心臟磁共振評估左心室機械不同步的研究進展

董建勛，魏 萊，何 杰，孔令璁，葛 恒，卜 軍

上海交通大學醫(yī)學院附屬仁濟醫(yī)院心內科，上海 200127

良好的心臟泵血功能需要正常的心肌收縮力，而各部分心肌收縮的同步性也非常重要。多種原因可導致心肌機械不同步，主要包括心肌梗死［1］、心肌病［2］、肺動脈高壓［3］、先天性畸形［4］以及慢性心力衰竭（心衰）等；心室的機械不同步包括心室間不同步和心室內不同步。 有關左心室機械不同步 （left ventricular mechanicaldyssynchrony，LVMD）的研究較多；但是既往研究對心室機械不同步的定義并不相同，使用的評估指標及具體計算方法各異，測量技術也多種多樣。常用的有單光子發(fā)射計算機斷層成像術（single-photon emission computed tomography，SPECT）［5］和心臟彩超，近年來心臟磁共振（cardiac magnetic resonance，CMR）在這一領域展現(xiàn)了獨特優(yōu)勢。因此，本文就CMR 在測量LVMD中的臨床應用和研究進展做一綜述。

1 LVMD的發(fā)生機制

在大多數(shù)情況下，LVMD 是由部分心肌電傳導速率減慢所導致的。心肌壞死、心室重構以及神經體液異常是誘導和加重心肌電傳導異常的主要原因。

心電傳導的同步性是機械活動同步性的先決條件。正常的心電傳導系統(tǒng)需要竇房結、房室結、房室束及浦肯野纖維的共同作用，使得心肌可以在極短的時間內被同時激活并同步收縮。當正常心電傳導系統(tǒng)無法正常起效時，由于電信號在心肌中的沖動傳導遠慢于浦肯野纖維，因此各部位心肌無法在短時間內同時被激活，即無法達到電活動的同步性，LVMD 由此產生。常見的心電傳導系統(tǒng)失效的原因包括損傷和旁路傳導導致的短路，兩者在心電圖上的表現(xiàn)分別為左束支傳導阻滯（left bundle branch block，LBBB）和心室起搏。心臟電活動延遲和機械收縮的延遲存在顯著的相關性。電生理檢查中發(fā)現(xiàn)，有91%的患者心電激活最晚的部位和心肌收縮最晚的部位相同［6］，證明大多數(shù)患者的心肌收縮不同步是由電活動不同步導致的。而另一部分患者出現(xiàn)LVMD 的原因是由心肌活性的改變造成的，如心肌瘢痕和水腫，這些異?？梢哉T發(fā)心肌結構改變或局部的收縮功能受損［7-8］，從而使得左心室各節(jié)段收縮的時間和強度產生差異，各節(jié)段無法在同一時間開始收縮或出現(xiàn)不同強度的收縮活動，LVMD由此產生。

LVMD會導致心臟有效做功明顯減少，存在LBBB的心肌病患者左心室收縮末期血液動能相較于沒有LBBB的患者顯著降低［9］。降低的心臟做功效率使左心室的舒張末容積增大，室壁張力增高，左心室負荷較前進一步升高［10］，而升高的負荷會激活神經體液系統(tǒng)，如腎上腺素、腎素-血管緊張素-醛固酮系統(tǒng)等，誘發(fā)左心室的不良重構［11］。另一方面，LVMD 造成心室各部分心肌張力不同，也會造成心室的不對稱性肥厚和細胞外膠原的沉積［12］，這樣的病理改變會進一步影響心臟傳導系統(tǒng)的傳導速率和局部收縮功能，加重原有的LVMD。

2 LVMD的測量

2.1 LVMD的測量技術

LVMD 的相關測量指標是心肌應變的衍生指標，由對心肌應變數(shù)值的進一步計算得出，因此想要得到準確的LVMD 指標就必須要精確地測量心肌應變。心肌應變的傳統(tǒng)測量方法主要是超聲斑點追蹤技術（speckle tracking），但是較低的空間和組織分辨率，以及高操作者依賴性，限制了其在臨床尤其是科研中的使用。

CMR 可有效避免上述缺陷，其優(yōu)秀的空間和時間分辨率，使其對LVMD 的測量更為精準。同時，得益于CMR 對心肌活性的檢測能力，它也可有效地鑒別LVMD的成因。CMR 測定心肌應變主要有心肌標記技術（CMR-tagging） 和特征追蹤技術（feature-tracking，CMR-FT）2 種方法；其中tagging 技術是CMR 測量心肌應變的金標準［13］，但是tagging 技術需要專門的掃描序列，后處理時間冗長；因此，近年來不需要額外后處理的CMR-FT 技術備受關注。其處理原理與超聲斑點追蹤技術相似，通過光流法識別圖像的各項特征，在動態(tài)圖像上追蹤這些特征，然后計算心肌的容積和應變。CMRFT 和心臟彩超對左心室應變的檢測具有較強的相關性［14］，而在測量心肌容積和功能時，CMR-FT 的準確度則較超聲斑點追蹤技術更高［15］。在測量LVMD 程度方面，盡管心臟彩超和CMR 所測量的應變數(shù)值差異不大，但兩者所得出的LVMD 測量結果卻相差甚遠，有時差值可達到1 倍以上［16］。但是，CMR-FT 所檢測的左心室應變和機械不同步與tagging 技術具有高度一致性，這個結論已經在健康人、心肌梗死患者、心衰患者以及心肌病患者中被驗證［17-19］。

2.2 LVMD的評價指標

常用的基于CMR 的機械不同步評價指標和計算方法如下。

2.2.1 傳統(tǒng)指標 早年的研究中更多使用類似節(jié)段收縮峰值應變的標準差、各節(jié)段達峰時間的標準差以及各節(jié)段達到最大應變的最大時間差的指標，它們主要反映各節(jié)段收縮活動在時間和空間上的離散度，測量和計算都比較簡單，CMR和心臟彩超的測量和計算方法類似。

2.2.2 CMR 上使用的指標 在CMR 上使用的指標是CURE（circumferential uniformity ratio estimate）和RURE（radial uniformity ratio estimate）。CURE 在2002 年由Leclercq 等［20］在動物模型中首次提出，其計算方法為：首先測得一個左心室短軸層面每個節(jié)段在同一個時相上的周向應變值，以節(jié)段位置和應變值為坐標在坐標軸繪制曲線，然后對曲線進行傅里葉變換，將所得到的常數(shù)項A0和第一項的系數(shù)A1按照如下公式計算：

其中T=timephase，表示時相，時相數(shù)根據(jù)各中心的檢查流程而定；S=slice，代表左心短軸切面，從心底（Base）到心尖（Apex），切面層數(shù)一般為9～11層。

RURE的計算方法與CURE相同，但使用徑向應變代替周向應變。CURE 和RURE 都是介于0～1 的無單位標準化系數(shù)。CURE=0 時代表左心室在圓周方向收縮的絕對不同步，即無效收縮，而CURE=1 則代表各節(jié)段的收縮完全同步，心肌的做功沒有任何浪費，是一種理想化的左心室各節(jié)段同步運動的狀態(tài)。

基于CMR-FT技術計算的CURE和RURE具有良好的可重復性［21］。由于這2 個指標的測量需要左心室各節(jié)段在每個時相的應變值，對時間和空間分辨率的要求較高，因此只能通過CMR來測量。

3 CMR測量LVMD的臨床意義

3.1 LVMD指標在非缺血性心臟病中的應用

LVMD 常出現(xiàn)在心衰和心肌病的患者中，其嚴重程度和QRS 波寬度具有較強的相關性（P<0.001）［22］；但是在窄QRS 波患者中，LVMD 也時有出現(xiàn)。即使QRS 波寬度小于120 ms，仍有29.5%的心衰患者出現(xiàn)了明顯的LVMD［23］，這提示即使在非缺血性心臟病中，LVMD 也不是完全由電活動不同步所導致的，原發(fā)的心肌結構改變和收縮功能受損也是其重要原因。此外，LVMD 對心衰患者的預后也有預測價值［24］。而在擴張性心肌病中，LVMD 的出現(xiàn)甚至還要早于電活動不同步［25］，因此LVMD的測量或許有助于心肌病的早期診斷。

不過，在既往的研究中LVMD 指標還是更多地被應用在心臟再同步治療（cardiac resynchronization therapy，CRT）的評估中。對于心衰患者而言，CRT 是一個重要的治療手段，而即使嚴格遵守起搏器植入指征，仍會有30%～40%的患者在植入后沒有獲益。2013 年歐洲心律學會/歐洲心臟病學會并沒有在公布的《心臟起搏器和心臟再同步治療指南》中將出現(xiàn)LVMD 列為CRT 的指征，這或許是因為既往的多中心研究中，心臟彩超所測得的LVMD 指標預測CRT 應答率的靈敏度和準確度都較低［26］；但是現(xiàn)有的研究已經證明，CMR 測得的基線LVMD 指標可以用來預測患者對CRT 的應答率。多因素Logistic回歸分析得出：CURE每下降0.1，患者對CRT的應答率升高至原來的2.59倍［27］。

我們已經知道，有LVMD 的患者更適合接受CRT；而從另一個角度來看，在術前的CMR 評估中沒有顯著LVMD 的患者，CRT 的收益更小，甚至會出現(xiàn)負向收益。2012 年發(fā)表在European Heart Journal上的一篇臨床研究［28］指出，術前CMR 未檢測出明顯LVMD 的患者，在接受CRT 后48 h 內反而出現(xiàn)了明顯的LVMD，且長期預后也更差，這表明在CRT 前對左心室機械同步性的精確評估也是非常重要的。

但通過檢測LVMD來預測CRT的預后也有其局限性，并非所有存在LVMD 的心衰患者都能從CRT 中獲益。2013 年發(fā)表在New England Journal of Medicine的一項臨床研究［29］發(fā)現(xiàn)，對于在心臟超聲中觀察到LVMD 的窄QRS波患者，CRT并不能使其獲益。通過對809例該類患者的隨機對照試驗發(fā)現(xiàn)，CRT 組和對照組在平均19.4 個月的隨訪期間死亡和心衰再入院的發(fā)生率沒有顯著差異，而CRT 組的死亡率甚至還要高于對照組；提示單獨在影像學檢查中發(fā)現(xiàn)的LVMD 不能作為CRT 的應用指征。在使用CMR 的影像學研究中，對于存在LVMD 的心衰患者，寬QRS波的患者在CMR上的瘢痕面積要小于窄QRS波的患者，這提示了對于窄QRS 波的心衰患者，射血分數(shù)下降和LVMD 更多是由于心肌瘢痕組織而非電活動不同步［30］，這或許可以部分解釋存在LVMD 的窄QRS波心衰患者無法從CRT 中獲益的原因。因為CRT 只能改善電活動的同步性，而瘢痕組織既沒有電傳導，其本身也會使收縮功能受損，所以即便應用了CRT，患者的機械不同步也無法被改善。另一項研究［31］指出，在非缺血性心肌病的患者中，對CRT 有應答的患者在CMR 上顯示的瘢痕面積顯著小于無應答者［左心室：（8±14）%vs（23±23）%，P=0.01。右心室：（24±30）%vs（40±32）%，P=0.04］；同時，雙室都沒有瘢痕的患者對CRT 的應答率為81%，右心室有瘢痕、左心室有瘢痕以及雙室都有的患者對CRT的應答率依次降低，分別為55%、25%和0。這也證明了CRT 主要的作用是改善電活動的同步性，對于瘢痕導致的LVMD 并沒有有效的改善作用。因此，CMR 在CRT 篩選中的作用不僅在于其可以更精確地測量患者的LVMD 情況，并且在于其具備對心肌活性的檢測能力，也能鑒別LVMD 的原因；對于主要由心肌瘢痕造成的LVMD，以改善心電同步性、同步起搏作為治療原理的CRT的療效有限。

3.2 LVMD指標在缺血性心臟病中的應用

LVMD 不僅出現(xiàn)在心衰和心肌病的患者中，在缺血性心臟病的患者中也同樣會出現(xiàn)，而這時，LVMD 與QRS波寬度沒有明顯的相關性［22］。

對于急性心肌梗死患者，在心臟超聲上檢測出LVMD 患者的死亡率和心衰發(fā)病率都顯著高于未檢出LVMD 的患者［32］。研究［33］提示，心臟超聲檢測發(fā)現(xiàn)的LVMD 是急性心肌梗死長期預后不良的獨立危險因素；但也有研究［34］在加入應變等因素校正后，發(fā)現(xiàn)LVMD不是急性心肌梗死后心衰的獨立危險因素。這樣矛盾的結論可能是心臟超聲測量心肌應變和檢測LVMD 的局限性造成的。由于CMR 兼具對心肌活性和心臟形態(tài)學的檢測能力，一些研究［35］將心肌活性和LVMD檢測相結合，發(fā)現(xiàn)急性心肌梗死患者的LVMD 程度與急性期CMR 上的水腫和梗死面積相關，梗死和水腫面積更大的患者急性期的LVMD 更嚴重；而在隨訪期，他們的機械同步性也更難恢復。另一方面，CMR 測得的LVMD 指標也同樣能預測心肌梗死患者的預后情況。在急性心肌梗死患者中，使用CMR 測得的CURE 小于平均值是術后1 年內發(fā)生不良事件的獨立危險因素；更進一步的分析發(fā)現(xiàn)，在基線左室射血分數(shù)大于35%的患者中，CURE 小于平均值依然是不良事件的獨立危險因素，提示CURE 在心功能保留的急性心肌梗死患者中也具有獨立的危險分層能力［1］。不僅如此，LVMD 對于急性心肌梗死后的左心室不良重構也具有預測價值。2009年的一項研究［13］發(fā)現(xiàn)，在透壁性心肌梗死患者中，基線CMR 上存在LVMD 的患者在術后半年的不良心室重構更加嚴重。因此，LVMD 指標不僅能對急性心肌梗死患者的不良事件進行危險分層，對心功能和心室重構的也同樣具有預測價值。

不僅如此，CMR 所測得的LVMD 指標在冠狀動脈粥樣硬化性心臟?。ü谛牟。o癥狀患者中也具有臨床預測價值。Sharma 等［36］對無癥狀冠心病患者進行了平均8.3 年的隨訪，發(fā)現(xiàn)使用tagging 技術所測得的基線LVMD指標是女性患者發(fā)生不良事件的危險因素，同時對所有患者的心室重構程度也有一定的預測價值。CMR 作為一種比心臟彩超測量精度更高、功能更強的技術手段，能夠同時評估急性心肌梗死患者的LVMD 和梗死情況，在缺血性心臟病患者的評估中效率更高，應用范圍也更廣。

3.3 LVMD指標在先天性心臟病中的應用

除了上述的心臟疾病，CMR 在小兒心臟病的診斷和治療中也有廣泛的應用前景。受限于小兒生長發(fā)育未完全等原因，多數(shù)情況下無法在小兒中應用經皮冠狀動脈造影等有創(chuàng)性檢查技術，而作為首選的心臟彩超又存在分辨率低等缺陷；因此CMR 作為一個能對心臟多切面成像，無創(chuàng)且無放射的檢查技術，在近些年也越來越多地應用在小兒心臟病，其中也有一些關于LVMD的研究。

有研究［37］發(fā)現(xiàn)，在法洛四聯(lián)癥患者的CMR 圖像上出現(xiàn)了明顯的LVMD；而在法洛四聯(lián)癥修補術后，Kalaitzidis 等［38］在4.7 年的隨訪中發(fā)現(xiàn)，CMR 測得的機械不同步指標（包括左心室和右心室）對術后的心功能和運動能力有預測價值（P=0.02），然而這個結論卻與另外一個研究相沖突。Jing等［39］發(fā)現(xiàn)，CMR測得的LVMD指標對法洛四聯(lián)癥修補術后心室容積和射血分數(shù)的變化沒有預測價值，同時LVMD 嚴重程度與術后的心源性死亡、室性心動過速也沒有顯著的相關性（P>0.05）［38］。另外，Steinmetz 等［4］發(fā)現(xiàn)，埃布斯坦綜合征患者的CMR圖像上也出現(xiàn)了明顯的LVMD，且LVMD 的嚴重程度對患者的心功能惡化具有預測價值。這些研究結果提示，CMR 對于LVMD 的檢測在先天性心臟病中或許也有一定的臨床價值，但其是否能在臨床得到應用仍有待進一步的探索。

4 CMR測量LVMD指標的局限性

盡管CMR 能力強大，但也存在一定的局限性。首先由于不同中心檢查所用儀器及參數(shù)設置不同，對圖像后處理和分析的軟件及方法不同，CMR 的定量分析結果不能在不同中心間通用，對心肌應變的測量和機械不同步的計算也沒有標準參考值，單一中心的研究結論不能推廣。同時，由于LVMD 指標的計算需要對心肌應變的精確測量，而CMR 的定量分析耗時耗力，這也阻礙了它的廣泛臨床應用。

5 展望

目前而言，制約CMR 廣泛應用的原因之一就是冗長的后處理分析。但是近年來由于人工智能的快速發(fā)展，深度學習算法在CMR 的圖像識別領域也有越來越多的應用。在CMR 圖像分析的各個階段，從節(jié)段分割到心肌內外膜的識別、應變和容積指標的計算，以及對圖像分析結果的自動質控，都有不同的文獻報道［40-41］；這使得CMR的自動定量分析得以實現(xiàn)，極大地減少了CMR檢查后處理分析的人力時間成本。此外，近期也有對患者LVMD 情況進行人工智能自動分析的影像學研究［42］出現(xiàn)；這項技術一旦成熟，研究者可以更加快捷地計算LVMD 相關指標，且CMR 所測量的LVMD 指標也有望加入CRT 的標準評估流程中。同時，LVMD 指標在缺血性心臟病和先天性心臟病中的應用仍有待進一步的開發(fā)；在大樣本的臨床研究證實后，同樣有機會成為危險分層的依據(jù)之一?？傊珻MR 和LVMD 的臨床和科研應用前景廣闊，將在心血管疾病的診療中占據(jù)越來越重要的位置。