心血管MR新技术在心脏瓣膜病中的应用进展

郑育聪，赵世华

(国家心血管病中心 中国医学科学院 北京协和医学院 阜外医院MR影像科，北京 100037)

心脏瓣膜病(valvular heart disease， VHD)是老年人发生心血管事件的主要原因之一[1-3]。超声心动图性价比高、实时便捷，可以对瓣膜狭窄/关闭不全的严重程度、受累心腔及大血管继发改变进行初步定性及半定量评估，是评价VHD患者瓣膜结构及活动度的传统首选方法[4]，但难以达到全面评估的要求。心血管MR(cardiovascular MR， CMR)[5]不仅可提供心腔、大血管及其毗邻结构的形态和功能信息，还可显示跨瓣异常血流流速、压差等血流动力学特征及组织学特征参数。随着技术发展，CMR能够显示VHD所致早期心肌重构的病理生理学变化，为临床精准治疗提供依据。2017欧洲心脏病学会(European Society of Cardiology, ESC)和欧洲心胸外科学会(European Association for Cardio-Thoracic Surgery, EACTS)瓣膜病临床管理指南[6]推荐CMR作为VHD超声检查不确定时的替代方法。本文对CMR新技术在VHD中的应用进展进行综述。

1 2D/4D Flow MRI评估VHD血流动力学改变

相位对比MRI(phase contrast MRI, PC-MRI)[7]可通过跨喷射血流瓣口平面血流技术测量峰值流速，利用Bernoulli方程估算跨瓣压差；还可通过前向血流、反向血流计算反流分数[8]。但传统2D PC-MRI每次只能激发1个2D层面进行成像，在峰值流速层面定位不准确、复杂血流(如涡流、湍流等)引起信号缺失等多种情况下可能低估峰值流速。此外，2D PC-MRI对联合瓣膜病需多次采集各个瓣膜平面，扫描时间较长。近年来，新兴的4D Flow MRI技术可克服2D成像的上述不足，通过对3个相互垂直维度进行速度编码获得3D相位对比电影，不仅可直观显示心腔及大血管的血流特征，还能获得扫描范围内任意位置血流的方向、流量、流速、反流分数等常规血流动力学参数。更为关键的是，4D Flow MRI技术能够提供能量损耗、湍流动能(turbulent kinetic energy, TKE)及管壁剪切力(wall shear stress, WSS)等定量参数，上述参数可提示细微血流异常及湍流类型，帮助临床医师更早发现VHD进展过程中的血流动力学改变及其对管壁和心腔的影响，为VHD预后及随访提供更多信息。

研究[9]表明，4D Flow MRI结合回顾性瓣膜追踪可准确量化VHD反流量及反流分数，相较2D Flow MRI测得的血流动力学参数的准确率更高。Feneis等[10]利用2D PC-MRI、4D Flow MRI技术测量21例二尖瓣反流和三尖瓣反流患者的反流量和反流指数，发现两种技术测量的反流参数高度一致(r=0.933，ICC=0.878)，表明4D Flow MRI定量容积血流分析有可能取代多平面2D PC-MRI，有助于临床更高效检测瓣膜反流，优化手术干预时机，使患者受益最大化。

其次，与超声心动图相比，4D Flow MRI获得的跨瓣峰值流速、压差、TKE等参数可提供更多有价值的信息。在最近的一项前瞻性队列研究中，Binter等[11]采用4D Flow MRI测量51例主动脉瓣狭窄(aortic stenosis, AS)患者和10名健康志愿者的TKE，并根据超声测量的平均跨瓣压差(mean pressure gradient, MPG)将AS组分为轻中度狭窄组(n=24)和重度狭窄组(n=27)，发现与健康对照组相比，AS组TKE明显升高(P<0.001)，且AS组TKE与MPG呈弱相关(R2=0.26，P<0.001)。4D Flow MRI在鉴别中重度AS异质性方面亦可提供更多信息，可推荐作为瓣膜狭窄合并其他病变时评估血流动力学改变的替代方法。

此外，4D Flow MRI还可通过流线图、流速图及TKE分布图等3D可视化形式显示心腔及大血管血流模式细节。最近的一项前瞻性研究[12]入组32例房室间隔缺损术后患者及30名健康志愿者，对其进行4D Flow MRI检查，结果显示，尽管术后患者左心功能恢复正常，但二尖瓣远端仍可观察到涡流畸变，且涡流持续时间长、能量损耗多，提示血流动力学改变先于左心室重构，甚至血流动力学改变可能是心室重构的触发机制，可作为预测早期左心功能障碍的敏感指标。Witschey等[13]采用4D Flow MRI技术评估5只健康绵羊植入不同面积二尖瓣成形环后对左心室血流动力学的影响，结果显示瓣膜成形环面积越小，流线图中左心室血流流线受干扰越明显，另外二尖瓣血流角度与瓣膜成形环面积显著相关；提示临床可通过改进瓣膜成形环的设计来减少其对血流动力学的影响，防止心功能受损。

2 T1 mapping及细胞外间质容积分数(extracellular volume fraction, ECV)评估VHD早期心肌纤维化

VHD可导致左心室负荷增加，继而出现心肌肥厚及心肌纤维化。CMR钆对比剂延迟强化(late gadolinium enhancement, LGE)是目前无创评估局灶性心肌纤维化最常用的影像学手段，但无法识别弥漫性纤维化与正常心肌组织注射对比剂后的信号强度差异。LGE对检测弥散性纤维化敏感度差，而近年发展起来的T1 mapping和ECV技术可弥补这一缺陷[14]。T1 mapping技术可定量测量心肌组织T1值，且可通过计算公式进一步获得ECV，即细胞外间质容积占整体心肌容积的百分比[14-15]。最近研究[16-17]显示ECV可作为量化心肌弥漫性纤维化的敏感指标，与组织病理学结果高度一致，有助于VHD的诊断和预后判断。

Lee等[18]在一组针对127例中重度AS患者的队列研究中，利用T1 mapping定量评估AS患者心肌纤维化情况并进行长期随访，发现T1值越高者不良心血管事件发生率越高，提示心肌纤维化是AS患者不良预后(全因死亡、心力衰竭再入院)的独立预测因子。Chin等[19]前瞻性纳入166例AS患者(其中11例行主动脉瓣置换术时进行心肌活检)和37名健康志愿者，采用矫正MOLLI(modifed look-locker inversion-recovery)序列测量整体ECV(integral ECV, iECV)，并评价该参数诊断AS及评估预后的价值；结果显示AS患者iECV值高于对照组(P<0.001)，AS患者iECV值与病理结果高度相关(r=0.870，P<0.001)，且联合LGE还可鉴别正常心肌、局灶性纤维化及弥漫性纤维化；该研究还发现iECV是患者全因死亡事件的预测因子，提示iECV可能成为评估VHD预后的重要指标，有助于临床监测VHD患者心肌功能和优化瓣膜置换术决策。

3 CMR心肌应变评估VHD室壁运动异常

左心室射血分数是目前临床最常用于评估左心室功能的指标，但对于检出早期心室功能障碍并不敏感。近年来，基于稳态自由进动序列(steady-state free precession， SSFP)的CMR应变分析(CMR feature tracking, CMR-FT)图像对比度高，准确性和可重复性好，与超声斑点追踪技术一致性较好，同时克服了声窗限制、操作者依赖及采集角度受限等局限性[20]。CMR-FT从周向、径向及纵向3个方向来评估整体和局部心肌应变，可识别亚临床期心功能异常[21]，达到尽早干预的目的[22]。

Nucifora等[23]采用CMR-FT技术比较22例心功能正常的主动脉瓣二瓣化畸形(bicuspid aortic valve， BAV)患者和18名正常人左心室收缩期及舒张期周向、径向及纵向3个方向及升主动脉周向应变，结果显示BAV患者左心室收缩期心肌及升主动脉应变参数均低于正常人；多因素分析结果进一步显示，BAV与升主动脉壁、心肌收缩期应变异常显著相关，提示亚临床心内膜下弹力纤维变性导致的左心室心肌功能受损可发生于主动脉瓣病变早期，瓣膜功能失调导致心肌收缩功能受损，从而加速心室负向重塑，可能导致BAV患者较主动脉瓣正常者更早出现充血性心力衰竭[24]。Al Musa等[25]比较42例左心室射血分数保留、重度AS患者的纵向、周向应变及应变率，根据症状严重程度将其分为无/轻度症状组(n=21，NYHA心功能分级为Ⅰ、Ⅱ级)和显著症状组(n=21，NYHA心功能分级为Ⅲ、Ⅳ级及心绞痛、晕厥)，结果显示显著症状组患者较无/轻度症状组收缩期纵向峰值应变率明显减低(P=0.048)，而2组收缩期纵向峰值应变、周向峰值应变及应变率差异均无统计学意义，提示CMR心肌应变分析有助于临床识别早期行手术干预的AS患者，有可能成为诊断亚临床心肌功能障碍的指标，以改善瓣膜病患者预后。

3 小结

CMR具有一站式扫描和多参数评估的优势，一次扫描即可获得心脏结构、功能及组织学信息[26]，目前已广泛应用于临床，在疾病的诊断、鉴别诊断、预后判断及危险分层中发挥重要作用。新发展的4D Flow MRI技术主要用于判断跨瓣血流速度、压差、壁剪切力、血流模式等血流动力学参数，T1 mapping/ECV技术可定量评估继发于瓣膜病的早期心室重构改变，心肌应变技术可监测早期心肌功能障碍。随着CMR新技术的开发和不同分析软件参考值范围的建立，CMR新技术在瓣膜病中的应用将更加广泛[27]。