磁共振心肌組織追蹤技術定量評估高血壓性心臟病左心室心肌形變

時園園，張勇，程敬亮，張文博，金紅瑞，文萌萌

高血壓是已知引起左心室肥厚(left ventricular hypertrophy，LVH)的最常見原因，并可發展為與心力衰竭相關的高血壓性心臟病(hypertensive heart disease,HHD)[1]。HHD的病理生理改變主要是左室舒張功能下降，左室收縮功能在代償期較正常生理狀態增強，在失代償期有所下降，此時HHD患者的心肌細胞收縮能力亦等同于或略低于正常生理狀態[2]。因此，能早期發現左室收縮功能失常對HHD的早期診斷及治療效果的評估有重要作用。心血管磁共振(cardiovascular magnetic resonance，CMR)是近年發展較快的影像學技術，因其具有較高的時間分辨力、空間分辨力、軟組織對比度和不依賴于心臟幾何形態假設等優勢，可以準確獲得多個用于評價心臟舒張功能的指標，如左室心肌質量、左房大小、心肌應變、左室充盈率、心肌運動的同步性和心肌的延遲強化等,CMR已得到越來越廣泛的應用[3-4]。對左心室功能的客觀評估是CMR的最重要任務之一，應用心肌形變技術評估心肌收縮功能障礙可以區分各種心肌疾病并且評估預后，已用于多種心臟疾病的研究[5]。本研究應用磁共振心肌組織追蹤技術定量評估HHD左心室心肌形變力的改變及與心功能改變的相關性。

材料與方法

1.一般資料

連續性搜集2017年1月-2019 年9月本院HHD患者51例，年齡28～69 歲。納入標準：①患者靜息5 min后，將右臂置于心臟水平進行血壓測量，每次測量間隔≥2 min，連續測量3次，平均血壓≥140/90 mmHg者；②沒有抗高血壓治療；③CMR或超聲心動圖上沒有其他檢測到的心臟病。所有參與者均具有正常的竇性心律，并且在心電圖(ECG)上沒有束支阻滯，預激發或缺血性心臟病的跡象。同時招募37名健康志愿者，年齡27～71歲，均無心血管疾病史，體格檢查、心電圖及超聲心動圖均正常。本研究經本院倫理委員會審核批準，所有受檢者均簽署知情同意書。

2.設備和掃描方案

采用Siemens Skyra 3.0T MR成像儀；18通道表面相控陣線圈；MRI兼容PERU心電門控板；Medrad SS3.0 MR高壓注射器。對比劑采用馬根維顯(469.01 mg/mL，拜耳先靈)。被檢者平靜狀態，心率整齊，檢查前訓練被檢者呼氣末屏氣。心臟電影成像掃描：首先使用快速小角度激發成像(fast low angle shot imaging,FLASH)序列進行心臟形態掃描，快速取得心臟橫軸面、矢狀面、冠狀面圖像；然后在心臟矢狀面圖像上定位掃描，獲得覆蓋心尖至主動脈根部的心臟假短軸位圖像。采用Siemens DOT 定位方法，在心臟假短軸位圖像上分別將定位坐標放置于左心房中心、主動脈根部、右心室角、二尖瓣中心和心尖位置，于屏氣狀態下即可快速掃描取得標準左心室長軸二、三、四腔心定位圖像。左心短軸定位掃描一般取6～12 層，定位線垂直于心尖至二尖瓣中點的連線。心臟電影成像采用真實穩態自由進動(true fast imaging with steady precession，TrueFisp)序列，對左心室長軸(二、三、四腔心)及短軸逐層掃描，掃描主要參數：TR 45.64 ms，TE 1.43 ms，FA 80°，層厚8 mm。

3.MR圖像處理分析

圖像掃描完成后傳送至Syngo.via圖像工作站，分析軟件為(CVI.42，Circle Cardiovascular Imaging)。左心功能處理：在逐層左心室短軸層面連續性圖像中，選取心腔最大面積者為舒張末期圖像，心腔最小面積者為收縮末期圖像。采用半自動法逐層勾畫左心室短軸位舒張末期及收縮末期圖像的心內膜和心外膜輪廓，排除乳頭肌及血池(圖1)，軟件可生成所需左心室各項心功能參數：射血分數(ejection fraction，EF)、舒張末期容積(end-diastolic volume，EDV)、收縮末期容積(end-systolic volume，ESV)、每搏出量(stroke volume，SV)、排出量(cardiac output，CO)、左心指數(cardiac index，CI)、左室收縮期質量(Myo Mass Syst)及舒張期質量(Myo Mass Diast)。所有圖像均采用雙盲法對比處理分析，由兩名經驗豐富的醫師獨立完成，當存在意見不同時經討論達成一致。全局左室形變力：對于左室短軸(圖1)和長軸視圖(圖2)的應變分析，應根據美國心臟協會的標準16段LV模型(圖3)。心內膜和心外膜邊界最初設置在標準電影SSFP短軸和長軸圖像的舒張末期，軟件通過比較最初繪制的邊界的特征相對于彼此的移動，從圖像得到所需參數(圖4)：全局軸向峰值形變(global peak strain radial，GPSR)，全局周向峰值形變(global peak strain circumferential，GPSC)，全局縱向峰值形變(global peak strain long，GPSL)。

圖1 左室短軸位。 圖2 左室長軸位。 圖3 美國心臟協會的標準16段LV模型。

圖4 心肌全局形變力參數線圖。

4.統計學方法

結 果

1.臨床特征

研究人群的臨床特征見表1。51名HHD患者中，EF<50%的HHD患者平均年齡50.4±11.3歲，EF>50%的HHD患者26名，平均年齡48.6±10.8歲；37名健康志愿者平均年齡46.8±12.9歲。在10項基本臨床特征參數中，HHD患者與健康志愿者平均年齡和心率(heart rate，HR)差異無統計學意義(P>0.05)，EDV、ESV、SV、EF、CO、CI、Myo Mass Diast、Myo Mass Syst這8項參數差異具有統計學意義(P<0.05)；進一步進行兩兩組間比較，各組間差異見表2。

表1 HHD患者與健康志愿者的臨床特征及左心室心功能參數的比較

表2 左心室心功能參數的組間差異

2.全局形變

研究人群全局形變見表3所示，在3項全局形變參數中，GPSR、GPSC、GPSL這3項參數的差均異具有統計學意義(P<0.05)；進一步進行兩兩組間比較，各組間差異見表4。

表3 HHD患者與對照組的比較

表4 全局形變力(GPSR、GPSC、GPSL)的組間差異

3.項臨床特征與全局形變的相關性分析

進一步研究各項臨床特征及心功能參數年齡、EDV、ESV、SV、EF、CO、CI、HR、Myo Mass Diast、Myo Mass Syst與全局形變各項參數間的相關性見表5。全局形變(GPSR、GPSC、GPSL)與年齡、CO無相關性，與EDV、ESV、EF、Myo Mass Diast、Myo Mass Syst分別呈明顯相關(P<0.01)，與SV、CI、HR分別呈輕度相關(P<0.05)。

表5 項臨床特征及左心功能參數與全局形變力相關性分析

討 論

高血壓是最常見的心血管死亡原因，它可導致以LVH為主要代償機制的HHD。LVH是心肌細胞對各種刺激引起的心肌細胞肥大的反應，是對后負荷增加的一種代償機制[6]。多年來，ECG和超聲心動圖一直是評價HHD的主要方法，但ECG對LVH的評估缺乏敏感性和特異性[7]。超聲心動圖對HHD的診斷和治療評估等方面具有重要的診斷價值[8]，但超聲心動圖是基于幾何指數評價左室變形，不能區分室間隔及左室后壁的功能[9]。與超聲心動圖相比，CMR不需要幾何假設，具有更高的可重復性[10]。CMR通過測量各項左心室心功能參數可以更好地了解HHD的病理生理，促進更準確的風險分層和個性化治療[11]。本研究利用CMR獲得各項左心功能參數，研究發現HHD患者左心功能參數(左室射血分數，LVEF)較正常對照組顯著降低，而左室EDV、ESV、左室收縮期及舒張期心室質量明顯增加(P<0.05)，此結果也進一步驗證了HHD患者左心室收縮功能及舒張功能障礙，并與Giesbrandt等[12]的研究相一致。且在HHD發病早期，射血分數仍大于50%時，患者左室EDV、ESV、左室收縮期及舒張期心室質量已經出現異常。證明CMR能夠對HHD的早期臨床診斷和治療提供重要參考依據。

心血管磁共振特征追蹤技術(cardiovascular magenetic resonance feature tracking，CMR-FT)利用CMR的穩態進動快速成像序列(SSFP)/平衡梯度回波電影序列(BTFE)，在CMR的長軸和短軸圖像上量化總體和局部心肌運動和形變[13]。Augustine等[14]研究發現CMR-FT技術不需額外的圖像采集和后處理，且具有耗時更短，MR場強對測得的應變參數無明顯影響等優點。本研究利用CMR-FT技術獲得各項心肌形變的參數，通過研究高血壓心臟病在疾病早期及臨床期的全局形變變化，為臨床診斷和治療提供參考依據。心肌形變是指心肌收縮引起的形態變化，以指定方向在心臟周期中的收縮長度ΔL變化與基本心肌節段長度L的百分比(即ΔL/L)，伸長產生正應變值，縮短產生負應變值[15]。本研究中GPSR為正應變值、GPSC為負應變值、GPSL為負應變值。當HHD患者的EF仍表現正常(EF>50%)時，GPSR和GPSL就已經可以檢出左室功能的異常，且隨著EF的進一步減低左室形變能力逐漸下降。因此，GPSR和GPSL比常規左室功能參數對早期HHD患者心功能障礙的檢出敏感性更高。

在進一步研究年齡及左室各項心功能參數與全局形變各項參數之間的相關性發現，全局形變(GPSR、GPSC、GPSL)與年齡、CO無相關性，與EDV、ESV、EF、Myo Mass Diast、Myo Mass Syst分別呈明顯相關(P<0.01)，與SV、CI、HR分別呈輕度相關(P<0.05)。這一結果表明年齡對全局形變的影響不大，因此能夠更加客觀的反映高血壓對心肌功能的影響。全局形變與左心功能的明顯相關性一定程度上解釋了HHD早期EF值尚無異常時，EDV、ESV及左室質量出現異常改變的病理原理，且全局形變隨著HHD患者左室功能減退而降低。因此，全局心肌形變能夠為HHD的臨床分級診療提供重要依據。

總之，基于CMR-FT技術對心臟全局形變的定量分析有助于早期發現高血壓心臟病患者亞臨床心功能障礙，并可以用于監測疾病進展和預測疾病的結局，一定程度上揭示了心肌病中心肌的生理和病理狀況。