心血管MR新技術(shù)在心臟瓣膜病中的應(yīng)用進(jìn)展

鄭育聰，趙世華

(國家心血管病中心 中國醫(yī)學(xué)科學(xué)院 北京協(xié)和醫(yī)學(xué)院 阜外醫(yī)院MR影像科，北京 100037)

心臟瓣膜病(valvular heart disease， VHD)是老年人發(fā)生心血管事件的主要原因之一[1-3]。超聲心動圖性價比高、實時便捷，可以對瓣膜狹窄/關(guān)閉不全的嚴(yán)重程度、受累心腔及大血管繼發(fā)改變進(jìn)行初步定性及半定量評估，是評價VHD患者瓣膜結(jié)構(gòu)及活動度的傳統(tǒng)首選方法[4]，但難以達(dá)到全面評估的要求。心血管MR(cardiovascular MR， CMR)[5]不僅可提供心腔、大血管及其毗鄰結(jié)構(gòu)的形態(tài)和功能信息，還可顯示跨瓣異常血流流速、壓差等血流動力學(xué)特征及組織學(xué)特征參數(shù)。隨著技術(shù)發(fā)展，CMR能夠顯示VHD所致早期心肌重構(gòu)的病理生理學(xué)變化，為臨床精準(zhǔn)治療提供依據(jù)。2017歐洲心臟病學(xué)會(European Society of Cardiology, ESC)和歐洲心胸外科學(xué)會(European Association for Cardio-Thoracic Surgery, EACTS)瓣膜病臨床管理指南[6]推薦CMR作為VHD超聲檢查不確定時的替代方法。本文對CMR新技術(shù)在VHD中的應(yīng)用進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 2D/4D Flow MRI評估VHD血流動力學(xué)改變

相位對比MRI(phase contrast MRI, PC-MRI)[7]可通過跨噴射血流瓣口平面血流技術(shù)測量峰值流速，利用Bernoulli方程估算跨瓣壓差；還可通過前向血流、反向血流計算反流分?jǐn)?shù)[8]。但傳統(tǒng)2D PC-MRI每次只能激發(fā)1個2D層面進(jìn)行成像，在峰值流速層面定位不準(zhǔn)確、復(fù)雜血流(如渦流、湍流等)引起信號缺失等多種情況下可能低估峰值流速。此外，2D PC-MRI對聯(lián)合瓣膜病需多次采集各個瓣膜平面，掃描時間較長。近年來，新興的4D Flow MRI技術(shù)可克服2D成像的上述不足，通過對3個相互垂直維度進(jìn)行速度編碼獲得3D相位對比電影，不僅可直觀顯示心腔及大血管的血流特征，還能獲得掃描范圍內(nèi)任意位置血流的方向、流量、流速、反流分?jǐn)?shù)等常規(guī)血流動力學(xué)參數(shù)。更為關(guān)鍵的是，4D Flow MRI技術(shù)能夠提供能量損耗、湍流動能(turbulent kinetic energy, TKE)及管壁剪切力(wall shear stress, WSS)等定量參數(shù)，上述參數(shù)可提示細(xì)微血流異常及湍流類型，幫助臨床醫(yī)師更早發(fā)現(xiàn)VHD進(jìn)展過程中的血流動力學(xué)改變及其對管壁和心腔的影響，為VHD預(yù)后及隨訪提供更多信息。

研究[9]表明，4D Flow MRI結(jié)合回顧性瓣膜追蹤可準(zhǔn)確量化VHD反流量及反流分?jǐn)?shù)，相較2D Flow MRI測得的血流動力學(xué)參數(shù)的準(zhǔn)確率更高。Feneis等[10]利用2D PC-MRI、4D Flow MRI技術(shù)測量21例二尖瓣反流和三尖瓣反流患者的反流量和反流指數(shù)，發(fā)現(xiàn)兩種技術(shù)測量的反流參數(shù)高度一致(r=0.933，ICC=0.878)，表明4D Flow MRI定量容積血流分析有可能取代多平面2D PC-MRI，有助于臨床更高效檢測瓣膜反流，優(yōu)化手術(shù)干預(yù)時機(jī)，使患者受益最大化。

其次，與超聲心動圖相比，4D Flow MRI獲得的跨瓣峰值流速、壓差、TKE等參數(shù)可提供更多有價值的信息。在最近的一項前瞻性隊列研究中，Binter等[11]采用4D Flow MRI測量51例主動脈瓣狹窄(aortic stenosis, AS)患者和10名健康志愿者的TKE，并根據(jù)超聲測量的平均跨瓣壓差(mean pressure gradient, MPG)將AS組分為輕中度狹窄組(n=24)和重度狹窄組(n=27)，發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，AS組TKE明顯升高(P<0.001)，且AS組TKE與MPG呈弱相關(guān)(R2=0.26，P<0.001)。4D Flow MRI在鑒別中重度AS異質(zhì)性方面亦可提供更多信息，可推薦作為瓣膜狹窄合并其他病變時評估血流動力學(xué)改變的替代方法。

此外，4D Flow MRI還可通過流線圖、流速圖及TKE分布圖等3D可視化形式顯示心腔及大血管血流模式細(xì)節(jié)。最近的一項前瞻性研究[12]入組32例房室間隔缺損術(shù)后患者及30名健康志愿者，對其進(jìn)行4D Flow MRI檢查，結(jié)果顯示，盡管術(shù)后患者左心功能恢復(fù)正常，但二尖瓣遠(yuǎn)端仍可觀察到渦流畸變，且渦流持續(xù)時間長、能量損耗多，提示血流動力學(xué)改變先于左心室重構(gòu)，甚至血流動力學(xué)改變可能是心室重構(gòu)的觸發(fā)機(jī)制，可作為預(yù)測早期左心功能障礙的敏感指標(biāo)。Witschey等[13]采用4D Flow MRI技術(shù)評估5只健康綿羊植入不同面積二尖瓣成形環(huán)后對左心室血流動力學(xué)的影響，結(jié)果顯示瓣膜成形環(huán)面積越小，流線圖中左心室血流流線受干擾越明顯，另外二尖瓣血流角度與瓣膜成形環(huán)面積顯著相關(guān)；提示臨床可通過改進(jìn)瓣膜成形環(huán)的設(shè)計來減少其對血流動力學(xué)的影響，防止心功能受損。

2 T1 mapping及細(xì)胞外間質(zhì)容積分?jǐn)?shù)(extracellular volume fraction, ECV)評估VHD早期心肌纖維化

VHD可導(dǎo)致左心室負(fù)荷增加，繼而出現(xiàn)心肌肥厚及心肌纖維化。CMR釓對比劑延遲強(qiáng)化(late gadolinium enhancement, LGE)是目前無創(chuàng)評估局灶性心肌纖維化最常用的影像學(xué)手段，但無法識別彌漫性纖維化與正常心肌組織注射對比劑后的信號強(qiáng)度差異。LGE對檢測彌散性纖維化敏感度差，而近年發(fā)展起來的T1 mapping和ECV技術(shù)可彌補(bǔ)這一缺陷[14]。T1 mapping技術(shù)可定量測量心肌組織T1值，且可通過計算公式進(jìn)一步獲得ECV，即細(xì)胞外間質(zhì)容積占整體心肌容積的百分比[14-15]。最近研究[16-17]顯示ECV可作為量化心肌彌漫性纖維化的敏感指標(biāo)，與組織病理學(xué)結(jié)果高度一致，有助于VHD的診斷和預(yù)后判斷。

Lee等[18]在一組針對127例中重度AS患者的隊列研究中，利用T1 mapping定量評估AS患者心肌纖維化情況并進(jìn)行長期隨訪，發(fā)現(xiàn)T1值越高者不良心血管事件發(fā)生率越高，提示心肌纖維化是AS患者不良預(yù)后(全因死亡、心力衰竭再入院)的獨立預(yù)測因子。Chin等[19]前瞻性納入166例AS患者(其中11例行主動脈瓣置換術(shù)時進(jìn)行心肌活檢)和37名健康志愿者，采用矯正MOLLI(modifed look-locker inversion-recovery)序列測量整體ECV(integral ECV, iECV)，并評價該參數(shù)診斷AS及評估預(yù)后的價值；結(jié)果顯示AS患者iECV值高于對照組(P<0.001)，AS患者iECV值與病理結(jié)果高度相關(guān)(r=0.870，P<0.001)，且聯(lián)合LGE還可鑒別正常心肌、局灶性纖維化及彌漫性纖維化；該研究還發(fā)現(xiàn)iECV是患者全因死亡事件的預(yù)測因子，提示iECV可能成為評估VHD預(yù)后的重要指標(biāo)，有助于臨床監(jiān)測VHD患者心肌功能和優(yōu)化瓣膜置換術(shù)決策。

3 CMR心肌應(yīng)變評估VHD室壁運動異常

左心室射血分?jǐn)?shù)是目前臨床最常用于評估左心室功能的指標(biāo)，但對于檢出早期心室功能障礙并不敏感。近年來，基于穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動序列(steady-state free precession， SSFP)的CMR應(yīng)變分析(CMR feature tracking, CMR-FT)圖像對比度高，準(zhǔn)確性和可重復(fù)性好，與超聲斑點追蹤技術(shù)一致性較好，同時克服了聲窗限制、操作者依賴及采集角度受限等局限性[20]。CMR-FT從周向、徑向及縱向3個方向來評估整體和局部心肌應(yīng)變，可識別亞臨床期心功能異常[21]，達(dá)到盡早干預(yù)的目的[22]。

Nucifora等[23]采用CMR-FT技術(shù)比較22例心功能正常的主動脈瓣二瓣化畸形(bicuspid aortic valve， BAV)患者和18名正常人左心室收縮期及舒張期周向、徑向及縱向3個方向及升主動脈周向應(yīng)變，結(jié)果顯示BAV患者左心室收縮期心肌及升主動脈應(yīng)變參數(shù)均低于正常人；多因素分析結(jié)果進(jìn)一步顯示，BAV與升主動脈壁、心肌收縮期應(yīng)變異常顯著相關(guān)，提示亞臨床心內(nèi)膜下彈力纖維變性導(dǎo)致的左心室心肌功能受損可發(fā)生于主動脈瓣病變早期，瓣膜功能失調(diào)導(dǎo)致心肌收縮功能受損，從而加速心室負(fù)向重塑，可能導(dǎo)致BAV患者較主動脈瓣正常者更早出現(xiàn)充血性心力衰竭[24]。Al Musa等[25]比較42例左心室射血分?jǐn)?shù)保留、重度AS患者的縱向、周向應(yīng)變及應(yīng)變率，根據(jù)癥狀嚴(yán)重程度將其分為無/輕度癥狀組(n=21，NYHA心功能分級為Ⅰ、Ⅱ級)和顯著癥狀組(n=21，NYHA心功能分級為Ⅲ、Ⅳ級及心絞痛、暈厥)，結(jié)果顯示顯著癥狀組患者較無/輕度癥狀組收縮期縱向峰值應(yīng)變率明顯減低(P=0.048)，而2組收縮期縱向峰值應(yīng)變、周向峰值應(yīng)變及應(yīng)變率差異均無統(tǒng)計學(xué)意義，提示CMR心肌應(yīng)變分析有助于臨床識別早期行手術(shù)干預(yù)的AS患者，有可能成為診斷亞臨床心肌功能障礙的指標(biāo)，以改善瓣膜病患者預(yù)后。

3 小結(jié)

CMR具有一站式掃描和多參數(shù)評估的優(yōu)勢，一次掃描即可獲得心臟結(jié)構(gòu)、功能及組織學(xué)信息[26]，目前已廣泛應(yīng)用于臨床，在疾病的診斷、鑒別診斷、預(yù)后判斷及危險分層中發(fā)揮重要作用。新發(fā)展的4D Flow MRI技術(shù)主要用于判斷跨瓣血流速度、壓差、壁剪切力、血流模式等血流動力學(xué)參數(shù)，T1 mapping/ECV技術(shù)可定量評估繼發(fā)于瓣膜病的早期心室重構(gòu)改變，心肌應(yīng)變技術(shù)可監(jiān)測早期心肌功能障礙。隨著CMR新技術(shù)的開發(fā)和不同分析軟件參考值范圍的建立，CMR新技術(shù)在瓣膜病中的應(yīng)用將更加廣泛[27]。