心臟磁共振特征追蹤技術(shù)評(píng)估右室心肌應(yīng)變的研究進(jìn)展

李瑞，黃鈺迅，陳梓嫻 ，曹亮，劉峰，胡瑞，郭順林*

右室功能的準(zhǔn)確評(píng)價(jià)在多種心肺疾病的診斷分級(jí)和預(yù)后評(píng)估中起著重要作用[1]。心臟磁共振成像(cardiac magnetic resonance imaging，CMR)是臨床研究中進(jìn)行右室結(jié)構(gòu)評(píng)價(jià)的金標(biāo)準(zhǔn)[2]。射血分?jǐn)?shù)(ejection fraction，EF)是臨床上最常用的反映心臟收縮功能的重要指標(biāo)，但EF反映的是全心容積變化，不能反映心肌局部運(yùn)動(dòng)的改變，也無法反映心臟早期舒張功能受損情況。心臟磁共振特征追蹤(cardiac magnetic resonance-feature tracking，CMR-FT)技術(shù)逐漸發(fā)展為一項(xiàng)優(yōu)于EF，且能定量分析心臟整體及局部心肌運(yùn)動(dòng)功能改變的方法。既往究集中于左室，但是不容忽視右室功能的評(píng)估在亞臨床心肌損害的診斷及預(yù)后評(píng)估上具有重要的潛在價(jià)值。基于此，對(duì)于CMR-FT技術(shù)評(píng)估右室心肌應(yīng)變的深入探討與研究有著重要的實(shí)用價(jià)值。

1 應(yīng)變的概念

心臟的形變最早于1973年提出［3］。應(yīng)變(strain)也稱應(yīng)力或應(yīng)變力，指在外力作用下物體相對(duì)變形的能力，心肌應(yīng)變是指在指定方向上心臟節(jié)段從原始形狀(L0，即舒張末期)延展至最大長度(L，即收縮末期)的變形程度，并以百分?jǐn)?shù)表示[4]，用于分析心肌局部或整體在徑向、周向、縱向3個(gè)方向的應(yīng)變及應(yīng)變率，反映不同走行方向的心肌纖維的收縮力。徑向應(yīng)變向量垂直于心外膜朝向心腔的中心；周向應(yīng)變向量沿圓周方向與心外膜壁相切；縱向應(yīng)變向量沿心腔長軸方向與心肌壁相切[5]。Lagrangian計(jì)算公式為:ε=ΔL/L0=(L-L0)/L0。ε為正值表示長軸方向上的伸長或短軸方向上的增厚；ε為負(fù)值表示長軸方向上的縮短或短軸方向上的變薄，所以徑向應(yīng)變(radial strain，RS)值常為正值，周向應(yīng)變(circumferential strain，CS)及縱向應(yīng)變(longitudinal strain，LS)值常為負(fù)數(shù)。應(yīng)變率(strain rate，SR)是心肌組織在單位時(shí)間內(nèi)的變形速度(單位：s-1)。

2 CMR-FT常用測量軟件、方法及右室應(yīng)變參數(shù)指標(biāo)

2.1 CMR-FT常用測量軟件

目前，常用的商用軟件TomTec、Circle、Medis和Medviso提供CMR-FT后處理分析。TomTec、Medis和Circle利用光流技術(shù)區(qū)分心內(nèi)外膜邊界，Medviso使用彈性算法進(jìn)行圖像配準(zhǔn)和分割。TomTec和Medis的應(yīng)變分析時(shí)間較短。Medviso進(jìn)行應(yīng)變分析所需的時(shí)間(長軸＞50 s，短軸＞100 s)明顯長于其他后處理軟件(均＜10 s)，可能與輪廓繪制程序的設(shè)計(jì)、輪廓校正的次數(shù)以及所使用的CMR-FT算法的復(fù)雜性相關(guān)[6]。

2.2 CMR-FT測量方法

CMR-FT技術(shù)基于穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)(steady-state free pulse，SSFP)序列，采集包括二腔心、四腔心及短軸電影，利用后處理軟件勾畫心動(dòng)周期中右室心內(nèi)膜及心外膜邊界上體素的相對(duì)運(yùn)動(dòng)與位移，得到右室局部或整體在徑向、周向、縱向的應(yīng)變及應(yīng)變率[7]。但是對(duì)于右室整體應(yīng)變(right ventricular global longitudinal strain，RVGLS)是否應(yīng)包括室間隔目前尚無明確共識(shí)[8]。

2.3 CMR-FT的右室應(yīng)變參數(shù)指標(biāo)

目前，尚未有指南提供CMR-FT右室整體及節(jié)段的應(yīng)變及應(yīng)變率的正常值參考范圍。Qu等[9]利用CMR-TT技術(shù)測量150名健康志愿者的右室游離壁整體縱向應(yīng)變(right ventricular free wall-longitudinal strain，RVFW-LS) ：-24.9%±5.2%；基底段 LS：-27.1%±7.2%；中間段 LS：-27.2%±4.9%；男性RVGLS：-23.7%±4.9% 女性 RVGLS：-26.1%±5.2%。國內(nèi)的一項(xiàng)包括120例健康志愿者的多中心研究得出中國健康人群的右室收縮期峰值應(yīng)變正常值參考范圍為(LS：-24.3%±4.7%；CS：-13.3%±4.1%；RS：-23.0%±8.5%)[10]，其中LS、CS與國外結(jié)果接近，但RS相差較大。

右室的收縮運(yùn)動(dòng)主要依賴于右室游離壁的縱向縮短，且國外研究表明識(shí)別亞臨床右室功能障礙時(shí)LS的降低早于RS及CS[11-12]，所以國內(nèi)外目前右室研究的較多參數(shù)是右心室游離壁的長軸應(yīng)變及長軸應(yīng)變率，反映心肌局部功能改變。

3 臨床應(yīng)用

3.1 肺動(dòng)脈高壓

肺動(dòng)脈高壓(pulmonary arterial hypertension，PAH)是肺循環(huán)中的血管阻力和動(dòng)脈壓升高超過一定閾值而導(dǎo)致血流動(dòng)力學(xué)及肺部臟器病理性變化。臨床主要癥狀為呼吸障礙、疲勞乏力、暈厥、心絞痛等，病情發(fā)展到后期會(huì)影響患者的右心功能和結(jié)構(gòu)，增大右室負(fù)荷，繼而造成右心衰竭[13]。Li等[14]根據(jù)WHO功能分級(jí)(FC)將66例肺動(dòng)脈高壓患者分為FCI/Ⅱ組(1組)和Ⅲ/Ⅳ組(2組)，運(yùn)用二維斑點(diǎn)追蹤超聲心動(dòng)圖(two-dimensional speckle tracking echocardiography，2D-STE)發(fā)現(xiàn)2組間的右室整體縱向應(yīng)變、右室游離壁整體縱向應(yīng)變差異有顯著統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P＜0.01)，提示肺動(dòng)脈高壓患者分級(jí)越高，右室功能下降越明顯。RVLS是評(píng)價(jià)PAH患者的右室收縮期功能及預(yù)測不良預(yù)后的指標(biāo)[15]。

3.2 法洛四聯(lián)癥

法洛四聯(lián)癥(tetralogy of Fallot，TOF)是最常見的紫紺型先天性心臟病，其基本病理解剖改變?yōu)橛沂伊鞒龅廓M窄、室間隔缺損、主動(dòng)脈騎跨和右室肥厚。Bernard等[16]發(fā)現(xiàn)TOF患者RVGLS：15.5%±4.2%，RVFW-LS：15.1%±6.3%。Weng等[17]發(fā)現(xiàn)與正常對(duì)照組相比，修補(bǔ)術(shù)后的TOF患者右室整體和節(jié)段的縱向應(yīng)變和應(yīng)變率均顯著受損。RVLS是預(yù)測TOF患者死亡或心力衰竭的獨(dú)立預(yù)測因子[18]

3.3 心肌梗死

心肌梗死(myocardial infarction，MI)是冠狀動(dòng)脈血管狹窄或阻塞、心肌血供中斷導(dǎo)致心肌細(xì)胞發(fā)生缺血、缺氧、壞死等一系列病理改變。大多數(shù)人群左室下壁和右室主要靠右冠狀動(dòng)脈供血，因此左室下壁心肌梗死常合并右室的心肌梗死[19]。RVFW-LS為早期右室功能敏感指標(biāo)，是惡性心律失常的獨(dú)立預(yù)測因子，提高了EF對(duì)心梗再灌注后患者死亡的預(yù)測能力[20]。

3.4 心肌病

3.4.1 致心律失常性右室心肌病

致心律失常性右室心肌病(arrhythmogenic right ventricular cardiomyopathy，ARVC)是一種遺傳性心肌疾病，病理學(xué)以脂肪組織、纖維組織等逐漸替代右室正常的心肌組織為特征[21]，臨床上以心室功能不全和心律不齊為主要表現(xiàn)。Taha等[22]通過STE和CMR-FT測量整體和局部右室縱向峰值應(yīng)變發(fā)現(xiàn)，與ARVC親屬(未確診為ARVC)相比，兩種技術(shù)均顯示ARVC患者的縱向峰值應(yīng)變降低(STE整體峰值應(yīng)變：19.7%±5.7%vs.25.1%±3.4%；FT-CMR整體峰值應(yīng)變 ：27.9%±6.7%vs.33.6%±5.2%)。RVFW-LS明顯減少的ARVC患者(＞-20%)發(fā)生右室流出道內(nèi)徑增加風(fēng)險(xiǎn)是無明顯RVFW-LS減少ARVC患者的18倍(P=0.002)，因此右室游離壁應(yīng)變可預(yù)測ARVC患者的右心室結(jié)構(gòu)(右室流出道內(nèi)徑增加)的進(jìn)展情況[23]。

3.4.2 肥厚型心肌病

肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy，HCM)是最常見的常染色體單基因遺傳性心血管疾病，多由室間隔及左室室壁增厚，引起左室流出道減小，患者常出現(xiàn)胸悶，呼吸困難，胸痛和暈厥等臨床癥狀。心臟磁共振研究發(fā)現(xiàn)30%HCM患者伴有右室肥厚[24]。Yang等[25]利用CMR-FT技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)HCM組的LV和RV整體及局部應(yīng)變和應(yīng)變率較健康對(duì)照組顯著降低。右室出現(xiàn)細(xì)微的收縮功能障礙時(shí)，超聲心動(dòng)圖測量參數(shù)通常在正常范圍內(nèi)，但是RVGLS已明顯受損[26]。

3.4.3 擴(kuò)張型心肌病

擴(kuò)張型心肌病(dilated cardiomyopathy，DCM)是一種異質(zhì)性心肌病，以心室擴(kuò)大和心肌收縮功能降低為特征。常表現(xiàn)為心衰，室性和室上性心律失常，代謝系統(tǒng)異常，血栓栓塞和猝死。RVFW-LS是竇性心律的DCM患者預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測因子[27]。Liu等[28]利用CMR-FT發(fā)現(xiàn)RVGLS＞-8.5%的患者發(fā)生心臟不良事件的風(fēng)險(xiǎn)較高。Seo等[29]發(fā)現(xiàn)識(shí)別DCM患者不良心血管事件最佳RV-FWLS臨界值為-16.5%(曲線下面積=0.703，P=0.003)，將受試者以RV-FWLS：-16.5%為界分為兩組時(shí)，RV-FWLS＜-16.5%的患者比RV-FWLS≥-16.5%的患者有更好的臨床轉(zhuǎn)歸(P＜0.001)。梁科研等[30]發(fā)現(xiàn)4D-STE測量右室整體應(yīng)變參數(shù)能有效地提示DCM患者右室結(jié)構(gòu)細(xì)微變化，應(yīng)變參數(shù)的變化早于右室收縮功能障礙之前，所以及時(shí)治療右室病變是至關(guān)重要的。

3.5 阻塞性睡眠呼吸暫停

阻塞性睡眠呼吸暫停(obstructive sleep apnea，OSA)是常見的睡眠呼吸障礙性疾病，以呼吸道衰竭而反復(fù)出現(xiàn)的低氧血癥發(fā)作為特征，與心血管疾病的發(fā)病率和死亡率風(fēng)險(xiǎn)增加有關(guān)[31]。Altekin等[32]應(yīng)用3D-STE發(fā)現(xiàn)中度OSA患者的RVLS及SR降低，這表明應(yīng)變參數(shù)的變化早于心臟功能障礙和PAH發(fā)展之前。Li等[33]發(fā)現(xiàn)與健康對(duì)照組相比，輕度OSA患者的RVLS和右心室心尖應(yīng)變率明顯降低。

3.6 新型冠狀病毒肺炎

新型冠狀病毒肺炎(coronavirusdisease2019，COVID-19)由嚴(yán)重急性呼吸綜合征-冠狀病毒2(SARS-CoV-2)引起的，目前全球170多個(gè)國家有確診病例。COVID-19誘導(dǎo)全身性炎癥反應(yīng)，導(dǎo)致右室超負(fù)荷和損傷，最終發(fā)展為右心衰竭[34]。Li等[35]應(yīng)用2D-STE技術(shù)觀察患者右室游離壁縱向應(yīng)變?yōu)?3.5%±4.7%，幸存患者RVFW-LS(24.4%±4.4%)明顯高于死亡患者RVFW-LS (18.5%±3.1%)，且 RVFW-LS降低與COVID-19患者的死亡率密切相關(guān)。

4 局限性

與左室應(yīng)變測量相比，右室應(yīng)變測量目前存在以下挑戰(zhàn)：(1)右室心肌壁薄；(2)右室的解剖結(jié)構(gòu)復(fù)雜；(3)肺動(dòng)脈的存在可能對(duì)最終結(jié)果產(chǎn)生影響[36]。最近有研究表明[37]，與常規(guī)CMR特征追蹤技術(shù)相比，通過追蹤標(biāo)準(zhǔn)CMR序列中的3個(gè)解剖點(diǎn)(三尖瓣內(nèi)側(cè)、外側(cè)及RV心尖)，可以快速獲得可重復(fù)性、更短的分析時(shí)間以及類似的診斷和預(yù)后能力，此技術(shù)需進(jìn)一步驗(yàn)證。此外，CMR-FT技術(shù)依賴于第三方后處理軟件，不同的商業(yè)軟件測量的應(yīng)變值一致性欠佳，需要指南和共識(shí)聲明統(tǒng)一的參考標(biāo)準(zhǔn)，使CMR-FT技術(shù)發(fā)揮更大的臨床優(yōu)勢(shì)。

綜上所述，心臟磁共振特征追蹤技術(shù)是一種簡單便捷的心肌變形的新技術(shù)，無創(chuàng)性定量分析心臟整體及局部心肌的收縮及舒張功能，比EF更敏感，在亞臨床心肌損害患者的右室心肌受損評(píng)估、危險(xiǎn)分層及治療效果等方面具有較高的臨床應(yīng)用價(jià)值。但基于CMR-FT技術(shù)研究應(yīng)變值的一致性欠佳，有待進(jìn)一步驗(yàn)證與完善。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。