磁共振心肌组织追踪技术定量评估高血压性心脏病左心室心肌形变

时园园，张勇，程敬亮，张文博，金红瑞，文萌萌

高血压是已知引起左心室肥厚(left ventricular hypertrophy，LVH)的最常见原因，并可发展为与心力衰竭相关的高血压性心脏病(hypertensive heart disease,HHD)[1]。HHD的病理生理改变主要是左室舒张功能下降，左室收缩功能在代偿期较正常生理状态增强，在失代偿期有所下降，此时HHD患者的心肌细胞收缩能力亦等同于或略低于正常生理状态[2]。因此，能早期发现左室收缩功能失常对HHD的早期诊断及治疗效果的评估有重要作用。心血管磁共振(cardiovascular magnetic resonance，CMR)是近年发展较快的影像学技术，因其具有较高的时间分辨力、空间分辨力、软组织对比度和不依赖于心脏几何形态假设等优势，可以准确获得多个用于评价心脏舒张功能的指标，如左室心肌质量、左房大小、心肌应变、左室充盈率、心肌运动的同步性和心肌的延迟强化等,CMR已得到越来越广泛的应用[3-4]。对左心室功能的客观评估是CMR的最重要任务之一，应用心肌形变技术评估心肌收缩功能障碍可以区分各种心肌疾病并且评估预后，已用于多种心脏疾病的研究[5]。本研究应用磁共振心肌组织追踪技术定量评估HHD左心室心肌形变力的改变及与心功能改变的相关性。

材料与方法

1.一般资料

连续性搜集2017年1月-2019 年9月本院HHD患者51例，年龄28～69 岁。纳入标准：①患者静息5 min后，将右臂置于心脏水平进行血压测量，每次测量间隔≥2 min，连续测量3次，平均血压≥140/90 mmHg者；②没有抗高血压治疗；③CMR或超声心动图上没有其他检测到的心脏病。所有参与者均具有正常的窦性心律，并且在心电图(ECG)上没有束支阻滞，预激发或缺血性心脏病的迹象。同时招募37名健康志愿者，年龄27～71岁，均无心血管疾病史，体格检查、心电图及超声心动图均正常。本研究经本院伦理委员会审核批准，所有受检者均签署知情同意书。

2.设备和扫描方案

采用Siemens Skyra 3.0T MR成像仪；18通道表面相控阵线圈；MRI兼容PERU心电门控板；Medrad SS3.0 MR高压注射器。对比剂采用马根维显(469.01 mg/mL，拜耳先灵)。被检者平静状态，心率整齐，检查前训练被检者呼气末屏气。心脏电影成像扫描：首先使用快速小角度激发成像(fast low angle shot imaging,FLASH)序列进行心脏形态扫描，快速取得心脏横轴面、矢状面、冠状面图像；然后在心脏矢状面图像上定位扫描，获得覆盖心尖至主动脉根部的心脏假短轴位图像。采用Siemens DOT 定位方法，在心脏假短轴位图像上分别将定位坐标放置于左心房中心、主动脉根部、右心室角、二尖瓣中心和心尖位置，于屏气状态下即可快速扫描取得标准左心室长轴二、三、四腔心定位图像。左心短轴定位扫描一般取6～12 层，定位线垂直于心尖至二尖瓣中点的连线。心脏电影成像采用真实稳态自由进动(true fast imaging with steady precession，TrueFisp)序列，对左心室长轴(二、三、四腔心)及短轴逐层扫描，扫描主要参数：TR 45.64 ms，TE 1.43 ms，FA 80°，层厚8 mm。

3.MR图像处理分析

图像扫描完成后传送至Syngo.via图像工作站，分析软件为(CVI.42，Circle Cardiovascular Imaging)。左心功能处理：在逐层左心室短轴层面连续性图像中，选取心腔最大面积者为舒张末期图像，心腔最小面积者为收缩末期图像。采用半自动法逐层勾画左心室短轴位舒张末期及收缩末期图像的心内膜和心外膜轮廓，排除乳头肌及血池(图1)，软件可生成所需左心室各项心功能参数：射血分数(ejection fraction，EF)、舒张末期容积(end-diastolic volume，EDV)、收缩末期容积(end-systolic volume，ESV)、每搏出量(stroke volume，SV)、排出量(cardiac output，CO)、左心指数(cardiac index，CI)、左室收缩期质量(Myo Mass Syst)及舒张期质量(Myo Mass Diast)。所有图像均采用双盲法对比处理分析，由两名经验丰富的医师独立完成，当存在意见不同时经讨论达成一致。全局左室形变力：对于左室短轴(图1)和长轴视图(图2)的应变分析，应根据美国心脏协会的标准16段LV模型(图3)。心内膜和心外膜边界最初设置在标准电影SSFP短轴和长轴图像的舒张末期，软件通过比较最初绘制的边界的特征相对于彼此的移动，从图像得到所需参数(图4)：全局轴向峰值形变(global peak strain radial，GPSR)，全局周向峰值形变(global peak strain circumferential，GPSC)，全局纵向峰值形变(global peak strain long，GPSL)。

图1 左室短轴位。 图2 左室长轴位。 图3 美国心脏协会的标准16段LV模型。

图4 心肌全局形变力参数线图。

4.统计学方法

结 果

1.临床特征

研究人群的临床特征见表1。51名HHD患者中，EF<50%的HHD患者平均年龄50.4±11.3岁，EF>50%的HHD患者26名，平均年龄48.6±10.8岁；37名健康志愿者平均年龄46.8±12.9岁。在10项基本临床特征参数中，HHD患者与健康志愿者平均年龄和心率(heart rate，HR)差异无统计学意义(P>0.05)，EDV、ESV、SV、EF、CO、CI、Myo Mass Diast、Myo Mass Syst这8项参数差异具有统计学意义(P<0.05)；进一步进行两两组间比较，各组间差异见表2。

表1 HHD患者与健康志愿者的临床特征及左心室心功能参数的比较

表2 左心室心功能参数的组间差异

2.全局形变

研究人群全局形变见表3所示，在3项全局形变参数中，GPSR、GPSC、GPSL这3项参数的差均异具有统计学意义(P<0.05)；进一步进行两两组间比较，各组间差异见表4。

表3 HHD患者与对照组的比较

表4 全局形变力(GPSR、GPSC、GPSL)的组间差异

3.项临床特征与全局形变的相关性分析

进一步研究各项临床特征及心功能参数年龄、EDV、ESV、SV、EF、CO、CI、HR、Myo Mass Diast、Myo Mass Syst与全局形变各项参数间的相关性见表5。全局形变(GPSR、GPSC、GPSL)与年龄、CO无相关性，与EDV、ESV、EF、Myo Mass Diast、Myo Mass Syst分别呈明显相关(P<0.01)，与SV、CI、HR分别呈轻度相关(P<0.05)。

表5 项临床特征及左心功能参数与全局形变力相关性分析

讨 论

高血压是最常见的心血管死亡原因，它可导致以LVH为主要代偿机制的HHD。LVH是心肌细胞对各种刺激引起的心肌细胞肥大的反应，是对后负荷增加的一种代偿机制[6]。多年来，ECG和超声心动图一直是评价HHD的主要方法，但ECG对LVH的评估缺乏敏感性和特异性[7]。超声心动图对HHD的诊断和治疗评估等方面具有重要的诊断价值[8]，但超声心动图是基于几何指数评价左室变形，不能区分室间隔及左室后壁的功能[9]。与超声心动图相比，CMR不需要几何假设，具有更高的可重复性[10]。CMR通过测量各项左心室心功能参数可以更好地了解HHD的病理生理，促进更准确的风险分层和个性化治疗[11]。本研究利用CMR获得各项左心功能参数，研究发现HHD患者左心功能参数(左室射血分数，LVEF)较正常对照组显著降低，而左室EDV、ESV、左室收缩期及舒张期心室质量明显增加(P<0.05)，此结果也进一步验证了HHD患者左心室收缩功能及舒张功能障碍，并与Giesbrandt等[12]的研究相一致。且在HHD发病早期，射血分数仍大于50%时，患者左室EDV、ESV、左室收缩期及舒张期心室质量已经出现异常。证明CMR能够对HHD的早期临床诊断和治疗提供重要参考依据。

心血管磁共振特征追踪技术(cardiovascular magenetic resonance feature tracking，CMR-FT)利用CMR的稳态进动快速成像序列(SSFP)/平衡梯度回波电影序列(BTFE)，在CMR的长轴和短轴图像上量化总体和局部心肌运动和形变[13]。Augustine等[14]研究发现CMR-FT技术不需额外的图像采集和后处理，且具有耗时更短，MR场强对测得的应变参数无明显影响等优点。本研究利用CMR-FT技术获得各项心肌形变的参数，通过研究高血压心脏病在疾病早期及临床期的全局形变变化，为临床诊断和治疗提供参考依据。心肌形变是指心肌收缩引起的形态变化，以指定方向在心脏周期中的收缩长度ΔL变化与基本心肌节段长度L的百分比(即ΔL/L)，伸长产生正应变值，缩短产生负应变值[15]。本研究中GPSR为正应变值、GPSC为负应变值、GPSL为负应变值。当HHD患者的EF仍表现正常(EF>50%)时，GPSR和GPSL就已经可以检出左室功能的异常，且随着EF的进一步减低左室形变能力逐渐下降。因此，GPSR和GPSL比常规左室功能参数对早期HHD患者心功能障碍的检出敏感性更高。

在进一步研究年龄及左室各项心功能参数与全局形变各项参数之间的相关性发现，全局形变(GPSR、GPSC、GPSL)与年龄、CO无相关性，与EDV、ESV、EF、Myo Mass Diast、Myo Mass Syst分别呈明显相关(P<0.01)，与SV、CI、HR分别呈轻度相关(P<0.05)。这一结果表明年龄对全局形变的影响不大，因此能够更加客观的反映高血压对心肌功能的影响。全局形变与左心功能的明显相关性一定程度上解释了HHD早期EF值尚无异常时，EDV、ESV及左室质量出现异常改变的病理原理，且全局形变随着HHD患者左室功能减退而降低。因此，全局心肌形变能够为HHD的临床分级诊疗提供重要依据。

总之，基于CMR-FT技术对心脏全局形变的定量分析有助于早期发现高血压心脏病患者亚临床心功能障碍，并可以用于监测疾病进展和预测疾病的结局，一定程度上揭示了心肌病中心肌的生理和病理状况。