MR心肌应变力技术在肥厚型心肌病诊断及鉴别诊断中的应用研究

杨馨尧，吴江，朱丽娜，郝晓勇，李璇，牛衡

作者单位：1.山西医科大学医学影像学院，太原 030001；2.山西省心血管病医院磁共振室，太原 030024

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，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[1]。肥厚心肌的应变力发生改变，导致心肌功能障碍，目前对于使用心肌应变力诊断心肌病的研究越来越多，应用较多的为超声斑点追踪技术，但由于超声声窗及操作不当等影响导致研究受限。近年来，心脏磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)凭借其多参数、多角度的优势在评估心肌应变力中发挥着越来越重要的作用。

鉴别HCM 和由其他病因[如心肌淀粉样变性(cardiac amyloidosis，CA)]引起的左室肥厚亦是临床难点。CA 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[2]。两者形态学表现与功能均存在相似之处，因此鉴别诊断意义重大。目前，延迟强化对于鉴别两者存在较大的价值，但临床中经常存在对比剂使用禁忌的肾功能不全患者，此外，早期患者可能没有典型的延迟强化[3]。因此，使用非对比剂诊断HCM 并避免对比剂引起的肾损伤显得极为重要。心肌应变力技术有诊断及鉴别诊断致左室肥厚心肌病的应用价值。

目前在心肌应变的研究中广泛应用心脏磁共振组织追踪(cardiac magnetic resonance tissue tracking，CMR-TT)技术，该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)，通过心肌和血池之间的对比描绘出心内外膜边界，然后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[4]。本研究应用CMR-TT评估HCM患者心肌功能及CA患者的心肌功能，并定量分析其心肌应变改变的差异。

1 资料与方法

1.1 一般资料

回顾性分析2018年8月至2021年5月在山西省心血管病医院接受CMR 扫描的75 名研究对象资料，分别为肥厚型心肌病患者(HCM 组)30 例，男16 例，女14 例，年龄24～70 (49.90±11.38)岁；心肌淀粉样变性患者(CA 组)15 例，男11 例，女4 例，年龄30～75(52.00±12.06)岁；正常对照组(normal controls，NC 组)收入30 例，男19 例，女11 例，年龄25～70(52.23±12.38)岁。

HCM 组：纳入标准：依据2020 年美国心脏协会和美国心脏病学会发布的肥厚型心肌病诊疗指南，二维超声心动图或心脏磁共振检查显示左心室任何部位的最大舒张末期厚度≥15 mm，且没有其他导致心肌肥厚的原因即可诊断为HCM[5]，心电图有左心室肥厚、ST-T 改变或病理性Q 波等表现，射血分数＞50%；排除标准：高血压、糖尿病及肾脏疾病引起的继发性心肌肥厚、疑诊CA、冠心病、严重心律失常、中重度瓣膜疾病及其他疾病导致心脏器质性病变。

CA 组：纳入标准：心电图呈肢体导联低电压、QRS电压减低与心室厚度不符等表现，超声显示左室心肌增厚(≥12 mm)并有心肌内颗粒样回声，同时磁共振表现为双室增厚及双房增大，延迟强化呈弥漫性、房室同时强化，心外器官活检病理组织证实淀粉样物质沉积，在其他原因无法解释的左室肥厚条件下，诊断为CA[6]；排除标准：排除高血压、糖尿病及肾脏疾病引起的继发性心肌肥厚、HCM、冠心病、严重心律失常、中重度瓣膜疾病及其他疾病导致心脏器质性病变。

NC 组：以健康人作为正常对照组，心电图、超声及心脏磁共振未见明显异常。

所有受试者排除标准：(1)磁共振检查禁忌证者；(2)无法配合的受试者。

本研究经山西省心血管病医院伦理委员会批准，免除受试者知情同意，批准文号：2020021。

1.2 仪器与方法

CMR使用GE HD-XT 1.5 T磁共振扫描仪，专用心脏相控阵线圈，采用心电、呼吸门控技术，被检者取仰卧位，单次激发快速自旋回波序列扫描定位，采用快速平衡稳态采集快速成像序列获取左心室两腔心、四腔心长轴面及三腔心切面，垂直于室间隔由心底至心尖短轴位连续扫描8～10 层。扫描参数：TR 3.7 ms，TE 1.5 ms，FOV 350 mm×280 mm，采集矩阵224×224，左室短轴层厚11 mm。

将图像导入CVI 42软件(Circle Cardiovascular图像软件，CVI42 5.11 版，Circle Cardiovascular Imaging公司，加拿大)，在Tissue-Tracking模块进行处理，软件自动勾画并手动校正心内外膜，自动跟踪内外膜在整个心动周期的运动，计算出心肌整体及节段(基底段、中间段、心尖段)的纵向应变(longitudinal strain，LS)、周向应变(circumferential strain，CS)、径向应变(radial strain，RS)等常规应变参数数值、曲线图及16 节段牛眼图(图1～3)，再计算相对心尖应变(relative apical sparing of strain，RAS) [心尖段应变(relative apical sparing of strain，RAS)/(基底段应变+中间段应变)]，定量评估心肌整体及局部运动情况。

图1 男，56岁，正常对照者，短轴电影图像(1A)、左心室心肌径向应变(1B)、周向应变(1C)、纵向应变(1D)16节段牛眼图。 图2 女，50岁，肥厚型心肌病患者，短轴电影图像(2A)、左心室心肌径向应变(2B)、周向应变(2C)、纵向应变(2D)16节段牛眼图。 图3 男，55岁，心肌淀粉样变患者，短轴电影图像(3A)、左心室心肌径向应变(3B)、周向应变(3C)、纵向应变(3D)16节段牛眼图。Fig.1 Male,56 years old,normal control,16-segment bull's eye diagram of the left ventricular short axis cine image(1A),the left ventricular myocardium radial strain(1B),circumferential strain(1C),longitudinal strain(1D).Fig.2 Female,50 years old,hypertrophic cardiomyopathy patient,16-segment bull's eye diagram of the left ventricular short axis cine image (2A), the left ventricular myocardium radial strain (2B), circumferential strain (2C), longitudinal strain (2D). Fig. 3 Male, 55 years old,cardiac amyloidosis patient, 16-segment bull's eye diagram of the left ventricular short axis cine image (3A), the left ventricular myocardium radial strain (3B),circumferential strain(3C),longitudinal strain(3D).

1.3 统计学分析

采用SPSS 19.0 统计软件。各组数据均进行正态性检验，符合正态分布的计量资料用±s表示，3 组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD检验；不符合正态分布的计量资料用中位数(上下四分位数)表示，各组间差异采用Kruskal-Wallis 检验。计数资料采用χ²检验比较组间差异。P＜0.05为差异有统计学意义。CMR-TT测量的可重复性是由两名有经验的心血管影像医师对75名研究对象以随机顺序独立进行的，一位研究人员以一个月的间隔重新分析测量，采用组内相关系数(intraclass correlation coefficient，ICC)分析心肌应变的观察者内和观察者间的可重复性，ICC＞0.75 说明一致性较好。应用ROC 曲线分析评价各心肌应变指标的检验效能。

2 结果

2.1 基本临床信息

HCM 组患者首发症状：心电图示10 名患者出现ST-T 改变，5 名患者病理性Q 波，超声示15 名患者左心室肥厚。CA组患者首发症状：心电图示7名患者肢体导联低电压，超声示3 名患者左心室肥厚。CMR 示HCM 患者均存在肥厚心肌局部点片状或线样延迟强化；CA 组6 名患者双房、室弥漫性粉尘状强化，4 名患者双房室及二、三尖瓣弥漫性点片状强化，4 名患者左右心室点片状强化、双房线样强化，1 名患者以室间隔为著的全心点片状强化。3 组研究对象的年龄、性别、体质量差异均无统计学意义，NC组与HCM组、CA组的左室壁厚度(左室壁最厚心肌)差异存在统计学意义，HCM 组的左室射血分数(left ventricular ejection fractions，LVEF)与NC 组、CA 组差异无统计学意义，CA 组的LVEF 与NC 组差异有统计学意义，见表1。

表1 研究对象的基本临床特点Tab.1 Basic clinical characteristics of the research subjects

2.2 心肌应变的一致性检验

各应变参数观察者间及观察者内一致性均较好，见表2。

表2 心肌应变的观察者间、内一致性检验Tab.2 Inter-observer and intra-observer consistency test of myocardial strain

2.3 左心室心肌应变的比较

NC组、HCM组、CA组间各应变参数数值依次递减，且三组间差异均有统计学意义(P＜0.05)；两两比较中除NC组与HCM组ACS差异无统计学意义外，其余均存在统计学意义(P＜0.05)、相对心尖径向应变(RASRS)、相对心尖周向应变(RASCS)、相对心尖纵向应变(RASLS)组间差异均有统计学意义(P＜0.05)，见表3、4、5。

表4 三组中间段、心尖部心肌应变比较Tab.4 Comparison of myocardial strain in the middle and apical segments of the three groups

表5 三组心肌应变RAS比较Tab.5 Comparison of three groups of myocardial strain RAS

2.4 HCM心肌应变指标的价值

将HCM组与NC组的整体、基底段应变进行ROC曲线分析，发现各方向应变对HCM 均有较好的诊断效能，整体径向应变(global radial strain，GRS)、整体周向应变(global circumferential strain，GCS)、整体纵向应变(global longitudinal strain，GLS)、基底段径向应变(basal radial strain，BRS)、基底段周向应变(basal circumferential strain，BCS)、基底段纵向应变(basal longitudinal strain，BLS)的曲线下面积分别为0.77、0.71、0.77、0.90、0.73、0.78(P均＜0.05)，BRS 的曲线下面积显著高于其他参数，并且在BRS 为33.23%时，敏感度为0.93，特异度为0.87，诊断正确指数最高为0.80，见图4、5、6。

图4 整体及基底段径向应(RS)变诊断肥厚型心肌病(HCM)效能的ROC 曲线。 图5 整体及基底段周向应变(CS)诊断肥厚型心肌病(HCM)效能的ROC曲线。 图6 整体及基底段纵向应变(LS)诊断肥厚型心肌病(HCM)效能的ROC曲线。 图7 相对心尖应变(RAS)鉴别诊断肥厚型心肌病(HCM)与心肌淀粉样变性(CA)效能的ROC曲线。Fig. 4 ROC curve of global and basal radial strain (RS) diagnostic efficiency of HCM. Fig. 5 ROC curve of global and basal circumferential strain (CS)diagnostic efficiency of HCM. Fig. 6 ROC curve of global and basal longitudinal strain (LS) diagnostic efficiency of HCM. Fig. 7 ROC curve of relative apical sparing of strain(RAS)differential diagnosis of HCM and CA efficacy.

2.5 HCM组与CA组心肌应变指标的价值

将HCM 组与CA 组的RASRS、RASCS、RASLS进行ROC 曲线分析，曲线下面积分别为0.83、0.75、0.71 (P均＜0.05)，均在鉴别HCM与CA时有一定价值，见图7。

3 讨论

本研究利用磁共振组织追踪技术对心肌应变力进行分析，分析了HCM 与CA 患者的心肌应变力特征，评估心肌应变力在HCM 的诊断及与CA 鉴别诊断的应用价值。结果显示HCM 组、CA 组相比于NC 组，各应变参数数值减少，除NC组与HCM组的ACS差异无统计学意义外，其余整体、节段应变及RAS 差异均存在统计学意义。对HCM 组及NC 组的整体、基底段应变进行了ROC 曲线分析，显示各应变对HCM 均有较好的诊断效能，BRS 的诊断效能最佳并得出最佳截断值为33.23%。此外还对HCM 组与CA 组的鉴别诊断进行了RAS ROC 曲线分析，结果显示相对心尖径向、RASCS、RASLS存在一定的诊断价值。

国内外已有研究证明心肌应变力在诊断HCM 及与CA 鉴别诊断存在一定的临床价值，认为心肌应变力能够较早直接地发现HCM 的心肌功能障碍[7]，LS 是心肌功能障碍的早期标志[8]；心尖保留模式能够为HCM 与CA 鉴别诊断提供参考[9]。相比于前期文献，我们增加了对RS、CS 的研究，并发现RS 的诊断效能最佳，我们认为在心肌厚度发生形变时，相比于CS、LS，RS 在HCM 诊断及与CA 的鉴别诊断准确性最佳。对比于常规参数，心肌应变力能够更早地发现心肌的收缩功能异常，RS 对诊断及鉴别诊断准确性提供依据，对指导临床诊断及后续治疗有重要意义。

3.1 心肌应变对HCM的诊断

HCM 患者以心肌非对称性增厚为主要特征[10]，本研究显示，HCM 组心肌GRS、GCS、GLS 数值明显低于正常对照组，而本研究中HCM患者射血分数均大于50%，与NC 组差异无统计学意义，反映了心肌应变变化早于射血分数的改变，这与既往研究[11]显示一致。心肌应变力减低是由于HCM 心肌细胞紊乱、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[12]，另外还存在冠状动脉微血管功能障碍[13]，这些病理改变可导致相应节段心肌缺血、僵硬、重构，顺应性减低，心肌运动异常。虽然心肌功能减低而射血分数尚保持正常可能是由于HCM 排列较为紊乱的心肌细胞及纤维化的细胞间质主要位于肥厚节段的缘故，肥厚节段的形变能力存在明显减弱而非肥厚节段存在一定程度的形变贮备，在病程进展早期，非肥厚节段收缩功能维持正常或轻度增强，能够代偿性保证射血分数的正常，随着疾病的进展，非肥厚节段收缩功能减弱，射血分数降低[14]。说明了心肌应变力相比于射血分数更加敏感，可以作为心肌运动功能的参考指标，并可用来识别亚临床阶段的心肌功能障碍。

本研究中HCM组患者均存在基底段室间隔肥厚，部分累及中间段，仅有少数累及心尖段心肌，因此HCM 组患者基底段、中间段各参数明显低于NC 组，心尖段除周向应变无统计学意义外，纵向、径向应变差异均有统计学意义，说明心肌应变力的减低不仅存在于肥厚节段，非肥厚节段也存在应变力的减低，心肌应变力改变要早于形态学改变，这一结论国内外学者[7,15]也存在一致性认为。前期有研究[16]认为LS只能表示局部异常的心肌收缩功能，而CS 主要维持左室的收缩功能，所以在本研究中，ACS 无明显减低可能与射血分数正常存在一定的联系。前期研究集中于左心室GLS，该应变已被证明与室性心律失常和不良心脏结局(尤其是心力衰竭)相关，并且是一个可能用于心血管风险评估的独立参数[17,18]。

此外对整体应变参数及基底段应变参数进行ROC 曲线分析，基底段应变的诊断价值均高于整体应变，有研究[8]发现在HCM 早期，在左心室肥厚之前，局部LS 显著降低，而不是整体LS 显著降低，这与我们研究结果一致，进一步表明局部心肌应变力比整体更早更准确地反映心肌功能的改变。我们的结果表明BRS 诊断效能最佳，并且当BRS＜33.23%时，对HCM的诊断正确率较高。RS 代表心脏舒张和收缩期间沿短轴的心肌壁厚度变化，结合本研究我们认为在心肌厚度发生形变时，RS 能够更为准确地反映心肌功能的改变。RS 的改变可能与左室流出道狭窄有关[19]，并有助于识别梗阻，对病程的发展和预后评估有一定的价值。

3.2 心肌应变对HCM与CA的鉴别诊断

CA 是淀粉样蛋白浸润在心肌细胞外间质，造成心肌收缩成分中断变形、心室僵硬以及收缩舒张障碍，最终演变成以限制性舒张功能为主的心力衰竭[20]。由于HCM与CA病理进展存在差异，因此两者心肌应变特点存在差异。

在本研究中，NC 组与CA 组间各参数差异均有统计学意义，相比于NC 组，HCM 组、CA 组间各常规应变参数数值均呈下降趋势，且CA组数值下降更为明显，可能是由于淀粉样蛋白主要弥漫性沉积在心内膜下及心肌，堆积在细胞外基质替代挤压正常组织及形成过程中部分产物的心肌毒性作用，造成心肌细胞损伤，致使左室各方向应变均降低[21]；也有研究认为肌纤维的多数圆周取向可能是CA 患者LS 功能减弱的微结构决定因素[22]。

本研究中RAS与常规应变参数恰好相反，呈上升趋势，这可能与淀粉样蛋白的主要沉积部位有关，与基部相比，淀粉样蛋白在心尖的沉积更少[9]，对变形的抵抗力和增加的心肌细胞收缩可能会降低，从而导致心尖应变相对保留。有研究利用快速应变编码技术同样证明基底至心尖的节段性应变梯度有助于HCM 和CA 之间的鉴别[23]。先前的研究[24]表明CA 基底-心尖段LS 的递增梯度较HCM 更为显著，相比于BLS，ALS 受损较轻，即CA 的RASLS[平均ALS/(平均BLS+平均MLS)]保留模式，证明RASLS可为临床鉴别诊断CA与HCM提供一定的参考价值。

我们的研究分析了除RASLS之外的RASRS和RASCS，研究表明CA 组RASRS、RASCS、RASLS较HCM 组明显升高，并且RASRS曲线下面积最大(AUC=0.83)，诊断效能最佳，表明在鉴别诊断CA 和HCM 这两种心肌厚度发生改变的疾病时，RS 比CS、LS 的鉴别诊断效能更准确。国外学者[25]利用心肌应变力研究证明了晚期CA 的相对心尖保留(SRAB：平均心尖应变/平均基底段应变)，SRABR和SRABC可以作为鉴别诊断CA 和HCM 的独立参数，SRABR是CMR-TT 的最准确的诊断参数(AUC=0.898)；有学者[26]也使用三维斑点追踪技术证明基底心尖RS 梯度对CA 和HCM 的辨别具有良好的诊断功能，这些与本研究结果一致。

3.3 局限性

本研究尚存在一定的局限性，这是一项回顾性研究，样本量较小而且单一，HCM 组患者肥厚心肌均累及室间隔，表型较为单一，且未进行基因检测，CA 组患者样本数量少且未进行详细表型分类，我们将继续收集病例，增加基因检测，收集基因检测阳性或者家庭成员中有HCM 患者，心肌厚度13～14 mm 诊断为HCM 的患者[5]，扩大样本量，增加样本多样性，更加全面地分析心肌应变力的变化特征，提供更为精确的量化指标。

综上所述，CMR-TT 可以用来评价心脏整体及局部功能运动情况，分析HCM的心肌应变力特征，HCM心肌应变力均存在减低，HCM 基底段应变力下降明显并径向应变存在较大的诊断价值；对HCM 及CA 进行了心肌应变力特征分析，CA患者的心肌应变力较HCM患者下降明显，而CA 患者各向RAS 上升均较明显，并且RASRS诊断效能最佳，为两者的鉴别诊断提供一定的参考价值。

作者利益冲突声明：全体作者均声明无利益冲突。