心脏MR特征追踪技术进展及其临床应用

李坤成，张 振

(1.首都医科大学宣武医院放射与核医学科，北京 100053；2.广州中医药大学深圳临床医学院，广东 深圳 518000)

心功能评估对指导临床治疗决策至关重要。射血分数(ejection fraction, EF)是评估心功能最常用指标，但通常仅可评估心脏整体收缩功能，用于早期诊断心功能障碍具有局限性。与EF不同，基于心肌形变分析获得的应变(strain)、应变率(strain rate)和扭转(torsion)等参数反映心肌本身的力学特性，可定量分析心肌整体及局部功能，是早期发现心肌功能障碍的敏感指标[1]。斑点追踪超声心动图(speckle tracking echocardiography, STE)虽为评估心肌形变的首选影像学检查方法，但声窗狭窄、空间分辨率低及操作者依赖性高等缺点[2]使其临床应用受到很大限制。心脏MR特征追踪(cardiac MR feature tracking， CMR-FT)是基于常规心脏电影图像的无创评估心功能的新技术，可用于多种心血管疾病的早期诊断、危险分层和预后评估，其评估心肌形变的价值已经心肌标记技术检查结果验证[3]。本文介绍CMR-FT技术的临床应用进展。

1 CMR-FT评估心功能的基本原理

1.1 心肌应变 指心肌从初始长度(于舒张末期测量)到最大长度(收缩末期测量)的变形程度，包括径向应变、周向应变和纵向应变；其计算公式如下：

ε(%)=(L-L0)/ L0×100%

式中ε代表应变，L和L0分别代表收缩末期和舒张末期的心肌长度。舒张末期至收缩末期，心肌厚度增加而周向和纵向心肌纤维缩短，其径向应变以正值表示，周向应变和纵向应变均以负值表示。应变率定义为单位时间内心肌组织的形变速率，单位为s-1。

1.2 心肌扭转 指左心室基底部呈顺时针旋转、心尖呈逆时针旋转(从心尖部观察)而形成的“拧毛巾”样运动，目前以简单扭转、标准化扭转及心功能评估作为衡量其程度的主要参数[4]。

1.2.1 简单扭转 即心尖逆时针旋转减去基底顺时针旋转：

扭转(°)=Ф心尖部-Ф基底部

1.2.2 标准化扭转 通常称之为“扭曲”，由扭转(°)除以心尖部与基底部成像层面之间的距离D(cm)而获得， D为每个层面的层厚和层间距之和，计算公式为：

标准化扭转(°/cm)=(Ф心尖部-Ф基底部)/ D

1.2.3 圆周纵向剪切角 为以左心室长度和直径校正后的扭转，计算公式为：

圆周纵向剪切角(°)=(Ф心尖部-Ф基底部)×

(ρ心尖部-ρ基底部)/2D

其中ρ心尖部和ρ基底部分别代表心尖部和基底部的半径。

应用后处理软件勾画心外膜和心内膜轮廓后，以CMR-FT通过光流技术完成对整个心动周期内心肌运动的追踪[5]；可在长轴视图中计算获得纵向应变，于短轴方向测量周向和径向应变。

2 CMR-FT在心血管疾病的临床应用

2.1 亚临床心肌功能障碍 高血压、肥胖和糖尿病等均为心血管疾病危险因素，可引起心肌微血管缺血、心肌内纤维化或胶原降解产物沉积等微观结构改变，进而导致心功能异常[6]。通过评估心肌形变可更早发现高血压心脏病患者心功能受损，表现为径向、周向和纵向应变测量值均显著降低[7]。CMR-FT对于评估糖尿病前期和糖尿病患者左心室收缩和舒张功能早期改变具有潜在临床应用价值；且普通人群糖化血红蛋白水平升高与左心室舒张功能受损具有独立相关性[8]。KALISZ等[9]以CMR-FT观察无心血管疾病的肥胖受试者，发现其左、右心室应变参数均已发生显著异常改变。

2.2 缺血性心脏病 CMR-FT诊断缺血性心脏病和评估预后的价值已得到证实。ZOU等[10]研究表明，心肌应变参数诊断心肌梗死的价值优于传统心功能参数，评估局部心肌应变有助于鉴别心内膜下与透壁性心肌梗死。CMR-FT整体应变(特别是整体纵向应变)值是急、慢性心肌梗死患者发生不良事件和死亡的强力独立预测因子[11-12]，应用CMR-FT可准确评估再灌注心肌梗死患者的左心室功能，且其预估死亡率的价值高于左心室EF和梗死面积值。一项针对心肌梗死患者的大规模CMR-FT研究[13]表明，评估局部心肌功能有助于对早期心肌梗死进行危险分层；相比EF值，根据心肌纵向应变值能更准确地评估预后。另有研究[14]结果显示，对ST段抬高型心肌梗死患者，周向应变是预测心功能恢复的最佳因子，并可显著提高单一延迟强化评估预后的价值。

2.3 心肌病

2.3.1 肥厚型心肌病 心肌形变可用于早期诊断肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy, HCM)。HCM早期既存在整体和局部心功能减弱，表现为左、右心室周向、纵向和径向应变及应变率显著减低[15]。对于存在肌小节突变的HCM患者，无论其是否已发生心肌肥厚，相比EF值，以CMR-FT评估心外膜和心内膜的周向应变均可更早地发现心肌收缩功能障碍，临床前期与HCM患者心肌周向应变存在显著壁间差异，可能与室壁增厚、心肌纤维化和心内膜功能障碍的联合作用有关[16]。CMR-FT分析整体和节段心肌功能可比常规评估心功能更为敏感地发现早期心肌应变异常[17]。应用CMR-FT有可能优化HCM诊疗策略，于临床前期阶段即对疾病进行干预，以减轻HCM心肌收缩功能障碍和延缓心力衰竭(heart failure, HF)进展。

2.3.2 扩张型心肌病 CMR-FT可用于对扩张型心肌病(dilated cardiomyopathy, DCM)进行危险分层，评估心肌纵向应变可显著增加EF、延迟强化和血清标志物[N末端B型脑钠肽前体(N-terminal pro-B-type natriuretic peptide, NT-proBNP)]对DCM患者发生不良事件的预测价值[18-20]。一项大样本多中心纵向研究[21]进一步证实，心肌纵向应变是缺血性或非缺血性DCM患者死亡的强力独立预测因子：纵向应变每恶化1%，患者死亡风险增加89.1%；心肌周向应变则可作为DCM患者左心室EF恢复和心血管不良事件的独立预测指标[21-22]。

2.3.3 限制性心肌病 限制性心肌病(restrictive cardiomyopathy, RCM)是一组异质性心肌疾病，通常由心肌僵硬度增加、心室充盈受损引起，心肌淀粉样变性和心脏结节病是其主要病因[23]。即使在左心室功能保留患者中，心肌淀粉样变后，局部和整体应变参数测值也显著降低；钆对比剂延迟强化成像(late gadolinium enhancement, LGE)中，峰值径向应变是检出心肌淀粉样变的敏感且特异的参数[24]。心脏轻链淀粉样变患者整体峰值纵向、周向和径向应变均显著降低，即使左心室EF保持不变者也是如此[25]。对于结节病患者，早期检测和监测心脏受累率至关重要。DABIR等[26]以CMR-FT评估61例经活检证实的结节病患者，无论CMR表现正常与否，其纵向应变均显著降低；而周向应变参数仅在CMR异常的心脏结节病患者有所降低，提示纵向应变可成为早期诊断心脏结节病的指标。

2.4 心肌炎 心肌炎是年轻人心源性猝死的最常见原因之一，亦为其他心肌疾病(如DCM和致心律失常性右心室心肌病)的重要潜在病因；早期诊断心肌炎有利于改善预后[27]。对拟诊急性心肌炎者，可根据CMR-FT所示心肌应变值区分心肌炎患者与健康人，尤其整体收缩峰值纵向和周向应变诊断心肌炎的准确性更佳[28]；心肌应变指标对改善心肌炎危险分层和评估预后的效果优于左心室EF和LGE[29-30]。

2.5 HF 根据左心室EF对HF患者进行分类时，左心室EF<40%为EF降低型HF(HF with reduced EF, HFrEF)，左心室EF在中等范围(40%～49%)为EF中等HF(HF with mid-range EF, HFmrEF)，左心室EF≥50%为EF保留型HF(HF with preserved EF, HFpEF)[31]。一项研究[32]以CMR-FT评估HFpEF、HFrEF和无HF患者，发现周向和纵向应变值均与患者住院率和死亡率独立相关，尤其纵向应变识别收缩功能不全和预测HF结局均优于左心室EF。PARK等[33]对4 172例HF患者进行纵向应变研究，结果进一步证实纵向应变是HFrEF、HFmrEF和HFpEF患者死亡率的独立预测因子，超过95%的HF患者(包括HFpEF患者)纵向应变降低。

2.6 先天性心脏病 CMR-FT用于先天性心脏病已成为临床研究热点，特别是复杂畸形术后评估和指导选择再次干预时机。单心室患者心功能显著减低，表现为左心室纵向应变、周向应变和周向应变率均下降[34]；法洛四联症修复后心房功能障碍表现为左心房容积未扩大时左心房应变和应变率显著降低[35]。CMR-FT还可评估心室间的相互作用：法洛四联症修复术后残留右心室流出道阻塞可能有助于防止右心室应变降低、导致右心室-左心室相互作用更强和心室间非同步化减少，可能对早期右心室重构具有保护作用[36]。

3 CMR-FT的局限性和展望

CMR-FT基于对常规电影图像的后处理分析，便于临床推广应用，但仍有一定局限性。首先，为剔除图像质量欠佳的心肌节段，需要手工勾画心室轮廓，并对追踪质量的自动评估结果进行标准化处理；其次，以不同后处理软件所获测量值有所差异，各供应商之间应形成统一的工作协议，以确保测量值的可比性；再次，目前CMR-FT仅限于二维采集，期待应用平面运动修正和三维CMR-FT采集技术，以提高评估心肌形变的准确性和可重复性。相信在不远的将来，CMR-FT将成为临床常规技术而得到普遍应用。