基于心脏磁共振特征追踪技术的心肌应变的研究进展

陈晓荣 潘江峰 胡红杰 余日胜

应变系指物体相对于其自身初始形态的形变能力。心肌应变即心肌的相对形变，反映心肌运动能力。相较于传统的射血分数（ejection fraction,EF），心肌应变不仅可发现整体心功能受损，对局部心肌运动异常的反应也很灵敏。心脏磁共振成像（cardiac magnetic resonance，CMR）是评估心脏结构和功能的金标准，近年新出现的CMR 特征追踪技术（cardiac magnetic resonance feature tracking，CMR-FT）是心肌应变分析的一种新技术，不同于CMR 心肌标记技术，CMR-FT 基于常规的CMR 电影序列即可分析左心室心肌整体和局部应变，图像后处理快速简便，可靠性较好，已逐步应用于各类心脏病变等的诊断、鉴别诊断、早期功能异常与疾病预后的评估[1]，CMRFT 也因此成为当前临床研究的热点。本文对CMRFT 的原理、研究进展以及今后研究方向的展望等方面作一综述。

1 CMR-FT 原理

应变系指物体相对于其自身初始形态的形变能力。心肌应变定义为心肌由于肌纤维收缩，从舒张期的松弛状态到收缩期缩短状态的心肌长度变化百分比[2]。左心室由心肌包绕，而心肌由复杂的心肌纤维螺旋构成[3]，各个方向的心肌纤维收缩使心腔缩小，射出血液，舒张使血液流入而充盈心腔。心脏的舒缩主要包括3 个方向的应变，包括短轴方向的径向、圆周、长轴方向的缩短或伸长，即径向、圆周和纵向心肌应变。

基于CMR 的心肌应变分析，主要包括心肌标记技术和特征追踪技术。心肌标记技术利用射频预脉冲产生可追踪的标记线并将其叠加于心脏图像上，可靠性较好，变异系数较小，被认为是测量心肌应变的金标准[4]。由于该技术需要额外的成像序列及复杂的后处理，临床应用不多。近几年发展起来的CMR-FT 应用日益广泛，且随着后处理软件的成熟，已成为新的热点。CMR-FT 是一种图像后处理技术，属于组织追踪技术[5]。CMR-FT 的基本原理是基于对要追踪的图像中的特征或不规则图案的识别，在序列的连续图像中追踪。CMR-FT 即利用常规的CMR电影序列，对心肌进行特征追踪，从而获得心肌形变能力的技术。CMR-FT 与CMR 心肌标记的相关性较好，且自身的可重复性较高[6]。

2 心肌应变正常范围的相关研究

因缺乏多中心大样本数据，基于CMR-FT 的心肌应变目前仍缺乏正常值的参考范围。Taylor 等[7]对100 例正常志愿者进行1.5 T 磁共振心肌应变分析，正常人群的左心室整体圆周应变为（-21.3±4.8）%，整体纵向应变为（-26.1±3.8）%，整体径向应变为（39.8±8.3）%。Andre 等[6]对150 例正常人群研究发现，三维心肌应变分析显示正常人群的左心室整体圆周应变为（-21.6±3.2）%，整体纵向应变为（-26.1±3.8）%，整体径向应变为（36.3±8.7）%,且随着年龄增长，心肌应变的绝对值也增大。该研究还提供了节段性心肌应变的范围，但其可重复性不如整体心肌应变。右心室的心肌应变越来越受到临床关注，Liu 等[8]对120 例正常志愿者进行右心室应变测量，提示正常中国人群右心室整体圆周应变为（-13.3±4.1）%，纵向应变为（-24.3±4.7）%，径向应变为（23.0±8.5）%，且可重复性较好。另外，志愿者的年龄与心肌应变的绝对值呈正相关。除了心室功能，左心房的功能也可通过CMR-FT 评估心肌应变。Truong 等[9]对112 例健康志愿者进行左心房心肌应变分析，首次揭示了正常人群的左心房整体心肌应变正常范围，整体纵向应变为（39.1±9.3）%，被动收缩应变为（25.2±8.3）%，主动收缩应变为（14.0±4.1）%。

3 心肌应变在缺血性心肌病中的应用

CMR-FT 可准确评估整体心肌应变和缺血心肌的局部应变。在心肌梗死患者中，传统影像学可评估心脏重构[10]，而心肌应变可对局部运动异常进行定量，其中运动减弱、无运动或反向运动可引起局部节段心肌应变受损甚至引起反向心肌应变，且心肌应变的改变比心肌增厚率变化更为显著。Kuijpers等[11]利用多巴酚丁胺进行CMR 负荷成像，发现心肌缺血患者的心肌应变在负荷状态下呈下降趋势，可区分正常心肌与缺血心肌，尤其对于小范围心内膜下缺血心肌的患者，心肌应变较主观分析室壁增厚率更为灵敏。在急性或陈旧性心肌梗死患者中，左心室的整体纵向心肌应变均显著受损[12]。CMR-FT在缺血性心肌病中在预测患者不良预后有重要的作用，急性心肌梗死患者的局部圆周心肌应变受损结合延迟强化可预测左心室重构程度[13]，而Buss 等[14]在急性心肌梗死患者中发现，圆周应变受损和延迟强化范围与患者的心功能恢复相关。此外，在一项对323 例心肌梗死后患者的心肌应变研究中，心肌应变受损与患者的不良心血管事件相关[12]。

4 心肌应变在非缺血性心肌病中的应用

在肥厚型心肌病的研究中发现，患者在疾病前期即有心肌应变异常，对基因诊断确诊为肥厚型心肌病但无心肌肥厚的早期患者，患者的圆周应变已有受损[15]。进一步研究发现，肥厚型心肌病患者左心室的应变受损程度与心肌肥厚及损伤的范围呈正相关[16]。肥厚型心肌病多累及左心室，有研究证实右心室、左心房的心肌应变也有不同程度的受损[17-18]。在肥厚型心肌病的预后评估方面，左心房与左心室应变受损还与心律失常、心功能不全、心源性死亡等心血管事件相关[19-20]。

扩张型心肌病患者左心室的扭转程度较健康人群的的扭转程度下降，圆周应变显著下降，心肌应变还可用于评价心脏运动同步性，在扩张型心肌病合并完全性左束支传导阻滞的患者中，室间隔的心肌应变下降，与患者的心脏再同步化治疗后的左心室重构相关[21]。此外，多中心研究发现，左心室整体纵向应变是患者不良心血管事件的独立危险因素[22]。

在致心律失常性右心室心肌病中，心肌应变与传统CMR 指标诊断效能相比，具有更为敏感的识别能力，且在疾病早期，即使右心室结构和整体收缩功能正常，但右心室的整体和局部心肌应变已出现受损[23]，提示了心肌应变可发现右心室早期功能受损。

在限制型心肌病中，通过CMR-FT 技术，发现限制性心肌病的左心室整体纵向应变更低，此外，限制型心肌病与缩窄性心包炎的心功能受损均表现为舒张功能受限，收缩功能正常。利用心肌应变有助于两者的鉴别，其中纵向应变的诊断效能较好[24]。

在其他非缺血性心肌病中，研究显示心肌炎患者心肌应变受损，与心肌水肿、延迟强化有一定的相关性，而在EF 保留的心肌炎患者中，心肌炎患者的左心室心肌应变仍然受损，并可伴有左心房应变受损[25]。有研究发现孤立性心肌致密化不全患者的左心室整体径向、圆周和纵向应变较正常对照组明显下降，即使是EF 值保留的患者，也有心肌应变异常[26]。Oda 等[27]利用心肌应变发现心肌淀粉样变性患者的圆周应变和达峰时间明显下降，且在识别早期心肌淀粉样变性方面，较LGE 更为敏感。Watanabe 等[28]利用CMR-FT 发现结节病患者的整体心肌应变与病变心肌的局部应变均受损。Bernardini 等[29]对45例Anderson-Fabry 病患者的研究发现，心房应变均下降，且疾病越发展至后期，应变受损越严重。在糖尿病患者中，研究发现EF 保留患者即有心肌应变受损，提示早期心功能障碍[30]。高血压患者左心室圆周应变受损，与左心室肥厚程度、左心室间质性纤维化程度相关[31]。此外，高血压较肥厚型心肌病患者的整体纵向应变受损较轻，有助于两者的鉴别[32]。在肺动脉高压患者中，研究发现右心室心肌应变与右心室EF 受损相关，且房室运动不协调[33]。

5 心肌应变在先天性心脏病中的应用

在一项对法洛四联症术后患者的研究中发现，患者心脏运动的同步性不一致，心肌应变受损，并与室性心动过速和心源性死亡相关[34]。Moore 等[35]利用CMR-FT 分析了30 例单心室患者的心脏同步化与心肌应变，研究发现尽管EF 值正常，但圆周应变已经发生受损。Kutty 等[36]对81 例主动脉缩窄患者进行心肌应变分析，发现EF 保留状态下，心肌应变出现了受损，提示已发生早期心功能障碍，而在主动脉缩窄伴左心室肥厚的患者中，左心室纵向心肌应变降低则更明显。先天性右心室流出道结构功能异常包括法洛四联症、大动脉转位、共同动脉干及右心室双出口。研究发现，肺动脉瓣置换后的这类先天性心脏病患者，患者的左右心室的整体应变均降低，并伴心脏运动不同步[37]。

6 前景展望

尽管基于CMR 的心肌应变分析发展迅速，但仍有一些缺陷亟待突破。首先，相较于超声心动图，时间分辨率较低是CMR 的一大不足之处。目前超声心动图的单个心动周期可采集约40～60 帧图像，而CMR 可采集约25～40 帧图像。压缩感知技术作为磁共振领域一项新的快速成像技术，在提高采集速度的同时保证基本的图像质量，也有助于增加采集次数，提高CMR 的时间分辨率。其次，由于心房、右心室的形态不规则，当前的分析模型不成熟，心房及右心室心肌应变的临床研究较少，且目前对左心房的应变分析主要为二维分析，而三维应变分析的实现将有利于更完整、准确的功能评估。第三，影像组学和人工智能技术在CMR 中的应用仍需进一步完善各心房、心室内外膜快速准确分割。心肌功能与特征结合，将是今后CMR 的研究方向之一。

随着心肌应变分析技术的兴起，基于CMR-FT的心肌应变不仅可以发现早期左心室局部、整体心肌受损，也能对心房、右心室的应变进行准确评估，并可对各类心脏病变的远期预后进行预测，因此，基于CMR-FT 的心肌应变分析将在今后的的诊断、治疗、预后评估中发挥更为重要的作用。