MR心肌應變力技術在肥厚型心肌病診斷及鑒別診斷中的應用研究

楊馨堯，吳江，朱麗娜，郝曉勇，李璇，牛衡

作者單位：1.山西醫科大學醫學影像學院，太原 030001；2.山西省心血管病醫院磁共振室，太原 030024

肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy，HCM)是一種臨床表型多樣的遺傳性心肌病，以心室非對稱性肥厚為解剖特點，室間隔增厚最為常見，是青少年運動猝死的主要原因之一，因此HCM的早期診斷在病程進展中至關重要[1]。肥厚心肌的應變力發生改變，導致心肌功能障礙，目前對于使用心肌應變力診斷心肌病的研究越來越多，應用較多的為超聲斑點追蹤技術，但由于超聲聲窗及操作不當等影響導致研究受限。近年來，心臟磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)憑借其多參數、多角度的優勢在評估心肌應變力中發揮著越來越重要的作用。

鑒別HCM 和由其他病因[如心肌淀粉樣變性(cardiac amyloidosis，CA)]引起的左室肥厚亦是臨床難點。CA 表現為左心室室壁彌漫性增厚，以室間隔增厚為主，雙房增大[2]。兩者形態學表現與功能均存在相似之處，因此鑒別診斷意義重大。目前，延遲強化對于鑒別兩者存在較大的價值，但臨床中經常存在對比劑使用禁忌的腎功能不全患者，此外，早期患者可能沒有典型的延遲強化[3]。因此，使用非對比劑診斷HCM 并避免對比劑引起的腎損傷顯得極為重要。心肌應變力技術有診斷及鑒別診斷致左室肥厚心肌病的應用價值。

目前在心肌應變的研究中廣泛應用心臟磁共振組織追蹤(cardiac magnetic resonance tissue tracking，CMR-TT)技術，該技術基于功能性電影成像序列即穩態自由進動序列(steady state free precession，SSFP)，通過心肌和血池之間的對比描繪出心內外膜邊界，然后軟件自動跟蹤內外膜在整個心動周期的運動，再計算出心肌應變、應變率等參數，定量評估心肌整體及局部運動情況[4]。本研究應用CMR-TT評估HCM患者心肌功能及CA患者的心肌功能，并定量分析其心肌應變改變的差異。

1 資料與方法

1.1 一般資料

回顧性分析2018年8月至2021年5月在山西省心血管病醫院接受CMR 掃描的75 名研究對象資料，分別為肥厚型心肌病患者(HCM 組)30 例，男16 例，女14 例，年齡24～70 (49.90±11.38)歲；心肌淀粉樣變性患者(CA 組)15 例，男11 例，女4 例，年齡30～75(52.00±12.06)歲；正常對照組(normal controls，NC 組)收入30 例，男19 例，女11 例，年齡25～70(52.23±12.38)歲。

HCM 組：納入標準：依據2020 年美國心臟協會和美國心臟病學會發布的肥厚型心肌病診療指南，二維超聲心動圖或心臟磁共振檢查顯示左心室任何部位的最大舒張末期厚度≥15 mm，且沒有其他導致心肌肥厚的原因即可診斷為HCM[5]，心電圖有左心室肥厚、ST-T 改變或病理性Q 波等表現，射血分數＞50%；排除標準：高血壓、糖尿病及腎臟疾病引起的繼發性心肌肥厚、疑診CA、冠心病、嚴重心律失常、中重度瓣膜疾病及其他疾病導致心臟器質性病變。

CA 組：納入標準：心電圖呈肢體導聯低電壓、QRS電壓減低與心室厚度不符等表現，超聲顯示左室心肌增厚(≥12 mm)并有心肌內顆粒樣回聲，同時磁共振表現為雙室增厚及雙房增大，延遲強化呈彌漫性、房室同時強化，心外器官活檢病理組織證實淀粉樣物質沉積，在其他原因無法解釋的左室肥厚條件下，診斷為CA[6]；排除標準：排除高血壓、糖尿病及腎臟疾病引起的繼發性心肌肥厚、HCM、冠心病、嚴重心律失常、中重度瓣膜疾病及其他疾病導致心臟器質性病變。

NC 組：以健康人作為正常對照組，心電圖、超聲及心臟磁共振未見明顯異常。

所有受試者排除標準：(1)磁共振檢查禁忌證者；(2)無法配合的受試者。

本研究經山西省心血管病醫院倫理委員會批準，免除受試者知情同意，批準文號：2020021。

1.2 儀器與方法

CMR使用GE HD-XT 1.5 T磁共振掃描儀，專用心臟相控陣線圈，采用心電、呼吸門控技術，被檢者取仰臥位，單次激發快速自旋回波序列掃描定位，采用快速平衡穩態采集快速成像序列獲取左心室兩腔心、四腔心長軸面及三腔心切面，垂直于室間隔由心底至心尖短軸位連續掃描8～10 層。掃描參數：TR 3.7 ms，TE 1.5 ms，FOV 350 mm×280 mm，采集矩陣224×224，左室短軸層厚11 mm。

將圖像導入CVI 42軟件(Circle Cardiovascular圖像軟件，CVI42 5.11 版，Circle Cardiovascular Imaging公司，加拿大)，在Tissue-Tracking模塊進行處理，軟件自動勾畫并手動校正心內外膜，自動跟蹤內外膜在整個心動周期的運動，計算出心肌整體及節段(基底段、中間段、心尖段)的縱向應變(longitudinal strain，LS)、周向應變(circumferential strain，CS)、徑向應變(radial strain，RS)等常規應變參數數值、曲線圖及16 節段牛眼圖(圖1～3)，再計算相對心尖應變(relative apical sparing of strain，RAS) [心尖段應變(relative apical sparing of strain，RAS)/(基底段應變+中間段應變)]，定量評估心肌整體及局部運動情況。

圖1 男，56歲，正常對照者，短軸電影圖像(1A)、左心室心肌徑向應變(1B)、周向應變(1C)、縱向應變(1D)16節段牛眼圖。 圖2 女，50歲，肥厚型心肌病患者，短軸電影圖像(2A)、左心室心肌徑向應變(2B)、周向應變(2C)、縱向應變(2D)16節段牛眼圖。 圖3 男，55歲，心肌淀粉樣變患者，短軸電影圖像(3A)、左心室心肌徑向應變(3B)、周向應變(3C)、縱向應變(3D)16節段牛眼圖。Fig.1 Male,56 years old,normal control,16-segment bull's eye diagram of the left ventricular short axis cine image(1A),the left ventricular myocardium radial strain(1B),circumferential strain(1C),longitudinal strain(1D).Fig.2 Female,50 years old,hypertrophic cardiomyopathy patient,16-segment bull's eye diagram of the left ventricular short axis cine image (2A), the left ventricular myocardium radial strain (2B), circumferential strain (2C), longitudinal strain (2D). Fig. 3 Male, 55 years old,cardiac amyloidosis patient, 16-segment bull's eye diagram of the left ventricular short axis cine image (3A), the left ventricular myocardium radial strain (3B),circumferential strain(3C),longitudinal strain(3D).

1.3 統計學分析

采用SPSS 19.0 統計軟件。各組數據均進行正態性檢驗，符合正態分布的計量資料用±s表示，3 組間比較采用單因素方差分析，兩兩比較采用LSD檢驗；不符合正態分布的計量資料用中位數(上下四分位數)表示，各組間差異采用Kruskal-Wallis 檢驗。計數資料采用χ2檢驗比較組間差異。P＜0.05為差異有統計學意義。CMR-TT測量的可重復性是由兩名有經驗的心血管影像醫師對75名研究對象以隨機順序獨立進行的，一位研究人員以一個月的間隔重新分析測量，采用組內相關系數(intraclass correlation coefficient，ICC)分析心肌應變的觀察者內和觀察者間的可重復性，ICC＞0.75 說明一致性較好。應用ROC 曲線分析評價各心肌應變指標的檢驗效能。

2 結果

2.1 基本臨床信息

HCM 組患者首發癥狀：心電圖示10 名患者出現ST-T 改變，5 名患者病理性Q 波，超聲示15 名患者左心室肥厚。CA組患者首發癥狀：心電圖示7名患者肢體導聯低電壓，超聲示3 名患者左心室肥厚。CMR 示HCM 患者均存在肥厚心肌局部點片狀或線樣延遲強化；CA 組6 名患者雙房、室彌漫性粉塵狀強化，4 名患者雙房室及二、三尖瓣彌漫性點片狀強化，4 名患者左右心室點片狀強化、雙房線樣強化，1 名患者以室間隔為著的全心點片狀強化。3 組研究對象的年齡、性別、體質量差異均無統計學意義，NC組與HCM組、CA組的左室壁厚度(左室壁最厚心肌)差異存在統計學意義，HCM 組的左室射血分數(left ventricular ejection fractions，LVEF)與NC 組、CA 組差異無統計學意義，CA 組的LVEF 與NC 組差異有統計學意義，見表1。

表1 研究對象的基本臨床特點Tab.1 Basic clinical characteristics of the research subjects

2.2 心肌應變的一致性檢驗

各應變參數觀察者間及觀察者內一致性均較好，見表2。

表2 心肌應變的觀察者間、內一致性檢驗Tab.2 Inter-observer and intra-observer consistency test of myocardial strain

2.3 左心室心肌應變的比較

NC組、HCM組、CA組間各應變參數數值依次遞減，且三組間差異均有統計學意義(P＜0.05)；兩兩比較中除NC組與HCM組ACS差異無統計學意義外，其余均存在統計學意義(P＜0.05)、相對心尖徑向應變(RASRS)、相對心尖周向應變(RASCS)、相對心尖縱向應變(RASLS)組間差異均有統計學意義(P＜0.05)，見表3、4、5。

表4 三組中間段、心尖部心肌應變比較Tab.4 Comparison of myocardial strain in the middle and apical segments of the three groups

表5 三組心肌應變RAS比較Tab.5 Comparison of three groups of myocardial strain RAS

2.4 HCM心肌應變指標的價值

將HCM組與NC組的整體、基底段應變進行ROC曲線分析，發現各方向應變對HCM 均有較好的診斷效能，整體徑向應變(global radial strain，GRS)、整體周向應變(global circumferential strain，GCS)、整體縱向應變(global longitudinal strain，GLS)、基底段徑向應變(basal radial strain，BRS)、基底段周向應變(basal circumferential strain，BCS)、基底段縱向應變(basal longitudinal strain，BLS)的曲線下面積分別為0.77、0.71、0.77、0.90、0.73、0.78(P均＜0.05)，BRS 的曲線下面積顯著高于其他參數，并且在BRS 為33.23%時，敏感度為0.93，特異度為0.87，診斷正確指數最高為0.80，見圖4、5、6。

圖4 整體及基底段徑向應(RS)變診斷肥厚型心肌病(HCM)效能的ROC 曲線。 圖5 整體及基底段周向應變(CS)診斷肥厚型心肌病(HCM)效能的ROC曲線。 圖6 整體及基底段縱向應變(LS)診斷肥厚型心肌病(HCM)效能的ROC曲線。 圖7 相對心尖應變(RAS)鑒別診斷肥厚型心肌病(HCM)與心肌淀粉樣變性(CA)效能的ROC曲線。Fig. 4 ROC curve of global and basal radial strain (RS) diagnostic efficiency of HCM. Fig. 5 ROC curve of global and basal circumferential strain (CS)diagnostic efficiency of HCM. Fig. 6 ROC curve of global and basal longitudinal strain (LS) diagnostic efficiency of HCM. Fig. 7 ROC curve of relative apical sparing of strain(RAS)differential diagnosis of HCM and CA efficacy.

2.5 HCM組與CA組心肌應變指標的價值

將HCM 組與CA 組的RASRS、RASCS、RASLS進行ROC 曲線分析，曲線下面積分別為0.83、0.75、0.71 (P均＜0.05)，均在鑒別HCM與CA時有一定價值，見圖7。

3 討論

本研究利用磁共振組織追蹤技術對心肌應變力進行分析，分析了HCM 與CA 患者的心肌應變力特征，評估心肌應變力在HCM 的診斷及與CA 鑒別診斷的應用價值。結果顯示HCM 組、CA 組相比于NC 組，各應變參數數值減少，除NC組與HCM組的ACS差異無統計學意義外，其余整體、節段應變及RAS 差異均存在統計學意義。對HCM 組及NC 組的整體、基底段應變進行了ROC 曲線分析，顯示各應變對HCM 均有較好的診斷效能，BRS 的診斷效能最佳并得出最佳截斷值為33.23%。此外還對HCM 組與CA 組的鑒別診斷進行了RAS ROC 曲線分析，結果顯示相對心尖徑向、RASCS、RASLS存在一定的診斷價值。

國內外已有研究證明心肌應變力在診斷HCM 及與CA 鑒別診斷存在一定的臨床價值，認為心肌應變力能夠較早直接地發現HCM 的心肌功能障礙[7]，LS 是心肌功能障礙的早期標志[8]；心尖保留模式能夠為HCM 與CA 鑒別診斷提供參考[9]。相比于前期文獻，我們增加了對RS、CS 的研究，并發現RS 的診斷效能最佳，我們認為在心肌厚度發生形變時，相比于CS、LS，RS 在HCM 診斷及與CA 的鑒別診斷準確性最佳。對比于常規參數，心肌應變力能夠更早地發現心肌的收縮功能異常，RS 對診斷及鑒別診斷準確性提供依據，對指導臨床診斷及后續治療有重要意義。

3.1 心肌應變對HCM的診斷

HCM 患者以心肌非對稱性增厚為主要特征[10]，本研究顯示，HCM 組心肌GRS、GCS、GLS 數值明顯低于正常對照組，而本研究中HCM患者射血分數均大于50%，與NC 組差異無統計學意義，反映了心肌應變變化早于射血分數的改變，這與既往研究[11]顯示一致。心肌應變力減低是由于HCM 心肌細胞紊亂、心肌細胞肥大，可能存在或不存在明顯的散在斑片狀纖維化[12]，另外還存在冠狀動脈微血管功能障礙[13]，這些病理改變可導致相應節段心肌缺血、僵硬、重構，順應性減低，心肌運動異常。雖然心肌功能減低而射血分數尚保持正常可能是由于HCM 排列較為紊亂的心肌細胞及纖維化的細胞間質主要位于肥厚節段的緣故，肥厚節段的形變能力存在明顯減弱而非肥厚節段存在一定程度的形變貯備，在病程進展早期，非肥厚節段收縮功能維持正常或輕度增強，能夠代償性保證射血分數的正常，隨著疾病的進展，非肥厚節段收縮功能減弱，射血分數降低[14]。說明了心肌應變力相比于射血分數更加敏感，可以作為心肌運動功能的參考指標，并可用來識別亞臨床階段的心肌功能障礙。

本研究中HCM組患者均存在基底段室間隔肥厚，部分累及中間段，僅有少數累及心尖段心肌，因此HCM 組患者基底段、中間段各參數明顯低于NC 組，心尖段除周向應變無統計學意義外，縱向、徑向應變差異均有統計學意義，說明心肌應變力的減低不僅存在于肥厚節段，非肥厚節段也存在應變力的減低，心肌應變力改變要早于形態學改變，這一結論國內外學者[7,15]也存在一致性認為。前期有研究[16]認為LS只能表示局部異常的心肌收縮功能，而CS 主要維持左室的收縮功能，所以在本研究中，ACS 無明顯減低可能與射血分數正常存在一定的聯系。前期研究集中于左心室GLS，該應變已被證明與室性心律失常和不良心臟結局(尤其是心力衰竭)相關，并且是一個可能用于心血管風險評估的獨立參數[17,18]。

此外對整體應變參數及基底段應變參數進行ROC 曲線分析，基底段應變的診斷價值均高于整體應變，有研究[8]發現在HCM 早期，在左心室肥厚之前，局部LS 顯著降低，而不是整體LS 顯著降低，這與我們研究結果一致，進一步表明局部心肌應變力比整體更早更準確地反映心肌功能的改變。我們的結果表明BRS 診斷效能最佳，并且當BRS＜33.23%時，對HCM的診斷正確率較高。RS 代表心臟舒張和收縮期間沿短軸的心肌壁厚度變化，結合本研究我們認為在心肌厚度發生形變時，RS 能夠更為準確地反映心肌功能的改變。RS 的改變可能與左室流出道狹窄有關[19]，并有助于識別梗阻，對病程的發展和預后評估有一定的價值。

3.2 心肌應變對HCM與CA的鑒別診斷

CA 是淀粉樣蛋白浸潤在心肌細胞外間質，造成心肌收縮成分中斷變形、心室僵硬以及收縮舒張障礙，最終演變成以限制性舒張功能為主的心力衰竭[20]。由于HCM與CA病理進展存在差異，因此兩者心肌應變特點存在差異。

在本研究中，NC 組與CA 組間各參數差異均有統計學意義，相比于NC 組，HCM 組、CA 組間各常規應變參數數值均呈下降趨勢，且CA組數值下降更為明顯，可能是由于淀粉樣蛋白主要彌漫性沉積在心內膜下及心肌，堆積在細胞外基質替代擠壓正常組織及形成過程中部分產物的心肌毒性作用，造成心肌細胞損傷，致使左室各方向應變均降低[21]；也有研究認為肌纖維的多數圓周取向可能是CA 患者LS 功能減弱的微結構決定因素[22]。

本研究中RAS與常規應變參數恰好相反，呈上升趨勢，這可能與淀粉樣蛋白的主要沉積部位有關，與基部相比，淀粉樣蛋白在心尖的沉積更少[9]，對變形的抵抗力和增加的心肌細胞收縮可能會降低，從而導致心尖應變相對保留。有研究利用快速應變編碼技術同樣證明基底至心尖的節段性應變梯度有助于HCM 和CA 之間的鑒別[23]。先前的研究[24]表明CA 基底-心尖段LS 的遞增梯度較HCM 更為顯著，相比于BLS，ALS 受損較輕，即CA 的RASLS[平均ALS/(平均BLS+平均MLS)]保留模式，證明RASLS可為臨床鑒別診斷CA與HCM提供一定的參考價值。

我們的研究分析了除RASLS之外的RASRS和RASCS，研究表明CA 組RASRS、RASCS、RASLS較HCM 組明顯升高，并且RASRS曲線下面積最大(AUC=0.83)，診斷效能最佳，表明在鑒別診斷CA 和HCM 這兩種心肌厚度發生改變的疾病時，RS 比CS、LS 的鑒別診斷效能更準確。國外學者[25]利用心肌應變力研究證明了晚期CA 的相對心尖保留(SRAB：平均心尖應變/平均基底段應變)，SRABR和SRABC可以作為鑒別診斷CA 和HCM 的獨立參數，SRABR是CMR-TT 的最準確的診斷參數(AUC=0.898)；有學者[26]也使用三維斑點追蹤技術證明基底心尖RS 梯度對CA 和HCM 的辨別具有良好的診斷功能，這些與本研究結果一致。

3.3 局限性

本研究尚存在一定的局限性，這是一項回顧性研究，樣本量較小而且單一，HCM 組患者肥厚心肌均累及室間隔，表型較為單一，且未進行基因檢測，CA 組患者樣本數量少且未進行詳細表型分類，我們將繼續收集病例，增加基因檢測，收集基因檢測陽性或者家庭成員中有HCM 患者，心肌厚度13～14 mm 診斷為HCM 的患者[5]，擴大樣本量，增加樣本多樣性，更加全面地分析心肌應變力的變化特征，提供更為精確的量化指標。

綜上所述，CMR-TT 可以用來評價心臟整體及局部功能運動情況，分析HCM的心肌應變力特征，HCM心肌應變力均存在減低，HCM 基底段應變力下降明顯并徑向應變存在較大的診斷價值；對HCM 及CA 進行了心肌應變力特征分析，CA患者的心肌應變力較HCM患者下降明顯，而CA 患者各向RAS 上升均較明顯，并且RASRS診斷效能最佳，為兩者的鑒別診斷提供一定的參考價值。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無利益沖突。