心肌炎CMRI左心室功能参数分析及与LGE相关性研究

袁尉峰， 赵新湘

心肌炎是指由多种致炎因子引发的心肌局限性或弥漫性的炎症反应，病理改变为心肌细胞变性、坏死以及心肌间质炎症细胞浸润、纤维化，后期可发生严重的心力衰竭和心室重塑[1]。心肌炎致死率高，研究显示心肌炎在青少年猝死病因中比例高达12%[2]。心肌炎缺乏典型的临床表现，临床上仅凭借感染史、心电图和外周血病原学异常难以准确诊断，而心内膜心肌活检一直被认为是诊断心肌炎的金标准，但因其具有创伤性、风险率高和存在观察盲区，一直难以广泛普及[3]。心脏磁共振成像(cardiac magnetic resonance imaging，CMRI)是一项操作安全、重复性高的无创性检查，可实现多参数、多方位成像，具有空间分辨力高和软组织对比度高等特点，能直接观察心肌组织的多种病理改变[4]，为临床检查心肌炎、判断临床分期、制定诊疗方案和评估预后提供重要的依据。根据路易斯湖诊断标准，晚期钆增强(late gadolinium enhancement，LGE)是CMRI诊断心肌炎的三大基本序列之一[5]，用以反映和评估心肌不可逆性损伤。部分心肌炎患者合并左心室功能不全，每年约9%心肌炎患者发展为扩张型心肌病患者[6]。路易斯湖诊断标准也提及CMRI左室功能不全是支持心肌炎诊断的间接证据[5]。CMRI左心室结构功能参数包括左心室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)、短轴缩短率(fraction shortening，FS)、左心室舒张末期内径(left ventricular end-diastolic dimension，LVEDD)、左心室舒张末期容积(left ventricular end-diastolic volume，LVEDV)、左心室收缩末期容积(left ventricular end-systolic volume，LVESV)、左心室心肌质量(left ventricular myocardial mass，LVMM)、左心室每搏输出量(left ventricular stroke volume，LVSV)、心输出量(cardiac output，CO)、心指数(cardiac index，CI)。本研究通过心肌炎患者左心室结构功能参数分析及与LGE相关性研究，探讨左心室结构功能与心肌间质纤维化的关系。

材料与方法

1.研究对象

搜集2015年1月-2017年10月本院心内科经过观察其临床症状、24h动态心电图(以R波为主的2个或2个以上导联的ST-T改变持续4d以上或出现异常Q波)、血清心肌损伤标志物肌钙蛋白T(>0.2 μg/L)，临床最终确诊为心肌炎的患者。纳入标准：①感染史：近1个月内出现咽喉肿痛、咳嗽、咯痰、呕吐、腹泻等；②临床症状：近2周内出现胸痛、呼吸困难、乏力、出汗、心悸等；③临床体征：静息心率低于100次/分钟；④CT冠状动脉成像检查阴性或X线冠状动脉造影检查阴性。排除标准：①存在磁共振检查禁忌证或无法配合检查；②存在严重心律不齐或无法触发心电门控；③存在幽闭恐惧症或对Gd-DTPA过敏；④疑似风湿性心脏病、先天性心脏病、冠状动脉粥样硬化性心脏病、非缺血性心肌病、高血压性心脏病、心瓣膜病。

心肌炎L组(LGE阳性组)： LGE阳性节段数≥1。根据LGE累及节段数，将L组分为La组(LGE阳性节段数<3)和Lb组(LGE阳性节段数≥3)。心肌炎L0组(LGE阴性组)：LGE阳性节段数为0。

最终入选心肌炎组41例，男女比例为25：16，平均年龄(32.34±8.63)岁。心肌炎L组26例，男女比例为17：9，平均年龄(31.85±9.44)岁；心肌炎L0组15例，男女比例为8：7，平均年龄(33.20±7.24)岁。

2.研究方法

①左心室电影扫描和LGE扫描方法

电影扫描方法：嘱受检者屏气，采用电影序列行四腔心长轴位、左心室二腔心长轴位和左心室短轴位动态电影扫描。一个心动周期采集25帧图像。TR 39.76 ms，TE 1.22 ms，层厚8 mm，视野340 mm×276 mm。

LGE扫描方法：四腔心长轴位3层、左心室二腔心长轴位3层、左心室短轴位10层，由左心室基底部至心尖部逐层扫描，扫描线与室间隔垂直。左心室心肌首过灌注后，经高压自动注射器再次注射Gd-DTPA，剂量为0.1 mmol/kg，流率2 mL/s。FA 25°，TR 6.1 ms，TE 3.0 ms，层厚10 mm，视野320 mm×320 mm。第二次Gd-DTPA注射完5分钟之后采集LGE图像。LGE图像诊断分析根据AHA推荐的17节段划分法，纳入除第17节段外的16个心肌节段进行分析，由两位从事心血管磁共振研究工作的放射科医师进行盲法分析和诊断(图1e、2e、3、4)。

②CMRI左心室功能图像后处理和诊断方法

根据2002年AHA推荐的心肌17节段划分法，将左心室短轴位心肌划分为17个节段，取3个标准层面，即基底部、中间部和心尖部，并将左心室分为16个节段(除外第17节段)，基底部和中间部分别分为6个肌壁(前壁、前间壁、下间壁、下壁、下侧壁、前侧壁)，心尖部分为4个肌壁(前壁、间壁、下壁、侧壁)。CMRI图像均通过Philips Achieva 3.0T TX多源发射磁共振仪配套后处理工作站EWS Cardiac Explore软件进行分析。结合半自动软件，手动描绘左心室短轴位心内膜和心外膜轮廓，即内环和外环(图1a、2a)，同时手动校正和调整，以保证测量数据的准确性。左心室轮廓勾画完成后，输入各受检者的身高和体重，软件自动分析并生成左心室功能曲线图(图1b、2b)、色阶图(图1c、1d、2c、2d)以及各项参数。左心室功能参数计算方法：LVEDV为左心室基底部至心尖部舒张末期容积各层总和；LVESV=左心室基底部至心尖部收缩末期容积各层总和；LVSV=LVEDV-LVESV；LVEF=SV×100%/EDV；CO=LVSV×心率/1000；CI=CO/体表面积；FS=(舒张末期左心室横径-收缩末期左心室横径)×100%/舒张末期左心室横径；LVEDD=左心室基底部舒张末期长径(心尖与二尖瓣中点的连线)；LVMM=(左室总容积-左室腔容积)×1.04。由两位从事心血管磁共振研究工作的放射科医师采用盲法诊断并统计左心室功能指标参数值。临床上左心室功能指标正常值参考范围：LVEF>50%、FS>25%、LVEDD 35～55 mm、LVEDV (108±24) mL、LVESV (45±16) mL、LVMM (50±5) g、LVSV 35～45 mL、CO 3～6 L/min、CI 2.4～4.2 L/min·m2。

图1 正常人MRI左心室基底部原始图像及后处理图像。a) 短轴电影序列(绿、黄色靶环线分别表示心内、外膜缘，紫色矢状线划分各节段)； b) 容积曲线示左心室节律性收缩； c) 肌壁最大厚度时间色阶图，暖色系表示时间较长，冷色系表示时间较短； d) 肌壁最大厚度色阶图，暖色系表示肌壁较厚，冷色系表示肌壁较薄； e) LGE图像，提示无对比剂滞留。 图2 心肌炎患者。a) 短轴电影序列； b) 容积曲线示左心室心律失常； c) 肌壁最大厚度时间色阶图示各节段运动节律性较差、室壁增厚率降低)； d) 肌壁最大厚度色阶图示室壁增厚率减低)； e) LGE图像示心外膜缘下及肌壁间多发心肌变性和/或纤维瘢痕。

3.统计学方法

结 果

1.心肌炎L0组、La组和Lb组CMRI左心室结构功能指标的比较

三组LVEF(P<0.001)、LVEDV(P=0.001)、LVESV(P<0.001)、LVSV(P<0.001)、CI(P=0.036)差异有统计学意义，FS(P=0.082)、LVEDD(P=0.741)、LVMM(P=0.318)、CO(P=0.184)差异无统计学意义(表1)。三组LVEF、LVEDV、LVESV、LVSV、CI 行两两LSD-t检验，LVEF(P0a、P0b、Pab均<0.001)、LVEDV(P0a=0.012、P0b<0.001)、LVESV(P0a、P0b<0.001、Pab=0.001)、LVSV(P0a=0.008、P0b<0.001、Pab=0.002)、CI(P0b=0.015)差异有统计学意义，LVEDV(Pab=0.191)、CI(P0a=0.684、Pab=0.052)差异无统计学意义。

2.心肌炎L组LVEF与其它左心室功能参数的相关性

心肌炎L组LVEF与FS、LVEDD、LVEDV、LVESV、LVMM、LVSV、CO、CI的相关系数分别为r1=0.195(P=0.340>0.05)、r2=-0.308(P=0.126>0.05)、r3=-0.422(P=0.032<0.05)、r4=-0.833(P<0.001)、r5=-0.354(P=0.076>0.05)、r6=0.887(P<0.001)、r7=0.283(P=0.161>0.05)、r8=0.486(P=0.012<0.05)，提示LVEF分别与LVEDV、LVESV呈负相关，与LVSV、CI呈正相关(表2)。

表1 心肌炎L0组、La组和Lb组左心室功能指标的单因素方差分析和LSD-t检验

注：*P<0.05

图3 Lb组心肌炎患者LGE图像，提示基底部、中间部和心尖部多个节段LGE阳性，以间壁、下壁和侧壁的心外膜下和肌壁间为主。a) 四腔心长轴位LGE图像； b) 二腔心长轴位LGE图像； c) 二腔心短轴位LGE图像。 图4 La组心肌炎患者LGE图像，提示中间部前间壁LGE阳性。a) 四腔心长轴位LGE图像； b) 二腔心长轴位LGE图像； c) 二腔心短轴位LGE图像。

3.心肌炎L组LVEF与LGE阳性节段数的相关性

心肌炎L组LVEF与LGE阳性节段数的相关性，等级相关系数rs=-0.753，P<0.001，提示两者呈负相关(图5)。

表2 LVEF与其它左心室功能参数的相关性

注：*P<0.05。

图5 心肌炎L组LVEF与LGE阳性节段数的相关性散点图。

讨 论

1.心肌炎左心室结构功能参数分析

CMRI通过测量心动周期左心室容积的变化来定量测量左心室收缩和舒张功能，目前常用计算方法为Simpson法，该方法在测定左心室容积和质量中具备较好的可操作性和重复性[7]，即通过手动或半自动绘制出心动周期不同时相的左心室短轴层面的心内膜和心外膜轮廓线，将血池面积叠加、计算得到左心室的绝对容积值，利用不同时相心室容积的变化，准确测量左心室功能的各项参数值。CMRI电影成像方法己逐渐成为评估心脏形态学结构和心功能的“金标准”[8]。本研究通过CMRI后处理工作站对原始图像资料进行参数量化处理，并通过录入受检者身高和体重达到标准化，共获得9项左心室功能参数值，并与临床标准值对比，判断左心室收缩和舒张运动功能正常或异常。目前临床上CMRI诊断左心室功能各参数的正常值范围尚未完全统一，曾有报道称应用CMRI测量健康中国志愿者所得LVEF均数值为60.62%[9]，而临床研究常采用LVEF>50%作为正常值范围，故应用CMRI诊断左心室功能亟待进一步研究。本研究通过三组间左心室结构功能指标单因素方差分析，发现LVEF、LVEDV、LVESV、LVSV和CI差异具有统计学意义，可能提示上述5项参数较其他参数在评估心肌炎患者左心室结构功能中具有更加重要的意义。单因素方差分析和LSD-t检验显示三组间LVEF、LVESV和LVSV差异性较其它左心室功能指标显著，提示上述3项参数更加能够间接反映心肌间质纤维化，故当其它左心室功能指标缺乏或测量误差较大时，可以选择LVEF、LVESV或LVSV作为首选指标以反映患者左心室结构功能的总体情况。以Lb组的数据为例，LVEF、LVEDV、LVESV分别为(29.83±6.03)%、(117.37±14.29)mL、(82.53±13.88)mL，其中LVEDV、LVESV的标准差较大，可能是与患者心肌纤维化程度的不同以及左心室心腔失代偿扩大的程度不同有关，还可能是与慢性心肌炎心肌纤维化导致心肌肌壁不均匀变薄，后处理工作站绘制心内膜线(内环)和心外膜线(外环)时不够精准，甚至局部内、外环贴近重叠而导致最终数据值波动变化有关。CI是CMRI和心脏超声检查中用以反映心脏射血功能的指标，但目前关于CI的影像学应用和研究较少，其标准参考值范围的界定也尚未完全统一，可能存在CI反映心肌炎的敏感性欠佳。本部分研究还发现心肌炎L组患者LVEF分别与LVEDV、LVESV呈负相关，与LVSV、CI呈正相关，而LVESV与LVEF相关系数的绝对值最大，提示两者的相关性最大。

2.心肌炎LGE病理学基础及与LVEF相关性分析

LGE在心肌梗死患者的应用实践相对于其它心肌疾病较早，同时也较为成熟，诸如延迟时间、对比剂剂量等数据均来自于关于缺血性心脏病的研究探讨[10-12]。LGE能够显示急性期心肌细胞坏死和慢性期心肌间质纤维化，二者均属于不可逆损伤[13]。急性期或亚急性期心肌炎患者心肌细胞膜损伤甚至破裂，Gd-DTPA很容易扩散进入细胞内部，加上血流动力学改变，Gd-DTPA廓清时间延长，局部Gd-DTPA浓度升高即表现为LGE各种形态的强化灶。而慢性期心肌炎是急性期心肌炎的转归方式之一，心肌炎早期心肌细胞变性损伤和坏死后，成纤维细胞转变为纤维细胞并形成大量网状纤维组织，导致细胞外间隙扩大，其蓄积Gd-DTPA的能力强于急性心肌炎坏死的心肌细胞滞留Gd-DTPA的能力，随着延迟时间推移逐渐明显，甚至数小时后Gd-DTPA仍未廓清。慢性心肌炎心肌细胞水肿不明显，T2WI检出率相对较低。Gd-DTPA可显著缩短心肌损伤部位T1驰豫时间，并且使采集的图像质量更加清晰。曾有研究报道称LGE也是慢性期心肌炎发生心室重塑的独立危险因素[14]，在心肌炎患者的预后判断和随访复查中具有重要价值[14-15]。本研究心肌炎L组LVEF与LGE阳性节段数呈负相关，心肌炎患者心功能不全可能随着心肌纤维化增多更加显著，LVEF值减低可能间接提示心肌细胞坏死和间质纤维化，LGE阳性对于预测心肌炎患者左心室心功能不全的发生也具有临床价值。

本研究的主要不足之处在于实验结果缺乏心内膜活检数据的对照分析。其次是后处理工作站人工绘制心内、外膜线时，局部内、外环可能贴近重叠，导致部分左心室功能数据值可能不够精准。此外，本研究缺乏正常对照组左心室功能参数分析，目前国内外关于CMRI左心室功能参数的研究较少，曾有关于健康成年人左心室整体及局部功能参数的磁共振研究[16]，由于本研究中心肌炎患者平均年龄较小，且设备机型和参数均与既往研究不同，故未行讨论。本研究发现除LVEF之外，LVEDV、LVESV、LVSV、CI也能够较好地反映心肌间质的纤维化，LVEF分别与LVEDV、LVESV、LVSV、CI具有相关性。心肌炎患者心功能随着心肌纤维化增多而减低，LGE有助于预测心肌炎患者左心室功能不全的发生。