心臟磁共振在肥厚型心肌病心肌應(yīng)變力分析中的應(yīng)用進(jìn)展

楊馨堯，吳江

肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy，HCM)是一種臨床表型多樣的遺傳性心肌病，以心室非對(duì)稱性肥厚為解剖特點(diǎn)，室間隔增厚最為常見(jiàn)，具有心源性猝死的高風(fēng)險(xiǎn)，是青少年運(yùn)動(dòng)猝死的主要原因之一，因此HCM 的早期診斷在病程進(jìn)展中至關(guān)重要，當(dāng)前對(duì)HCM 患者的診斷評(píng)估主要依靠心電圖以及超聲心動(dòng)圖[1]。在臨床上廣泛應(yīng)用的超聲心動(dòng)圖有操作簡(jiǎn)便快捷、價(jià)格低廉等優(yōu)點(diǎn)，但由于HCM 表型多樣，超聲作為常規(guī)檢查具有一定的局限性。心臟磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)以其多方位、多序列、多參數(shù)等獨(dú)特優(yōu)勢(shì)，越來(lái)越成為一種重要的心臟成像技術(shù)。磁共振心肌應(yīng)變力分析能夠反映整體和局部心肌的形變及速度，可以作為評(píng)價(jià)心臟收縮舒張功能的一項(xiàng)新興指標(biāo)，與傳統(tǒng)的左心室射血分?jǐn)?shù)等參數(shù)對(duì)比，能夠在早期詳細(xì)地分析評(píng)估心肌整體和局部運(yùn)動(dòng)及功能，對(duì)于心臟疾病的早期診斷、及時(shí)治療和預(yù)后評(píng)估都具有重要的參考價(jià)值[2]。本文將CMR 在HCM 心肌應(yīng)變力分析的應(yīng)用進(jìn)展作一綜述。

1 心肌應(yīng)變力的概述及應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展

1.1 概述

心肌應(yīng)變(myocardial strain，MS)是指心肌在心動(dòng)周期中運(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的形變，即心肌形變量占原始心肌的百分比，反映心肌的伸展或收縮，增厚或變薄[2]。Lagrangian 公式中定義為：ε=(L-L0)/L0；其中，ε 為應(yīng)變，L0為最初的長(zhǎng)度值，L 為測(cè)量時(shí)的長(zhǎng)度[3]。心肌應(yīng)變率是指心肌發(fā)生形變的速度，反映了單位時(shí)間內(nèi)心肌的形變程度。由于左心室心肌是由3 個(gè)不同方向?qū)拥睦w維組成，即心內(nèi)膜下層從基部到心尖的縱向纖維，中層為圓周取向，心外膜下層的纖維縱向從心尖指向基部，決定了左室在收縮期時(shí)發(fā)生縱向、周向縮短，徑向增厚及扭轉(zhuǎn)的變形[4]。心肌應(yīng)變力分析的常規(guī)參數(shù)一般包括縱向應(yīng)變(longitudinal strain，LS)、徑向應(yīng)變(radial strain，RS)、周向應(yīng)變(circumferential strain，CS)及旋轉(zhuǎn)角度(rotational angle，RA)。最近還有研究提出了3D主應(yīng)變[5]，即局部主要應(yīng)變，在不忽略剪切變形的情況下，描述網(wǎng)格各單元變形的總體方向(主方向)上的應(yīng)變。在短軸平面上，周向應(yīng)變與心肌心外膜表面相切，徑向應(yīng)變垂直于心室腔的周向，縱向應(yīng)變垂直于徑向軸，并從心底部指向心尖部[6]。當(dāng)左室收縮時(shí)，室壁增厚，心肌變短，因此定義徑向應(yīng)變?yōu)檎?，周向?yīng)變和縱向應(yīng)變?yōu)樨?fù)值。

1.2 心肌應(yīng)變的應(yīng)用技術(shù)進(jìn)展

目前在磁共振成像技術(shù)中用于心肌應(yīng)變力分析的主要有組織標(biāo)記技術(shù)(tissue tagging)和特征追蹤技術(shù)(feature tracking，F(xiàn)T)，最近有文獻(xiàn)報(bào)道了一項(xiàng)磁共振成像新技術(shù)也可以用于評(píng)價(jià)心肌應(yīng)變力即心臟形變分析(heart deformation analysis，HDA)[7]。

1.2.1 組織標(biāo)記技術(shù)

組織標(biāo)記技術(shù)是通過(guò)垂直于成像平面的射頻預(yù)脈沖，在舒張末期產(chǎn)生疊加在心臟圖像的可追蹤性標(biāo)記線，在磁共振成像心動(dòng)周期電影中獲取網(wǎng)格并追蹤其形變，測(cè)量標(biāo)記線形變和相鄰標(biāo)記線間距變化，通過(guò)后處理軟件分析計(jì)算局部心肌應(yīng)變參數(shù)[8-9]。然而舒張?jiān)缙诖嬖诳芍聵?biāo)記消退的弛豫，降低了舒張末期心肌應(yīng)變的定量準(zhǔn)確性。目前應(yīng)用的空間磁化調(diào)制(spatial modulation of magnetization，SPAMM)序列及其互補(bǔ)方法補(bǔ)償空間磁化調(diào)制(complementary spatial modulation of magnetization，CSPAMM)可降低標(biāo)記消退而改善舒張功能成像，對(duì)每一層面進(jìn)行兩次成像，獲得兩幅圖像后相減，濾掉大部分背景和噪聲，得到高質(zhì)量的圖像[8]。但由于其需要特定的掃描序列、掃描時(shí)間長(zhǎng)、可能在心內(nèi)膜邊界產(chǎn)生欠清晰的標(biāo)記線、分辨率欠佳等局限性，導(dǎo)致組織標(biāo)記技術(shù)對(duì)于心肌應(yīng)變力的分析未能成為臨床標(biāo)準(zhǔn)。

1.2.2 特征追蹤技術(shù)

目前在心肌應(yīng)變的研究中廣泛應(yīng)用特征追蹤技術(shù)。特征追蹤技術(shù)基于功能性電影成像序列即穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)序列(steady state free precession，SSFP)，通過(guò)在變暗的心肌和明亮的血池之間產(chǎn)生對(duì)比，描繪出心內(nèi)膜和心外膜的邊界，然后CMR-FT 軟件自動(dòng)跟蹤內(nèi)外膜在整個(gè)心動(dòng)周期的運(yùn)動(dòng)，再計(jì)算出心肌應(yīng)變、應(yīng)變率等參數(shù)，定量評(píng)估心肌整體及局部運(yùn)動(dòng)情況[9-10]。CMR-FT 不需要額外特殊掃描序列，后期處理相對(duì)簡(jiǎn)單，因而能夠廣泛應(yīng)用[9]。

大量研究結(jié)果證實(shí)，CMR-FT 對(duì)于整體應(yīng)變測(cè)量比局部測(cè)量重復(fù)性更佳，并且對(duì)于整體周向、縱向應(yīng)變的評(píng)價(jià)有較好的重復(fù)性，而在整體徑向應(yīng)變存在較大的變異性，與組織標(biāo)記技術(shù)的結(jié)果存在一定的相關(guān)性[11-12]。然而就目前的研究表明，局部應(yīng)變測(cè)量還存在較大的差異性，Wu等[13]使用CMR-FT評(píng)價(jià)中層心肌時(shí)，節(jié)段性收縮期峰值周向應(yīng)變以及達(dá)峰時(shí)間的組內(nèi)和組間的一致性大大降低，因此，當(dāng)前CMR-FT 技術(shù)評(píng)價(jià)心肌中層尚未應(yīng)用于臨床和研究目的。

1.2.3 心臟形變分析

心臟形變分析是一種近期才發(fā)展起來(lái)的追蹤心肌運(yùn)動(dòng)的技術(shù)，其利用圖像形變配準(zhǔn)算法(deformable registration algorithms，DRA)在傳統(tǒng)平衡穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)序列的基礎(chǔ)上追蹤心肌運(yùn)動(dòng)，然后逐像素分析整個(gè)心臟的形變[14]。HDA能夠在現(xiàn)有電影圖像上定量得出整體功能、形態(tài)改變及局部運(yùn)動(dòng)參數(shù)，不需要額外掃描序列。有研究證明[15]與FT相比，DRA分析對(duì)于節(jié)段性心肌應(yīng)變變異性更低且在觀察者內(nèi)和觀察者間重復(fù)性更好，DRA 分析的整體圓周應(yīng)變(global circumferential strain，GCS)在HCM 和對(duì)照組之間的區(qū)別中準(zhǔn)確性更高，因此DRA 有望成為一種臨床綜合評(píng)估整體和局部心肌收縮功能的穩(wěn)健工具。目前關(guān)于DRA 的研究較少，仍需要進(jìn)一步的研究來(lái)證明。

2 HCM心肌應(yīng)變力的應(yīng)用進(jìn)展

2.1 非對(duì)稱性肥厚型心肌病

非對(duì)稱性室間隔肥厚是HCM 最常見(jiàn)的形態(tài)學(xué)表型，占60%～70%的病例[16]。在這類HCM 中，室間隔不成比例地肥大而無(wú)心室增大。室間隔肥大可能是局灶性的，僅局限于基底段、中段或遠(yuǎn)段，有時(shí)也可能涉及整個(gè)間隔，甚至可能延伸至左室前壁或下壁。當(dāng)室間隔厚度大于或等于15 mm 或室間隔與左心室下壁厚度之比大于1.5 時(shí)，診斷為非對(duì)稱性室間隔肥厚[17]。HCM 的常見(jiàn)組織病理學(xué)改變是左室重量增加和室壁增厚，肌層細(xì)胞紊亂、心肌細(xì)胞肥大，可能存在或不存在明顯的散在斑片狀纖維化[18]，這些病理改變可導(dǎo)致相應(yīng)節(jié)段心肌運(yùn)動(dòng)異常。

Xu等[6]、Vigneault等[19]均在研究中證實(shí)不僅肥厚節(jié)段心肌存在心肌應(yīng)變降低，而且非肥厚節(jié)段的各項(xiàng)參數(shù)也低于正常對(duì)照組，表明即使心肌厚度正常也存在收縮異常。喻思思等[20]通過(guò)分析60 例非對(duì)稱性室間隔肥厚的HCM 患者，同樣得出心肌應(yīng)變降低早于心肌形態(tài)改變；并且認(rèn)為相對(duì)于左室射血分?jǐn)?shù)等評(píng)估，利用CMR-FT 分析的心肌應(yīng)變力能夠較早直接地發(fā)現(xiàn)HCM 的心肌功能障礙，而且相比于周向應(yīng)變及徑向應(yīng)變，整體縱向應(yīng)變受損更早更重。吳昊等[21]對(duì)比了梗阻性和非梗阻性兩組HCM 患者，研究證實(shí)相較于梗阻性HCM 患者，非梗阻性HCM患者左心室壁應(yīng)變力顯著降低，說(shuō)明非梗阻性HCM患者心肌應(yīng)變力整體降低與較早發(fā)生不良心血管事件相關(guān)，提示心肌應(yīng)變力對(duì)判斷預(yù)后具有很高的參考價(jià)值。Williams等[22]將各50 例梗阻性和非梗阻性肥厚型心肌病患者與50 名對(duì)照者進(jìn)行比較，利用CMR-FT 技術(shù)計(jì)算左房容積和功能參數(shù)，相比于對(duì)照組，HCM患者左房容積顯著增加，左房射血分?jǐn)?shù)及應(yīng)變顯著降低，并首次發(fā)現(xiàn)左心室流出道梗阻患者的左心房功能明顯低于非梗阻性HCM 患者。Hinojar 等[23]也利用CMR-FT 分析評(píng)估左房功能，結(jié)果證明左房LS 能夠反映HCM 患者的左房功能，并且發(fā)現(xiàn)整體性左房縱向應(yīng)變受損與主要心臟結(jié)局相關(guān)，左房LS 可能成為不良心臟事件的新型預(yù)測(cè)因子。

心肌纖維化是HCM 的病理改變之一，也是不良心血管事件發(fā)生的主要原因之一。Satriano 等[5]利用CMR-FT 技術(shù)首次對(duì)HCM患者的3D主應(yīng)變和常規(guī)應(yīng)變(縱向、徑向、圓周)特征進(jìn)行了全面評(píng)估。與對(duì)照組相比，HCM 患者尚未增強(qiáng)心肌的3D 主應(yīng)變顯著降低，且在更廣泛的整體LGE 患者中降低更為顯著。不同程度LGE 患者的異常應(yīng)變程度表明綜合應(yīng)變?cè)u(píng)估可能有助于描述疾病進(jìn)展或更高風(fēng)險(xiǎn)的表型，可增強(qiáng)對(duì)HCM疾病進(jìn)展和心血管不良后果風(fēng)險(xiǎn)的理解。此外，3D 應(yīng)變分析可為禁忌使用對(duì)比劑的患者提供功能障礙和疾病嚴(yán)重程度的潛在獨(dú)立標(biāo)記。

2.2 心尖肥厚型心肌病

心尖肥厚型心肌病(apical hypertrophic cardiomyopathy，ApHCM)是HCM的一種亞型，以左心室乳頭肌水平以下心尖部心肌肥厚為主[17]。典型的心尖肥厚型心肌病為巨大T 波倒置，舒張末期左心室腔呈“黑桃尖”[24]，可能伴有心尖運(yùn)動(dòng)異常。心尖肥厚型心肌病診斷標(biāo)準(zhǔn)為不對(duì)稱左心室肥厚，心尖部心肌厚度＞15 mm，心尖與后壁厚度之比為1.5 或更大，并且需要排除引起心臟負(fù)荷增加的高血壓、瓣膜病等其他疾病[17]。由于心肌存在由基底段到心尖部減薄的趨勢(shì)，很多文獻(xiàn)認(rèn)為心尖肥厚定義為相對(duì)心尖肥厚(壁厚＜15 mm)，心尖壁厚大于基底壁厚[25]。超聲對(duì)基底段及中遠(yuǎn)段室間隔肥厚的HCM 患者顯影效果尚可，而對(duì)于心尖部顯影較差，有一定的局限性。CMR可多序列多層面掃描，對(duì)于診斷心尖肥厚型心肌病具有相當(dāng)明顯的優(yōu)勢(shì)。王輝等[26]比較了臨床前期心尖肥厚型心肌病患者與對(duì)照者之間的心肌應(yīng)變力差異，與對(duì)照組相比，患者組的心尖部峰值周向應(yīng)變降低，而心內(nèi)外膜下整體峰值縱向應(yīng)變差值增高，該研究證明，在臨床前期心尖肥厚型心肌病，左室射血分?jǐn)?shù)尚未發(fā)生降低時(shí)心尖部心肌的周向收縮功能已經(jīng)開(kāi)始下降，并推測(cè)由于心肌中層收縮力下降而代償性地引起心內(nèi)膜下心肌重新排列來(lái)維持早期左室射血分?jǐn)?shù)。Kim 等[27]在研究中發(fā)現(xiàn)非心尖肥厚型心肌病組中，整體縱向應(yīng)變與總LGE體積呈顯著正相關(guān)，而在心尖肥厚型心肌病組中無(wú)相關(guān)關(guān)系，說(shuō)明ApHCM 患者心肌纖維化程度相對(duì)較小，舒張功能障礙相對(duì)較輕，后期臨床表現(xiàn)及預(yù)后更好。Belgrave 等[28]對(duì)一位雙室性心尖肥厚型心肌病患者使用縱向應(yīng)變分析，推斷出射血分?jǐn)?shù)正常及受損心肌功能尚存在時(shí)整體性應(yīng)變減低，說(shuō)明縱向應(yīng)變可作為評(píng)估ApHCM 患者心肌功能的可行方法，心肌應(yīng)變也可以用于評(píng)估右心室心尖部的受累情況。

2.3 HCM并發(fā)室壁瘤

肥厚型心肌病合并左心室心尖室壁瘤在臨床中較為罕見(jiàn)，此類患者預(yù)后較差[29]。其形成機(jī)制尚不明確，目前認(rèn)為較多發(fā)生在左心室中段梗阻性肥厚型心肌病中，收縮期肥厚心肌可導(dǎo)致心腔梗阻，心尖部負(fù)荷增大且室壁張力變大，使冠狀動(dòng)脈受壓引起血流量減少。另一種較為少見(jiàn)地發(fā)生于心尖肥厚型心肌病，心尖部肥厚心肌耗氧增加而冠狀動(dòng)脈血流儲(chǔ)備不足致使氧供需失衡，這些都可能導(dǎo)致心尖部心肌缺血形成室壁瘤[30]。左心室心尖部室壁瘤的MRI 表現(xiàn)為心尖部室壁減薄，瘤體遠(yuǎn)端寬大且近端與心腔相通，收縮期心尖部局限性膨出，舒張期相應(yīng)室壁運(yùn)動(dòng)減弱或消失[29,31]。雖然超聲心動(dòng)圖被廣泛應(yīng)用于臨床，但是由于存在超聲聲窗影響、依賴于操作者經(jīng)驗(yàn)等因素，在臨床診斷中容易漏診；CMR 卻可以克服超聲心動(dòng)圖的缺點(diǎn)，能夠客觀清楚地顯示左心室心尖部結(jié)構(gòu)，還能夠顯示心肌的運(yùn)動(dòng)情況。在一例利用超聲測(cè)量肥厚型心肌病合并左心室心尖室壁瘤患者心肌應(yīng)變的病例報(bào)道中發(fā)現(xiàn)心尖部峰值縱向應(yīng)變顯著減低，而且部分節(jié)段存在反向峰值縱向應(yīng)變，表明發(fā)生室壁瘤的心肌收縮功能嚴(yán)重受損，且出現(xiàn)矛盾運(yùn)動(dòng)[32]。由于肥厚型心肌病合并心尖室壁瘤患者預(yù)后評(píng)價(jià)較差，惡性心律失常、血栓栓塞和心力衰竭等不良心血管事件發(fā)生率高[33]，因此對(duì)于心尖室壁瘤的早期診斷與預(yù)防極為重要，目前國(guó)內(nèi)外尚缺乏對(duì)于肥厚型心肌病并心尖部室壁瘤心肌應(yīng)變的研究與應(yīng)用。

3 心肌應(yīng)變力在HCM鑒別診斷中的應(yīng)用

非對(duì)稱性HCM 的形態(tài)特征明確，不易與其他疾病造成誤診，而對(duì)稱性HCM 左心室彌漫性增厚，并伴隨著左心室腔的減小[34]。這與高血壓性左室肥厚、心肌淀粉樣變性的形態(tài)特征相似，因此鑒別診斷尤為重要。

高血壓性心肌肥厚(hypertensive myocardial hypertrophy，HMH)主要由左心室后負(fù)荷增大引起左心室心肌代償性肥厚[35]。Puntmann等[36]對(duì)高血壓患者、HCM 患者及健康對(duì)照者進(jìn)行研究分析發(fā)現(xiàn)，與對(duì)照組相比，兩個(gè)肥厚組的最大壁厚和左室質(zhì)量指數(shù)均明顯更高；高血壓患者的射血分?jǐn)?shù)降低，心腔增大和左室壁應(yīng)力增加，前間隔收縮應(yīng)變降低；HCM 組射血分?jǐn)?shù)增加，左室壁應(yīng)力降低，縱向收縮應(yīng)變降低，可以認(rèn)為左室壁應(yīng)力增加是高血壓心肌肥厚的標(biāo)志，而肥厚型心肌病的標(biāo)志是縱向應(yīng)變降低。一項(xiàng)有40例HMH患者和93例HCM患者及年齡匹配的40 例健康者的研究[35]表明在心肌整體或分層應(yīng)變分析中，兩組患者縱向應(yīng)變均較對(duì)照組降低；HCM 患者心內(nèi)膜下心肌周向應(yīng)變顯著增強(qiáng)，內(nèi)層心肌運(yùn)動(dòng)呈減弱趨勢(shì),而HMH 組患者表現(xiàn)不同。因此分層心肌應(yīng)變相較整體縱向應(yīng)變可能更適合作為區(qū)分兩種疾病的方法，但仍然需要大量的研究證實(shí)。

心臟淀粉樣變性(cardiac amyloidosis，CA)是淀粉樣蛋白沉積在心肌細(xì)胞外間質(zhì)，引起心肌收縮成分中斷變形、心室僵硬以及收縮舒張功能障礙[37]，最終發(fā)展為以限制性舒張功能為主的心力衰竭。心肌淀粉樣變性表現(xiàn)為左心室室壁彌漫性增厚，以室間隔增厚為主，雙房增大[38]，臨床上較罕見(jiàn)，預(yù)后極差，病死率高，易與相對(duì)常見(jiàn)的肥厚型心肌病相混淆，正確診斷對(duì)于患者的治療和預(yù)后非常重要。現(xiàn)如今診斷CA 的“金標(biāo)準(zhǔn)”仍然是心內(nèi)膜活檢[37-38]，但由于這是一種有創(chuàng)檢查而不易被患者接受；而且淀粉樣蛋白沉積分布不均，可能會(huì)由于取樣誤差而導(dǎo)致假陰性。郭楊鈺等[39]研究表明CA 基底-心尖部LS的遞增梯度較HCM更顯著，相對(duì)基底部心尖LS受損較輕，即CA 的相對(duì)心尖LS[平均心尖LS/(平均基底段LS+平均中段LS)]保留模式，左心室基底到心尖LS梯度差與相對(duì)心尖LS可為臨床鑒別診斷CA與HCM提供一定的參考價(jià)值。

4 小結(jié)及展望

CMR可以全方位、多序列地在任何平面上提供具有空間和時(shí)間高分辨率的心臟三維成像，并且沒(méi)有電離輻射，逐漸成為一種可靠的影像學(xué)檢查工具。隨著掃描技術(shù)的成熟，心肌應(yīng)變力分析、人工智能等后處理技術(shù)的不斷發(fā)展，CMR 不僅能夠提供更多關(guān)于心肌組織和功能的信息，在心臟大血管疾病的診斷、預(yù)后和風(fēng)險(xiǎn)分層中也發(fā)揮著重要的作用[40]。在肥厚型心肌病的影像評(píng)估中，心肌應(yīng)變比射血分?jǐn)?shù)更加敏感，不僅能夠早期反映心肌收縮舒張功能，還能夠?yàn)榉屎裥托募〔〉蔫b別診斷提供依據(jù)，有助于早期診斷及關(guān)注病情進(jìn)程并加以治療，但利用心肌應(yīng)變力分析對(duì)診斷肥厚型心肌病、評(píng)估其病情進(jìn)展及對(duì)于不良心血管事件的預(yù)測(cè)，尚缺乏一個(gè)相對(duì)統(tǒng)一的臨床標(biāo)準(zhǔn)。隨著大量、深入的研究，心肌應(yīng)變力分析的診療將得到進(jìn)一步的發(fā)展與驗(yàn)證，有望投入到臨床應(yīng)用中。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無(wú)利益沖突。