CMR-FT技術(shù)評估肺高血壓患者早期右心室功能障礙

閆彥,楊帆,張璋,鄧瑗琳,杜雅敏,李鋒坦,楊振文,李東

肺高血壓(pulmonary hypertension，PH)是一種嚴(yán)重的肺血管系統(tǒng)疾病，持續(xù)升高的肺動脈壓力使右心室發(fā)生代償性和失代償性形態(tài)和功能改變，最終導(dǎo)致右心室衰竭[1]，而右心室衰竭是PH患者預(yù)后不良的主要決定因素。右心室射血分?jǐn)?shù)(right ventricular ejection fraction，RVEF)<45%提示右心室功能異常[2-3]，然而RVEF減低通常發(fā)生在疾病晚期，且在PH早期并無特異性臨床表現(xiàn)，可能會導(dǎo)致患者就診或治療不及時，增加患者死亡率[4]。因此，早期識別PH患者右心室功能障礙并及時進行干預(yù)治療，是改善PH患者預(yù)后的關(guān)鍵。心臟磁共振特征追蹤(cardiac magnetic resonance feature tracking，CMR-FT)技術(shù)是新興的基于常規(guī)電影圖像的后處理技術(shù)，無需前瞻性的圖像采集，可通過心肌應(yīng)變指標(biāo)反映心室整體和局部功能[5-6]，具有良好的可重復(fù)性和廣泛的適用性[7]。本研究旨在應(yīng)用CMR-FT技術(shù)對PH患者右心室心肌應(yīng)變進行定量評估，探究其在檢測PH患者早期右心室功能障礙方面的價值。

材料與方法

1.一般資料

回顧性收集2019年2月-2021年5月在天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院經(jīng)右心導(dǎo)管(right heart catheterization，RHC)確診且行CMR檢查的PH患者。納入標(biāo)準(zhǔn)：①年齡18歲及以上；②RHC檢查結(jié)果符合PH診斷標(biāo)準(zhǔn)[8]；③RHC與CMR檢查時間間隔不超過2周。排除標(biāo)準(zhǔn)：①合并嚴(yán)重瓣膜性心臟病、心肌梗死、心肌病等；②圖像質(zhì)量差，不滿足診斷及后處理要求。根據(jù)RVEF是否減低(<45%)將PH患者分為RVEF保留組(preserved-RVEF，pRVEF)和減低組(reduced-RVEF，rRVEF)。另納入年齡和性別匹配的健康成年人15例作為對照組，納入標(biāo)準(zhǔn)：①無器質(zhì)性心臟病史；②無可引起右心室病變的系統(tǒng)性疾病史；③經(jīng)CMR檢查未見異常。本研究經(jīng)天津醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)，所有受試者均無CMR禁忌癥且對本研究知情同意。

2.右心導(dǎo)管檢查

所有PH患者均行RHC檢查獲得血流動力學(xué)數(shù)據(jù)，包括收縮期肺動脈壓(systolic pulmonary arterial pressure，sPAP)、舒張期肺動脈壓(diastolic pulmonary arterial pressure，dPAP)、平均肺動脈壓(mean pulmonary artery pressure，mPAP)、肺血管阻力(pulmonary vascular resistance，PVR)及右心指數(shù)(right cardiac index，RCI)。

3.CMR儀器與方法

采用Siemens Skyra 3.0T超導(dǎo)型磁共振掃描儀，18通道體表線圈，胸前導(dǎo)聯(lián)心電門控和呼吸門控。在呼氣末屏氣期間，于舒張末期觸發(fā)采集。采用真實穩(wěn)態(tài)進動快速成像(true fast imaging with steady state precession，True FISP)序列采集四腔心及短軸位電影圖像。短軸位層面包全右心室，主要掃描參數(shù)：TR 38.4 ms，TE 1.4 ms，翻轉(zhuǎn)角49°，F(xiàn)OV 360 mm×301 mm，矩陣208×166，層厚8 mm，無間隔，激勵次數(shù)(NEX) 1。四腔心層面主要掃描參數(shù)：TR 37.92 ms，TE 1.38 ms，翻轉(zhuǎn)角49°，F(xiàn)OV 380 mm×318 mm，矩陣208×166，層厚6 mm，無間隔，NEX 1。每個心動周期均為25個時相。

4.圖像后處理

心功能及心肌應(yīng)變分析均通過CVI42(version 5.12.2)后處理軟件實現(xiàn)。

心功能分析：在Function SAX模塊中，于短軸位層面右心室收縮末期及舒張末期勾畫心內(nèi)、外膜輪廓(乳頭肌和小梁包含在右心室腔內(nèi)，其質(zhì)量不計入右心室心肌質(zhì)量)。右心室容積包含右心室流出道容積。軟件自動得出右心室心功能參數(shù)，并經(jīng)體表面積(body surface area，BSA)校正。心功能參數(shù)包括：右心室舒張末期容積指數(shù)(right ventricular end-diastolic volume index，RVEDVI)、右心室收縮末期容積指數(shù)(right ventricular end-systolic volume index，RVESVI)、右心室每搏輸出量指數(shù)(right ventricular stroke volume index，RVSVI)、RVEF、右心室心肌質(zhì)量指數(shù)(right ventricular myocardial mass index，RVMMI)。

心肌應(yīng)變分析：在Strain模塊中，于四腔心、短軸位層面右心室舒張末期勾畫心內(nèi)、外膜輪廓(乳頭肌和小梁包含在右心室腔內(nèi)，室間隔視為左心室的一部分，圖1)，軟件將在整個心動周期對心肌像素點進行自動追蹤，得到右心室心肌應(yīng)變參數(shù)：整體徑向應(yīng)變(global radial peak strain，GRS)、整體周向應(yīng)變(global circumferential peak strain，GCS)、整體縱向應(yīng)變(global longitudinal peak strain，GLS)、整體徑向收縮應(yīng)變率(global radial peak systolic strain rate，GRSSR)、整體周向收縮應(yīng)變率(global circumferential peak systolic strain rate，GCSSR)、整體縱向收縮應(yīng)變率(global longitudinal peak systolic strain rate，GLSSR)、整體徑向舒張應(yīng)變率(global radial peak diastolic strain rate，GRDSR)、整體周向舒張應(yīng)變率(global circumferential peak diastolic strain rate，GCDSR)、整體縱向舒張應(yīng)變率(global longitudinal peak diastolic strain rate，GLDSR)。

圖1右心室心肌應(yīng)變測量示意圖。a)舒張末期四腔心層面；b)舒張末期短軸位層面。黃線為心內(nèi)膜，藍(lán)線為心外膜。

5.統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 26.0統(tǒng)計分析軟件。分別采用Shapiro-Wilk檢驗、Levene檢驗對各組數(shù)據(jù)進行正態(tài)性及方差齊性檢驗，服從正態(tài)分布且方差齊的計量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差表示，否則以中位數(shù)(上下四分位數(shù))表示。兩組間計量資料比較，采用獨立樣本t檢驗或Mann-WhitneyU檢驗。多組間計量資料比較，均服從正態(tài)分布且方差齊者采用單因素方差分析，否則采用Kruskal-WallisH檢驗，事后兩兩比較采用Bonferroni校正法。計數(shù)資料以例數(shù)(百分比)表示，組間比較采用Fisher確切概率法。相關(guān)性分析采用Pearson或Spearman相關(guān)分析。分別對pRVEF PH組和對照組、pRVEF和rRVEF PH組的整體應(yīng)變指標(biāo)進行受試者操作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲線分析。P<0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

1.一般資料

本研究共收集PH患者40例，其中9例因圖像質(zhì)量不佳予以排除。31例PH患者中，肺動脈高壓17例、左心疾病所致PH 1例，呼吸系統(tǒng)疾病和/或缺氧所致PH 2例、肺動脈阻塞性疾病所致PH 11例[4]。最終納入pRVEF PH組14例、rRVEF PH組17例、健康對照組15例，三組間年齡、性別、BSA差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。RHC結(jié)果示rRVEF PH組sPAP、dPAP、mPAP、PVR均高于pRVEF PH組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)，兩PH組間RCI差異無統(tǒng)計學(xué)意義(表1)。

表1 研究對象的一般資料和RHC參數(shù)比較

2.三組間右心室心功能參數(shù)比較

pRVEF PH組RVEDVI、RVESVI、RVSVI、RVEF、RVMMI與對照組相比差異均無統(tǒng)計學(xué)意義；rRVEF PH組以上各心功能參數(shù)與對照組相比差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)。兩PH組間僅RVSVI差異無統(tǒng)計學(xué)意義(表2)。

表2 三組間右心室心功能參數(shù)比較

3.三組間右心室心肌應(yīng)變參數(shù)比較

與對照組相比，pRVEF PH組僅GLS減低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P=0.005)；rRVEF PH組各方向整體應(yīng)變及應(yīng)變率與對照組相比均減低，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P均<0.05)。兩PH組間僅GCDSR差異無統(tǒng)計學(xué)意義(表3，圖2)。其中三組間GLS(絕對值)呈逐漸減低趨勢(P<0.001，圖3)。

圖2 右心室整體心肌應(yīng)變曲線圖。a～c)健康志愿者，女，61歲，GRS 23.85%，GCS -14.41%，GLS -27.73%； d～f)pRVEF PH，女，40歲，GRS 21.97%，GCS -13.59%，GLS -19.09%；g～i)rRVEF PH，女，30歲，GRS 17.78%，GCS -12%，GLS -11.85%。

圖3 三組間GLS比較箱式圖。 圖4 整體應(yīng)變指標(biāo)對pRVEF和rRVEF PH患者預(yù)測效能的ROC曲線分析。a)對pRVEF PH組和對照組的GLS進行ROC曲線分析，GLS的AUC為0.800；b)對pRVEF和rRVEF PH組的GRS、GCS、GLS進行ROC曲線分析，AUC分別為0.929、0.908、0.966，其中GLS的AUC最大。

表3 三組間右心室心肌應(yīng)變參數(shù)比較

4.相關(guān)性分析

對PH患者右心室整體應(yīng)變指標(biāo)與RVEF、RVEDVI及RHC參數(shù)進行相關(guān)性分析，結(jié)果顯示：GRS與RVEF呈正相關(guān)(r=0.800，P<0.001)，GRS與RVEDVI、PVR均呈負(fù)相關(guān)(r=-0.472、-0.456，P=0.007、0.010)；GCS與RVEF呈負(fù)相關(guān)(r=-0.777，P<0.001)，GCS與RVEDVI、PVR均呈正相關(guān)(r=0.463、0.523，P=0.009、0.003)；GLS與RVEF呈負(fù)相關(guān)(r=-0.846，P<0.001)，GLS與RVEDVI、PVR、sPAP均呈正相關(guān)(r=0.600、0.526、0.472，P<0.001，P=0.002、0.007)。

5.整體應(yīng)變指標(biāo)對pRVEF和rRVEF PH患者預(yù)測效能分析

GLS臨界值為-22.12%時，預(yù)測pRVEF PH患者的曲線下面積(area under the curve，AUC)為0.800，敏感度為0.714，特異度為0.867(圖4a)。各方向整體應(yīng)變均對rRVEF PH患者具有良好的預(yù)測效能，GRS、GCS、GLS的臨界值為17.85%、-11.51%、-16.62%，AUC為0.929、0.908、0.966，敏感度為0.941、0.882、0.941，特異度為0.857、0.857、0.929，其中GLS預(yù)測效能最佳(圖4b)。

討 論

本研究通過CMR-FT技術(shù)定量評估PH患者右心室心肌應(yīng)變，發(fā)現(xiàn)各方向整體應(yīng)變與RVEF、RVEDVI、PVR均有相關(guān)性，并對rRVEF PH患者具有良好的預(yù)測效能，此外，證實了GLS在RVEF減低前已明顯受損，提示GLS可以較心功能參數(shù)更早、更敏感地檢測PH患者早期右心室功能障礙。

先前的研究報道了PH患者右心室游離壁縱向應(yīng)變明顯受損[9-10]。本研究進一步發(fā)現(xiàn)，GLS在對照組、pRVEF和rRVEF PH組間逐漸減低，即使RVEF等心功能參數(shù)尚在正常范圍時，GLS已經(jīng)明顯減低，GLS>-22.12%可以預(yù)測pRVEF PH患者，提示GLS是識別PH患者早期亞臨床右心室功能障礙的重要指標(biāo)。Lin等[11]研究發(fā)現(xiàn)通過CMR-FT技術(shù)測得縱向應(yīng)變在RVEF正常的肺動脈高壓患者中顯著降低，與本研究結(jié)果一致。Lu等[12]研究也證明了GLS是右心室功能障礙的良好預(yù)測指標(biāo)。其機制可能是形成右心室心肌纖維的細(xì)胞主要沿縱向排列，右心室射血的主要動力來源于縱向收縮，且縱向功能更容易受到心肌纖維化和肥大的影響，使得縱向應(yīng)變在疾病早期最先受損[13-15]。

Song等[9]應(yīng)用形變配準(zhǔn)算法測得GLS在RVEF≥45% PH組中顯著減低，而GCS與對照組無顯著差異；應(yīng)用CMR-FT技術(shù)測得GLS在RVEF≥45% PH組與對照組間無顯著差異，而GCS顯著增加。De Siqueira等[16]應(yīng)用CMR-FT技術(shù)評估PH患者右心室整體周向、縱向應(yīng)變及應(yīng)變率，結(jié)果顯示RVEF≥50% PH患者與無PH且RVEF≥50%患者相比，僅整體周向應(yīng)變率顯著減低。此外，上述兩項研究均顯示RVEF減低PH患者各心肌應(yīng)變參數(shù)顯著減低，這與本研究結(jié)果一致，提示在PH晚期右心室失代償階段，心肌各方向運動均明顯受損，并且筆者發(fā)現(xiàn)各整體應(yīng)變對RVEF減低PH患者均有良好的預(yù)測效能。然而，本研究與上述兩項研究中針對RVEF保留PH患者的應(yīng)變分析結(jié)果存在部分偏差。值得注意的是，以上兩位學(xué)者對右心室整體心肌應(yīng)變研究的感興趣區(qū)均涵蓋右心室游離壁及室間隔部分，而本研究并未包含室間隔部分，這可能是導(dǎo)致結(jié)果偏差的原因。雙心室中最大總位移和縱向位移發(fā)生在右心室游離壁[17]，這可能使得右心室游離壁對心室運動異常更敏感，Song等[9]研究也發(fā)現(xiàn)CMR-FT技術(shù)測得PH患者右心室縱向應(yīng)變的顯著減低表現(xiàn)在游離壁而非室間隔。此外，不同的軟件、算法及研究對象的異質(zhì)性也可能引起研究結(jié)果間的差異。目前對右心室心肌應(yīng)變分析是否應(yīng)涵蓋室間隔尚未達(dá)成共識，由于我們所用的軟件將室間隔歸為左心室應(yīng)變分析范疇內(nèi)，本研究并未將其納入分析，然而，PH具有明顯的心室間相互依賴性，室間隔是耦合雙心室收縮的重要結(jié)構(gòu)，可在左心室舒張早期迅速向左弓形突出，室間隔心肌纖維的傾斜方向亦是右心室收縮的關(guān)鍵[11，18]，室間隔心肌應(yīng)變的價值還需進一步探討。

既往多項研究表明縱向應(yīng)變與RVEF、mPAP、PVR相關(guān)[9,19-20]，在本研究中，各方向整體應(yīng)變減低與右心室前負(fù)荷(如RVEDVI)、后負(fù)荷(如PVR)的增加及RVEF均有相關(guān)性，其中GLS相關(guān)性最佳，且GLS與sPAP亦有相關(guān)性，表明心臟負(fù)荷的增高可能引起右心室心肌各個方向運動功能受損，心肌應(yīng)變的減低也可反映伴隨心臟負(fù)荷進行性增高的PH疾病進展。特別是GLS受右心室負(fù)荷及肺動脈壓力升高的影響更為顯著，并在RVEF等心功能參數(shù)顯著改變前已經(jīng)受損，而縱向排列的肌纖維主要位于心肌深層[13]，這可能提示PH患者心內(nèi)膜下心肌損傷發(fā)生更早、更顯著。

本研究尚存在一些局限性。首先，本研究是一項單中心研究，樣本量較小，該研究結(jié)果仍需多中心、大樣本的研究進一步驗證。其次，本研究僅分析了整體應(yīng)變指標(biāo)，局部應(yīng)變在疾病早期是否受損及其隨病程的演變是未來進一步的研究方向。

綜上，CMR-FT計算的右心室心肌應(yīng)變可反映PH病情進展，GLS有潛力成為早期檢測PH患者右心室功能障礙的參考指標(biāo)。