心脏磁共振扩散加权成像在狼疮性肾炎患者心肌损伤诊断中的应用价值

黄蔚蔚 董建华 成水芹 李 喆 罗 松 马 延 张玲艳 张 军 智琲琲 祁 丽 胡伟新 孙志远

系统性红斑狼疮(SLE)是多系统受累的自身免疫性疾病。狼疮心肌炎(LM)患病率超过50%[1],临床表现多不典型,轻者可无明显症状,重者出现心力衰竭、心源性休克等,甚至猝死。严重LM出现心力衰竭时,可引起急性肾损伤(AKI);而狼疮性肾炎(LN)可因容量高负荷加重心力衰竭。因此,早期准确判断心脏损伤情况并有效治疗,对改善LN伴LM患者预后尤为重要。心脏磁共振(CMR)是无创评估心肌损伤的重要手段[1-2]。基于病毒性心肌炎制订的《Lake-Louise标准》[3-4]是目前CMR诊断心肌炎的主要标准,需要对比剂且为定性指标。扩散加权成像(diffusion weighted imaging, DWI)可以定量测量组织表观扩散系数(apparent diffusion coefficient, ADC),反映组织水肿和纤维化,已应用于心肌梗死、肥厚性心肌病等病情评估。本文旨在探讨DWI技术在LN患者LM诊断和心肌损伤评估中的应用价值。

对象和方法

研究对象选取2016年10月至2021年2月在东部战区总医院国家肾脏疾病临床医学研究中心住院并行CMR检查的LN患者66例。纳入标准:(1)符合《1997年美国风湿病学会修订的诊断标准》的SLE患者,存在肾脏损害临床表现;(2)临床怀疑LM或心肌受累进行CMR检查。排除标准:(1)心律不齐、呼吸运动伪影等DWI和电影序列图像质量差影响评估;(2)严重瓣膜病变、肺动脉高压、心肌梗死、先天性心脏病等;(3)临床资料不齐全。42例健康志愿者作为正常对照组。本研究经东部战区总医院伦理委员会批准(批准文号2022DZKY-038-01),所有研究对象均签署知情同意书。

临床及实验室指标患者年龄、性别、狼疮疾病活动性指数(SLE-DAI)、心脏疾病表现。血常规、血清肌酐(SCr)、肌钙蛋白I和T、脑利钠肽前体(NT-proBNP)、 抗核抗体(ANA)、抗双链DNA(A-dsDNA)、补体、尿蛋白定量和尿沉渣红细胞计数。

CMR数据采集采用 《GE Discovery MR 750 3.0 T》 超导MR成像,8通道心脏专用线圈,向量心电门控。检查前进行呼吸屏气训练,采用呼气末屏气的方法。采集序列主要为电影、DWI。电影序列扫描参数:TR41.3 ms,TE1.5 ms,翻转角60°,FOV 30 cm×30 cm,矩阵146×256。DWI参数:TR952 ms,TE48.1 ms,FOV 30 cm×30 cm,矩阵 96×50,层厚8 mm,激发次数为12次,b值取400,Trigger delay时间根据短轴电影序列最佳舒张期进行选择,Trigger Window:20%,定位选择短轴二腔心左心室中间段。

DWI数据分析由2位心血管影像医师独立进行图像分析和数据测量。将DWI图像传入AW4.6工作站,使用Functool软件重建出ADC。对图像勾画感兴趣区(region of interest, ROI),选取室间隔上部、室间隔下部、左心室侧壁及左心室环周总体4个ROI,ROI范围30～60 mm2,留取4个数值。ROI选取如图1所示。ROI选取避开信号丢失区。均进行3次测量,取平均值。两位影像科医生ADC值测量可重复性高,组内相关系数范围0.781～0.921。

图1 心肌扩散加权成像感兴趣区位置选择A:心脏短轴位扩散加权图像室间隔上部、室间隔下部和左心室侧壁；B：左心室环周总体

电影心功能分析采用《CVI 42》软件。在左室短轴电影序列的收缩、舒张末期由软件自动识别心室内外膜轮廓,并手动调整。参数包括左心室舒张末期容积(left ventricular end-diastolic volume, LVEDV)、左心室收缩末期容积(left ventricular end-systolic volume, LVESV)、左室射血分数(left ventricular ejection fraction, LVEF)、每搏输出量(stroke volume, SV)、心输出量(cardiac output, CO)、舒张末心肌质量和收缩末心肌质量。

分组标准及相关定义根据是否合并LM,LN患者分为LM组和非LM组。LM诊断标准:(1)呼吸困难、胸痛、心悸等临床症状;(2)肌钙蛋白I或T>0.1 ng/ml;(3)心电图异常;(4)超声心动图(Echocardiography, UCG):左心室扩大、心室壁运动异常等;(5)CMR符合2009年《Lake-Louise标准》(至少包括以下两个表现:心肌局灶性或全壁性T2WI高信号、早期强化或延迟强化);满足(1)或(2)或(3),及(4)或(5),并排除冠心病、高血压、病毒性感染等因素引起的心肌炎或心肌病。肾功能正常标准:估算肾小球滤过率>90 mL/(min·1.73m2)。AKI和慢性肾功能不全诊断及分期依据改善全球肾脏病预后组织指南[5-6]。血栓性微血管病(thrombotic microangiopathy,TMA)满足临床表现(溶血性贫血、血小板减少、肾功能不全、发热及神经精神异常),和(或)肾脏病理改变(肾小球毛细血管袢内血栓、小动脉血栓、纤维素样坏死、内膜黏液样增厚及“葱皮样”改变)。

统计学方法采用《SPSS 26.0》软件进行统计分析,计量资料服从正态分布,用均数±标准差表示,两组间比较用独立样本t检验,三组间比较用单因素方差分析,多重两两比较方差齐采用最小显著性差异法(LSD),不齐采用Tamhane’s T2;不服从正态分布,用中位数、四分位间距表示,应用非参数检验,两组间比较用Mann-Whitney检验,三组间用Kruskal-Wallis检验,多重两两比较应用Bonferroni法校正P值。等级资料应用Mann-Whitney检验。

计数资料用例数(百分比)表示,行卡方检验或Fisher检验。对两位医师测量的ADC值行组内相关系数检验。对左心室环周ADC值与脑利钠肽前体等进行Spearman相关性分析。应用Medcalc软件分别以左心室环周总体ADC值区分患者组、LM组为检验变量,做ROC曲线分析评估诊断效能,根据约登指数最大的点确定最佳诊断分界值。P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

一般资料66例LN患者,其中男14例、女52例,平均年龄35±12岁,SLE病程41(2.0, 120)月,SLE-DAI 16±5分。除心脏和肾脏损伤外,血液系统损伤58例(87.9%)。49例(74.2%)血清A-dsDNA阳性,60例(90.9%)血清补体降低。42例正常对照组性别构成和年龄与LN组无统计学差异。

肾脏损伤患者均存在蛋白尿,中位尿蛋白定量3.45(1.87,6.92)g/24h,49例(74.2%)符合肾病综合征。58例(87.9%)尿潜血阳性。中位SCr 124.6(75.2, 230.7) μmol/L,38例(57.6%)存在AKI[其中1期10例、2期5例、3期17例和慢性肾功能不全基础上急性加重(A on C) 6例],8例(12.1%)为慢性肾功能不全,余20例肾功能正常。52例行肾活检,肾脏病理以增殖性病变为主,其中LN-Ⅳ型及Ⅳ+V型共42例(80.8%),Ⅱ型2例、Ⅲ型1例、V型1例和V+Ⅲ型6例。

LM患者心脏损伤42例LM患者心脏损伤以呼吸困难最为常见(27例, 64.3%),其次为心悸(33.3%)和胸痛(9.5%)。27例心力衰竭患者中美国纽约心脏病学会心功能分级(NYHA)Ⅳ级9例(21.4%),Ⅲ级10例(16.2%),其余8例为Ⅱ 级。92.9%患者血NT-proBNP升高,21.4%肌钙蛋白升高,47.6%心电图异常。UCG显示28例(66.7%)患者左心室腔增大,11例(26.2%)心室壁增厚,仅4例患者显示左室壁运动异常。LM患者年龄较轻,狼疮活动明显,多合并TMA,肾脏损伤临床表现更严重。LM患者尿蛋白定量、补体C4、SCr水平及肾功能损伤程度均明显高于非LM患者(表1)。

表1 狼疮性肾炎患者的临床资料

CMR特征LN患者室间隔上部、下部、左心室侧壁和环周总体ADC值,及CO均明显高于正常对照者(图2);其中LM患者LVEDV、LVESV高于正常对照,LVEF低于正常对照;三组间SV、舒张末心肌质量和收缩末心肌质量无差异。LM患者LVESV明显高于非LM患者,LVEF低于非LM患者。LM患者左心室ADC值虽高于非LM患者,但无统计学差异(表2)。左心室环周总体ADC值与脑利钠肽前体、肌钙蛋白Ⅰ、肌钙蛋白T无相关性(相关系数=-0.116、0.132、0.085,P=0.39、0.355、0.559)。

左心室环周总体ADC值评估心肌损伤左心室环周总体ADC值诊断LN患者心肌损伤的ROC曲线下面积0.876(95%CI 0.799～0.932,P<0.001),ADC阈值为5×10-3mm2/s,约登指数为0.6688,其诊断的敏感度95.45%、特异度71.43%。左心室环周总体ADC值诊断LN患者LM的ROC曲线下面积0.746(95%CI 0.654～0.825,P<0.001),阈值为6.85×10-3mm2/s,约登指数为0.4416,其诊断的敏感度71.43%、特异度72.73%(图3)。

讨 论

本研究发现伴LM的LN患者心脏和肾脏损伤均严重。严重LM出现心力衰竭时,CO减少可致肾静脉压增高、肾淤血和肾素-血管紧张素-醛固酮系统激活,引起AKI;而合并AKI的LM患者心肌损伤更严重,容量负荷时也可加重心力衰竭;器官间的负性交互作用,可加速器官功能障碍进展[7],故早期诊断LM,评估心肌损伤程度尤为重要。

图2 A：LN伴LM患者，室间隔上部、下部、左心室侧壁和环周总体ADC值分别为10.70×10-3 mm2/s、9.12×10-3 mm2/s、8.48×10-3 mm2/s和8.77×10-3 mm2/s；B：LN患者不伴LM患者，室间隔上部、下部、左心室侧壁和环周总体ADC值分别为8.63×10-3 mm2/s、8.33×10-3 mm2/s、8.44×10-3 mm2/s和8.20×10-3 mm2/s；C:正常对照者，室间隔上部、下部、左心室侧壁和环周总体ADC值分别为4.71×10-3 mm2/s、3.49×10-3 mm2/s、2.79×10-3 mm2/s和3.43×10-3 mm2/sLM:狼疮心肌炎;LM：狼疮心肌炎;ADC：表观扩散系数；LN：狼疮性肾炎

表2 心脏磁共振特征

图3 左心室环同总体ADC值诊断LN患者心肌损伤的受试者工作曲线(ROC)ADC：表观扩散系数；A：ADC值诊断LN患者心肌损伤ROC曲线；B：ADC值诊断LN患者心肌炎ROC曲线

本研究发现ADC诊断LM的最佳阈值为6.85×10-3mm2/s,此时具有最大诊断效能,曲线下面积为0.752。非LM组的ADC值明显高于对照组,提示非LM组虽未达到心肌炎诊断标准,亦存在心肌水肿。

DWI通过追踪组织中带有微观信息的水分子的布朗运动来反映相关信息。文献报道CMR DWI可用于评估心肌灌注、检测心肌梗死[8]、心肌水肿及纤维化[9]。Nguyen等[10]在猪心肌梗死模型中发现,应用ADC检测慢性心肌梗死区域的部位、面积与延迟强化区域有很好的一致性,证实梗死区域出现心肌纤维化,且梗死区域ADC值明显高于远处正常心肌,可见纤维化的心肌ADC值明显升高。亦有研究提示DWI在检测急性心肌炎水肿期的潜能[11]。Kocienba等[12]研究表明,与快速自旋回波STIR成像序列比较,DWI对心肌水肿的敏感度较高(83.1%和60.6%),且DWI发现心肌水肿的面积更大。急性心肌炎表现为心肌间质水肿,水分子运动加快、扩散增强,组织间隙内自由水的含量增加,ADC值升高。

临床诊断心肌纤维化“金标准”为心内膜下活检,有创且敏感度低。CMR包括LGE、T1mapping、细胞外容积等多种序列可用于评估心肌纤维化,但这些技术需要对比剂。虽然指南指出使用Ⅱ类钆对比剂发生系统性纤维化风险低[13],但对于严重肾功能不全患者使用I类钆对比剂系统性纤维化的风险较高,无需对比剂的DWI显示出优势。需要注意的是,ADC值受到多种因素的影响,研究显示其除了受温度影响,还与是否为平行成像、SE序列、场强有关,甚至与受试者种族有关[14]。笔者注意到不同研究所列正常人的ADC值略有不同,Mou等[14]、Laissy等[15]及Wu等[16]所得正常人ADC值分别约 8.95×10-3mm2/s、1.62×10-3mm2/s、3.37×10-3mm2/s,本研究所测值4.41×10-3mm2/s与以往研究大致相符。

本研究中LN组ADC值明显高于对照组,非LM组的ADC值也明显高于对照组,提示达不到LM诊断标准的LN患者也存在心肌水肿或者纤维化。LM组平均ADC值有高于非LM组的趋势,虽然无统计学显著差异,但需要考虑非LM组样本量较少的情况。Wu等[16]等研究显示无心脏相关症状SLE患者ADC值明显高于正常对照组,且与心肌纤维化指标ECV有明显相关性,与本研究结果基本一致。LM组的LVSV高于非LM组,且LVEF值降低,有统计学意义,提示LM组左心室收缩功能下降。

本研究心肌炎诊断采用临床诊断标准,缺少心内膜活检,无法完全排除病毒性心肌炎、药物性心肌病变等情况;考虑到扫描时间,DWI序列只扫描了一个层面,包括的心肌范围有限;同时本研究为单中心研究,非LM组病例数相对较少。

综上所述,应用DWI技术诊断LN合并心肌损伤是可行的,ADC值可定量评估心肌水肿及纤维化,对于心肌损伤具有一定的诊断价值。