Quantitative analysis of left ventricle myocardial fibrosis in patients with atrial fibrillation by cardiac MRI

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(1.Department of Radiology, 2.Department of Cardiology, Beijing Anzhen Hospital,Capital Medical University, Beijing 100029, China； 3.Department of Radiology,Northern Hospital, Beijing 100089， China)

Quantitative analysis of left ventricle myocardial fibrosis in patients with atrial fibrillation by cardiac MRI

MAXiaohai1*,ZHAOLei1,LISongnan2,BAIRong2,LIUNian2,SHENHongwei3,CHENHui1,WANGZheng1,FANZhanming1

(1.DepartmentofRadiology, 2.DepartmentofCardiology,BeijingAnzhenHospital,CapitalMedicalUniversity,Beijing100029,China； 3.DepartmentofRadiology,NorthernHospital,Beijing100089，China)

Objective To evaluate the diffuse myocardial fibrosis of the left ventricle (LV) in patients with atrial fibrillation (AF) by cardiac MR (CMR) T1 mapping methods. Methods Totally 60 subjects (30 paroxysmal AF patients and 30 persistent AF patients) and 59 normal control underwent MR cardiac cine, late gadolinium enhancement, and LV T1 mapping. For T1 mapping, modified Look-Locker inversion recovery sequence was used. Compared with control, pre-contrast ventricular T1 times were quantified and extracellular volume (ECV) was calculated. Results All subjects completed the CMR exam, no myocardial delay enhanced lesion was found. Pre-contrast ventricular T1 time in healthy controls was lower than that in patients with persistent and paroxysmal AF, and the pre-contrast ventricular T1 time in persistent AF patients was higher than that of paroxysmal AF patients (allP<0.05). The mean LV myocardial ECV had no statistical difference between healthy controls and paroxysmal AF patients (P>0.05), while lower than persistent AF patients (P<0.05). The mean LV myocardial ECV in patients with persistent AF was larger than that in patients with paroxysmal AF (P<0.05). LV functional indexes were positive correlated with pre-contrast ventricular T1 time and ECV in patients with AF (allP<0.05). Conclusion There is LV myocardial fibrosis in patients with AF, and the degree in patients with persistent AF is more severe than that in patients with paroxysmal AF.

Magnetic resonance imaging; T1 Mapping; Extracellular volume; Myocardial fibrosis; Atrial fibrillation

心房颤动(房颤)常见于心功能不全，特别是舒张性心功能不全患者[1]。心力衰竭(心衰)合并房颤可增加不良心脑血管事件的风险[2]。病理研究[3]证实，房颤患者存在左心室弥漫心肌纤维化。MR纵向弛豫时间(T1 mapping)成像研究[2,4]显示，房颤患者左心室心肌间质纤维化与心功能不全密切相关。合并房颤的心功能不全患者较无房颤患者预后更差，对房颤患者进行干预治疗，如导管消融术，无论房颤是否复发，均能改善患者心功能。房颤与心力衰竭常并存且均影响患者预后，因此，对二者之间相关作用的理解尤为重要。本研究对房颤患者进行T1 mapping成像，并计算细胞外容积(extracellular volume, ECV)，与正常对照组进行比较，为制定心力衰竭合并房颤患者的治疗策略提供定量化数据支持。

1 资料与方法

1.1一般资料 收集2016年3月—9月在我院就诊的房颤患者60例(房颤组)，男30名，女30名，年龄36～75岁，平均(56.1±19.0)岁，其中阵发性房颤30例、持续性房颤30例。入组标准：①过去6个月内，心电图或动态心电图等工具曾确切记录到房颤发作(>30 s)；②阵发性房颤为房颤发作7天内可自行终止；持续性房颤为房颤发作持续时间超过7天或需要电复律进行转律。排除标准：合并瓣膜病、冠心病的房颤患者，有MR检查禁忌证的患者。收集同期年龄、性别相匹配的健康的志愿者59名作为对照组，男30名，女29名，年龄37～75岁，平均(55.0±17.9)岁。所有受试者均进行心脏MR检查。本研究通过伦理委员会批准，所有受检者均签署知情同意书。

1.2仪器与方法 采用Siemens Verio 3.0T MR扫描仪及32通道表面相控阵心脏线圈。成像序列：①心脏电影成像：扫描范围包含左心室基底段至心尖段在内的左心室短轴、长轴和四腔心层面，TR 3.4 ms，TE 1.7 ms，FOV 286 mm×340 mm，矩阵216×256，时间分辨率40 ms，层厚8 mm。②延迟增强成像，采用二维相位敏感反转恢复快速小角度激发序列，经肘正中静脉注入对比剂马根维显，流速2 ml/s，0.2 mmol/kg体质量，延迟5～10 min采集左心室短轴、两腔心和四腔心层面图像。TR 4.1 ms，TE 1.6 ms，TI 300 ms，翻转角20°，FOV 260 mm×350 mm，矩阵130×256，层厚8 mm。③T1 mapping成像，采用运动自动矫正反转恢复真实稳态自由进动(SSFP-based modified look-locker inversion recovery, MOLLI)序列，扫描范围包含左心室3层短轴层面(基底段、中间段及心尖段)，TR 2.8 ms，TE 1.18 ms，翻转角35°，FOV 270 mm×320 mm，矩阵144×256，层厚10 mm，并行采集加速因子2。为保障房颤心律下获得清晰准确的图像，T1 mapping成像采用收缩期并心率依赖(heart rate dependent, HRD)采集模式[5]。收缩期采用触发延迟时间为0。对于HRD采集模式，依据真实扫描前观察到的最高心率决定间隔心跳次数。④对比增强T1 Mapping成像，静脉注入对比剂后约15 min重复采集前述短轴层面的T1 Mapping图像，扫描序列、参数同前。T1 Mapping图像质量控制：检查过程中对生成的T1 Mapping序列图像进行即刻判断，图像存在伪影的层面立即重复扫描，图像无明确伪影后再进行下一层面扫描。于检查当日在进行MR检查前采集静脉血，获取红细胞比容。

1.3图像分析 采用Siemens Argus后处理工作站。

1.3.1 心功能测量 载入全部从基底段至心尖段左心室短轴电影图像，选取左心室舒张末期和收缩末期图像，软件自动识别、必要时手动调整左心室心内膜和心外膜边界。软件自动计算并输出心功能参数指标，记录左心房容积、左心室射血分数(left ventricular ejection fraction, LVEF)、左心室舒张末期容积(end-diastolic volume, EDV)、左心室收缩末期容积(end-systolic volume, ESV)、每搏输出量(stroke volume, SV)、心输出量(cardiac output, CO)和心肌质量(myocardial mass, MM)。

1.3.2 延迟强化图像定性分析 在阅读全部延迟强化图像后确定是否存在延迟强化病灶。

1.3.3 定量分析T1 Mapping图像 手动勾画增强前、后每一层面图像左心室心内膜和心外膜边界，软件自动计算并输出该层面勾画的闭合范围内增强前、后心肌的平均T1值(T1myopre，T1myopost)。测量时尽量避开左心室血池(接近心内膜)及心包脂肪(接近心外膜)等可能产生部分容积效应的区域。采用ROI工具勾画增强前、后每一层面图像左心室血池轮廓，软件自动计算并输出该层面增强前、后血池平均T1值(T1bloodpre，T1bloodpost)。记录左心室基底段、中间段及心尖段层面的心肌及血池增强前、后的T1平均值。受试者左心室整体T1值(分别为增强前、后及血池)=受试者3层T1值之和/3。采用公式：

计算获得受试者左心室ECV。

1.4统计学分析 采用SPSS 17.0统计分析软件。计量资料用±s表示。2组间计量资料或计数资料的比较采用两独立样本t检验或χ2检验；3组间的比

较采用单因素方差分析，两两比较采用SNK法。房颤患者增强前T1值、ECV与心功能相关性采用Pearson相关分析。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

全部受试者均完成检查，均未见心肌延迟强化。受试者一般资料、心功能参数见表1，房颤组与对照组间左心房容积、LVEF、EDV、ESV、SV、MM和CO差异均有统计学意义(P均<0.05)。

阵发性房颤亚组、持续性房颤亚组、对照组左心室心肌增强前T1值、ECV差异均有统计学意义(P均<0.05)。两两比较，对照组左心室心肌增强前T1值小于阵发性房颤亚组及持续性房颤亚组(P均<0.05)；持续性房颤亚组左心室心肌增强前T1值大于阵发性房颤亚组(P<0.05，图1)。对照组左心室心肌ECV小于持续性房颤亚组(P<0.05)，与阵发性房颤亚组比较差异无统计学意义(P>0.05)；持续性房颤亚组左心室心肌ECV值大于阵发性房颤亚组(P<0.05)，见表2。

表1 房颤组和对照组一般资料和心功能参数比较

图1 持续性房颤患者延迟强化、T1 mapping图像 A～C.基底段、中间段、心尖段延迟强化短轴图像，未见局限性延迟强化病灶； D～F.为对应的增强前T1 mapping图像，左心室心肌T1值弥漫性增高，T1均值为1 430.6 ms

表2 房颤组与对照组左心室心肌增强前T1值及ECV的比较(±s)

表2 房颤组与对照组左心室心肌增强前T1值及ECV的比较(±s)

组别T1值(ms)ECV(%)房颤组 阵发性房颤亚组1296．98±52．6127．98±3．59 持续性房颤亚组1311．41±52．3929．94±4．26对照组1256．53±32．7626．79±2．74F值28．3619．87P值<0．0010．001

房颤患者左心室心功能指标LVEF、EDV、ESV、SV、MM、CO与左心室增强前心肌T1值呈正相关(r=0.79、0.74、0.82、0.71、0.69、0.75，P均<0.05)；与左心室ECV呈正相关(r=0.83、0.81、0.80、0.79、0.75、0.78，P均<0.05)。

3 讨论

目前已有大量研究[6-7]探讨了心肌纤维化与各种心血管疾病诊断、预后之间的关系，并且认为心肌纤维化及其严重程度与不良预后相关。由于MR组织分辨率高，MR延迟强化成像在评价心肌组织活性方面较其他检查手段更具优势，是目前无创评价心肌组织活性的金标准[8]。大部分探讨心肌纤维化与心血管疾病预后的研究均采用MR作为检测心肌纤维化的主要手段。但传统的MR延迟强化成像，在注射对比剂后，需借助“正常”心肌作为背景，显示存留对比剂的纤维化组织。因此，传统MR延迟强化成像只能检出局灶性心肌纤维化。研究[9]发现，以各种心脏病接受心脏移植或肥厚型心肌病接受外科手术切除部分心肌的患者为研究对象，与组织病理检查对比，MR延迟强化成像诊断为正常的心肌组织中，亦存在不同程度的异常胶原纤维组织。因此，传统MR延迟强化成像存在低估心肌纤维化程度的可能，在评价心肌纤维化累及范围或弥漫心肌纤维化方面受到限制。本研究中房颤患者均未见心肌延迟强化，但左心室T1值及ECV均高于对照组，提示存在心肌纤维化，表明延迟强化成像可能低估纤维化程度。

目前检测心肌纤维化的金标准是心内膜活检。但心内膜活检难以避免手术风险和由于取材位置选择不当导致的漏诊。T1 mapping是近年兴起的MRI定量化测量心肌弥漫纤维化的方法。主要参数包括增强前T1值测量、增强后心肌T1值测量和计算ECV。心肌增强前T1值反映心肌细胞和细胞外间隙的综合信号，ECV反映细胞外间隙占左心室容积的比率[10]。随着对T1 mapping技术的深入研究，目前认为增强后心肌T1值受多种因素，如心率、肾小球率过滤等影响，其准确率及可重复性不如心肌增强前T1值及ECV[10-11]。ECV是基于T1 mapping技术计算获得，稳定性高。目前推荐采用增强前T1值和ECV作为评价的主要指标[10]。因此，本研究未进行单独增强后心肌T1值的分析。与病理结果对比发现，T1 mapping成像的相关参数指标可准确评价心肌纤维化程度[10]。由于MRI空间分辨率限制，目前主要用于左心室心肌的纤维化评价。T1 mapping及ECV测量为左心室心肌纤维化的早期诊断和指导治疗提供帮助。

房颤常伴发于多种缺血性/非缺血性心肌病，与主要不良心血管事件相关[12]。研究[2-4]显示，房颤患者存在左心室弥漫心肌纤维化。本研究发现与健康人左心室心肌T1值和ECV比较，房颤患者增强前T1值和ECV显著升高，房颤患者存在左心室心肌纤维化；且持续性房颤患者以上参数高于阵发性患者，提示持续性房颤患者心肌纤维化程度更严重，可能与严重的房颤负荷引起持续血流动力学改变导致心肌损害有关。本研究房颤患者延迟强化均为阴性结果，考虑左心室主要为弥漫性心肌纤维化改变；为反映弥漫性病变特点，笔者测量了左心室心肌增强前T1值和ECV的均值而未对各心肌节段间分析比较。心肌纤维化导致心肌僵硬度增加，舒张功能减低，影响患者预后。而有效的干预治疗，有可能逆转心肌间质性纤维化[13]。T1 mapping成像定量左心室心肌纤维化程度，可用于随访治疗效果。本研究结果提示房颤患者存在左心室纤维化，但心室纤维化在房颤病生理过程中的意义尚需进一步随访。本研究结果显示，心肌增强前T1值和ECV均与患者心功能各项指标存在相关性，二者代表的组织特性是否存在临床意义的差异，尚需扩大样本量进一步分析。

总之，与健康人比较，房颤患者存在左心室弥漫心肌纤维化，且持续性房颤患者左心室心肌纤维化程度较阵发性房颤患者更严重。T1 mapping成像可用于定量评估房颤患者左心室弥漫心肌纤维化，为理解房颤病生理改变及与心功能关系提供新的检测手段。

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国家自然科学基金(81101173、81671647)、北京市卫生系统高层次卫生人才培养计划(2013-3-005)、首都卫生发展科研专项基金(首发2016-4-2063)、北京市优秀人才培养资助(2015000021469G196)。

马晓海(1976—)，男，河北石家庄人，博士，主任医师、教授。研究方向：心血管疾病影像诊断

马晓海，首都医科大学附属北京安贞医院医学影像科，100029。E-mail: maxi8238@yahoo.com

2016-12-01

2017-03-17

心房颤动患者左心室心肌纤维化的MR定量分析研究

马晓海1*，赵 蕾1，李松南2，白 融2，刘 念2，申红卫3，陈 辉1，王 铮1，范占明1

(1.首都医科大学附属北京安贞医院医学影像科，2.心内科，北京 100029；3.北方医院放射科，北京 100089)

目的 采用MR纵向弛豫时间(T1 mapping)定量评估心房颤动(房颤)患者左心室心肌纤维化情况。方法 连续入组60例房颤患者(持续性房颤30例、阵发性房颤30例)和59名正常对照，均接受心脏MR检查，分别行心脏电影成像和延迟增强成像，并采用运动自动矫正反转恢复真实稳态自由进动序列进行T1 mapping成像。测量左心室心肌增强前T1值并计算细胞外容积(ECV)，并与正常对照比较。结果 所有患者均完成心脏MR检查，未见心肌延迟强化。正常对照左心室增强前心肌T1值小于阵发性房颤患者及持续性房颤患者，且持续性房颤患者左心室增强前心肌T1值高于阵发性房颤患者(P均<0.05)。正常对照左心室心肌ECV与阵发性房颤患者差异无统计学意义(P>0.05)，而小于持续性房颤患者(P<0.05)，持续性房颤患者左心室心肌ECV大于阵发性房颤患者(P<0.05)。房颤患者心功能各项指标与左心室增强前心肌T1值、ECV均呈正相关(P均<0.05)。结论 房颤患者存在左心室心肌纤维化，且持续性房颤患者较阵发性房颤患者更严重。

磁共振成像；纵向弛豫时间定量成像；细胞外容积；心肌纤维化；心房颤动

R541.75; R445.2

A

1003-3289(2017)08-1134-05

10.13929/j.1003-3289.201612003