MR应变成像技术在心脏疾病中的应用

作者：李亚萍，赵蕾，范占明，首都医科大学附属北京安贞医院影像科

 

心脏MRI具有高组织分辨力、大视野、无辐射及可重复性好等优点，已经成为无创性评估心脏功能的“金标准”。综合各种技术，MR可对心脏进行形态及功能等“一站式”检查。目前各种MR定量成像技术，包括心肌组织标记技术、特征追踪技术、纵向弛豫时间定量成像技术、横向弛豫时间定量成像技术、4D流动成像技术及扩散张量成像技术等发展迅速，可为心血管疾病的诊断和鉴别诊断提供丰富信息。本文对MR应变成像技术在心脏疾病中的应用进行综述。

 

1.心肌应变

 

心肌应变即心肌形变，指心肌在外力作用下发生变形的程度，反映心肌组织本身的位移，理论上不受心脏整体位移和邻近组织牵拉的影响。心肌应变在射血分数和室壁运动保持正常时即可发生改变，从而早期发现心脏功能异常。Mirsky等提出心肌应变的概念，指出应力、应变可定量评估左心室顺应性。

 

目前可进行应变分析的技术有超声、CT和MRI。MR心肌应变分析技术主要有心肌组织标记（Myocardial tissue tagging,Tagging）技术和特征追踪（Feature tracking,FT）技术。Tagging技术通过在组织内诱发局部磁化扰动创建非侵入性标记线，在图像上表现为“黑线”，标记线在心动周期中随心肌运动而发生变形；通过测量收缩期和舒张期标记线变化的距离，即可对整个心动周期心肌的运动进行量化评估。但是，标记线受心肌固有纵向弛豫时间的影响，随着时间延长，标记线信号逐渐衰落，与周围组织的对比度降低，影响靶点的配准。此外，Tagging技术的空间分辨率受限于标记线间距，且后处理过程相对复杂，限制其临床应用。

 

FT技术是一种基于心脏电影成像定量评估心肌应变的后处理技术，无需额外成像序列，可直接在常规自由稳态进动序列的图像上分析追踪心肌在整个心动周期的运动，通过追踪像素点的相对位移计算心肌应变值，且与Tagging技术和超声斑点追踪技术的测量结果有较好的相关性和一致性，操作简单，且可进行多角度分析，具有广阔的应用前景。

 

2.心肌应变评价缺血性心肌病（Ischemic cardiomyopathy,ICM）

 

2.1心肌缺血　

 

ICM可发生进行性充血性心力衰竭、心肌梗死、继发性严重心律失常和猝死，早期诊断ICM并对其进行干预治疗可提高患者生存率。目前临床判断早期心肌缺血多采用核素心肌负荷显像。近期一项Meta分析显示，心脏磁共振（Cardiac MR,CMR）检出冠状动脉粥样硬化性心脏病的敏感度优于核素心肌显像检查。

 

临床CMR主要通过心肌灌注成像评价心肌缺血情况。Thomas等发现，与灌注成像相比，Tagging检测心肌缺血的敏感度虽较差，但特异度高，结合灌注成像和应变分析可敏感、准确地发现早期心肌缺血。此外，灌注成像需注射钆对比剂，有致肾源性系统性纤维化的风险，肾衰竭是对比增强检查的禁忌证，而应变分析无需使用对比剂，可扩大对心肌缺血检测的应用范围。

 

静息状态下，早期ICM因冠状动脉血流储备和侧支循环建立而不表现出功能异常，药物（如多巴酚丁胺、腺苷）或运动负荷状态可诱发心肌缺血，低剂量多巴酚丁胺负荷后应变和应变率升高是心肌存活的标志，负荷状态下采用FT技术可更早期发现心肌缺血。有负荷试验结合应变技术的研究证实，在负荷状态下心肌应变变化有助于区分正常、缺血和梗死心肌节段，由此拓宽了心脏电影成像的应用范围，也为评价各种对比剂注射禁忌证患者心肌活性提供了备选检查方案。

 

Kido等采用Tagging技术分析冠状动脉粥样硬化性心脏病患者心肌应变，发现在腺苷负荷下，缺血或梗死心肌节段峰值周向应变绝对值降低，而非缺血节段峰值周向应变绝对值升高，可据此区分非缺血和缺血、梗死节段；此外，负荷状态下缺血节段的峰值周向应变的绝对值更低；梗死节段峰值周向应变的绝对值虽然降低，但与静息状态比较无差异，表明心肌缺血可导致应变异常，且应变降低幅度与缺血严重程度有关。

 

通过证实功能（心肌应变）与病生理改变（心肌缺血）的相关性，可为采用电影成像间接评价心肌活性、拓宽CMR检查适应证人群范围提供依据。心脏X综合征又称微血管性心绞痛，是有典型劳力性心绞痛症状及心肌缺血临床证据、而冠状动脉正常或无阻塞性病变的一组临床综合征。本病常见于女性，X综合征可导致发生不良心血管事件的危险性增加，评价此类疾病具有重要临床价值。Nelson等研究发现，有X综合征表现的女性舒张期应变率和左心室峰值解旋率低于健康人。心肌应变分析有助于探索该类疾病的病理生理学特征，并为靶向治疗和风险评估提供依据。

 

2.2心肌梗死（Myocardial infarction,MI）　

 

MI是指冠状动脉管腔严重狭窄和心肌供血不足，而侧支循环尚未充分建立，引起供血区心肌坏死纤维化的病理过程。对梗死节段进行应变分析的意义在于早期发现梗死区域及周边存活心肌（顿抑心肌、冬眠心肌），后者是血运重建的最佳受益对象，早期准确识别存活心肌对治疗方案的选择和预后判断有重要意义。Schuster等通过研究多巴酚丁胺负荷前后不同心肌节段径向和周向应变参数的变化，以区分瘢痕的透壁程度，结果表明心肌应变可评估梗死节段内是否有存活心肌。

 

MI节段运动减弱甚至反向，导致严重的左心室收缩不同步，显著影响左心室功能。心脏再同步化治疗（Cardiac resynchronization therapy,CRT）可改善心脏收缩的不同步，提高心脏的射血分数和泵血量。节段应变分析有助于评价心室运动同步性及指导电极位置的选择。CRT后，约30%患者表现为无应答，其重要原因之一是左心室电极放置位置不合理。通过追踪心肌收缩的先后顺序，可间接反映心电激动沿心室壁的传导顺序，当左心室电极置于最晚激动部位时，患者心脏功能的改善最明显。但心室最晚激动部位常存在较多的心肌瘢痕，CMR心肌标记技术结合延迟增强成像评价拟激动区域的心肌情况，可避免在瘢痕处起搏，提高对CRT的应答率。梗死面积是MI患者预后的独立预测因子。

 

CMR通过延迟强化成像可检出并定量梗死心肌，但急性MI患者肾功能损害常见，不宜行增强成像。有研究显示急性ST段抬高MI患者的整体周向应变、应变率、机械弥散（左心室不同心肌节段周向应变达峰时间的标准差，与心肌机械收缩不同步有关）等衍生参数可预测远期左心室重构不良，对于评价长期预后有独立和增量预测价值，可在一定程度上替代梗死面积对预后的判断。但现有的临床证据有限，需进一步研究证实。

 

3.非缺血性心肌病（Non-ischemic cardiomyopathy,NICM）

 

NICM是非冠状动脉病变引起的一类心肌疾病，多与心肌代谢、心脏结构异常及遗传等因素有关。NICM发病隐秘，早期可无任何临床症状，诊断NICM较困难。约1/4的NICM患者存在左心室间隔壁纤维化（Left ventricular midwall fibrosis,MWF），可引起左心室应变异常、收缩和舒张功能障碍，导致心力衰竭，出现MＷＦ的患者对药物治疗和CRT治疗的反应较差。应变分析在射血分数正常和室壁运动尚无异常时即可发现MＷＦ导致的阳性表现，有望早期检测出NICM，并进一步指导临床治疗。

 

3.1肥厚型心肌病（Hypertrophic cardiomyopathy，HCM）　

 

HCM是与遗传相关的一种较常见心肌病，可致青少年猝死。研究表明，射血分数尚在正常范围时，HCM患者已有纵向、周向和径向心肌应变减低，但可通过增加扭转角度而使整体收缩功能维持正常；负荷状态下，因心肌储备能力下降，HCM患者心脏扭转角度降低，据此可鉴别心肌生理性与病理性肥大。滕飞等对HCM进行节段性心肌应变FT分析，发现肥厚心肌节段周向应变、纵向应变和峰值收缩期周向应变、纵向应变明显小于正常心肌节段，而左心室容积和射血分数尚在正常范围，证实CMR－FT有助于早期检测HCM，对指导患者选择生活方式及临床治疗有重要意义。

 

3.2扩张型心肌病（Dilated cardiomyopathy，DCM）

DCM是指原因不明左或右心室或双侧心室扩大并伴心脏收缩功能减退的心肌病，心肌病理改变以弥漫性纤维化为主。DCM患者早期即可出现心肌周向应变和扭转角度减低，因此通过应变分析可早期检出DCM。DCM患者异常心肌应变与其预后相关，左心室纵向应变是DCM患者生存率的独立预测因子。DCM左心室整体纵向应变异常（≥－12.5%）是心脏不良事件的强预测因子，尽管左心室功能严重受损或有延迟强化，如纵向应变尚在正常范围内，则患者预后较好，即纵向应变是DCM风险分层最稳健的应变参数。

 

3.3致心律失常性右心室心肌病（Arrhythmogenicright ventricular cardiomyopathy，ARVC）　

 

ARVC的特征是心肌进行性纤维化，右心室心肌最早受累，其纤维化一般始于心外膜且呈区域性分布，所以疾病早期心肌活检的阳性率较低。CMR－FT有望通过检出节段应变异常而早期发现ARVC。另外，Heermann等发现ARVC患者左心室纵向应变率及基底段水平的周向应变率也显著降低，证实ARVC早期可有左心室受累。

 

3.4其他　

 

应变技术也可用于评价终末期肾病患者心肌功能、预测蒽环类药物对心肌的毒性反应、评估左心房储备功能以及早期识别有卒中高危风险的心房颤动患者，早期识别和鉴别心肌淀粉样变性，评价法洛四联症患者修复术后的转归等。

 

4.小结与展望

 

应变及其衍生参数可对整体和节段性心肌运动进行定量评估，分析疾病的病理生理机制以及选择辅助治疗方案，有助于早期识别心脏功能异常，为临床确定治疗时间窗、预防或逆转疾病进展提供信息，但目前应变分析技术尚未广泛应用于临床。在应用技术方面，需简化Tagging扫描序列及后处理步骤，统一不同后处理软件对FT心肌应变的计算方法，提高软件对像素点的追踪能力，以期为疾病诊断、治疗及预后判断提供更多帮助。

 

来源：李亚萍,赵蕾,范占明.MR应变成像技术在心脏疾病中的应用[J].中国医学影像技术,2018,34(04):621-624.