心脏磁共振在左心房评估中的应用

张新娜，侯唯姝，俞宏林，赵玲玲，杨盼盼，蒋雨琦，李小虎

安徽医科大学第一附属医院医学影像科，安徽 合肥 230022；*通信作者 李小虎 lixiaohu@ahmu.edu.cn

左心房是连接左心室和肺静脉结构及功能的重要枢纽，其功能受前后负荷的影响，并反映前后负荷相关的疾病状态，尤其是左心房与左心室之间的相互影响非常显著。在整个心动周期内，于左心室而言左心房主要有3大功能，①储存功能：在心室收缩期，储存肺静脉回流的血液，与左心室容积相关；②管道功能：在心室舒张早期，左心房和左心室之间的压力差将肺静脉血液经左心房被动推入左心室内，与左心室松弛及顺应性相关；③泵功能：在心室舒张晚期，左心房主动收缩进一步增强左心室充盈，与静脉回流（前负荷）及左心室舒张末期压力（后负荷）相关[1]。

既往有研究采用斑点追踪评估高血压患者左心房功能障碍和左心房-左心室异常相互作用之间的关系，证实左心房和左心室之间相互影响、相互作用[2]，对左心房结构及功能评估在疾病诊断和预后等方面均有重要意义。目前诸多心脏磁共振（cardiac magnetic resonance，CMR）研究重点均关注左心室，对于左心房的研究较少。随着影像技术的发展，多种方法可以评估心房的结构及功能，多模态成像能够为临床提供更全面的影像信息[3]。本文拟从左心房结构及功能评估方法、评估局限性、临床应用以及未来发展方向等方面，重点介绍CMR在左心房评估方面的应用。

1 左心房径线及容积测量

CT和超声均能测量左心房容积，但前者具有电离辐射，后者通常低估左心房容积[3]。CMR是评估容积的“金标准”，在测量左心房容积方面具有独有的优势。在CMR中，测量左心房容积的方法主要是先通过平衡稳态自由进动序列进行二维电影成像，再使用双平面面积-长度法或Simpson法于收缩末期测量左心房在二腔心、四腔心层面的面积及长径，然后通过双平面公式计算得到左心房容积：容积（ml）=（0.85×A2ch×A4ch）/L，还可以绘制左心房容积曲线[4]。测量过程中需要注意将肺静脉及左心房附件（如左心耳）排除在左心房轮廓之外。分别在心室收缩末期、舒张末期测量左心房最大容积、最小容积，并在P波开始时测量左心房收缩前容积[3]。将3种容积结合测量还可以提供整个左心房的血流量情况，进而评估排空分数：对应于左心房的3种功能，左心房排空分数可以分为整体左心房排空分数、被动左心房排空分数、主动左心房排空分数[5]。

何健龙等[6]报道不限定年龄和性别的健康志愿者CMR左心房容积正常值：四腔心左心房面积为（21.2±3.8）cm2，二腔心左心房面积为（18.3±4.0）cm2；Truong等[7]报道左心房最大容积为（78.3±20.5）ml，左心房最小容积为（32.3±9.3）ml，左心房收缩前容积为（47.5±13.3）ml。左心房大小是不良心血管事件的预测因子，刘佳等[8]研究显示左心房扩大与心房颤动的严重程度及左心房重构具有相关性。此外，左心房扩大受到多种因素影响，如左心室顺应性、左心室充盈压、左心房肌壁、心房心室之间的压力差等。在无心房颤动和二尖瓣疾病患者中，左心房扩大是左心室充盈压力长期升高的标志[9]，因此左心房功能障碍是左心室舒张功能严重受损的有力标志。左心房最大、最小、收缩前容积分别对应左心房的3个功能阶段，并且每个容积阶段有其特定的意义。左心房最大容积可以作为心血管不良预后的独立因子，左心房最大容积增大提示出现慢性压力超负荷，并且可能早于左心房功能变化[10]。Chamsi-Pasha等[11]报道左心房最小容积是与左心房重构相关的重要指标；Shin等[12]发现左心房最小容积可以作为非梗阻性肥厚型心肌病的独立预测因子；Khan等[13]研究表明左心房排空分数比左心室射血分数更能预测心力衰竭的结果。

2 心肌应变

心肌应变表示心肌整体及节段的形变，应变率指心肌发生形变的速度，即单位时间内发生的应变，能更准确、更敏感地反映心肌早期功能受损。左心房应变参数主要包括被动应变（对应左心房的管道功能）、主动应变（对应左心房的收缩泵功能）、整体应变（对应左心房的储存功能）；峰值正向应变率、峰值早期负向应变率、峰值晚期负向应变率[14]。

早期测量左心房应变的方法主要是超声多普勒斑点追踪技术，但因受到声窗限制、左心房形态不规则的影响而使评估极具挑战性[3]。CMR作为一种无创、无电离辐射、一站式的影像技术，在评估左心室结构及功能方面趋于成熟。CMR心肌应变的测量方法主要有tagging和CMR特征追踪，但由于心房壁较薄（约2 mm），无法用网格线进行标记，因此无法进行tagging测量。目前应用于长轴电影图像的组织追踪方法是左心房应变量化的唯一有效方法[9]。组织追踪通常为半自动，需要于同一个心动周期内在二腔心及四腔心上勾画出左心房轮廓，但不同厂家的左心房应变指数仍存在很大差异，限制了绝对左心房应变正常值的使用[15]。此外，由于左心房很容易缩短，因此左心房应变值很容易被高估[16-17]。

Truong等[7]报道左心房应变参考值：被动应变为（25.15±8.34）%，主动应变为（13.99±4.11）%，整体应变为（39.13±9.27）%。左心房应变在心肌疾病的早期受累评估、鉴别诊断、预后评估等方面均有较大价值。左心房应变值较左心房容积及排空分数有更强的预测作用，在其他参数正常的情况下，糖尿病、高血压等慢性疾病会引起心肌重构导致左心房应变值下降[18-19]，提示早期心脏损伤，有助于指导临床早期干预，降低不良心血管事件的发生率。目前大多数研究与左心房收缩期峰值应变（又称为整体纵向应变）相关，但是其他应变和应变率也包含一些重要信息[9]。近期关于心房主动应变的研究发现主动应变与亚临床心房颤动相关[20]。左心房应变可能会随着心肌组织被替代的程度而减低[21]，并得到病理证实；左心房应变尤其是左心房纵向峰值应变与心肌纤维脂肪替代密切相关，可作为一个无创性的生物标志物[21]。心室舒张功能不全患者会出现心房功能异常，因此评估左心房功能可以反映左心室舒张障碍。例如，在肥厚型心肌病患者中可以观察到其心肌被动应变及整体应变率明显减低，并且该被动应变及整体应变与不良预后独立相关[22]。此外，左心房应变在高血压性心脏病、心肌淀粉样变性、Fabry病等心肌疾病的鉴别诊断中也有一定价值[23-24]。

3 延迟强化（late gadolinium enhancement，LGE）

纤维化的心肌组织由紊乱的肌细胞和胶原蛋白组成，与健康心肌相比细胞外空间扩大。LGE是评估心肌瘢痕及局灶性心肌纤维化的最佳非侵入性方法，作为评估心肌损伤的参考标准[25]。基于细胞外钆对比剂（缩短T1弛豫时间）的LGE成像可以观察到细胞外间隙增加的组织中对比剂延迟摄入和廓清，从而导致心肌纤维化区域造影剂积聚。然而，由于LGE技术依赖于正常心肌与纤维化心肌之间的信号对比，因此不适用于无对比的弥漫性LGE，需要结合T1 mapping技术直接定量T1值，并结合红细胞比容计算心肌细胞外容积，即CMR主要通过LGE反映心肌的局部纤维化，心肌细胞外容积反映心肌弥漫性纤维化。

与心室LGE相似，心房心肌LGE（left atrial late gadolinium enhancement，LA-LGE）也采用带有心电门控的T1加权反转恢复序列，并且与二维左心室LGE（left ventricular late gadalinium enhancement，LV-LGE）相同，三维左心房LGE在大多数设备上可以获取很好的图像[9]。其区别在于心房的LGE要求设备有更高的空间分辨率，并且在纤维化与心肌及血池之间有更强烈的对比。3D-LA-LGE扫描中要求用户输入反转时间，2D-LV-LGE反转时间的确定需要结合相位敏感反转恢复序列，通常间隔2个RR间期，但是3D-LA-LGE的反转时间在1个RR间期内[9]。

Klein等[26]开展的一项关于3D-LA-LGE优化因素的研究表明，注射后延迟成像及使用较低的造影剂量可以提高图像质量，因此成像应在对比剂团注15 min后进行。另外，二尖瓣及主动脉壁要呈亮信号而心肌呈暗信号，否则LA-LGE无法被分析[9]。但通常LALGE的图像质量较差，可能原因首先是心房壁太薄（约2～4 mm），而CMR LGE扫描的空间分辨率较低（1.2～1.5 mm），较低的空间分辨率可能难以区分透壁性或一定程度的纤维化。为了提高空间分辨率，可以延长采集时间，但会增加由于患者呼吸、心脏及整体运动引起的模糊或伪影；其次，对于心律不齐患者（心房颤动、早搏），其RR间期不稳定，无法确定数据采集在心动周期的同一时间点，对于这类患者通常建议在R波之后的早期进行数据采集，并且数据采集窗口应缩短至平均RR间期的10%～12%。为了避免胸壁的重叠伪影，尽量将相位编码方向设置为左右方向。由于脂肪包裹左心房，且心外膜脂肪是与心房颤动负荷、心房颤动复发和新发心房颤动相关的生物标志物，因此扫描过程中需要增加DIXION水脂分离或PSIR序列抑制脂肪[27]。

左心房LGE可以应用于消融后瘢痕的识别，并且瘢痕程度可以预测患者消融术后情况[28]。LGE显示心房颤动患者左心房后壁和左下肺静脉周围左心房纤维化发生率更高，局限于左下肺静脉周围的局灶性LGE、更广泛的强化程度和较大的左心房容积与持续性心房颤动独立相关[29]。Latif等[30]研究表明，二尖瓣反流、糖尿病、肥厚型心肌病等多种疾病会引起左心房心肌纤维化，形成心律失常基质，并且会引起左心房折返电活动异常，进一步导致心房颤动等不良心血管事件。因此，通过评估左心房纤维化情况可以反映这些患者的心肌受累情况，并能够通过纤维化成像辅助管理心房颤动患者，改善以纤维化为消融目标的患者的预后。

4 左心房相关研究的局限性

尽管有研究证实通过CMR评估左心房具有良好的可重复性[31]，但是也存在一些尚未解决的问题。首先，由于左心房壁很薄且结构复杂易变，给心房外轮廓勾画及参数测量带来了挑战；其次，CMR空间分辨率有限，可能会影响心房成像的图像质量。因此，需要开发一种专门用于心房测量的软件提升轮廓勾画及测量的准确性。此外，可以通过一些新技术的发展解决以上问题。例如通过机器学习网络实现纤维化心肌与正常心肌的自动分割，可以排除主观因素的影响，但由于缺乏分割阈值，目前尚处于研究阶段[32]。此外，压缩感知技术作为一种快速成像技术，极大地缩短了CMR图像采集时间，并可以获得较高质量的图像，有效解决心脏疾病患者心律不齐、检查中无法配合屏气等原因造成图像质量下降的问题。陈杨等[33]研究证实压缩感知技术在左心房径线和容积测量方面的可行性和准确性。

综上所述，CMR主要可以通过测量心房大小、排空分数等常规方法初步评估左心房的结构及功能改变，另外结合LGE、心肌应变等可进一步更细致地评估左心房局部改变。但是由于左心房本身的一些限制，CMR在左心房的应用仍处于探索阶段，还需要大量研究解决目前存在的一些问题，实现对左心房更加精准的评估，为心脏疾病的早期诊断、预后、危险分层等提供更多有价值的信息。