心臟MR特征追蹤技術進展及其臨床應用

李坤成，張 振

(1.首都醫科大學宣武醫院放射與核醫學科，北京 100053；2.廣州中醫藥大學深圳臨床醫學院，廣東 深圳 518000)

心功能評估對指導臨床治療決策至關重要。射血分數(ejection fraction, EF)是評估心功能最常用指標，但通常僅可評估心臟整體收縮功能，用于早期診斷心功能障礙具有局限性。與EF不同，基于心肌形變分析獲得的應變(strain)、應變率(strain rate)和扭轉(torsion)等參數反映心肌本身的力學特性，可定量分析心肌整體及局部功能，是早期發現心肌功能障礙的敏感指標[1]。斑點追蹤超聲心動圖(speckle tracking echocardiography, STE)雖為評估心肌形變的首選影像學檢查方法，但聲窗狹窄、空間分辨率低及操作者依賴性高等缺點[2]使其臨床應用受到很大限制。心臟MR特征追蹤(cardiac MR feature tracking， CMR-FT)是基于常規心臟電影圖像的無創評估心功能的新技術，可用于多種心血管疾病的早期診斷、危險分層和預后評估，其評估心肌形變的價值已經心肌標記技術檢查結果驗證[3]。本文介紹CMR-FT技術的臨床應用進展。

1 CMR-FT評估心功能的基本原理

1.1 心肌應變 指心肌從初始長度(于舒張末期測量)到最大長度(收縮末期測量)的變形程度，包括徑向應變、周向應變和縱向應變；其計算公式如下：

ε(%)=(L-L0)/ L0×100%

式中ε代表應變，L和L0分別代表收縮末期和舒張末期的心肌長度。舒張末期至收縮末期，心肌厚度增加而周向和縱向心肌纖維縮短，其徑向應變以正值表示，周向應變和縱向應變均以負值表示。應變率定義為單位時間內心肌組織的形變速率，單位為s-1。

1.2 心肌扭轉 指左心室基底部呈順時針旋轉、心尖呈逆時針旋轉(從心尖部觀察)而形成的“擰毛巾”樣運動，目前以簡單扭轉、標準化扭轉及心功能評估作為衡量其程度的主要參數[4]。

1.2.1 簡單扭轉 即心尖逆時針旋轉減去基底順時針旋轉：

扭轉(°)=Ф心尖部-Ф基底部

1.2.2 標準化扭轉 通常稱之為“扭曲”，由扭轉(°)除以心尖部與基底部成像層面之間的距離D(cm)而獲得， D為每個層面的層厚和層間距之和，計算公式為：

標準化扭轉(°/cm)=(Ф心尖部-Ф基底部)/ D

1.2.3 圓周縱向剪切角 為以左心室長度和直徑校正后的扭轉，計算公式為：

圓周縱向剪切角(°)=(Ф心尖部-Ф基底部)×

(ρ心尖部-ρ基底部)/2D

其中ρ心尖部和ρ基底部分別代表心尖部和基底部的半徑。

應用后處理軟件勾畫心外膜和心內膜輪廓后，以CMR-FT通過光流技術完成對整個心動周期內心肌運動的追蹤[5]；可在長軸視圖中計算獲得縱向應變，于短軸方向測量周向和徑向應變。

2 CMR-FT在心血管疾病的臨床應用

2.1 亞臨床心肌功能障礙 高血壓、肥胖和糖尿病等均為心血管疾病危險因素，可引起心肌微血管缺血、心肌內纖維化或膠原降解產物沉積等微觀結構改變，進而導致心功能異常[6]。通過評估心肌形變可更早發現高血壓心臟病患者心功能受損，表現為徑向、周向和縱向應變測量值均顯著降低[7]。CMR-FT對于評估糖尿病前期和糖尿病患者左心室收縮和舒張功能早期改變具有潛在臨床應用價值；且普通人群糖化血紅蛋白水平升高與左心室舒張功能受損具有獨立相關性[8]。KALISZ等[9]以CMR-FT觀察無心血管疾病的肥胖受試者，發現其左、右心室應變參數均已發生顯著異常改變。

2.2 缺血性心臟病 CMR-FT診斷缺血性心臟病和評估預后的價值已得到證實。ZOU等[10]研究表明，心肌應變參數診斷心肌梗死的價值優于傳統心功能參數，評估局部心肌應變有助于鑒別心內膜下與透壁性心肌梗死。CMR-FT整體應變(特別是整體縱向應變)值是急、慢性心肌梗死患者發生不良事件和死亡的強力獨立預測因子[11-12]，應用CMR-FT可準確評估再灌注心肌梗死患者的左心室功能，且其預估死亡率的價值高于左心室EF和梗死面積值。一項針對心肌梗死患者的大規模CMR-FT研究[13]表明，評估局部心肌功能有助于對早期心肌梗死進行危險分層；相比EF值，根據心肌縱向應變值能更準確地評估預后。另有研究[14]結果顯示，對ST段抬高型心肌梗死患者，周向應變是預測心功能恢復的最佳因子，并可顯著提高單一延遲強化評估預后的價值。

2.3 心肌病

2.3.1 肥厚型心肌病 心肌形變可用于早期診斷肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy, HCM)。HCM早期既存在整體和局部心功能減弱，表現為左、右心室周向、縱向和徑向應變及應變率顯著減低[15]。對于存在肌小節突變的HCM患者，無論其是否已發生心肌肥厚，相比EF值，以CMR-FT評估心外膜和心內膜的周向應變均可更早地發現心肌收縮功能障礙，臨床前期與HCM患者心肌周向應變存在顯著壁間差異，可能與室壁增厚、心肌纖維化和心內膜功能障礙的聯合作用有關[16]。CMR-FT分析整體和節段心肌功能可比常規評估心功能更為敏感地發現早期心肌應變異常[17]。應用CMR-FT有可能優化HCM診療策略，于臨床前期階段即對疾病進行干預，以減輕HCM心肌收縮功能障礙和延緩心力衰竭(heart failure, HF)進展。

2.3.2 擴張型心肌病 CMR-FT可用于對擴張型心肌病(dilated cardiomyopathy, DCM)進行危險分層，評估心肌縱向應變可顯著增加EF、延遲強化和血清標志物[N末端B型腦鈉肽前體(N-terminal pro-B-type natriuretic peptide, NT-proBNP)]對DCM患者發生不良事件的預測價值[18-20]。一項大樣本多中心縱向研究[21]進一步證實，心肌縱向應變是缺血性或非缺血性DCM患者死亡的強力獨立預測因子：縱向應變每惡化1%，患者死亡風險增加89.1%；心肌周向應變則可作為DCM患者左心室EF恢復和心血管不良事件的獨立預測指標[21-22]。

2.3.3 限制性心肌病 限制性心肌病(restrictive cardiomyopathy, RCM)是一組異質性心肌疾病，通常由心肌僵硬度增加、心室充盈受損引起，心肌淀粉樣變性和心臟結節病是其主要病因[23]。即使在左心室功能保留患者中，心肌淀粉樣變后，局部和整體應變參數測值也顯著降低；釓對比劑延遲強化成像(late gadolinium enhancement, LGE)中，峰值徑向應變是檢出心肌淀粉樣變的敏感且特異的參數[24]。心臟輕鏈淀粉樣變患者整體峰值縱向、周向和徑向應變均顯著降低，即使左心室EF保持不變者也是如此[25]。對于結節病患者，早期檢測和監測心臟受累率至關重要。DABIR等[26]以CMR-FT評估61例經活檢證實的結節病患者，無論CMR表現正常與否，其縱向應變均顯著降低；而周向應變參數僅在CMR異常的心臟結節病患者有所降低，提示縱向應變可成為早期診斷心臟結節病的指標。

2.4 心肌炎 心肌炎是年輕人心源性猝死的最常見原因之一，亦為其他心肌疾病(如DCM和致心律失常性右心室心肌病)的重要潛在病因；早期診斷心肌炎有利于改善預后[27]。對擬診急性心肌炎者，可根據CMR-FT所示心肌應變值區分心肌炎患者與健康人，尤其整體收縮峰值縱向和周向應變診斷心肌炎的準確性更佳[28]；心肌應變指標對改善心肌炎危險分層和評估預后的效果優于左心室EF和LGE[29-30]。

2.5 HF 根據左心室EF對HF患者進行分類時，左心室EF<40%為EF降低型HF(HF with reduced EF, HFrEF)，左心室EF在中等范圍(40%～49%)為EF中等HF(HF with mid-range EF, HFmrEF)，左心室EF≥50%為EF保留型HF(HF with preserved EF, HFpEF)[31]。一項研究[32]以CMR-FT評估HFpEF、HFrEF和無HF患者，發現周向和縱向應變值均與患者住院率和死亡率獨立相關，尤其縱向應變識別收縮功能不全和預測HF結局均優于左心室EF。PARK等[33]對4 172例HF患者進行縱向應變研究，結果進一步證實縱向應變是HFrEF、HFmrEF和HFpEF患者死亡率的獨立預測因子，超過95%的HF患者(包括HFpEF患者)縱向應變降低。

2.6 先天性心臟病 CMR-FT用于先天性心臟病已成為臨床研究熱點，特別是復雜畸形術后評估和指導選擇再次干預時機。單心室患者心功能顯著減低，表現為左心室縱向應變、周向應變和周向應變率均下降[34]；法洛四聯癥修復后心房功能障礙表現為左心房容積未擴大時左心房應變和應變率顯著降低[35]。CMR-FT還可評估心室間的相互作用：法洛四聯癥修復術后殘留右心室流出道阻塞可能有助于防止右心室應變降低、導致右心室-左心室相互作用更強和心室間非同步化減少，可能對早期右心室重構具有保護作用[36]。

3 CMR-FT的局限性和展望

CMR-FT基于對常規電影圖像的后處理分析，便于臨床推廣應用，但仍有一定局限性。首先，為剔除圖像質量欠佳的心肌節段，需要手工勾畫心室輪廓，并對追蹤質量的自動評估結果進行標準化處理；其次，以不同后處理軟件所獲測量值有所差異，各供應商之間應形成統一的工作協議，以確保測量值的可比性；再次，目前CMR-FT僅限于二維采集，期待應用平面運動修正和三維CMR-FT采集技術，以提高評估心肌形變的準確性和可重復性。相信在不遠的將來，CMR-FT將成為臨床常規技術而得到普遍應用。