心臟磁共振特征追蹤技術在射血分數保留性心力衰竭相關疾病中的研究

梁士楚， 馬敏， 賀勇

心力衰竭(心衰)是多種心血管疾病的終末階段，是最常見、致殘和致命的疾病之一。據統計，我國3.30億心血管疾病人群中心衰患者占890萬[1]。心力衰竭根據左心室射血分數(left ventricular ejection fraction,LVEF)可分為射血分數降低性心衰(heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF)、射血分數中間值心衰(heart failure with mid-range ejection fraction，HFmrEF)和射血分數保留性心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction,HFpEF)，其LVEF值依次為<40%、40%～49%和≥50%[2]。HFpEF正逐漸成為最重要的一種表型，約占總心衰人數的50%[3]，其早期診斷、早期干預尤為重要[4]。

HFpEF按照病因學分型可分為5型(表1)[5]，常見于高血壓病、肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy,HCM)、限制性心肌病(restrictive cardiomyopathy,RCM)等疾病，常存在左室肥厚或左房增大等充盈壓增高，表現為舒張功能受損。磁共振具有無創、無輻射、分辨率高、重復性好等優勢，而且心臟磁共振特征追蹤技術(cardiovascular magnetic resonance feature tracking,CMR-FT)可進一步提供心肌的力學信息，在HFpEF相關疾病的功能評價、早期診斷、早期鑒別診斷以及預后判斷中具有重要優勢。

表1 HFpEF的病因學分型[5]

CMR-FT概述

心臟磁共振(cardiovascular magnetic resonance,CMR)技術是一項是無創、無輻射，評估心室容積、功能、心肌灌注以及組織特征的準確方法，可通過多序列成像技術提供媲美病理檢查的心肌組織異常信息[6]。現有指南CMR可測定HFpEF的代謝因子和纖維化因子[7]。CMR-FT可進一步提供心肌的力學信息，定量分析室壁力學改變，顯示心肌病變嚴重程度，更為精確地反映心臟局部或/和整體功能及運動狀態[8-9]。CMR-FT的常用參數包括：心肌應變(strain)、應變率(strain rate,SR)、整體縱向應變(global longitudinal strain,GLS)、整體徑向應變(global radial strain，GRS)和整體環向應變(global circumferential strain，GCS)。

通過平衡穩態自由進動電影序列成像可以獲得心肌應變以及SR，具有良好的觀察者內和觀察者間一致性和高度的可重復性[10]。心肌應變為正值表示心肌組織的伸長或增厚，為負值表示心肌組織縮短或變薄。與應變對應，SR包括整體縱向應變率(global longitudinal strain,GLSR)、整體徑向應變率(global radial strain，GRSR)和整體環向應變率(global circumferential strain，GCSR)。

CMR-FT與功能評價

無論LVEF如何，心室收縮和舒張功能障礙有可能共存于同一例心衰患者，并導致心房功能障礙[11]。CMR-FT能通過評價舒張和收縮功能對HFpEF及相關疾病做出早期診斷和預后判斷。

1.舒張功能

舒張功能障礙是HFpEF臨床表現和病理生理學進展的主要原因，評估HFpEF的舒張功能對其病情評估有重要意義[12]。

左室GLS異常在識別心血管事件高發的HFpEF患者中有重要意義[13]。Ito等[14]納入了18例HFpEF患者和18例健康對照進行CMR-FT檢查，并檢測HFpEF組的左心室的舒張特性。研究發現HFpEF組的細胞外容積分數 (extracellular volume fraction,ECV) 顯著增高。ECV是細胞外間質容積占整個心肌容積的百分比是心肌組織硬度的一項重要指標[15]，HFpEF患者ECV較正常人高，ECV越高的HFpEF患者其發病率與死亡率也越高[16]。此外，研究還發現GLS是左室主動舒張的時間常數(Tau)改變的唯一獨立預測因子，聯合左室GLS和ECV或更能評估HFpEF患者舒張功能障礙的程度。

2.收縮功能

高血壓心臟病(hypertensive heart disease,HHD)是引起HFpEF的原因之一，盡管HHD和肥厚性心肌病(hypertrophic cardiomyopathy,HCM)表現出類似的收縮功能障礙，但通過CMR-FT測定GLS可以區分HHD和HCM，且其效能與左室肥厚和纖維化標志物類似[17]。動物試驗也得出相似結論，即CMR-FT所測得的SR較LVEF能更敏感地評估高血壓引起的早期心臟功能受損程度，并且這一改變與心臟細胞外間質纖維化增多有關[18]。

Kowallick等[19]各納入10例HCM患者、HFpEF患者和健康對照，發現HCM和HFpEF的左房儲備功能和左房導管功能下降，被動應變和峰值早期負應變率下降，表明其左心室順應性下降[20]。主動應變和峰值晚期負應變率是心臟收縮泵功能的參數，兩者在HCM組中上升，而在HFpEF組中降低，表明HFpEF患者存在收縮功能障礙。

即使HFpEF患者LVEF變化不明顯，其收縮功能也可能存在不同程度的損害，在舒張功能障礙基礎上常合并左室收縮功能不全和不同步[21]。GLS可評估心肌細微運動變化，在LVEF降低前提示HFpEF患者心肌運動減低，能更早的反映出收縮功能的降低[22]，這對于制定和指導臨床診療方案具有重要的價值。

CMR-FT與早期診斷及鑒別診斷

1.高血壓導致的HFpEF

PINNACLE等研究[23]發現HFpEF患者的年齡偏大，且主要為女性和高血壓(hypertension，HTN)。HTN是最常引起HFpEF的疾病，約60%～89%HFpEF患者伴HTN[24]，基于CMR-FT檢測心肌應變可早期發現HHD，對患者亞臨床心功能障礙做到早期干預[25-26]。

He等[27]通過對比84例HFpEF伴HTN(HFpEF-HTN)患者、72例HTN患者和70例健康對照發現，收縮早期整體縱向峰值應變率(global peak systolic longitudinal SR,sGLSR)敏感度85.7%，特異度52.8%，對區分HFpEF-HTN和HTN患者的診斷價值最高。舒張早期整體縱向峰值應變率(global peak early diastolic longitudinal SR,eGLSR)與HFpEF-HTN的診斷獨立相關，sGLSR和eGLSR對于區分HTN和HFpEF-HTN以及評估HTN到HFpEF-HTN的進展有潛在價值。

CMR-FT可在左心室肥厚之前發現左心房儲備、導管功能異常。Li等[28]入組73例HTN患者(29例左心室肥厚和44例非左心室肥厚)和29例健康對照發現，無論左心室肥厚與否，與健康對照組相比，HTN患者左房儲備功能和導管功能均嚴重受損，而心房收縮泵功能在非左心室肥厚者中得以保留，此結果與Kowallick等[19]類似。在鑒別診斷方面，兩項研究[19,28]認為被動應變對于區分HTN和健康對照的診斷價值最高，而主動應變和峰值晚期負應變率在HCM中上升，在HFpEF中下降，也可用于區分HCM與HFpEF。

2.限制性心肌病(RCM)導致的HFpEF

心肌淀粉樣變性 (cardiac amyloidosis,CA)是最常引起RCM的原因之一，目前研究支持CMR作為RCM診斷的進一步依據[29]，其中CMR-FT所得的徑向應變在區分患者是否為CA的診斷價值較高[30]。

CMR-FT可在整體和在心內、外膜兩個層面上共同評估心肌功能，早期發現心肌損害，做到早期干預。整體層面上CMR-FT可監測異常左室心肌變形。Li等[31]納入42例免疫球蛋白輕鏈型心肌淀粉樣(immunoglobulin light chain cardiac amyloidosis,AL-CA)患者(26例LVEF正常，16例LVEF受損)和35例健康對照發現，LVEF正常AL-CA患者的縱向峰值應變在心尖部保持不變，中、基底節段明顯降低。心肌內、外膜層面上王哲濤等[32]發現隨LVEF降低，心肌內、外膜應變絕對值依次降低(表明隨心肌組織受蛋白質浸潤不斷加重其變形能力逐漸減小)，且心內膜、心外膜應變改變早于LVEF改變。

3.急性心肌炎(ACM)導致的HFpEF

急性心肌炎(acute myocarditis,ACM)常與病毒感染有關，若治療不當導致心肌炎癥持續存在，或可發展為擴張性心肌病。通過CMR-FT測得的左心室應變能早期發現ACM所導致的心肌損害。André等[33]和呂桑英[34]運用CMR-FT對比LVEF正常的ACM患者與健康對照發現，ACM患者GRS顯著下降，其靈敏度和準確度最高；GCS的陰性預測值最高；GCSR的陽性預測值和特異度最高。ACM患者左室收縮功能較舒張功能受損明顯，但受損程度通常較輕，通常LVEF未見明顯降低[34]。

CMR-FT與預后判斷

CMR-FT不僅能夠評估HFpEF患者的左、右心功能，還能評估由肺動脈高壓(pulmonary hypertension,PH)、主動脈瓣狹窄(aortic stenosis,AS)、RCM、急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)等疾病所致HFpEF的預后。由CMR-FT獲得的GLS是HFpEF患者死亡率的一個強有力的獨立預測因子，GLS每惡化1%，死亡風險增加22.8%[35]。

1.肺動脈高壓(PH)

右心功能在HFpEF預后價值中有重要作用，PH的預后與右室功能有關，用CMR-FT定量測定的右室應變與PH的嚴重程度和不良預后相關。de Siqueira等[36]回顧性評估了116例行右心導管術后1個月內的PH患者，發現PH合并右心室射血分數(right ventricle ejection fraction,RVEF)異?；颊咻^RVEF正常者和無PH者所有應變和SR均降低，PH者的GCSR又較無PH者顯著降低。GLS、GLSR和GCSR與復合終點獨立相關，其中GCSR能夠明確區分有無不良事件的患者。

2.主動脈瓣狹窄(AS)

Kim等[37]納入了123例中重度的AS患者和32例健康對照，發現AS患者與健康對照組之間、中度與重度AS患者之間的整體峰值應變存在明顯差異。在67例無癥狀且射血分數保留的AS患者中有22例患者發生心血管事件，其二維整體縱向峰值應變(global longitudinal peak strain,GLPS)受損者預后較差，表明GLPS在預測無癥狀且射血分數保留AS患者的預后中具有價值。

此外，重度AS患者左室舒張末期容積越大，左室GLS受損越嚴重，左室纖維化程度越大，PH發生可能性越大[38]。

3.限制性心肌病(RCM)

心臟受累是AL-CA死亡率的主要決定因素，CMR-FT所測得應變與AL-CA患者全因死亡率相關。Illman等[39]運用CMR-FT回顧性分析75例新診斷的AL-CA患者，其中死亡患者共52例，存活患者的平均隨訪時間為1.7年，LVEF為58±13%。單因素分析中整體徑向(HR=0.95，P<0.01)、周向(HR=1.09，P<0.01)和縱向(HR=1.08，P<0.01)均與全因死亡率相關。多因素模型中徑向應變(HR=0.96，P=0.02)、環向應變(HR=1.09，P=0.03)和縱向應變(HR=1.07，P=0.04)與生物標志物3期(cTnT≥0.035 mg/L且NT-proBNP≥332 ng/L)相結合仍有較好的預后價值。

4.急性心肌梗死(AMI)

CMR-FT能為LVEF維持或僅中度降低的患者的預后提供獨立的預后信息。周向、徑向均勻性比估計值是所有時間點、所有可獲得節段應變空間均勻性的體現，由CMR-FT獲得的應變不同步性可區分心肌病患者和健康人群，且不需要特定的CMR序列，在臨床測量機械不同步性中具有較大潛力[40]。Stiermaier等[41]納入了1082例AMI患者，在AMI 3d后行CMR-FT檢查，臨床終點為12個月內主要不良心臟事件發生率(全因死亡、再梗死和新發充血性心力衰竭)。結果發現有嚴重心臟不良事件的患者與無事件組比較，其周向、徑向均勻性比估計值均較低。盡管均勻度比估計值不能提供整個隊列中獨立的預后信息，但在LVEF>35%(n=959)的AMI患者中，周向均勻度比估計值是預后的獨立預測因子，而LVEF與AMI患者的不良事件無關。

CMR-FT測得的GCS對AMI患者左室功能的預測具有獨立價值，評估左室GCS可預測首次AMI患者的長期預后，且左室GCS的預測能力相對于其他臨床和CMR指標相對遞增[42]。與釓對比劑延遲增強(late gadolinium enhancement,LGE)相比，用CMR-FT估計周向應變可客觀評估梗死范圍而不需使用對比劑，準確識別梗死合并為微循環障礙的心肌，評估心肌功能恢復情況[43-44]。

綜上所述，CMR-FT由于成像便捷、圖像空間分辨率高、參數測量靈活等優點，在HTN、HCM、CA、AS以及AMI等疾病均有臨床應用，而此類疾病均可能導致HFpEF。在針對HFpEF的功能評價、早期診斷和預后判斷中，CMR-FT可以提供心肌收縮的形態學特征、心臟舒縮功能，甚至是心臟病理學等幾乎所有分支的心室功能和組織改變，為臨床醫生的判斷以及診療方案的制定提供有力依據。與二維斑點追蹤超聲心動圖相比，CMR-FT在正常和疾病人群中的可重復性更高[45-46]。后續研究可通過CMR-FT研究不同病種導致HFpEF的原因及早期變化。

應用CMR-FT評價HFpEF具有較高的可行性，但CMR-FT目前相關疾病存在一定局限性：①CMR-FT廠家較多，其軟件和算法尚缺乏統一標準，不同廠家CMR-FT值不能通用[47]；②CMR-FT基于二維平面成像，其測量值可能受到三維跨平面運動干擾；③目前研究樣本量較小，且部分研究方向尚存在空白，有待未來開展。未來，CMR-FT可與人工智能、影像組學等技術結合，建立從數據到臨床結果的數學關系模式[48-49]，提高對于HFpEF相關疾病診斷的準確性，更合理、更優化地指導臨床應用。