據(jù)。根據(jù)路易斯湖診斷標(biāo)準(zhǔn)，晚期釓增強(qiáng)(late gadolinium enhancement，LGE)是CMRI診斷心肌炎的三大基本序列之一[5]，用以反映和評估心肌不可逆性損傷。部分心肌炎患者合并左心室功能不全，每年約9%心肌炎患者發(fā)展為擴(kuò)張型心肌病患者[6]。路易斯湖診斷標(biāo)準(zhǔn)也提及CMRI左室功能不全是支持心肌炎診斷的間接證據(jù)[5]。CMRI左心室結(jié)構(gòu)功能參數(shù)包括左心室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction，LVEF)、短軸縮短率(fraction shortening，F(xiàn)S)、左心室舒張末期內(nèi)徑(left ventricular end-diastolic dimension，LVEDD)、左心室舒張末期容積(left ventricular end-diastolic volume，LVEDV)、左心室收縮末期容積(left ventricular end-systolic volume，LVESV)、左心室心肌質(zhì)量(left ventricular myocardial mass，LVMM)、左心室每搏輸出量(left ventricular stroke volume，LVSV)、心輸出量(cardiac output，CO)、心指數(shù)(cardiac index，CI)。本研究通過心肌炎患者左心室結(jié)構(gòu)功能參數(shù)分析及與LGE相關(guān)性研究，探討左心室結(jié)構(gòu)功能與心肌間質(zhì)纖維化的關(guān)系。

材料與方法

1.研究對象

搜集2015年1月-2017年10月本院心內(nèi)科經(jīng)過觀察其臨床癥狀、24h動(dòng)態(tài)心電圖(以R波為主的2個(gè)或2個(gè)以上導(dǎo)聯(lián)的ST-T改變持續(xù)4d以上或出現(xiàn)異常Q波)、血清心肌損傷標(biāo)志物肌鈣蛋白T(>0.2 μg/L)，臨床最終確診為心肌炎的患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：①感染史：近1個(gè)月內(nèi)出現(xiàn)咽喉腫痛、咳嗽、咯痰、嘔吐、腹瀉等；②臨床癥狀：近2周內(nèi)出現(xiàn)胸痛、呼吸困難、乏力、出汗、心悸等；③臨床體征：靜息心率低于100次/分鐘；④CT冠狀動(dòng)脈成像檢查陰性或X線冠狀動(dòng)脈造影檢查陰性。排除標(biāo)準(zhǔn)：①存在磁共振檢查禁忌證或無法配合檢查；②存在嚴(yán)重心律不齊或無法觸發(fā)心電門控；③存在幽閉恐懼癥或?qū)d-DTPA過敏；④疑似風(fēng)濕性心臟病、先天性心臟病、冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病、非缺血性心肌病、高血壓性心臟病、心瓣膜病。

心肌炎L組(LGE陽性組)： LGE陽性節(jié)段數(shù)≥1。根據(jù)LGE累及節(jié)段數(shù)，將L組分為La組(LGE陽性節(jié)段數(shù)<3)和Lb組(LGE陽性節(jié)段數(shù)≥3)。心肌炎L0組(LGE陰性組)：LGE陽性節(jié)段數(shù)為0。

最終入選心肌炎組41例，男女比例為25：16，平均年齡(32.34±8.63)歲。心肌炎L組26例，男女比例為17：9，平均年齡(31.85±9.44)歲；心肌炎L0組15例，男女比例為8：7，平均年齡(33.20±7.24)歲。

2.研究方法

①左心室電影掃描和LGE掃描方法

電影掃描方法：囑受檢者屏氣，采用電影序列行四腔心長軸位、左心室二腔心長軸位和左心室短軸位動(dòng)態(tài)電影掃描。一個(gè)心動(dòng)周期采集25幀圖像。TR 39.76 ms，TE 1.22 ms，層厚8 mm，視野340 mm×276 mm。

LGE掃描方法：四腔心長軸位3層、左心室二腔心長軸位3層、左心室短軸位10層，由左心室基底部至心尖部逐層掃描，掃描線與室間隔垂直。左心室心肌首過灌注后，經(jīng)高壓自動(dòng)注射器再次注射Gd-DTPA，劑量為0.1 mmol/kg，流率2 mL/s。FA 25°，TR 6.1 ms，TE 3.0 ms，層厚10 mm，視野320 mm×320 mm。第二次Gd-DTPA注射完5分鐘之后采集LGE圖像。LGE圖像診斷分析根據(jù)AHA推薦的17節(jié)段劃分法，納入除第17節(jié)段外的16個(gè)心肌節(jié)段進(jìn)行分析，由兩位從事心血管磁共振研究工作的放射科醫(yī)師進(jìn)行盲法分析和診斷(圖1e、2e、3、4)。

②CMRI左心室功能圖像后處理和診斷方法

根據(jù)2002年AHA推薦的心肌17節(jié)段劃分法，將左心室短軸位心肌劃分為17個(gè)節(jié)段，取3個(gè)標(biāo)準(zhǔn)層面，即基底部、中間部和心尖部，并將左心室分為16個(gè)節(jié)段(除外第17節(jié)段)，基底部和中間部分別分為6個(gè)肌壁(前壁、前間壁、下間壁、下壁、下側(cè)壁、前側(cè)壁)，心尖部分為4個(gè)肌壁(前壁、間壁、下壁、側(cè)壁)。CMRI圖像均通過Philips Achieva 3.0T TX多源發(fā)射磁共振儀配套后處理工作站EWS Cardiac Explore軟件進(jìn)行分析。結(jié)合半自動(dòng)軟件，手動(dòng)描繪左心室短軸位心內(nèi)膜和心外膜輪廓，即內(nèi)環(huán)和外環(huán)(圖1a、2a)，同時(shí)手動(dòng)校正和調(diào)整，以保證測量數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性。左心室輪廓勾畫完成后，輸入各受檢者的身高和體重，軟件自動(dòng)分析并生成左心室功能曲線圖(圖1b、2b)、色階圖(圖1c、1d、2c、2d)以及各項(xiàng)參數(shù)。左心室功能參數(shù)計(jì)算方法：LVEDV為左心室基底部至心尖部舒張末期容積各層總和；LVESV=左心室基底部至心尖部收縮末期容積各層總和；LVSV=LVEDV-LVESV；LVEF=SV×100%/EDV；CO=LVSV×心率/1000；CI=CO/體表面積；FS=(舒張末期左心室橫徑-收縮末期左心室橫徑)×100%/舒張末期左心室橫徑；LVEDD=左心室基底部舒張末期長徑(心尖與二尖瓣中點(diǎn)的連線)；LVMM=(左室總?cè)莘e-左室腔容積)×1.04。由兩位從事心血管磁共振研究工作的放射科醫(yī)師采用盲法診斷并統(tǒng)計(jì)左心室功能指標(biāo)參數(shù)值。臨床上左心室功能指標(biāo)正常值參考范圍：LVEF>50%、FS>25%、LVEDD 35～55 mm、LVEDV (108±24) mL、LVESV (45±16) mL、LVMM (50±5) g、LVSV 35～45 mL、CO 3～6 L/min、CI 2.4～4.2 L/min·m2。

圖1 正常人MRI左心室基底部原始圖像及后處理圖像。a) 短軸電影序列(綠、黃色靶環(huán)線分別表示心內(nèi)、外膜緣，紫色矢狀線劃分各節(jié)段)； b) 容積曲線示左心室節(jié)律性收縮； c) 肌壁最大厚度時(shí)間色階圖，暖色系表示時(shí)間較長，冷色系表示時(shí)間較短； d) 肌壁最大厚度色階圖，暖色系表示肌壁較厚，冷色系表示肌壁較??； e) LGE圖像，提示無對比劑滯留。 圖2 心肌炎患者。a) 短軸電影序列； b) 容積曲線示左心室心律失常； c) 肌壁最大厚度時(shí)間色階圖示各節(jié)段運(yùn)動(dòng)節(jié)律性較差、室壁增厚率降低)； d) 肌壁最大厚度色階圖示室壁增厚率減低)； e) LGE圖像示心外膜緣下及肌壁間多發(fā)心肌變性和/或纖維瘢痕。

3.統(tǒng)計(jì)學(xué)方法

結(jié) 果

1.心肌炎L0組、La組和Lb組CMRI左心室結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)的比較

三組LVEF(P<0.001)、LVEDV(P=0.001)、LVESV(P<0.001)、LVSV(P<0.001)、CI(P=0.036)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，F(xiàn)S(P=0.082)、LVEDD(P=0.741)、LVMM(P=0.318)、CO(P=0.184)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(表1)。三組LVEF、LVEDV、LVESV、LVSV、CI 行兩兩LSD-t檢驗(yàn)，LVEF(P0a、P0b、Pab均<0.001)、LVEDV(P0a=0.012、P0b<0.001)、LVESV(P0a、P0b<0.001、Pab=0.001)、LVSV(P0a=0.008、P0b<0.001、Pab=0.002)、CI(P0b=0.015)差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，LVEDV(Pab=0.191)、CI(P0a=0.684、Pab=0.052)差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2.心肌炎L組LVEF與其它左心室功能參數(shù)的相關(guān)性

心肌炎L組LVEF與FS、LVEDD、LVEDV、LVESV、LVMM、LVSV、CO、CI的相關(guān)系數(shù)分別為r1=0.195(P=0.340>0.05)、r2=-0.308(P=0.126>0.05)、r3=-0.422(P=0.032<0.05)、r4=-0.833(P<0.001)、r5=-0.354(P=0.076>0.05)、r6=0.887(P<0.001)、r7=0.283(P=0.161>0.05)、r8=0.486(P=0.012<0.05)，提示LVEF分別與LVEDV、LVESV呈負(fù)相關(guān)，與LVSV、CI呈正相關(guān)(表2)。

表1 心肌炎L0組、La組和Lb組左心室功能指標(biāo)的單因素方差分析和LSD-t檢驗(yàn)

注：*P<0.05

圖3 Lb組心肌炎患者LGE圖像，提示基底部、中間部和心尖部多個(gè)節(jié)段LGE陽性，以間壁、下壁和側(cè)壁的心外膜下和肌壁間為主。a) 四腔心長軸位LGE圖像； b) 二腔心長軸位LGE圖像； c) 二腔心短軸位LGE圖像。 圖4 La組心肌炎患者LGE圖像，提示中間部前間壁LGE陽性。a) 四腔心長軸位LGE圖像； b) 二腔心長軸位LGE圖像； c) 二腔心短軸位LGE圖像。

3.心肌炎L組LVEF與LGE陽性節(jié)段數(shù)的相關(guān)性

心肌炎L組LVEF與LGE陽性節(jié)段數(shù)的相關(guān)性，等級相關(guān)系數(shù)rs=-0.753，P<0.001，提示兩者呈負(fù)相關(guān)(圖5)。

表2 LVEF與其它左心室功能參數(shù)的相關(guān)性

注：*P<0.05。

圖5 心肌炎L組LVEF與LGE陽性節(jié)段數(shù)的相關(guān)性散點(diǎn)圖。

討 論

1.心肌炎左心室結(jié)構(gòu)功能參數(shù)分析

CMRI通過測量心動(dòng)周期左心室容積的變化來定量測量左心室收縮和舒張功能，目前常用計(jì)算方法為Simpson法，該方法在測定左心室容積和質(zhì)量中具備較好的可操作性和重復(fù)性[7]，即通過手動(dòng)或半自動(dòng)繪制出心動(dòng)周期不同時(shí)相的左心室短軸層面的心內(nèi)膜和心外膜輪廓線，將血池面積疊加、計(jì)算得到左心室的絕對容積值，利用不同時(shí)相心室容積的變化，準(zhǔn)確測量左心室功能的各項(xiàng)參數(shù)值。CMRI電影成像方法己逐漸成為評估心臟形態(tài)學(xué)結(jié)構(gòu)和心功能的“金標(biāo)準(zhǔn)”[8]。本研究通過CMRI后處理工作站對原始圖像資料進(jìn)行參數(shù)量化處理，并通過錄入受檢者身高和體重達(dá)到標(biāo)準(zhǔn)化，共獲得9項(xiàng)左心室功能參數(shù)值，并與臨床標(biāo)準(zhǔn)值對比，判斷左心室收縮和舒張運(yùn)動(dòng)功能正?；虍惓！Ｄ壳芭R床上CMRI診斷左心室功能各參數(shù)的正常值范圍尚未完全統(tǒng)一，曾有報(bào)道稱應(yīng)用CMRI測量健康中國志愿者所得LVEF均數(shù)值為60.62%[9]，而臨床研究常采用LVEF>50%作為正常值范圍，故應(yīng)用CMRI診斷左心室功能亟待進(jìn)一步研究。本研究通過三組間左心室結(jié)構(gòu)功能指標(biāo)單因素方差分析，發(fā)現(xiàn)LVEF、LVEDV、LVESV、LVSV和CI差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，可能提示上述5項(xiàng)參數(shù)較其他參數(shù)在評估心肌炎患者左心室結(jié)構(gòu)功能中具有更加重要的意義。單因素方差分析和LSD-t檢驗(yàn)顯示三組間LVEF、LVESV和LVSV差異性較其它左心室功能指標(biāo)顯著，提示上述3項(xiàng)參數(shù)更加能夠間接反映心肌間質(zhì)纖維化，故當(dāng)其它左心室功能指標(biāo)缺乏或測量誤差較大時(shí)，可以選擇LVEF、LVESV或LVSV作為首選指標(biāo)以反映患者左心室結(jié)構(gòu)功能的總體情況。以Lb組的數(shù)據(jù)為例，LVEF、LVEDV、LVESV分別為(29.83±6.03)%、(117.37±14.29)mL、(82.53±13.88)mL，其中LVEDV、LVESV的標(biāo)準(zhǔn)差較大，可能是與患者心肌纖維化程度的不同以及左心室心腔失代償擴(kuò)大的程度不同有關(guān)，還可能是與慢性心肌炎心肌纖維化導(dǎo)致心肌肌壁不均勻變薄，后處理工作站繪制心內(nèi)膜線(內(nèi)環(huán))和心外膜線(外環(huán))時(shí)不夠精準(zhǔn)，甚至局部內(nèi)、外環(huán)貼近重疊而導(dǎo)致最終數(shù)據(jù)值波動(dòng)變化有關(guān)。CI是CMRI和心臟超聲檢查中用以反映心臟射血功能的指標(biāo)，但目前關(guān)于CI的影像學(xué)應(yīng)用和研究較少，其標(biāo)準(zhǔn)參考值范圍的界定也尚未完全統(tǒng)一，可能存在CI反映心肌炎的敏感性欠佳。本部分研究還發(fā)現(xiàn)心肌炎L組患者LVEF分別與LVEDV、LVESV呈負(fù)相關(guān)，與LVSV、CI呈正相關(guān)，而LVESV與LVEF相關(guān)系數(shù)的絕對值最大，提示兩者的相關(guān)性最大。

2.心肌炎LGE病理學(xué)基礎(chǔ)及與LVEF相關(guān)性分析

LGE在心肌梗死患者的應(yīng)用實(shí)踐相對于其它心肌疾病較早，同時(shí)也較為成熟，諸如延遲時(shí)間、對比劑劑量等數(shù)據(jù)均來自于關(guān)于缺血性心臟病的研究探討[10-12]。LGE能夠顯示急性期心肌細(xì)胞壞死和慢性期心肌間質(zhì)纖維化，二者均屬于不可逆損傷[13]。急性期或亞急性期心肌炎患者心肌細(xì)胞膜損傷甚至破裂，Gd-DTPA很容易擴(kuò)散進(jìn)入細(xì)胞內(nèi)部，加上血流動(dòng)力學(xué)改變，Gd-DTPA廓清時(shí)間延長，局部Gd-DTPA濃度升高即表現(xiàn)為LGE各種形態(tài)的強(qiáng)化灶。而慢性期心肌炎是急性期心肌炎的轉(zhuǎn)歸方式之一，心肌炎早期心肌細(xì)胞變性損傷和壞死后，成纖維細(xì)胞轉(zhuǎn)變?yōu)槔w維細(xì)胞并形成大量網(wǎng)狀纖維組織，導(dǎo)致細(xì)胞外間隙擴(kuò)大，其蓄積Gd-DTPA的能力強(qiáng)于急性心肌炎壞死的心肌細(xì)胞滯留Gd-DTPA的能力，隨著延遲時(shí)間推移逐漸明顯，甚至數(shù)小時(shí)后Gd-DTPA仍未廓清。慢性心肌炎心肌細(xì)胞水腫不明顯，T2WI檢出率相對較低。Gd-DTPA可顯著縮短心肌損傷部位T1馳豫時(shí)間，并且使采集的圖像質(zhì)量更加清晰。曾有研究報(bào)道稱LGE也是慢性期心肌炎發(fā)生心室重塑的獨(dú)立危險(xiǎn)因素[14]，在心肌炎患者的預(yù)后判斷和隨訪復(fù)查中具有重要價(jià)值[14-15]。本研究心肌炎L組LVEF與LGE陽性節(jié)段數(shù)呈負(fù)相關(guān)，心肌炎患者心功能不全可能隨著心肌纖維化增多更加顯著，LVEF值減低可能間接提示心肌細(xì)胞壞死和間質(zhì)纖維化，LGE陽性對于預(yù)測心肌炎患者左心室心功能不全的發(fā)生也具有臨床價(jià)值。

本研究的主要不足之處在于實(shí)驗(yàn)結(jié)果缺乏心內(nèi)膜活檢數(shù)據(jù)的對照分析。其次是后處理工作站人工繪制心內(nèi)、外膜線時(shí)，局部內(nèi)、外環(huán)可能貼近重疊，導(dǎo)致部分左心室功能數(shù)據(jù)值可能不夠精準(zhǔn)。此外，本研究缺乏正常對照組左心室功能參數(shù)分析，目前國內(nèi)外關(guān)于CMRI左心室功能參數(shù)的研究較少，曾有關(guān)于健康成年人左心室整體及局部功能參數(shù)的磁共振研究[16]，由于本研究中心肌炎患者平均年齡較小，且設(shè)備機(jī)型和參數(shù)均與既往研究不同，故未行討論。本研究發(fā)現(xiàn)除LVEF之外，LVEDV、LVESV、LVSV、CI也能夠較好地反映心肌間質(zhì)的纖維化，LVEF分別與LVEDV、LVESV、LVSV、CI具有相關(guān)性。心肌炎患者心功能隨著心肌纖維化增多而減低，LGE有助于預(yù)測心肌炎患者左心室功能不全的發(fā)生。