CMR-FT技術在心肌疾病中應用的研究進展

姜 珊，李迎春，趙新湘

(昆明醫科大學第二附屬醫院放射科,昆明650101)

心臟疾病占全世界死亡原因的30.9%[1]，目前針對心臟疾病的治療戰略已轉向預防和早期發現。在非侵入性診斷技術中，心臟磁共振成像(cardiovascular magnetic resonance，CMR)因具有良好的圖像質量、較高的空間和時間分辨率、較寬的視野、不受解剖層面限制以及可重復性等特質成為診斷心臟疾病的黃金標準。自1988年Zerhouni等[2]開創通過心肌標記技術檢測心肌應變開始，許多方法被用于評估心肌應變功能，心臟磁共振特征跟蹤(CMR-feature tracking，CMR-FT)技術是一種利用心肌形變進行整體和節段功能分析的一種定量測量心肌應變的新技術。CMR-FT采用不同的心肌應變數值如縱向、徑向以及周向應變值評估心臟的整體和節段性功能，應變值實際上是心動周期不同部分的心肌起始心肌長度與最終心肌長度之比[1]?；贑MR掃描的無創性和操作的簡便性，使CMR-FT在各類心臟疾病，尤其是心肌疾病中的應用日益增加。現對CMR-FT技術在心肌疾病中的應用及研究進展進行綜述。

1 CMR-FT的技術原理

心肌應變是指心肌纖維從舒張期末的初始長度到收縮期末的最大長度的變形程度，以百分數表示。根據方向可以計算出心肌形變：縱向、徑向和環向應變?？v向應變表示心肌纖維沿長軸從基底部到心尖部的縱向長短變換，用負值表示；徑向應變表示心肌纖維沿短軸在心臟舒張、收縮期間室壁厚度的變換，用正值表示；環向應變是指沿短軸運動同一層面心肌纖維長短的變化，以負值表示；應變率表示這些變形發生的速率；扭轉力是指心肌纖維沿基底部順時針旋轉和心尖部逆時針旋轉相對于一個固定的心肌中心點旋轉運動產生的角度，與環向應變的切變角有關。CMR-FT是一種追蹤心肌運動的定量后處理技術，基于臨床心臟磁共振最常用的序列標準穩態自由旋進掃描得到的電影序列，使用心臟標準長軸及短軸電影，無須注入對比劑，通過后處理軟件簡單、方便的勾畫出圖像上的心內膜、心外膜，再通過計算得出心肌應變和應變率等參數。目前CMR-FT技術多使用CVI42軟件中的tissue tracking模塊[3]。

2 CMR-FT與其他應變技術的區別

2.1 心肌標記技術 心肌標記技術是最早應用于CMR的應變技術,其是在常規電影序列前采用空間磁化調制技術，從心尖至心底以短軸層面連續掃描成像,覆蓋整個心臟，在末端舒張期的心肌組織上創建暗線，這些暗線在心臟循環中持續存在，在舒張末期排列規則，在收縮期變形、扭曲，收縮末期最為明顯。通過描述、測定單根標記線的曲度形變和相鄰標線的間距變化，精確分析和顯示各個微細節段及肌壁內不同層面的收縮異常改變，這項技術的成像序列和后處理方法已經過廣泛開發和改進[4]。心肌標記技術的評估依賴于視覺的判讀,因此有很大的主觀性,易受讀片者工作經驗影響。雖然心肌標記技術可進行半定量化分析,但也僅適用于室壁增厚或心肌向內的運動,不能診斷心肌變形,如旋轉或圓周樣的縮短運動。心肌標記技術采集的網格圖像信噪比低，且易在心動末期消失，獲取圖像需要長時間的呼吸控制，后期處理軟件也有一定的局限性。此外，每一種心肌標記技術都需要獲得額外的序列。以上因素限制了心肌標記技術在臨床的應用[5]。

2.2 超聲斑點成像追蹤技術(speckle tracking echocardiography，STE) STE是用于超聲的一種應變技術，通過追蹤心肌中產生的散斑回聲，檢測每一幀的運動軌跡，從而直觀觀察心臟的形變，再通過后處理分析獲得心肌的一系列應變參數。STE可被多種因素影響，包括信號的缺失、混響、噪聲干擾以及角度依賴的限制，STE圖像分辨率欠佳，不能良好地顯示心內膜面。應變和應變率的計算依賴于圖像，由于超聲波的遠端圖像質量差，近端圖像質量好，散斑回聲被追蹤的準確性和再現性不一致，尤其是想要精確到心肌節段，準確度則更低，且該技術在低回聲窗口下很難進行[6]。

與上述兩種應變方法相比，CMR-FT的優勢在于不需要額外的序列，常規電影序列就能獲得視野廣闊和質量更好的圖像，并具有再現性。CMR-FT對心臟整體的房室體積和功能有更精確和可重復的評估。

3 CMR-FT技術的臨床應用

3.1 在缺血性心肌病中的應用 冠心病是冠狀動脈血管發生動脈粥樣硬化性病變，從而引起血管腔狹窄或阻塞，造成心肌缺血、缺氧或壞死，從而導致心臟疾病。Schuster等[7]研究了缺血性心肌病患者負荷多巴酚丁胺后的應變發現,CMR分析室壁運動依賴于觀察者的經驗，易出現錯誤。對心肌室壁運動進行定量CMR-FT分析，無論觀察者的經驗如何，都可以提高負荷低劑量多巴酚丁胺后缺血性心肌病診斷的準確性。對負荷不同劑量多巴酚丁胺的缺血性心肌病患者進行應變檢測后發現，CMR-FT可以敏感地發現健康者負荷中間劑量的多巴酚丁胺后，左心室心肌環向、徑向等參數的改變[8]。另一研究發現，CMR-FT可以量化缺血性心肌病患者靜息狀態和負荷低劑量多巴丁胺后心室壁運動的變化，并可對缺血性心肌病患者的生存能力進行定量評估，所有參數在靜息狀態和負荷低劑量多巴丁胺下都有較大變化，其中右心室縱向最明顯，左心室環向最小，且CMR-FT的正常值范圍與左心室功能改變繼發的血流動力學變化密切相關[9]。Schneeweis等[10]對冠心病患者行中高劑量多巴酚丁胺負荷下CMR-FT檢測發現，環向以33.2%為臨界值鑒別正常節段和狹窄節段的靈敏度為75%，特異度為67%。對急性心肌梗死患者的研究發現，患者左心室整體環向應變(globle circumferential strain，GCS)和整體徑向應變(globle radial strain，GRS)與梗死面積具有高度相關性，說明CMR-FT技術在不增強的情況下可通過心肌應變的測值，客觀評估心肌梗死面積[11-12]。

3.2 在非缺血性心肌病中的應用

3.2.1 肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy，HCM) HCM是一種常見的遺傳性心肌病，其是指在排除其他疾病導致心臟負荷增大引起室壁增厚的前提下，左心室壁發生不明原因的肥厚(肥厚可發生在心底到心尖的任何部位，可局限可廣泛)。肥厚心肌細胞結構紊亂、肥大以及纖維化可導致相應節段心肌運動異常[13]。Smith等[14]研究發現，發生心血管事件的HCM患者整體及徑向應變均低于未發生心血管事件的HCM患者，心肌應變可早于左心室射血分數反映心肌損害，并與預后相關。Hinojar等[15]研究HCM患者心肌應變和心肌張力與左心室纖維化和肥大程度的關系時發現，HCM患者左心室應變值均減低，表明左心室肥大與LGE(late gadolinium enhancement)程度均是左心室應變值減低的預測因子。Orwat等[16]研究發現，CMR-FT和STE兩種測量方式獲得的HCM患者的左心室徑向具有一致性，而環向和應變速率不一致，與應變率比較，左心室峰值應變測值可重復性高。說明在HCM中使用CMR-FT進行心肌應變評估可能成為疾病管理的重要工具，CMR-FT簡單易操作的特性也支持了這一觀點。

3.2.2 心臟淀粉樣變性(cardiac amyloidosis,CA) CA是不同類型淀粉樣病變侵犯心臟所致的一種限制型心肌病，主要表現為心室壁增厚、心腔縮小及心室舒張功能異常。Nucifora等[17]發現，CA具有特定的左心室旋轉力學應變值，CA患者LGE的范圍對左心室旋轉力應變有顯著影響。Williams等[18]研究發現，CMR-FT可以部分評估CA心肌纖維化的程度。

3.2.3 擴張型心肌病(dilated cardiomyopathy，DCM) DCM是一種原因未知的原發性心肌病，其特征是單側或雙側心室擴大并伴有心室收縮功能障礙。采用CMR-FT對DCM患者進行研究，并將其與射血分數及心肌纖維化相聯系發現，環向和徑向應變能有效分析DCM患者的心肌功能并與健康人相鑒別，且徑向應變在DCM患者中顯示出獨立的預后價值，其價值超過N端-B型腦鈉肽前體、射血分數以及LGE，提示CMR-FT是除臨床參數和標準CMR外，進行風險分層的有效方法[19-20]。

3.3 在心力衰竭中的應用 心力衰竭是心臟收縮功能或舒張功能發生障礙，不能將靜脈回心血量充分排出心臟，導致靜脈系統血液淤積，動脈系統血液灌注不足，從而引起心臟循環障礙的癥候群，是心臟疾病發展的終末階段。Onishi等[21]對72例再同步治療的心力衰竭患者行CMR-FT和STE檢測發現，CMR-FT和STE的測量值具有高度一致性，并且對再同步治療后患者的預后有提示作用。Habibi等[22]用CMR-FT和左心房容積指數評估了112例心力衰竭患者的左心房體積、功能發現，最終發展為心力衰竭的患者在臨床癥狀出現前左心房整體徑向峰值應變值降低，而左心房最小容積指數升高，整體縱向峰值應變<14%的患者最終出現了心力衰竭。以上研究提示，左心房結構和功能的惡化先于心力衰竭的發展，CMR-FT左心房整體縱向峰值應變降低提示早期舒張性心力衰竭。

3.4 在先天性心臟病中的應用

3.4.1 單心室 單心室也稱為總心室或單室心,是一種較少見的先天性畸形，是指僅具有一個功能的心室腔，單心室會導致充血性心力衰竭和心律失常,發病率占先天性心臟病的1%～3%[23]。Moore等[24]對25例正常人和30例單心室患者行CMR-FT檢測，并進一步將單心室患者分為心臟射血分數≥55%和心臟射血分數<55%，盡管射血分數正常，但心臟射血分數≥55%組患者的環向低于正常人組，心臟射血分數<55%組的環向較心臟射血分數≥55%組也有所下降。以上研究說明，在單心室患者中，CMR-FT可更靈敏地評估異常心室形態患者的細微心室功能障礙，確定了基于特定類型缺陷的心室功能障礙。Anwar等[25]對15例單心室患兒行心肌標記技術和CMR-FT檢測發現，心肌標記技術測得的環向應變值與CMR-FT測得的環向應變值具有一致性。CMR-FT技術可為單心室患者早期的心肌障礙和預后提供更敏銳的定量評估。

3.4.2 主動脈縮窄(coarctation of the aorta,CoA) CoA是指近導管處主動脈發生狹窄,常見于左鎖骨下動脈遠端。CoA的臨床表現取決于縮窄的部位、嚴重程度、有無合并畸形以及就診時患者的年齡[26]。Kutty等[27]對81例主動脈縮窄長達10～13年以及心臟射血分數>50%的患者行CMR-FT檢測發現，CoA患者的左心室整體縱向應變(global longitudinal strain,GLS)測量值[(-17.0±4.7)%]較健康對照組[(-20±5)%]有所降低，說明CMR-FT可早期檢測到CoA導致的收縮功能障礙。Schneeweis等[28]對30例主動脈狹窄患者行心肌標記技術和CMR-FT檢測，使用CMR-FT測量的心肌應變與心肌標記技術測量的應變具有一致性。在另一項研究中使用STE、CMR-FT以及心肌標記技術3種方法測量環向，結果發現，CMR-FT和STE在GCS分析中具有一致性，關于局部應變的一致性則比較差，CMR-FT和心肌標記技術基于整體和局部環向測值和STE測值未發現一致性，說明CMR-FT相較于其他兩種方式準確性、再現性更高[29]。

3.4.3 法洛四聯癥(tetralogy of Fallot，TOF) TOF是一種常見的先天性心臟畸形，其基本病理表現為室間隔缺損、肺動脈狹窄、主動脈騎跨以及右心室肥厚，常導致繼發性心肌肥大和心力衰竭。Kempny等[30]采用CMR-FT、STE以及簡單的心內膜緣顯像對TOF患者和健康人雙心室的心肌功能進行比較，結果發現，右心室和左心室的整體應變具有一致性，CMR-FT與STE對左心室GLS具有一致性；CMR-FT對左心室環向、徑向和右心室GLS較STE展現出更佳的重復性；心內膜緣顯像測量的心內膜邊界的相對收縮長度與GLS的測值具有一致性。Padiyath等[31]采用STE和CMR-FT分析TOF患者的應變發現，STE和CMR-FT檢測左、右心室獲得的GLS和GCS具有一致性，GRS差異均較大。

3.5 在其他心肌病中的應用 近年來，CMR-FT也被應用于多種少見類型的心肌病及其預后評估，如由藥物或其他原因引起的心肌病等。Lu等[32]對26例采用蒽環素誘導治療的癌癥患者的心臟進行CMR-FT評估發現，環向和徑向測值能檢測到亞臨床心功能障礙，CMR-FT與諧波相位成像比較發現，環向是一種可靠且可重復的指標。Ⅰ型和Ⅱ型肌肉萎縮癥常導致輕度心臟結構和功能的異常，嚴重者可出現擴張型心肌病。CMR-FT技術還可用于診斷化療引起的心肌病，Lunning等[33]在化療前和化療3個月后對10例接受阿霉素化療的患者行CMR-FT檢測，比較治療前后的心肌的應變發現，治療后患者的GCS和GLS明顯減低，縱向也較前下降。該研究表明，CMR-FT可評估阿霉素化療患者早期心臟結構和功能的變化。

目前CMR-FT在其他原因所致的心肌病中的應用日益廣泛，其為心肌病的診療預后提供了幫助。

4 問題與展望

盡管CMR-FT的應用越來越廣泛，但作為一個仍在發展的技術，依然存在局限性，如時間分辨率不佳、CMR掃描價格昂貴、CMR-FT后處理軟件未標準化等[34]。目前CMR-FT已展現出在缺血與非缺血心肌病、先天性心臟病中的應用價值，但CMR-FT在評價右心室和左、右心房功能障礙方面的研究相對較少，仍需要更多大樣本的研究。此外，還需要進一步研究左心室節段應變測量和右心室應變測量重現性差等問題[28]?？傊?，CMR-FT是一種具有潛在價值的新型非侵入性技術，基于常規的CMR電影圖像、簡單、實用，且很容易獲得，較其他技術的時間消耗更少。CMR-FT根據整體和節段心肌功能分析實現對心肌順應性的定量評估，為心臟疾病的早發現、早期干預提供有用信息，也有助于指導臨床治療及預后判斷。