MR 心肌應(yīng)變技術(shù)在心肌梗死診斷及預(yù)后評估中的應(yīng)用

摘要

心肌應(yīng)變成像技術(shù)逐漸發(fā)展為一項優(yōu)于射血分數(shù)，且能夠更準確評估整體及局部心肌功能改變的方法，在精準診斷和預(yù)后評估中具有重要的潛在價值。本文就磁共振心肌應(yīng)變技術(shù)在心肌梗死評估及預(yù)后方面的應(yīng)用進行全面總結(jié)與分析。近年來，早期再灌注治療大大改善了急性心肌梗死（myocardialinfarction，MI）患者生存率。MI所致的左心室功能障礙乃至心力衰竭是患者遠期死亡的主要原因，心臟MR（cardiacMR，CMR）成像技術(shù)作為評估心臟結(jié)構(gòu)和功能的金標準，同時可以評估組織學特征，在MI患者常規(guī)診療決策及危險分層上具有重要價值。左心室射血分數(shù)（left

ventricularejectionfraction，LVEF）是評估心臟收縮功能的重要指標，但是LVEF無法早期識別出射血分數(shù)保留的心力衰竭患者，也無法反映局部心肌收縮功能的改變。CMR心肌應(yīng)變技術(shù)能夠定量評估整體及局部心肌運動功能，對心肌功能障礙檢測的靈敏度更高，在疾病診斷及預(yù)后分層上具有重要的潛在價值。筆者將闡述CMR心肌應(yīng)變技術(shù)特點，并對其在MI診斷及預(yù)后評估方面的應(yīng)用價值進行綜述。一、CMR心肌應(yīng)變技術(shù)心肌應(yīng)變是心肌在指定方向上從松弛狀態(tài)到收縮狀態(tài)（即舒張末期到收縮末期）單位長度變化的百分比，可用于分析心肌局部或整體在徑向、周向、縱向3個正交方向上的空間分量，反映不同走行方向的心肌纖維的收縮力。CMR應(yīng)變分析常用的參數(shù)主要包括徑向、周向、縱向3個方向的應(yīng)變及應(yīng)變率。徑向應(yīng)變向量垂直于心外膜朝向心腔的中心，收縮末期心肌在徑向上的拉伸使得心肌室壁增厚，應(yīng)變值常為正值；周向應(yīng)變向量沿圓周方向與心外膜壁相切，縱向應(yīng)變向量沿心腔長軸方向與心肌壁相切，收縮期心肌在周向上的收縮使得心腔在短軸截面縮小，縱向上心臟短縮而進一步縮小心腔，周向及縱向應(yīng)變常呈負值。應(yīng)變率是應(yīng)變隨時間的變化速度。1.基于組織標記的心肌應(yīng)變技術(shù)：CMR通過追蹤心肌組織的物理特征評估心肌應(yīng)變的技術(shù)包括心肌組織標記（myocardialtissuetagging）、應(yīng)變編碼（strainencoded，SENC）、相位對比速度編碼（velocityencoded，VENC）、受激回波位移編碼（displacementencodingwithstimulated

echoes，DENSE）等技術(shù)，均需要掃描特定的序列。心肌組織標記技術(shù)是在心動周期的特定部分將飽和帶垂直于心肌作為標記線或網(wǎng)格，追蹤重疊在心肌上的暗線或交叉點在心動周期的形變。該技術(shù)直接追蹤心肌組織的運動，被廣泛作為CMR應(yīng)變研究的參考標準成像模式，為缺血性心臟病提供了優(yōu)于視覺評估左心室運動異常的定量分析參數(shù)，并且可以檢測視覺難以評估的縱向及周向短縮運動。但心肌組織標記成像及后處理復(fù)雜且耗時，諧波相位分析雖使其快速分析成為可能，卻由于舒張期標記信號隨著T1弛豫呈指數(shù)衰減，空間分辨率和評估應(yīng)變的準確度減低，因此應(yīng)用受到限制。其他幾種需要掃描特定序列的心肌應(yīng)變技術(shù)是基于心肌組織標記衍生而來。SENC技術(shù)使用平行于成像層面（組織標記技術(shù)是正交的）的標記線，因此長軸視野用于計算周向應(yīng)變，而短軸視野用于評估縱向應(yīng)變。由于SENC技術(shù)標記層面與成像平面平行，對于穿通平面的應(yīng)變量化是有效的，但在評估徑向和周向應(yīng)變以及測量如扭轉(zhuǎn)等其他參數(shù)時有局限性。VENC技術(shù)是通過施加雙極磁場梯度，計算每個像素速度的空間倒數(shù)，將速度直接編碼為MR信號的相位。DENSE技術(shù)則是利用射頻脈沖及梯度將心肌組織位移編碼為MR信號的相位。由于以上專用的心肌應(yīng)變成像技術(shù)需要在檢查第一時間掃描相應(yīng)的序列，增加了掃描時間及實際工作的復(fù)雜性，且常常需要患者屏氣配合，因此臨床應(yīng)用受限。2.基于電影序列的心肌應(yīng)變技術(shù)：與以上需要“定制”掃描的技術(shù)不同，特征追蹤（featuretracking，F(xiàn)T）技術(shù)則是利用臨床常規(guī)掃描的穩(wěn)態(tài)自由進動（steadystatefree

precession，SSFP）電影序列，通過追蹤心動周期中心內(nèi)膜及心外膜解剖結(jié)構(gòu)的運動計算得出心肌應(yīng)變，具有省時、易獲取的優(yōu)勢，大大增加了臨床應(yīng)用的可行性，逐漸成為研究中應(yīng)用最廣泛的CMR應(yīng)變分析方法。目前，一些包括基于MI患者的研究表明FT與組織標記等專用的應(yīng)變分析成像在整體上具有較好的一致性及可重復(fù)性，但節(jié)段性分析一致性欠佳。由于FT技術(shù)是基于輪廓的追蹤而不是心肌組織，因此與專用的應(yīng)變成像相比，精確度相對較低，測量變異性相對較大，尤其是在節(jié)段分析時心內(nèi)膜邊界不清楚的情況下，可靠性存疑。近年來，針對電影序列新的分析方法也在不斷的探索中，有研究報道了基于形變配準算法（deformableregistrationalgorithms）的應(yīng)變分析方法，可重復(fù)性優(yōu)于FT。目前FT技術(shù)尚無標準的后處理算法及測量值參考標準，因此其準確性及可重復(fù)性有待進一步驗證。首次綜合評估了FT技術(shù)在測量左心室應(yīng)變的可重復(fù)性、一致性以及4種后處理商用軟件測量結(jié)果的差異。所有商用軟件在不同測量者間及同一測量者內(nèi)的測量結(jié)果一致性均良好。對于整體應(yīng)變分析，不同商用軟件獲得的周向應(yīng)變結(jié)果差異沒有統(tǒng)計學意義，而徑向、縱向應(yīng)變結(jié)果差異有統(tǒng)計學意義，并且不同軟件徑向應(yīng)變結(jié)果變異系數(shù)差別較大。在節(jié)段性應(yīng)變分析中，不同商用軟件獲得的所有應(yīng)變結(jié)果均具有顯著差異。近年來，圖像分割及人工智能等技術(shù)的快速發(fā)展，將為FT快速后處理分析及提高準確度帶來潛在的優(yōu)勢。3.心肌應(yīng)變技術(shù)新參數(shù)探索：除了常規(guī)的左心室應(yīng)變參數(shù)（如不同方向上的應(yīng)變及應(yīng)變率、扭轉(zhuǎn)等），一些研究還探討了其他評估MI患者心肌收縮功能的指標。1個德國的多中心注冊研究探索了一種快速評估左心室長軸應(yīng)變的方法，簡單地說是通過測量舒張末期及收縮末期心尖部心外膜邊緣到二尖瓣附著處中點的距離差，所得結(jié)果與LVEF及FT獲得的縱向應(yīng)變呈中等相關(guān)性（LVEF，r=-0.56；FT縱向應(yīng)變，r=0.69；P

均<0.001），該方法在粗略地快速評估左心室縱向應(yīng)變上具有一定的可行性。研究者對這批患者還進行了左心室心肌力學一致性改變（mechanicaluniformity

alterations）分析，結(jié)果顯示健康對照組一致性比率高于梗死組，一致性比率與LVEF、釓對比劑延遲強化（late

gadoliniumenhancement，LGE）高度相關(guān)，透壁梗死局部左心室一致性比率的改變更顯著，因此具有潛在的應(yīng)用價值。二、CMR心肌應(yīng)變技術(shù)在心肌梗死評估中的價值1.對左心室心肌受損范圍及程度的評估：MI患者左心室心肌整體應(yīng)變普遍受損，隨著梗死程度的增加，心肌節(jié)段各向應(yīng)變峰值呈下降趨勢。心肌局部應(yīng)變分析還可以區(qū)分梗死節(jié)段、梗死鄰近節(jié)段、梗死遠段以及是否為透壁梗死，具有較高的診斷效能，受試者操作特征（receiver

operatingcharacteristic，ROC）曲線下面積可達0.76~0.97。與縱向應(yīng)變相比，周向應(yīng)變對鑒別是否為透壁梗死的診斷效能更高。此外，應(yīng)變分析還可以預(yù)測遠期心肌恢復(fù)情況，有研究報道周向應(yīng)變預(yù)測心肌節(jié)段運動改善及運動恢復(fù)的ROC曲線下面積分別為0.834、0.844，對心肌功能恢復(fù)具有較高的預(yù)測價值。CMR心肌應(yīng)變技術(shù)能夠彌補常規(guī)CMR參數(shù)在局部心肌評估中的不足。MI患者早期心肌梗死區(qū)域心肌組織學改變不均質(zhì)，病理上包括心肌水腫、炎癥細胞浸潤、出血、存活心肌及死亡心肌，此時部分可恢復(fù)的非梗死心肌也表現(xiàn)為延遲強化，LGE常常過度評估心肌受損范圍，研究結(jié)果證實MI早期LGE的面積總是大于數(shù)月后隨訪結(jié)果。因此有研究結(jié)果顯示MI早期整體應(yīng)變（周向或縱向）與LGE僅呈中等程度的相關(guān)性（r=0.44），可能是由于應(yīng)變反映的主要是由瘢痕心肌所致的運動障礙，較LGE評估梗死心肌范圍更小和更準確。而不伴有梗死的水腫心肌也可能表現(xiàn)為延遲強化，但應(yīng)變受損的程度較輕，遠期收縮功能常常能得到恢復(fù)。研究表明，MI早期左心室周向應(yīng)變在調(diào)整LGE的影響后仍是預(yù)測心肌運動恢復(fù)的獨立指標。當梗死心肌合并微循環(huán)阻塞（microvascularobstruction，MVO）時，心肌節(jié)段的應(yīng)變受損更顯著。此外，有研究報道合并MVO和心肌內(nèi)出血的節(jié)段周向收縮功能恢復(fù)的可能性降低，提示合并MVO和心肌內(nèi)出血的心肌預(yù)后較差。2.識別亞臨床心肌運動異常：心肌應(yīng)變分析較LVEF能夠更敏感地反映收縮功能的異常。有研究顯示LVEF保留的陳舊性MI患者縱向應(yīng)變及應(yīng)變率與正常對照組相比均減低，但LVEF及視覺評估室壁運動未見明確異常。在穩(wěn)定性缺血性心臟病的患者中，CMR周向應(yīng)變可以揭示梗死病理過程所致的左心室收縮功能輕度減低，而LVEF等衡量左心室收縮功能的常規(guī)指標則沒有明顯改變。應(yīng)變分析對早期探測缺血所致的左心室收縮功能的細微改變有潛在價值。在對已知及可疑冠狀動脈疾病的患者行CMR負荷成像的研究時，缺血患者較無缺血患者的負荷縱向應(yīng)變減低，且差異具有統(tǒng)計學意義，即心肌應(yīng)變能早期識別缺血所致的心肌功能異常。三、CMR心肌應(yīng)變技術(shù)在心肌梗死預(yù)后中的價值1.預(yù)測左心室負性重構(gòu)：左心室負性重構(gòu)的定義不盡相同，通常是以基線和隨訪左心室舒張末期容積的變化定義。一些研究報道整體縱向應(yīng)變或整體周向應(yīng)變是心肌梗死后左心室負性重構(gòu)的預(yù)測因子，可以早期預(yù)示左心室功能障礙所致的心力衰竭等不良預(yù)后。在一項探討心肌梗死后左心室功能恢復(fù)的研究中，多因素分析結(jié)果顯示只有周向應(yīng)變與MI后左心室功能恢復(fù)有相關(guān)性，預(yù)示血運重建后中層的環(huán)形心肌可能恢復(fù)了功能。2.預(yù)測不良心臟事件：不良心臟事件通常定義為全因死亡或心源性死亡、新識別的心力衰竭或心力衰竭住院、再次心肌梗死或終止的心源性猝死的復(fù)合終點。研究表明發(fā)生不良心臟事件的患者在不同方向上的心肌應(yīng)變均明顯受損，左心室整體縱向應(yīng)變是預(yù)測不良心臟事件發(fā)生的最強獨立因子，在調(diào)整其他已知的臨床或CMR預(yù)測因子之后仍有統(tǒng)計學意義，可以作為MI患者危險分層的重要指標。目前縱向應(yīng)變對風險再分類的實際價值還有所爭議，研究示在包含基線資料及傳統(tǒng)CMR預(yù)測因子的風險模型中納入縱向應(yīng)變后，并沒有顯著改善風險再分類；而研究表明在傳統(tǒng)的CMR預(yù)測因子（射血分數(shù)、梗死面積及微循環(huán)阻塞）建立的風險模型中加入縱向應(yīng)變，能夠改善風險再分類。除了常規(guī)的左心室應(yīng)變參數(shù)，左心房應(yīng)變、右心房應(yīng)變及其他新興應(yīng)變參數(shù)也是MI不良預(yù)后的獨立預(yù)測因子，具有潛在的危險分層價值。對有冠狀動脈疾病的患者，負荷左心室縱向應(yīng)變作為不良心臟事件的獨立預(yù)測因子，可以幫助識別高風險的患者，從而實施針對性治療。3.指導臨床治療決策：心肌應(yīng)變作為早期評估心臟收縮功能亞臨床損傷的潛在生物學標志物，是臨床試驗評估MI不同治療手段效果的更佳選擇，較LVEF等常規(guī)CMR參數(shù)能更準確和更敏感地評估治療獲益。此外，研究表明中等程度受損的應(yīng)變及舒張晚期應(yīng)變率可以指導缺血性心肌病患者預(yù)防性植入轉(zhuǎn)復(fù)除顫儀。四、局限性目前，CMR心肌應(yīng)變分析依賴于第三方后處理軟件，雖然相關(guān)商業(yè)軟件的獲取以及與醫(yī)學影像系統(tǒng)的對接已經(jīng)比較成熟，但是不同商業(yè)軟件測量結(jié)果的一致性欠佳。心肌應(yīng)變在不同成像方式中測量得出的正常參考值范圍變異較大，同時患者的年齡、性別以及血流動力學因素如心率、血壓也是潛在的影響因素。此外，目前應(yīng)用較多的FT及組織標記技術(shù)都需要較長的后處理時間，常規(guī)應(yīng)用將加大臨床工作負荷。部分商業(yè)軟件（如CircleCardiovascul