磁共振特征追蹤技術在急性心肌炎中的臨床應用

牟俊,劉靜,劉新峰,王榮品,徐超

急性心肌炎(acute myocarditis,aMC)是指由各種原因引起的心肌細胞及其組織間隙的急性局限性或彌漫性炎癥,炎性細胞浸潤和心肌水腫是其主要的病理改變[1]。急性心肌炎臨床表現(xiàn)多樣,輕癥者可有心悸、胸痛、乏力,重癥者可出現(xiàn)暈厥、呼吸困難、甚至猝死。診斷心肌炎的金標準為心內膜活檢,但其為有創(chuàng)檢查、臨床開展較困難。而心臟MRI是診斷心肌炎的最重要的無創(chuàng)性檢查方法,已納入路易斯湖診斷標準。已有多項研究證實,心臟磁共振T1-mapping和T2-mapping技術可以定量評價早期心肌纖維化和心肌水腫[2],但對心臟功能受損程度尚不能精準評價。新近出現(xiàn)的心臟磁共振特征追蹤(cardiovascular magnetic resonance feature tracking,CMR-FT)技術可用于評價心肌早期功能改變,尤其是在評價左心室收縮功能障礙方面具有較高價值。本研究通過應用磁共振特征追蹤技術分析急性心肌炎患者左心室心肌應變能力,并探討應變參數(shù)與左心室射血分數(shù)的相關性,旨在進一步提高對心肌炎和心功能評估的影像診斷水平。

材料與方法

1.臨床資料

回顧性收集2016年12月-2022年2月在本院經(jīng)臨床診斷為急性心肌炎并行心臟MR檢查者的70例患者的病例資料。所有患者依據(jù)中華醫(yī)學會和歐洲心臟病學會制定的診斷標準診斷為急性心肌炎[3-4]:主要臨床診斷依據(jù)≥3條,或主要臨床診斷依據(jù)2條加次要臨床診斷依據(jù)≥3條,并除外其它疾病;主要臨床診斷依據(jù)包括心臟形態(tài)及功能改變、心電圖、心肌標記物及MR表現(xiàn)等。10例因合并其它疾病被排除,11例因圖像質量不佳被排除,最終納入49例aMC患者作為研究組。其中,男27例,女22例;年齡8～79歲,平均(42.33±20.49)歲。選擇性別及年齡與aMC組無統(tǒng)計學差異的32例健康志愿者作為對照組,男17例,女15例,年齡9～81歲,平均(33.66±19.58)歲。對照組入組條件為經(jīng)病史、體格檢查、心電圖和超聲檢查等排除心臟器質性病變等。本研究經(jīng)本院倫理學委員會批準。

2.MRI掃描方案

使用Siemens Magnetom Aera 1.5T磁共振掃描儀、18通道體線圈及心電門控技術。掃描前對受檢者講解MR檢查的注意事項,并進行屏氣訓練。首先采集半傅里葉單次激發(fā)快速自旋回波序列(黑血序列)和真實穩(wěn)態(tài)進動快速成像序列(亮血序列)心臟軸位像,再采用真實穩(wěn)態(tài)進動快速成像序列采集兩腔心、三腔心、四腔心、短軸位電影圖像。電影序列掃描參數(shù):TE 1.11 ms,TR 39.75 ms,層厚8.0 mm,視野340 mm×276 mm,體素大小1.8 mm×1.8 mm×8.0 mm,帶寬930 Hz/pixel。

3.圖像分析及測量

圖像數(shù)據(jù)分析和測量由兩位具有3年以上心血管MRI診斷經(jīng)驗的放射科醫(yī)師完成,取兩者測量結果的平均值作為最終結果,具體的分析和測量步驟如下。①首先將原始數(shù)據(jù)傳入后處理工作站Siemens syngo MR D13,軟件自動識別左心室心內外膜,進行人工校正后,即可獲得左心室射血分數(shù)(left ventricular ejection fraction,LVEF)的測量值。②應變力及應變率分析:將原始數(shù)據(jù)導入加拿大Circle CVI公司的CVI42 5.12.1軟件,將左心室兩腔心、三腔心、四腔心及短軸位電影序列的掃描數(shù)據(jù)導入Tissue Tracking 3D模型,對圖像進行分析,采用人工智能模式勾畫出心內膜及心外膜的輪廓,進行手動校正后(圖1),軟件即可自動計算出左心室心肌的整體應變力及應變率,包括徑向峰值應變力(peak radial strain,PRS)、周向峰值應變力(peak circumferential strain,PCS)、縱向峰值應變力(peak longitudinal strain,PLS)、收縮期徑向峰值應變率(peak systolic radial strain rate,PSRSR)、收縮期周向峰值應變率(peak systolic circumferential strain rate,PSCSR)、收縮期縱向峰值應變率(peak systolic longitudinal strain rate,PSLSR)、舒張期徑向峰值應變率(peak diastolic radial strain rate,PDRSR)、舒張期周向峰值應變率(peak diastolic circumferential strain rate,PDCSR)和舒張期縱向峰值應變率(peak diastolic longitudinal strain rate,PDLSR)。

圖1 女,22歲,急性心肌炎患者。a)在短軸位電影序列圖像上CVI軟件自動勾畫出左心室心肌的心內膜(紅色圓圈)、心外膜(綠色圓圈),從而可顯示左心室心肌內外膜的運動軌跡,進而計算出心肌的應變參數(shù);b)PLS-時間曲線,顯示心肌不同節(jié)段的PLS與時間的關系改變,紫色曲線代表當前節(jié)段PLS隨時間的變化曲線;c)左心室PLS的牛眼圖,當左心室整體縱向應變力達到峰值時心肌各節(jié)段PLS的情況,色階的顏色及數(shù)值代表PLS大小及方向。

4.統(tǒng)計學分析

使用IBM SPSS 25.0、Graphpad prism 8.0.2軟件進行統(tǒng)計分析。計量資料采用均數(shù)±標準差的形式進行描述,先進行方差齊性檢驗,如果方差齊則采用獨立樣本t檢驗比較aMC組和對照組的年齡、身高、體重、BMI、LVEF和左心室應變參數(shù)值的差異,如方差不齊則用矯正t檢驗;采用卡方檢驗比較兩組間性別構成的差異。采用受試者工作特征(ROC)曲線評價左心室應變參數(shù)診斷急性心肌炎的效能,采用Spearman相關系數(shù)分析左心室應變參數(shù)與LVEF的相關性。以P<0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

結 果

1.臨床資料、LVEF及應變參數(shù)值的比較

aMC組和對照組臨床資料、LVEF和左心室整體應變參數(shù)值的比較結果見表1、2。兩組之間年齡、性別構成、身高、體重和BMI值的差異均無統(tǒng)計學意義(P>0.05);aMC組LVEF和左心室各項應變參數(shù)值均低于對照組,差異均有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。

表1 aMC組和對照組臨床資料及LVEF的比較

表2 aMC組和對照組應變參數(shù)值的比較

2.左心室應變參數(shù)診斷aMC的效能評價

ROC曲線分析顯示左心室部分應變參數(shù)對檢出急性心肌炎有一定價值,各項應變參數(shù)的診斷效能指標值詳見表3和圖2。

表3 左心室應變參數(shù)診斷aMC的ROC曲線分析結果

圖2 左心室各項應變參數(shù)診斷急性心肌炎的ROC曲線,顯示PCS診斷急性心肌炎的效能最高,AUC=0.785。 圖3 PRS與LVEF相關性分析散點圖,顯示PRS與LVEF具有高度相關性(r=0.809,P<0.001)。 圖4 PCS與LVEF相關性分析散點圖,顯示PCS與LVEF具有高度相關性(r=-0.904,P<0.001)。

左心室周向應變力的AUC最大,為0.785,相應的診斷敏感度為77.55%、特異度為75.00%,此外,左心室舒張期徑向應變率、周向應變率和縱向應變率的診斷敏感度也均在65%以上。

3.左心室應變參數(shù)與LVEF相關性分析

左心室徑向、周向和縱向應變力及其在收縮期和舒張期的應變率與LVEF均具有一定的相關性,其中左心室徑向應變力和周向應變力與LVEF呈高度相關(r值分別為0.809和-0.904,P均<0.001),詳見表4和圖3～4。

表4 左心室應變參數(shù)與LVEF的相關性分析結果

討 論

CMR-FT是通過測量心肌內外膜的運動軌跡來計算心肌應變參數(shù),從而無創(chuàng)性評價心肌整體和局部運動功能的一項技術。心肌應變是指心肌在張力作用下的形變能力,包括徑向、縱向和周向等方向的應變參數(shù);徑向是指心肌向心性收縮時的厚度變化;縱向是指長軸方向心肌纖維長短的變化;周向是指心肌纖維沿圓周旋轉時長短的變化[5]。應變率是指單位時間內心肌發(fā)生形變的速度。目前心肌應變已成為研究心臟功能的熱點,在缺血性心肌病中應變參數(shù)值較健康志愿者明顯減低,心肌縱向應變力可作為評價早期左心室功能改變的可靠指標,是評價心血管不良預后的獨立預測因子[6]。本研究運用CMR-FT評價急性心肌炎患者左心室心肌的應變功能,并探討各項應變參數(shù)與LVEF相關性。

本研究結果顯示,aMC患者心肌應變和收縮期應變率均較對照組明顯減低(P<0.05),表明aMC患者收縮功能受限,炎性細胞已經(jīng)浸潤心肌細胞導致心肌細胞水腫、變形,進而引起左心室應變的改變。陳海霞等[7]的研究中也發(fā)現(xiàn)左心室徑向、縱向和周向應變力及應變率均較健康志愿者明顯減低,其測量的PRS、PCS和PLS 分別為29.99%±10.16%、-15.39%±2.86%、-14.33%±2.78%,與我們的測量結果基本一致。Secchi等[8]對aMC患者進行研究并進行后期隨訪,其研究結果亦顯示aMC患者的左心室徑向和周向應變力均較正常組明顯減低,而且周向應變力與左心室延遲強化相關。Li等[9]在針對暴發(fā)性心肌炎的研究中也發(fā)現(xiàn)患者的各項心肌應變參數(shù)均明顯減低。但以往的研究中大部分僅局限于對心肌應變和收縮期應變率的研究,本研究在此基礎上進一步對aMC患者與對照組的舒張期應變率進行了對照研究,發(fā)現(xiàn)aMC患者舒張期應變率也較對照組降低,表明aMC患者病變發(fā)展到一定階段,心肌細胞纖維化、硬化及內皮功能障礙導致舒張功能受損[10]。

本研究中對應變參數(shù)進行ROC曲線分析,結果顯示PCS為診斷aMC的最佳參數(shù),AUC為0.785,以-19.67%為其臨界值,診斷敏感度為77.55%,特異度為75.00%。Chen等[11]發(fā)現(xiàn)以-19.72%為PCS的臨界值,診斷aMC的敏感度為68%,特異度為88%。Doimo等[12]研究結果為以-16.0%作為PCS的臨界值,診斷aMC的敏感度為65%,特異度為65%。陳曉榮等[13]的研究中,PCS以-20.14%為臨界值時,診斷aMC的敏感度為73%,特異度為84%,以上研究均表明,CMR-FT對診斷急性心肌炎具有較高的價值,但PCS的臨界值不盡相同。這可能與研究中納入的急性心肌炎患者的心肌損傷程度、掃描儀器及后處理軟件等因素有關,在今后研究中還需要開展臨床多中心研究及將患者進一步細化分類,進而制訂標準化參考值。除此之外,本研究還進一步對左心室心肌應變率診斷急性心肌炎的效能進行了分析,發(fā)現(xiàn)PDRSR、PDCSR和PDLSR診斷aMC的敏感度均在65%以上,具有一定的診斷價值,同時也為診斷aMC提供了更多的參數(shù)指標。

LVEF指每博輸出量占左心室舒張末期容積量的百分比,可反映左心室整體收縮功能的變化,正常值通常為50%～70%。而新近出現(xiàn)的心肌應變參數(shù)是反映心室收縮功能的重要指標,因此,本研究對心肌炎應變參數(shù)與LVEF進行了相關性分析,結果顯示左心室徑向、周向和縱向應變力及各項應變率與LVEF均具有一定的相關性,其中PRS和PCS與LVEF具有高度相關性(r值分別為0.809、-0.904,P均<0.01),表明心肌應變參數(shù)與LVEF在反映心肌收縮功能受損方面具有較好的一致性。黃薈玉等[14]的研究結果亦顯示心肌徑向、周向和縱向應變力與LVEF存在一定相關性(r值分別為0.692、-0.506和0.623,P均<0.01)。Andre等[15]的研究中也證實了心肌徑向、周向和縱向應變力均與LVEF存在一定相關性(r值分別為0.60、-0.75和-0.62,P均<0.01)。Chen等[11]的研究結果亦表明LVEF與PCS具有較高的相關性(r=-0.67,P<0.05)。上述結果均表明心肌受損程度越重,心肌收縮功能下降越明顯。

本研究尚存在一定的不足之處:樣本量偏少而且是單中心研究,在今后的研究中我們將聯(lián)合部分三甲醫(yī)院開展多中心大樣本研究;既往的研究中對LVEF正常組和異常組進行了心肌應變參數(shù)的對照分析,故本研究中未再進行分組討論,但本研究中進一步對心肌應變參數(shù)與LVEF的相關性以及心肌應變、應變率所有參數(shù)的診斷效能進行了探討。

綜上分析,CMR-FT對急性心肌炎具有較高的臨床實用價值,可通過評價左心室心肌應變功能進而反映心臟受損程度。除此之外,CMR-FT在評價心肌梗死、肥厚型心肌病等心肌功能受損方面也表現(xiàn)出了較高的實用價值[16-17],為臨床治療提供了重要的參考依據(jù),這也為我們下一步研究其它心血管疾病提供了新的思路。