心脏磁共振在肥厚型心肌病心肌应变力分析中的应用进展

杨馨尧，吴江

肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy，HCM)是一种临床表型多样的遗传性心肌病，以心室非对称性肥厚为解剖特点，室间隔增厚最为常见，具有心源性猝死的高风险，是青少年运动猝死的主要原因之一，因此HCM 的早期诊断在病程进展中至关重要，当前对HCM 患者的诊断评估主要依靠心电图以及超声心动图[1]。在临床上广泛应用的超声心动图有操作简便快捷、价格低廉等优点，但由于HCM 表型多样，超声作为常规检查具有一定的局限性。心脏磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)以其多方位、多序列、多参数等独特优势，越来越成为一种重要的心脏成像技术。磁共振心肌应变力分析能够反映整体和局部心肌的形变及速度，可以作为评价心脏收缩舒张功能的一项新兴指标，与传统的左心室射血分数等参数对比，能够在早期详细地分析评估心肌整体和局部运动及功能，对于心脏疾病的早期诊断、及时治疗和预后评估都具有重要的参考价值[2]。本文将CMR 在HCM 心肌应变力分析的应用进展作一综述。

1 心肌应变力的概述及应用技术进展

1.1 概述

心肌应变(myocardial strain，MS)是指心肌在心动周期中运动产生的形变，即心肌形变量占原始心肌的百分比，反映心肌的伸展或收缩，增厚或变薄[2]。Lagrangian 公式中定义为：ε=(L-L0)/L0；其中，ε 为应变，L0为最初的长度值，L 为测量时的长度[3]。心肌应变率是指心肌发生形变的速度，反映了单位时间内心肌的形变程度。由于左心室心肌是由3 个不同方向层的纤维组成，即心内膜下层从基部到心尖的纵向纤维，中层为圆周取向，心外膜下层的纤维纵向从心尖指向基部，决定了左室在收缩期时发生纵向、周向缩短，径向增厚及扭转的变形[4]。心肌应变力分析的常规参数一般包括纵向应变(longitudinal strain，LS)、径向应变(radial strain，RS)、周向应变(circumferential strain，CS)及旋转角度(rotational angle，RA)。最近还有研究提出了3D主应变[5]，即局部主要应变，在不忽略剪切变形的情况下，描述网格各单元变形的总体方向(主方向)上的应变。在短轴平面上，周向应变与心肌心外膜表面相切，径向应变垂直于心室腔的周向，纵向应变垂直于径向轴，并从心底部指向心尖部[6]。当左室收缩时，室壁增厚，心肌变短，因此定义径向应变为正值，周向应变和纵向应变为负值。

1.2 心肌应变的应用技术进展

目前在磁共振成像技术中用于心肌应变力分析的主要有组织标记技术(tissue tagging)和特征追踪技术(feature tracking，FT)，最近有文献报道了一项磁共振成像新技术也可以用于评价心肌应变力即心脏形变分析(heart deformation analysis，HDA)[7]。

1.2.1 组织标记技术

组织标记技术是通过垂直于成像平面的射频预脉冲，在舒张末期产生叠加在心脏图像的可追踪性标记线，在磁共振成像心动周期电影中获取网格并追踪其形变，测量标记线形变和相邻标记线间距变化，通过后处理软件分析计算局部心肌应变参数[8-9]。然而舒张早期存在可致标记消退的弛豫，降低了舒张末期心肌应变的定量准确性。目前应用的空间磁化调制(spatial modulation of magnetization，SPAMM)序列及其互补方法补偿空间磁化调制(complementary spatial modulation of magnetization，CSPAMM)可降低标记消退而改善舒张功能成像，对每一层面进行两次成像，获得两幅图像后相减，滤掉大部分背景和噪声，得到高质量的图像[8]。但由于其需要特定的扫描序列、扫描时间长、可能在心内膜边界产生欠清晰的标记线、分辨率欠佳等局限性，导致组织标记技术对于心肌应变力的分析未能成为临床标准。

1.2.2 特征追踪技术

目前在心肌应变的研究中广泛应用特征追踪技术。特征追踪技术基于功能性电影成像序列即稳态自由进动序列(steady state free precession，SSFP)，通过在变暗的心肌和明亮的血池之间产生对比，描绘出心内膜和心外膜的边界，然后CMR-FT 软件自动跟踪内外膜在整个心动周期的运动，再计算出心肌应变、应变率等参数，定量评估心肌整体及局部运动情况[9-10]。CMR-FT 不需要额外特殊扫描序列，后期处理相对简单，因而能够广泛应用[9]。

大量研究结果证实，CMR-FT 对于整体应变测量比局部测量重复性更佳，并且对于整体周向、纵向应变的评价有较好的重复性，而在整体径向应变存在较大的变异性，与组织标记技术的结果存在一定的相关性[11-12]。然而就目前的研究表明，局部应变测量还存在较大的差异性，Wu等[13]使用CMR-FT评价中层心肌时，节段性收缩期峰值周向应变以及达峰时间的组内和组间的一致性大大降低，因此，当前CMR-FT 技术评价心肌中层尚未应用于临床和研究目的。

1.2.3 心脏形变分析

心脏形变分析是一种近期才发展起来的追踪心肌运动的技术，其利用图像形变配准算法(deformable registration algorithms，DRA)在传统平衡稳态自由进动序列的基础上追踪心肌运动，然后逐像素分析整个心脏的形变[14]。HDA能够在现有电影图像上定量得出整体功能、形态改变及局部运动参数，不需要额外扫描序列。有研究证明[15]与FT相比，DRA分析对于节段性心肌应变变异性更低且在观察者内和观察者间重复性更好，DRA 分析的整体圆周应变(global circumferential strain，GCS)在HCM 和对照组之间的区别中准确性更高，因此DRA 有望成为一种临床综合评估整体和局部心肌收缩功能的稳健工具。目前关于DRA 的研究较少，仍需要进一步的研究来证明。

2 HCM心肌应变力的应用进展

2.1 非对称性肥厚型心肌病

非对称性室间隔肥厚是HCM 最常见的形态学表型，占60%～70%的病例[16]。在这类HCM 中，室间隔不成比例地肥大而无心室增大。室间隔肥大可能是局灶性的，仅局限于基底段、中段或远段，有时也可能涉及整个间隔，甚至可能延伸至左室前壁或下壁。当室间隔厚度大于或等于15 mm 或室间隔与左心室下壁厚度之比大于1.5 时，诊断为非对称性室间隔肥厚[17]。HCM 的常见组织病理学改变是左室重量增加和室壁增厚，肌层细胞紊乱、心肌细胞肥大，可能存在或不存在明显的散在斑片状纤维化[18]，这些病理改变可导致相应节段心肌运动异常。

Xu等[6]、Vigneault等[19]均在研究中证实不仅肥厚节段心肌存在心肌应变降低，而且非肥厚节段的各项参数也低于正常对照组，表明即使心肌厚度正常也存在收缩异常。喻思思等[20]通过分析60 例非对称性室间隔肥厚的HCM 患者，同样得出心肌应变降低早于心肌形态改变；并且认为相对于左室射血分数等评估，利用CMR-FT 分析的心肌应变力能够较早直接地发现HCM 的心肌功能障碍，而且相比于周向应变及径向应变，整体纵向应变受损更早更重。吴昊等[21]对比了梗阻性和非梗阻性两组HCM 患者，研究证实相较于梗阻性HCM 患者，非梗阻性HCM患者左心室壁应变力显著降低，说明非梗阻性HCM患者心肌应变力整体降低与较早发生不良心血管事件相关，提示心肌应变力对判断预后具有很高的参考价值。Williams等[22]将各50 例梗阻性和非梗阻性肥厚型心肌病患者与50 名对照者进行比较，利用CMR-FT 技术计算左房容积和功能参数，相比于对照组，HCM患者左房容积显著增加，左房射血分数及应变显著降低，并首次发现左心室流出道梗阻患者的左心房功能明显低于非梗阻性HCM 患者。Hinojar 等[23]也利用CMR-FT 分析评估左房功能，结果证明左房LS 能够反映HCM 患者的左房功能，并且发现整体性左房纵向应变受损与主要心脏结局相关，左房LS 可能成为不良心脏事件的新型预测因子。

心肌纤维化是HCM 的病理改变之一，也是不良心血管事件发生的主要原因之一。Satriano 等[5]利用CMR-FT 技术首次对HCM患者的3D主应变和常规应变(纵向、径向、圆周)特征进行了全面评估。与对照组相比，HCM 患者尚未增强心肌的3D 主应变显著降低，且在更广泛的整体LGE 患者中降低更为显著。不同程度LGE 患者的异常应变程度表明综合应变评估可能有助于描述疾病进展或更高风险的表型，可增强对HCM疾病进展和心血管不良后果风险的理解。此外，3D 应变分析可为禁忌使用对比剂的患者提供功能障碍和疾病严重程度的潜在独立标记。

2.2 心尖肥厚型心肌病

心尖肥厚型心肌病(apical hypertrophic cardiomyopathy，ApHCM)是HCM的一种亚型，以左心室乳头肌水平以下心尖部心肌肥厚为主[17]。典型的心尖肥厚型心肌病为巨大T 波倒置，舒张末期左心室腔呈“黑桃尖”[24]，可能伴有心尖运动异常。心尖肥厚型心肌病诊断标准为不对称左心室肥厚，心尖部心肌厚度＞15 mm，心尖与后壁厚度之比为1.5 或更大，并且需要排除引起心脏负荷增加的高血压、瓣膜病等其他疾病[17]。由于心肌存在由基底段到心尖部减薄的趋势，很多文献认为心尖肥厚定义为相对心尖肥厚(壁厚＜15 mm)，心尖壁厚大于基底壁厚[25]。超声对基底段及中远段室间隔肥厚的HCM 患者显影效果尚可，而对于心尖部显影较差，有一定的局限性。CMR可多序列多层面扫描，对于诊断心尖肥厚型心肌病具有相当明显的优势。王辉等[26]比较了临床前期心尖肥厚型心肌病患者与对照者之间的心肌应变力差异，与对照组相比，患者组的心尖部峰值周向应变降低，而心内外膜下整体峰值纵向应变差值增高，该研究证明，在临床前期心尖肥厚型心肌病，左室射血分数尚未发生降低时心尖部心肌的周向收缩功能已经开始下降，并推测由于心肌中层收缩力下降而代偿性地引起心内膜下心肌重新排列来维持早期左室射血分数。Kim 等[27]在研究中发现非心尖肥厚型心肌病组中，整体纵向应变与总LGE体积呈显著正相关，而在心尖肥厚型心肌病组中无相关关系，说明ApHCM 患者心肌纤维化程度相对较小，舒张功能障碍相对较轻，后期临床表现及预后更好。Belgrave 等[28]对一位双室性心尖肥厚型心肌病患者使用纵向应变分析，推断出射血分数正常及受损心肌功能尚存在时整体性应变减低，说明纵向应变可作为评估ApHCM 患者心肌功能的可行方法，心肌应变也可以用于评估右心室心尖部的受累情况。

2.3 HCM并发室壁瘤

肥厚型心肌病合并左心室心尖室壁瘤在临床中较为罕见，此类患者预后较差[29]。其形成机制尚不明确，目前认为较多发生在左心室中段梗阻性肥厚型心肌病中，收缩期肥厚心肌可导致心腔梗阻，心尖部负荷增大且室壁张力变大，使冠状动脉受压引起血流量减少。另一种较为少见地发生于心尖肥厚型心肌病，心尖部肥厚心肌耗氧增加而冠状动脉血流储备不足致使氧供需失衡，这些都可能导致心尖部心肌缺血形成室壁瘤[30]。左心室心尖部室壁瘤的MRI 表现为心尖部室壁减薄，瘤体远端宽大且近端与心腔相通，收缩期心尖部局限性膨出，舒张期相应室壁运动减弱或消失[29,31]。虽然超声心动图被广泛应用于临床，但是由于存在超声声窗影响、依赖于操作者经验等因素，在临床诊断中容易漏诊；CMR 却可以克服超声心动图的缺点，能够客观清楚地显示左心室心尖部结构，还能够显示心肌的运动情况。在一例利用超声测量肥厚型心肌病合并左心室心尖室壁瘤患者心肌应变的病例报道中发现心尖部峰值纵向应变显著减低，而且部分节段存在反向峰值纵向应变，表明发生室壁瘤的心肌收缩功能严重受损，且出现矛盾运动[32]。由于肥厚型心肌病合并心尖室壁瘤患者预后评价较差，恶性心律失常、血栓栓塞和心力衰竭等不良心血管事件发生率高[33]，因此对于心尖室壁瘤的早期诊断与预防极为重要，目前国内外尚缺乏对于肥厚型心肌病并心尖部室壁瘤心肌应变的研究与应用。

3 心肌应变力在HCM鉴别诊断中的应用

非对称性HCM 的形态特征明确，不易与其他疾病造成误诊，而对称性HCM 左心室弥漫性增厚，并伴随着左心室腔的减小[34]。这与高血压性左室肥厚、心肌淀粉样变性的形态特征相似，因此鉴别诊断尤为重要。

高血压性心肌肥厚(hypertensive myocardial hypertrophy，HMH)主要由左心室后负荷增大引起左心室心肌代偿性肥厚[35]。Puntmann等[36]对高血压患者、HCM 患者及健康对照者进行研究分析发现，与对照组相比，两个肥厚组的最大壁厚和左室质量指数均明显更高；高血压患者的射血分数降低，心腔增大和左室壁应力增加，前间隔收缩应变降低；HCM 组射血分数增加，左室壁应力降低，纵向收缩应变降低，可以认为左室壁应力增加是高血压心肌肥厚的标志，而肥厚型心肌病的标志是纵向应变降低。一项有40例HMH患者和93例HCM患者及年龄匹配的40 例健康者的研究[35]表明在心肌整体或分层应变分析中，两组患者纵向应变均较对照组降低；HCM 患者心内膜下心肌周向应变显著增强，内层心肌运动呈减弱趋势,而HMH 组患者表现不同。因此分层心肌应变相较整体纵向应变可能更适合作为区分两种疾病的方法，但仍然需要大量的研究证实。

心脏淀粉样变性(cardiac amyloidosis，CA)是淀粉样蛋白沉积在心肌细胞外间质，引起心肌收缩成分中断变形、心室僵硬以及收缩舒张功能障碍[37]，最终发展为以限制性舒张功能为主的心力衰竭。心肌淀粉样变性表现为左心室室壁弥漫性增厚，以室间隔增厚为主，双房增大[38]，临床上较罕见，预后极差，病死率高，易与相对常见的肥厚型心肌病相混淆，正确诊断对于患者的治疗和预后非常重要。现如今诊断CA 的“金标准”仍然是心内膜活检[37-38]，但由于这是一种有创检查而不易被患者接受；而且淀粉样蛋白沉积分布不均，可能会由于取样误差而导致假阴性。郭杨钰等[39]研究表明CA 基底-心尖部LS的递增梯度较HCM更显著，相对基底部心尖LS受损较轻，即CA 的相对心尖LS[平均心尖LS/(平均基底段LS+平均中段LS)]保留模式，左心室基底到心尖LS梯度差与相对心尖LS可为临床鉴别诊断CA与HCM提供一定的参考价值。

4 小结及展望

CMR可以全方位、多序列地在任何平面上提供具有空间和时间高分辨率的心脏三维成像，并且没有电离辐射，逐渐成为一种可靠的影像学检查工具。随着扫描技术的成熟，心肌应变力分析、人工智能等后处理技术的不断发展，CMR 不仅能够提供更多关于心肌组织和功能的信息，在心脏大血管疾病的诊断、预后和风险分层中也发挥着重要的作用[40]。在肥厚型心肌病的影像评估中，心肌应变比射血分数更加敏感，不仅能够早期反映心肌收缩舒张功能，还能够为肥厚型心肌病的鉴别诊断提供依据，有助于早期诊断及关注病情进程并加以治疗，但利用心肌应变力分析对诊断肥厚型心肌病、评估其病情进展及对于不良心血管事件的预测，尚缺乏一个相对统一的临床标准。随着大量、深入的研究，心肌应变力分析的诊疗将得到进一步的发展与验证，有望投入到临床应用中。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。