心臟磁共振特征追蹤技術評估心臟功能的應用價值

甘宏博 高電薩 左中

(重慶醫(yī)科大學附屬第一醫(yī)院心血管內科，重慶 400016)

隨著社會老齡化，心血管疾病發(fā)病率逐年增高，居疾病死亡首位。心血管疾病發(fā)病的復雜化、年輕化，對心臟疾病早期診斷、預后風險評估提出了更高的要求。心臟磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)作為一項非侵入性檢查，能“一站式”完成對心臟結構和功能的評估，具有空間和時間分辨率高、軟組織對比度優(yōu)越和多參數(shù)多層面成像等優(yōu)點，已成為量化心腔容積和評估功能的金標準[1]。心臟磁共振特征追蹤(cardiac magnetic resonance feature tracking，CMR-FT)技術基于CMR能無創(chuàng)測量心肌應變參數(shù)，操作簡便，在心血管疾病的診斷和預后評估等應用價值日益凸顯?，F(xiàn)對CMR-FT技術在心臟疾病中心功能評估的應用及研究進展進行綜述。

1 心肌應變和CMR-FT技術

1.1 心肌應變

心肌應變是指心肌纖維從舒張末期的初始長度到收縮末期的最大長度的變形程度，以百分數(shù)表示，單位時間內的應變稱為應變率。相對于臨床常用的心功能評價指標，心肌應變參數(shù)更為敏感，能在疾病亞臨床期發(fā)現(xiàn)心肌受損。越來越多證據(jù)表明，通過應變分析研究心臟功能，可準確地在亞臨床水平檢測心臟疾病，評估心臟疾病患者的風險，并可能預測治療效果[2]。

1.2 CMR-FT技術

CMR-FT技術是一種基于CMR定量評估心功能的新型技術。使用心臟相控陣接收線圈，在采用回顧性心電門控獲得CMR電影序列圖像的基礎上，通過專用軟件定位心內外膜邊界，計算得到心動周期中心肌變形的程度，從而定量評價心臟整體和局部功能。CMR-FT技術通過測量心肌應變來判斷心功能，常規(guī)參數(shù)包括：縱向應變(longitudinal strain，LS)、縱向應變率(longitudinal strain rate，LSR)；徑向應變(radial strain，RS)、徑向應變率(radial strain rate，RSR)及圓周應變(circumferential strain，CS)、圓周應變率(circumferential strain rate，CSR)，分別檢測心肌縱向運動(心臟長軸方向運動)、徑向運動(心臟短軸方向心肌厚度的變化)和圓周運動(心臟短軸方向的環(huán)形運動)。不同于CMR心肌標記技術需通過網(wǎng)格標記技術識別心肌組織結構，導致心房、右心室因壁薄無法較好地被標記，CMR-FT技術無需額外添加標記線，且掃描序列簡單，花費時間少；相比于超聲斑點追蹤(speckle tracking echocardiography，STE)技術十分依賴于圖像質量，使其在窄聲窗、偽影、超聲衰減和混響等情況下很難做到精準測量，CMR-FT技術則擁有更好的視野和圖像質量，且不受聲窗影響，并具有更佳的信噪比。在時間分辨率上，STE優(yōu)于CMR-FT(STE幀頻為80 Hz，CMR-FT為35 Hz)，可獲得更準確的收縮期峰值應變；CMR-FT則擁有更高的空間分辨率及組織對比度，有利于心內膜和心外膜邊界的描繪。盡管CMR-FT技術在多個方面優(yōu)于STE技術，為分析心肌應變的首選檢查手段，但往往因為設備昂貴、檢查時間較長且花費較高，導致其臨床應用受限[2-3]。

2 CMR-FT技術對心室功能評估及臨床應用

左心室功能的評估是心臟影像學研究的重要組成部分，左室射血分數(shù)(left ventricular ejection fraction，LVEF)是臨床用來評估心臟功能的重要指標，并能提供預后信息。然而LVEF作為對左心室功能的整體評估，無足夠的靈敏度來檢測其細微變化。有研究表明在LVEF≥50%的情況下，有可能已出現(xiàn)了明顯的心肌形變受損，并與不良預后有關[4]。在LVEF明顯改變之前，及早發(fā)現(xiàn)心功能受損并予以保護性治療，有助于患者的整體預后。心肌應變能定量評估心肌局部和整體的功能，有利于在疾病亞臨床期發(fā)現(xiàn)心肌受損。

2.1 CMR-FT技術對缺血性心肌病的評估

在冠狀動脈粥樣硬化性心臟病患者中，Schneeweis等[5]利用CMR-FT技術行大劑量[40 μg/(kg·min)]多巴酚丁胺負荷試驗，在試驗期間密切監(jiān)測患者血壓、心率以及胸痛等癥狀。研究發(fā)現(xiàn)冠狀動脈狹窄節(jié)段、狹窄節(jié)段遠端和正常節(jié)段的心肌CS值有明顯差異(P均<0.001)，結果表明在多巴酚丁胺負荷灌注聯(lián)合CMR技術上，可通過CS來區(qū)分冠狀動脈狹窄段和正常段[截斷值=-33.2%，受試者操作特征曲線下面積(area under curve，AUC)=0.7，敏感性為75%，特異性為67%]，進一步提高對缺血性心肌病的診斷。盡管急性心肌梗死患者的住院死亡率顯著降低，急性期存活下來的患者的心血管不良事件發(fā)病率和死亡率仍可高出一般人群1.5～15.0倍[6]，如何早期評估患者不良預后有利于后續(xù)治療管理。在發(fā)生過心肌梗死的患者中，有研究表明整體縱向應變(global longitudinal strain，GLS)下降與心肌梗死后左心室不良重塑的發(fā)生顯著相關，且在預測全因死亡率上明顯優(yōu)于LVEF和梗死面積[7]。由于心肌LS值主要與心內膜下心肌纖維相關，心肌CS值與心外膜下心肌纖維有關，故可通過CS值區(qū)分出透壁性心肌梗死患者。有研究表明整體圓周應變(global circumferential strain，GCS)在評估首發(fā)心肌梗死患者的長期預后上優(yōu)于LVEF和梗死面積，與復合終點事件(心血管死亡、心臟性猝死未遂和心力衰竭住院)顯著獨立相關(HR=1.16，95%CI1.07～1.25，P<0.001)[6]。相比于心臟超聲，CMR-FT技術對缺血性心肌病的診斷，以及心肌梗死患者長期預后提供了更精準更有效的評估手段。

2.2 CMR-FT技術對擴張型心肌病的評估

擴張型心肌病(dilated cardiomyopathy，DCM)是一類以左心室或雙心室擴大為主，心肌壁普遍變薄伴收縮功能障礙為特征的心肌病。一項多中心觀察性研究[8]納入507例DCM患者并隨訪4年，研究發(fā)現(xiàn)在調整年齡、糖尿病等臨床因素后，GLS與DCM患者的全因死亡率仍顯著獨立相關(HR=2.101，95%CI1.546～2.854，P<0.001)；且GLS每受損1%，總死亡率增加89%(HR=1.891，95%CI1.546～2.313，P<0.001)。有研究[9]也得出類似的結論，左心室GLS值在DCM風險分層上優(yōu)于N末端腦鈉肽前體和LVEF，并與心血管事件的發(fā)生率獨立相關(截斷值=-12.5%，P<0.02)。

2.3 CMR-FT技術對肥厚型心肌病的評估

肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy，HCM)是一種遺傳性心肌病，以心室非對稱性肥厚為解剖特點。Vigneault等[10]認為HCM患者由于心肌纖維化和室壁增厚等，其心內膜與心外膜的CS值可能存在顯著的差異。研究利用CMR-FT技術測量99例研究對象的CS值(23例正常對照，34例肌節(jié)基因突變陽性不合并左心室肥厚，42例肌節(jié)基因突變陽性合并左心室肥厚)，發(fā)現(xiàn)心內膜與心外膜CS的差值分別是(14±4)%、(17±4)%及(22±7)%，P<0.01。在未出現(xiàn)左心室肥厚的肌節(jié)基因突變攜帶患者中心肌應變明顯受損。該研究表明，CMR-FT技術能在左心室壁厚度處于正常的情況下發(fā)現(xiàn)HCM患者心肌功能異常，為HCM的早期診斷提供簡單高效的途徑。

2.4 CMR-FT技術對左心室心肌致密化不全心肌病的評估

左心室心肌致密化不全心肌病(left ventricular noncompaction cardiomyopathy，LVNC)是一種罕見且未分類的心肌病，以左心室粗大的肌小梁和深隱窩為特征，可導致心力衰竭、心律失常和栓塞事件[11]。目前對于LVNC的診斷，無論是心臟超聲或CMR檢查，均基于心肌形態(tài)學改變，從而存在對部分健康人群的誤診，臨床使用有顯著的局限性[12]。一項回顧性研究[13]納入59例LVNC患者以及36例既往無心臟病病史的健康志愿者，發(fā)現(xiàn)53%的對照組符合至少一項CMR對LVNC診斷標準。研究利用CMR-FT技術測量其心肌應變，發(fā)現(xiàn)與符合LVNC診斷標準的健康人群相比，LVNC患者存在顯著的GCS及整體徑向應變(global radial strain，GRS)受損(GCS：-16.5% vs -20.0%，GRS：31.2% vs 35.8%，P均<0.05)，因此CMR-FT技術可能有助于鑒別LVNC患者與健康人群。LVNC患者往往只在成年后出現(xiàn)LVEF顯著降低，一項納入20例LVNC患者的研究[14]發(fā)現(xiàn)GLS在LVEF正常時已出現(xiàn)受損，利用CMR-FT技術能及早評估LVNC患者心肌受損情況。

2.5 CMR-FT技術對致心律失常型右心室心肌病的評估

致心律失常型右心室心肌病(arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy，ARVC)是一種遺傳性心肌病，其病理特征是心肌逐漸纖維脂肪化，臨床表現(xiàn)為明顯的室性心律失常、室性收縮功能受損以及心源性猝死。利用CMR-FT技術可發(fā)現(xiàn)ARVC患者整體和節(jié)段應變均受損，在右心室功能異常及右心室擴大之前，ARVC患者右心室應變已出現(xiàn)受損，右心室GLS>-23.2%診斷ARVC的敏感性為91%，特異性為75%[15]。

2.6 CMR-FT技術對先天性心臟病的評估

在法洛四聯(lián)癥(tetralogy of Fallot，TOF)患者中，外科修復手術改善了TOF患者的預后，但嚴重的晚期并發(fā)癥仍值得關注。修復術后發(fā)生過不良事件的TOF患者的應變參數(shù)相比于未發(fā)生不良事件的TOF患者均出現(xiàn)受損。右心室LS(OR=1.6，95%CI1.2～2.3，P<0.001)和左心室LS(OR=1.4，95%CI1.0～2.0，P=0.03)跟術后不良事件明顯相關[16]。另一項研究則表明左心室CS(HR=0.86，95%CI0.79～0.94，P<0.001)和右心室LS(HR=0.78，95%CI0.67～0.91，P=0.002)能獨立預測TOF修復術后終點事件，有利于對患者進行風險分層[17]。CMR-FT技術對TOF術后患者心肌功能受損的早期發(fā)現(xiàn)有利于減少患者晚期不良心血管事件發(fā)生。

功能性單心室(functional single ventricle，F(xiàn)SV)是一種罕見的復雜先天性心臟病，F(xiàn)ontan手術作為治療FSV的一種姑息手術，心室功能障礙是術后患者死亡的重要原因，監(jiān)測心室功能是否異常是十分必要的。有研究[18]納入51例Fontan術后患者并隨訪2年，觀察到GLS(-17.3% vs -15.9%，P=0.041)和GCS(-17.7% vs -16.1%，P=0.047)在2年后出現(xiàn)受損，而此時患者無心力衰竭癥狀，LVEF和心臟指數(shù)無下降。GLS可獨立預測Fontan術后主要不良心血管事件的發(fā)生，GLS<11.8%的患者的不良心血管事件發(fā)生率明顯增高[19]。CMR-FT技術為單心室術后患者早期心室功能障礙提供了更敏銳的定量評估。

2.7 CMR-FT技術對肺動脈高壓相關心功能的評估

在肺動脈高壓(pulmonary hypertension，PH))患者中，右心室功能很大程度上決定了PH患者的預后，右心衰竭是PH患者死亡的主要原因。在出現(xiàn)臨床癥狀及右室射血分數(shù)降低之前，右心室LS已出現(xiàn)明顯受損，表明其可作為PH右心室收縮功能障礙的早期指標[20]。de Siqueira等[21]的研究也發(fā)現(xiàn)在右室射血分數(shù)均正常的情況下，與非PH患者相比，PH患者的整體圓周應變率明顯受損(-1.12 S-1vs -0.92 S-1，P<0.001)，并與死亡、肺移植和心力衰竭等終點事件獨立相關。

2.8 CMR-FT技術對腫瘤治療相關心功能不全的評估

有研究[22]報道在乳腺癌、肺癌等癌癥治療過程中，死于心血管疾病的患者超過癌癥本身。癌癥幸存者患心血管疾病的風險也顯著增加，與癌癥治療相關心臟毒性有關。由于絕大多數(shù)患者早期無明顯癥狀，如何及時發(fā)現(xiàn)其亞臨床心臟損傷對降低其心血管死亡率意義重大。有研究[23]利用CMR-FT技術對41例尚未出現(xiàn)明顯心臟毒性的乳腺癌靶向治療患者進行隨訪，在隨訪的第6個月、12個月中，GLS和GCS出現(xiàn)明顯受損。在評估使用阿霉素化療的癌癥患者心臟功能的研究[24]中發(fā)現(xiàn)，與化療前和對照組相比，化療后患者GLS和GCS均明顯受損，證實CMR-FT技術能發(fā)現(xiàn)癌癥化療早期心臟結構和功能的變化。一項回顧性研究[25]納入20例行免疫檢查點抑制劑(immune checkpoint inhibitors，ICIs)治療的患者，患者均臨床診斷合并ICIs相關心臟毒性，其中ICIs主要包括帕博利珠單抗、伊匹單抗和納武利尤單抗等。研究發(fā)現(xiàn)在LVEF正常(LVEF≥53%)的患者中GLS出現(xiàn)明顯受損，顯著低于正常參考值范圍。CMR-FT技術通過測量應變，可能有助于早期ICIs相關心臟毒性的識別。

3 CMR-FT技術對心房功能評估及臨床應用

心房功能在判斷不同疾病的預后和風險分層中起著重要的作用，與簡單的整體測量指標如心房容積、心房射血分數(shù)相比，心房應變可準確地評估心房功能[26]。CMR-FT技術可對心房3個功能時期的應變和應變率進行定量評估。心房分3個功能期：儲存期、導管期(傳導功能期)和泵血期。儲存期指數(shù)：總應變和總應變率；導管期指數(shù)：被動應變及被動應變率；泵血期指數(shù)：主動應變及主動應變率。

國內外已有研究[27-30]利用CMR-FT技術對健康成年人左心房心肌應變值進行測量，得到的正常參考值范圍相差較大。除外研究之間樣本量、掃描機型和分析軟件的不同，種族不同可能是差異的重要因素。有研究納入112例健康人，中位年齡42(17～79)歲，發(fā)現(xiàn)左心房泵血功能隨年齡逐漸增強(P<0.001)，傳導功能則逐漸下降(P=0.02)[27]。左心房功能則在性別上無統(tǒng)計學差異[27，29]。

利用CMR-FT技術，大量研究證實在評估心房功能上左心房應變較于傳統(tǒng)測量指標的優(yōu)勢。在HCM患者[30-31]中，左心房應變對左心房改變的敏感度高于左心房容積。在高血壓患者[32]中，左心房總應變和被動應變明顯受損，其中導管期的被動應變在區(qū)分高血壓患者與健康人群上價值最高(AUC=0.82，敏感性為80.82%，特異性為72.41%)，研究發(fā)現(xiàn)通過CMR-FT技術可能在高血壓患者出現(xiàn)左心室肥厚之前，早期發(fā)現(xiàn)左心房功能障礙。在Takotsubo綜合征患者中，左心房總應變可獨立預測該類患者死亡風險(HR=1.10，95%CI1.01～1.20，P=0.037)，診斷價值優(yōu)于LVEF和左心房容積(AUC：0.69 vs 0.58 vs 0.62)[33]。有研究[34]表明心房顫動患者的左心房應變參數(shù)較正常組明顯受損(P均<0.001)，并在持續(xù)性心房顫動中受損程度明顯高于陣發(fā)性心房顫動(P均<0.001)，利用CMR-FT技術可對心房顫動患者的左心房功能進一步評估。在心力衰竭患者[35]中，左心房應變可獨立預測入院和死亡事件，為心力衰竭和非心力衰竭患者的風險分層提供預后信息。

4 展望

CMR-FT技術通過直接評估心肌形變和速度來定量評價心肌局部和整體功能，已成為一種精確的心臟功能評估技術。CMR-FT技術臨床的廣泛應用需要心肌應變的正常參考值標準，目前對各個腔室尚未有公認的參考標準，有待更大樣本大范圍的研究；不同廠商CMR-FT后處理軟件及計算方法也需進一步標準化，在節(jié)段心肌分析中重復性較差以及CMR-FT技術的價格昂貴等問題也限制了其臨床應用。CMR-FT作為一種臨床價值巨大的新型無創(chuàng)無輻射檢查技術，經(jīng)過不斷的完善后，相信在不久的將來，將會在心血管疾病早期診斷、預后評估和風險分層等方面發(fā)揮獨特的優(yōu)勢。

利益沖突所有作者均申明不存在利益沖突