CMR-FT技术在心肌疾病中应用的研究进展

姜 珊，李迎春，赵新湘

(昆明医科大学第二附属医院放射科,昆明650101)

心脏疾病占全世界死亡原因的30.9%[1]，目前针对心脏疾病的治疗战略已转向预防和早期发现。在非侵入性诊断技术中，心脏磁共振成像(cardiovascular magnetic resonance，CMR)因具有良好的图像质量、较高的空间和时间分辨率、较宽的视野、不受解剖层面限制以及可重复性等特质成为诊断心脏疾病的黄金标准。自1988年Zerhouni等[2]开创通过心肌标记技术检测心肌应变开始，许多方法被用于评估心肌应变功能，心脏磁共振特征跟踪(CMR-feature tracking，CMR-FT)技术是一种利用心肌形变进行整体和节段功能分析的一种定量测量心肌应变的新技术。CMR-FT采用不同的心肌应变数值如纵向、径向以及周向应变值评估心脏的整体和节段性功能，应变值实际上是心动周期不同部分的心肌起始心肌长度与最终心肌长度之比[1]。基于CMR扫描的无创性和操作的简便性，使CMR-FT在各类心脏疾病，尤其是心肌疾病中的应用日益增加。现对CMR-FT技术在心肌疾病中的应用及研究进展进行综述。

1 CMR-FT的技术原理

心肌应变是指心肌纤维从舒张期末的初始长度到收缩期末的最大长度的变形程度，以百分数表示。根据方向可以计算出心肌形变：纵向、径向和环向应变。纵向应变表示心肌纤维沿长轴从基底部到心尖部的纵向长短变换，用负值表示；径向应变表示心肌纤维沿短轴在心脏舒张、收缩期间室壁厚度的变换，用正值表示；环向应变是指沿短轴运动同一层面心肌纤维长短的变化，以负值表示；应变率表示这些变形发生的速率；扭转力是指心肌纤维沿基底部顺时针旋转和心尖部逆时针旋转相对于一个固定的心肌中心点旋转运动产生的角度，与环向应变的切变角有关。CMR-FT是一种追踪心肌运动的定量后处理技术，基于临床心脏磁共振最常用的序列标准稳态自由旋进扫描得到的电影序列，使用心脏标准长轴及短轴电影，无须注入对比剂，通过后处理软件简单、方便的勾画出图像上的心内膜、心外膜，再通过计算得出心肌应变和应变率等参数。目前CMR-FT技术多使用CVI42软件中的tissue tracking模块[3]。

2 CMR-FT与其他应变技术的区别

2.1 心肌标记技术 心肌标记技术是最早应用于CMR的应变技术,其是在常规电影序列前采用空间磁化调制技术，从心尖至心底以短轴层面连续扫描成像,覆盖整个心脏，在末端舒张期的心肌组织上创建暗线，这些暗线在心脏循环中持续存在，在舒张末期排列规则，在收缩期变形、扭曲，收缩末期最为明显。通过描述、测定单根标记线的曲度形变和相邻标线的间距变化，精确分析和显示各个微细节段及肌壁内不同层面的收缩异常改变，这项技术的成像序列和后处理方法已经过广泛开发和改进[4]。心肌标记技术的评估依赖于视觉的判读,因此有很大的主观性,易受读片者工作经验影响。虽然心肌标记技术可进行半定量化分析,但也仅适用于室壁增厚或心肌向内的运动,不能诊断心肌变形,如旋转或圆周样的缩短运动。心肌标记技术采集的网格图像信噪比低，且易在心动末期消失，获取图像需要长时间的呼吸控制，后期处理软件也有一定的局限性。此外，每一种心肌标记技术都需要获得额外的序列。以上因素限制了心肌标记技术在临床的应用[5]。

2.2 超声斑点成像追踪技术(speckle tracking echocardiography，STE) STE是用于超声的一种应变技术，通过追踪心肌中产生的散斑回声，检测每一帧的运动轨迹，从而直观观察心脏的形变，再通过后处理分析获得心肌的一系列应变参数。STE可被多种因素影响，包括信号的缺失、混响、噪声干扰以及角度依赖的限制，STE图像分辨率欠佳，不能良好地显示心内膜面。应变和应变率的计算依赖于图像，由于超声波的远端图像质量差，近端图像质量好，散斑回声被追踪的准确性和再现性不一致，尤其是想要精确到心肌节段，准确度则更低，且该技术在低回声窗口下很难进行[6]。

与上述两种应变方法相比，CMR-FT的优势在于不需要额外的序列，常规电影序列就能获得视野广阔和质量更好的图像，并具有再现性。CMR-FT对心脏整体的房室体积和功能有更精确和可重复的评估。

3 CMR-FT技术的临床应用

3.1 在缺血性心肌病中的应用 冠心病是冠状动脉血管发生动脉粥样硬化性病变，从而引起血管腔狭窄或阻塞，造成心肌缺血、缺氧或坏死，从而导致心脏疾病。Schuster等[7]研究了缺血性心肌病患者负荷多巴酚丁胺后的应变发现,CMR分析室壁运动依赖于观察者的经验，易出现错误。对心肌室壁运动进行定量CMR-FT分析，无论观察者的经验如何，都可以提高负荷低剂量多巴酚丁胺后缺血性心肌病诊断的准确性。对负荷不同剂量多巴酚丁胺的缺血性心肌病患者进行应变检测后发现，CMR-FT可以敏感地发现健康者负荷中间剂量的多巴酚丁胺后，左心室心肌环向、径向等参数的改变[8]。另一研究发现，CMR-FT可以量化缺血性心肌病患者静息状态和负荷低剂量多巴丁胺后心室壁运动的变化，并可对缺血性心肌病患者的生存能力进行定量评估，所有参数在静息状态和负荷低剂量多巴丁胺下都有较大变化，其中右心室纵向最明显，左心室环向最小，且CMR-FT的正常值范围与左心室功能改变继发的血流动力学变化密切相关[9]。Schneeweis等[10]对冠心病患者行中高剂量多巴酚丁胺负荷下CMR-FT检测发现，环向以33.2%为临界值鉴别正常节段和狭窄节段的灵敏度为75%，特异度为67%。对急性心肌梗死患者的研究发现，患者左心室整体环向应变(globle circumferential strain，GCS)和整体径向应变(globle radial strain，GRS)与梗死面积具有高度相关性，说明CMR-FT技术在不增强的情况下可通过心肌应变的测值，客观评估心肌梗死面积[11-12]。

3.2 在非缺血性心肌病中的应用

3.2.1 肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy，HCM) HCM是一种常见的遗传性心肌病，其是指在排除其他疾病导致心脏负荷增大引起室壁增厚的前提下，左心室壁发生不明原因的肥厚(肥厚可发生在心底到心尖的任何部位，可局限可广泛)。肥厚心肌细胞结构紊乱、肥大以及纤维化可导致相应节段心肌运动异常[13]。Smith等[14]研究发现，发生心血管事件的HCM患者整体及径向应变均低于未发生心血管事件的HCM患者，心肌应变可早于左心室射血分数反映心肌损害，并与预后相关。Hinojar等[15]研究HCM患者心肌应变和心肌张力与左心室纤维化和肥大程度的关系时发现，HCM患者左心室应变值均减低，表明左心室肥大与LGE(late gadolinium enhancement)程度均是左心室应变值减低的预测因子。Orwat等[16]研究发现，CMR-FT和STE两种测量方式获得的HCM患者的左心室径向具有一致性，而环向和应变速率不一致，与应变率比较，左心室峰值应变测值可重复性高。说明在HCM中使用CMR-FT进行心肌应变评估可能成为疾病管理的重要工具，CMR-FT简单易操作的特性也支持了这一观点。

3.2.2 心脏淀粉样变性(cardiac amyloidosis,CA) CA是不同类型淀粉样病变侵犯心脏所致的一种限制型心肌病，主要表现为心室壁增厚、心腔缩小及心室舒张功能异常。Nucifora等[17]发现，CA具有特定的左心室旋转力学应变值，CA患者LGE的范围对左心室旋转力应变有显著影响。Williams等[18]研究发现，CMR-FT可以部分评估CA心肌纤维化的程度。

3.2.3 扩张型心肌病(dilated cardiomyopathy，DCM) DCM是一种原因未知的原发性心肌病，其特征是单侧或双侧心室扩大并伴有心室收缩功能障碍。采用CMR-FT对DCM患者进行研究，并将其与射血分数及心肌纤维化相联系发现，环向和径向应变能有效分析DCM患者的心肌功能并与健康人相鉴别，且径向应变在DCM患者中显示出独立的预后价值，其价值超过N端-B型脑钠肽前体、射血分数以及LGE，提示CMR-FT是除临床参数和标准CMR外，进行风险分层的有效方法[19-20]。

3.3 在心力衰竭中的应用 心力衰竭是心脏收缩功能或舒张功能发生障碍，不能将静脉回心血量充分排出心脏，导致静脉系统血液淤积，动脉系统血液灌注不足，从而引起心脏循环障碍的症候群，是心脏疾病发展的终末阶段。Onishi等[21]对72例再同步治疗的心力衰竭患者行CMR-FT和STE检测发现，CMR-FT和STE的测量值具有高度一致性，并且对再同步治疗后患者的预后有提示作用。Habibi等[22]用CMR-FT和左心房容积指数评估了112例心力衰竭患者的左心房体积、功能发现，最终发展为心力衰竭的患者在临床症状出现前左心房整体径向峰值应变值降低，而左心房最小容积指数升高，整体纵向峰值应变<14%的患者最终出现了心力衰竭。以上研究提示，左心房结构和功能的恶化先于心力衰竭的发展，CMR-FT左心房整体纵向峰值应变降低提示早期舒张性心力衰竭。

3.4 在先天性心脏病中的应用

3.4.1 单心室 单心室也称为总心室或单室心,是一种较少见的先天性畸形，是指仅具有一个功能的心室腔，单心室会导致充血性心力衰竭和心律失常,发病率占先天性心脏病的1%～3%[23]。Moore等[24]对25例正常人和30例单心室患者行CMR-FT检测，并进一步将单心室患者分为心脏射血分数≥55%和心脏射血分数<55%，尽管射血分数正常，但心脏射血分数≥55%组患者的环向低于正常人组，心脏射血分数<55%组的环向较心脏射血分数≥55%组也有所下降。以上研究说明，在单心室患者中，CMR-FT可更灵敏地评估异常心室形态患者的细微心室功能障碍，确定了基于特定类型缺陷的心室功能障碍。Anwar等[25]对15例单心室患儿行心肌标记技术和CMR-FT检测发现，心肌标记技术测得的环向应变值与CMR-FT测得的环向应变值具有一致性。CMR-FT技术可为单心室患者早期的心肌障碍和预后提供更敏锐的定量评估。

3.4.2 主动脉缩窄(coarctation of the aorta,CoA) CoA是指近导管处主动脉发生狭窄,常见于左锁骨下动脉远端。CoA的临床表现取决于缩窄的部位、严重程度、有无合并畸形以及就诊时患者的年龄[26]。Kutty等[27]对81例主动脉缩窄长达10～13年以及心脏射血分数>50%的患者行CMR-FT检测发现，CoA患者的左心室整体纵向应变(global longitudinal strain,GLS)测量值[(-17.0±4.7)%]较健康对照组[(-20±5)%]有所降低，说明CMR-FT可早期检测到CoA导致的收缩功能障碍。Schneeweis等[28]对30例主动脉狭窄患者行心肌标记技术和CMR-FT检测，使用CMR-FT测量的心肌应变与心肌标记技术测量的应变具有一致性。在另一项研究中使用STE、CMR-FT以及心肌标记技术3种方法测量环向，结果发现，CMR-FT和STE在GCS分析中具有一致性，关于局部应变的一致性则比较差，CMR-FT和心肌标记技术基于整体和局部环向测值和STE测值未发现一致性，说明CMR-FT相较于其他两种方式准确性、再现性更高[29]。

3.4.3 法洛四联症(tetralogy of Fallot，TOF) TOF是一种常见的先天性心脏畸形，其基本病理表现为室间隔缺损、肺动脉狭窄、主动脉骑跨以及右心室肥厚，常导致继发性心肌肥大和心力衰竭。Kempny等[30]采用CMR-FT、STE以及简单的心内膜缘显像对TOF患者和健康人双心室的心肌功能进行比较，结果发现，右心室和左心室的整体应变具有一致性，CMR-FT与STE对左心室GLS具有一致性；CMR-FT对左心室环向、径向和右心室GLS较STE展现出更佳的重复性；心内膜缘显像测量的心内膜边界的相对收缩长度与GLS的测值具有一致性。Padiyath等[31]采用STE和CMR-FT分析TOF患者的应变发现，STE和CMR-FT检测左、右心室获得的GLS和GCS具有一致性，GRS差异均较大。

3.5 在其他心肌病中的应用 近年来，CMR-FT也被应用于多种少见类型的心肌病及其预后评估，如由药物或其他原因引起的心肌病等。Lu等[32]对26例采用蒽环素诱导治疗的癌症患者的心脏进行CMR-FT评估发现，环向和径向测值能检测到亚临床心功能障碍，CMR-FT与谐波相位成像比较发现，环向是一种可靠且可重复的指标。Ⅰ型和Ⅱ型肌肉萎缩症常导致轻度心脏结构和功能的异常，严重者可出现扩张型心肌病。CMR-FT技术还可用于诊断化疗引起的心肌病，Lunning等[33]在化疗前和化疗3个月后对10例接受阿霉素化疗的患者行CMR-FT检测，比较治疗前后的心肌的应变发现，治疗后患者的GCS和GLS明显减低，纵向也较前下降。该研究表明，CMR-FT可评估阿霉素化疗患者早期心脏结构和功能的变化。

目前CMR-FT在其他原因所致的心肌病中的应用日益广泛，其为心肌病的诊疗预后提供了帮助。

4 问题与展望

尽管CMR-FT的应用越来越广泛，但作为一个仍在发展的技术，依然存在局限性，如时间分辨率不佳、CMR扫描价格昂贵、CMR-FT后处理软件未标准化等[34]。目前CMR-FT已展现出在缺血与非缺血心肌病、先天性心脏病中的应用价值，但CMR-FT在评价右心室和左、右心房功能障碍方面的研究相对较少，仍需要更多大样本的研究。此外，还需要进一步研究左心室节段应变测量和右心室应变测量重现性差等问题[28]。总之，CMR-FT是一种具有潜在价值的新型非侵入性技术，基于常规的CMR电影图像、简单、实用，且很容易获得，较其他技术的时间消耗更少。CMR-FT根据整体和节段心肌功能分析实现对心肌顺应性的定量评估，为心脏疾病的早发现、早期干预提供有用信息，也有助于指导临床治疗及预后判断。