磁共振特征追蹤技術評估風濕性二尖瓣狹窄合并房顫左心房心肌應變應用研究

侯潔，孫玉，張立波，尤紅蕊，張蓉蓉，石井龍，楊本強*

作者單位：1.中國人民解放軍北部戰區總醫院放射診斷科，沈陽 110016；2.遼寧省心血管病影像醫學重點實驗室，沈陽 110016

心臟磁共振特征追蹤技術(cardiovascular magnetic resonance feature tracking technology，CMR-FT)作為一項新技術[1]，能在常規電影序列中應用，具有高分辨率、大視野、較好的可重復性，并能更敏感地反映心肌組織的功能參數，近年來被廣泛地應用于各種心臟疾病的臨床研究和實踐中。心房顫動(atrial fibrillation，AF)是臨床最常見的快速心律失常，會增加中風和心力衰竭的風險，降低生活質量和生存率[2-3]。風濕性二尖瓣狹窄合并房顫(rheumatic mitral stenosis and concurrent atrial fibrillation，RMS-AF)患者較無心臟疾病患者發生的中風風險增加20 倍[4],故預防中風對RMS-AF診療較為關鍵[5-6]。

左心房(left atrium，LA)應變描述LA變形，是LA功能的新興成像標志物[7-8]。LA功能通常通過LA容積和LA射血分數等傳統指標進行評估[9]，無創評估LA大小的動態變化，直徑和容積可能不足以描述復雜的LA功能，而評估LA變形可以克服體積評估的局限性，左房應變可在左房增大前檢測患者的早期LA功能障礙[10-14]。近年來CMR-FT 主要集中應用于左心室(left ventricle，LV)應變，較少應用于LA 分析中[15]。本研究主要目的在于應用CMR-FT評估RMS-AF患者術前LA應變和應變率，定量分析其LA功能，研究CMR-FT在RMS-AF中的臨床應用價值。

1 材料與方法

1.1 研究對象

回顧性分析2020年7月1日至2021年7月31日在中國人民解放軍北部戰區總醫院治療的26 例RMS-AF 患者的臨床及CMR資料，年齡(61.5±6.63)歲，男8例，女18例。

納入標準如下：(1)符合房顫合并風濕性二尖瓣狹窄診療指南[15]的患者；(2)年齡大于18 周歲計劃接受心臟瓣膜置換手術；(3)心電圖或動態心電圖記錄的30 s以上的房顫。排除標準：(1)曾接受過瓣膜手術或房顫消融的患者；(2)磁共振檢查禁忌證(如幽閉恐懼癥等)。所有患者或家屬均簽署磁共振檢查知情同意書。收集我院10名同期行CMR檢查陰性參與者作為對照組，年齡(57.2±11.8)歲，男4例，女6例。

本研究經中國人民解放軍北部戰區總醫院倫理委員會批準，免除受試者知情同意，批準文號：Y (2021)037號。

1.2 CMR檢查方法及圖像后處理

使用德國西門子公司Verio 3.0 T型磁共振掃描儀，采用8 通道相控陣體線圈進行心電門控掃描，覆蓋整個LV 和LA 的平衡穩態自由進動梯度回波序列(true fast imaging with steady-state precession，TrueFISP)。磁共振掃描參數如下：視野360 mm×360 mm，矩陣216×256，層厚6 mm，無間隔，重復時間40.68 ms，回波時間1.49 ms，翻轉角50°。

使用CVI 42 軟件(Circle, Calgary, Canada, version 5.12.1)進行分析[16]。分別由2 名有經驗的醫師(1 名3 年以上、1 名5 年以上CMR 診斷經驗醫師)進行MR 圖像后處理和診斷。組內一致性分析由同一名醫師測量，該醫師在1 個月后重新進行測量；組間一致性檢驗在不知第一名醫師測量結果的情況下，由上述第二名醫師進行測量。

LV參數：在左室短軸電影圖像上繪制左室心內膜和心外膜輪廓，不包括乳頭肌，記錄LV舒張末期容積(LV end-diastolic volume，LVEDV)、收縮末期容積(end-systolic volume，ESV)、LV射血分數(LV ejection fraction，LVEF)和LV 質量(LV mass，LVM)。LV和LA參數均根據體表面積(body surface area，BSA)進行校正，例如LVEDVindex (LVEDVi)=LVEDV/BSA×100%。

LA參數：在覆蓋整個LA范圍的短軸電影圖像中，LA的心內膜被手動標記，不包括肺靜脈和左心耳。記錄LA最大容積(the maximum volume of the LA，LAVmax；收縮末期二尖瓣打開前的LA容積)及LA最小容積(the minimum volume of the LA，LAVmin；舒張末期二尖瓣關閉時的LA容積)。左房總射血分數(LA total ejection fraction，LATEF)=(LAVmax-LAVmin)/LAVmax×100%。

LA應變及應變率：使用CVI 42特征追蹤軟件對LA心肌變形進行量化。在舒張末期，手動描繪心內膜和心外膜邊界，不包括肺靜脈和左心耳。應變軟件分析模型自動提供LA 應變及應變率曲線，讀取LA 心內膜整體縱向應變值，包括總應變(εs)、主動應變(εa),被動應變(εe，εe=εs-εa),第一個正向應變率峰值(SRs),第一個負向應變率峰值(SRe),第二個負向應變率峰值(SRa)。正常LA功能包括儲存功能、管道功能和升壓泵功能，εs和SRs 代表LA 儲存功能，εe和SRe 代表管道功能，εa和SRa代表升壓泵功能[17-18](圖1)。

圖1 1A～1D：對照組心臟磁共振特征追蹤技術舒張末期四腔和兩腔層面評估左心房縱向應變。在相應的應變(率)曲線上讀取應變(率)值。εs：總應變；εa：主動應變；εe：被動應變，εe=εs?εa；SRs：第一個正向應變率峰值；SRe：第一個負向應變率峰值；SRa：第二個負向應變率峰值。εs和SRs代表左心房儲存功能，εe和SRe代表管道功能，εa和SRa代表升壓泵功能；1E～1H：風濕性二尖瓣狹窄伴房顫患者心臟磁共振特征追蹤技術舒張末期四腔和兩腔層面評估左心房縱向應變。與對照組相比，患者的應變及應變率均明顯下降。

1.3 統計學分析

我們的樣本量是基于Kowallick等[19]的研究結果，他們的研究表明應用CMR-FT 評估，每組7 名患者的樣本量足以檢測10%的差異，4 名患者的樣本量以90%的效能且誤差為0.05 可檢測出15%的εs差異。這說明我們的研究樣本量設置為26名患者和10 名健康對照者足以檢測出差異具有相應的統計學意義。本研究采用SPSS 18.0 軟件進行統計學分析。計量資料以±s或中位數(四分位數)表示，兩組間的比較采用獨立樣本t檢驗或Mann-WhitneyU檢驗。計數資料以構成比表示，兩組間的比較采用χ2檢驗。組內、組間一致性檢驗通過組間相關系數(intraclass correlation coefficient，ICC)分析LA 參數測量結果的可重復性，ICC＜0.40 表示一致性較差；0.40≤ICC＜0.75 表示一致性一般；ICC≥0.75 表示一致性較好[20]。采用雙側檢驗，以P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 對照組與AF組的基本臨床資料的比較

兩組患者的年齡、性別、體質量指數(body mass index，BMI)、BSA 差異無統計學意義(P均＞0.05)。RMS-AF 組具有較高的心率，對比組間差異有統計學意義[(77±7) vs. (96±26)，t=3.492，P=0.001]。見表1。

表1 對照組與RMS?AF組的基本臨床資料的比較

2.2 對照組與AF組CMR參數的比較

RMS-AF 組的左心室功能減低[(59.9±6.7)% vs. (42.0±9.1)%，t=-5.599，P＜0.001]；RMS-AF 組 的 左 心 房 內 徑 增 大[(30.8±3.0) vs.(55.9±13.0)，t=5.989，P＜0.001]，LATEF減 低[(58.3±2.1)% vs. (12.1±3.5)% ，t=-39.401，P＜0.001]，應變參數εs/εe/εa/SRs/SRe/SRa 均低于對照組，對比組間差異有統計學意義(P均＜0.001)。見表2。

表2 對照組與RMS?AF組的心臟磁共振參數的比較

2.3 LA參數的組內及組間一致性檢驗分析

LATEF、εs、εe、εa、SRs、SRe、SRa 均具有較好的一致性，其中組 內 一 致 性 檢 驗 最 高 的 是εs(ICC=0.98，95%CI：0.97～0.99)，最低的是SRe (ICC=0.88，95%CI：0.78～0.94)；組間一致性檢驗最高的是εs(ICC=0.98，95%CI：0.97～0.99)，最低的是SRe (ICC≥0.88，95%CI：0.78～0.93)。見表3。

表3 左心房參數組內及組間一致性檢驗

3 討論

LA 的主要作用是調節左室充盈以及心血管功能，在心室舒張早期即作為肺靜脈回流的儲存器，在心室舒張晚期作為增強心室充盈的增壓泵，在整個心動周期中識別心房功能和心室功能之間的相互作用非常重要[21］。在正常情況下，LA 儲存、管道和升壓泵功能的變化是相互依存的。

本研究發現RMS-AF 患者較對照組的心率增高，年齡、性別、BMI、BSA差異均無統計學意義，而LA應變參數(包括應變及應變率)明顯減低，說明LA 三個功能減低，LA 發生心房重塑。LA重塑包括結構和功能的改變，應變和應變率代表了心肌變形的大小和速率。本研究結果顯示心房應變對顯示LA 重塑敏感，尤其是心房應變參數顯示LA儲存和管道功能明顯下降，升壓泵功能顯著減低或消失，說明RMS-AF 患者由于容量負荷過重，導致LA代償性肥大，心房應變參數能很好地提示LA重塑。本研究中發現AF患者存在LA增大和功能障礙，儲存、導管功能降低，升壓泵功能顯著降低或缺失，與前人研究結果一致[9]，這也表明了RMS-AF患者心房重塑和LA心肌功能受損。

房顫的病理生理學機制較為復雜且尚未完全明確[3]。目前，人們認為兩種機制必不可少，包括觸發器和維持心律失常的修飾基質[22]。房顫的誘因通常表現為異位心房病灶。然而，任何類型的室上性心動過速都可對房顫起到觸發作用。房顫的發病機制是由于快速頻繁的異位活動(觸發器)不但引起心房肌細胞電和機械特性的改變，此為電重構，而且可導致縫隙連接和心房肌細胞結構的改變，促進或加速心肌細胞凋亡和纖維化，此為解剖重構，由此這一過程建立“自我永存”[23]。LA增大和心肌纖維化導致房顫持續，顯著影響左心房功能。

Habibi等[24]應用CMR-FT和延遲對比增強MRI研究房顫患者的LA纖維化，研究結果表明，LA儲存、管道和升壓泵功能降低，并與LA 纖維化呈負相關，說明LA 應變分析可以在早期臨床階段檢測心肌瘢痕的存在，應變及應變率的降低可提示LA順應性降低，間接反映心肌纖維化的程度。應變及應變率分別代表心肌變形的大小和速率，盡管在心室收縮期間，儲存功能受心房順應性(心房收縮和舒張)的控制，導管功能受心房順應性的影響，與儲備功能相互關聯，但必要時與左室舒張和順應性密切相關。心房升壓泵功能反映了心房收縮的幅度和時間，但取決于靜脈回流程度(心房前負荷)，左室舒張末期壓力(心房后負荷)和左室收縮儲備[25]。

以往的研究顯示LA 增大已被證明能積極預測房顫的風險[25-26]，而容積參數只能反映LA結構重塑的變化，而應變參數則能更好地反映LA 功能參數的早期變化，綜合評估可為研究LA的功能提供更多的視角，也可為臨床治療提供更多信息[27]。Li 等[14]和Yang 等[18]用CMR-FT 分別對高血壓患者、非梗阻性肥厚型心肌病患者的左心房功能進行定量分析發現CMR-FT 是一種可靠的定量分析LA功能的工具，可以早期檢測LA功能障礙和變形。Schuster 等[28]比較了CVI 軟件和Tom Tec 軟件測量左室心肌應變，證實CVI 軟件具有良好的一致性。本研究中，CMR-FT 使用CVI 軟件檢測RMS-AF 患者的LA 應變及應變率具有良好的觀察者內和觀察者間再現性，以及良好的可行性和可靠性，這與前人的研究結果一致。

在很多臨床研究中，LA 應變具有明確的診斷和預后價值[29]。LA應變是多種心血管疾病的重要生物標志物，LA應變已被評估為高血壓、糖尿病、心力衰竭、缺血性和瓣膜性心臟病及心房顫動的一種不良后果的預測因子[1,10]。盡管超聲斑點追蹤技術是評估LA 應變和應變率最常用的方法，由于左心耳的解剖位置、菲薄的心房壁、左心耳以及肺靜脈的存在，超聲斑點追蹤技術評估LA功能存在局限性。相反，CMR-FT是一種類似于超聲心動圖斑點追蹤的技術，在心臟磁共振常規電影圖像上獲取變形參數，因此不需要額外的序列采集；此外，鑒于CMR具有更高的空間分辨率和標定心內膜邊界的能力，更有益于LA 功能評估[8]，LA應變越來越多地進入常規臨床實踐。

本研究尚有局限性。這是一項單中心研究，樣本量較少，存在一定的偏倚。由于徑向應變是一個難以獲取和難以再現一致的參數[30]，我們只評估了縱向應變，沒有評估徑向應變。目前大多數研究都是對LA 長軸上左心房縱向應變進行研究，并且大多數研究都取得了積極的成果。

CMR-FT 作為一項無創性新檢查技術，可在不使用對比劑的情況下從功能角度評價心肌運動，應變參數可定量分析RMS-AF患者隨時間變化的LA功能(儲存、管道及升壓泵功能)，可為臨床診療提供影像學依據。

作者利益沖突聲明：全部作者均聲明無利益沖突。