磁共振特征追踪技术在急性心肌炎中的评估

陈晓荣 张晓茹 胡轶 刘情 舒锦尔 潘轶斌

急性心肌炎是临床常见的心血管疾病，发病率和病死率较高，在心源性猝死的年轻人群中，急性心肌炎占其中的2%～42%，而在成人原发性扩张型心肌病的人群中，其中9%～16%是由心肌炎引起的［1,2］。心肌炎的临床表现不一，病情轻者可以无症状，重者可发生猝死，因此诊断具有一定的挑战性和重要性。心血管磁共振（cardiovascular magnetic resonance，CMR）是心脏形态结构和功能评估的金标准检查方法［3］，急性心肌炎的CMR 诊断指南是路易斯湖标准［4］，主要依据T2WI、早期增强、延迟增强序列判定有无心肌水肿、充血、坏死。除了诊断，CMR 还可预示心功能改善［5,6］。

射血分数（ejection fraction，EF）是临床上评估左心室功能、判断病情严重程度和评估疾病预后最重要的心功能参数之一。EF 下降是与不良预后相关的［7］，当EF 在正常范围时，依然可出现心功能减弱，如EF 值保留心功能不全［8］。心脏磁共振特征追踪技术是近几年出现的新技术，可无创性评估心肌应变，而应变可以用于发现早期心功能障碍［9］。有研究［10］证实在心肌炎中，心肌应变已经受损。本研究采用特征追踪技术，分析心肌应变在心肌炎和EF 保留心肌炎病例中的特征，探讨心脏磁共振特征追踪技术在EF 保留的急性心肌炎心功能受损中的评估价值。

资料与方法

1.一般资料

回顾性收集自2013 年1 月～2018 年7 月我院诊断为急性心肌炎的病例，共94 例，所有病例都行心脏磁共振增强检查，纳入标准参考2013 年欧洲心脏病学会指南［2］和2009 年路易斯湖标准［4］，临床诊断标准包括以胸闷胸痛、乏力、发热等为主要症状起病的可疑心肌炎患者，同时具备至少一个以下条件：（1）新发的心电图异常；（2）心肌损伤标志物升高；（3）心超提示异常室壁运动。同时，需排除其他各类心脏病。CMR 诊断标准需至少满足以下两个条件：（1）T2WI 序列提示心肌水肿；（2）增强早期序列提示心肌早期强化；（3）延迟增强序列提示心肌延迟强化。剔除标准主要包括呼吸配合差、心律不齐等导致的图像质量不佳。最终纳入病例共计49 例，其中38 例由1.5 T 磁共振仪采集获得，11 例由3.0 T 磁共振仪采集获得。年龄12～51 岁，中位年龄29 岁，其中男35 例，筛选出EF保留（EF 大于50%）心肌炎，共35 例，其中男29例。49 例心肌炎患者中，临床表现为胸痛或胸闷者36 例，表现为心悸者9 例，合并有高血压者5例，合并冠心病者2 例患者，无病例合并糖尿病，11 例合并心功能不全，19 例有前驱呼吸道感染，11 例有前驱消化道感染。28 例伴有心电图异常表现，实验室检查中出现血白细胞或超敏C 反应蛋白升高的有19 例，肌钙蛋白I 升高者28 例，心肌酶谱升高者22 例，脑钠肽升高者21 例。另外招募50 例正常志愿者作为对照，行心脏MRI 平扫，年龄12～51 岁，中位年龄35 岁，其中男32 例。本研究经本院伦理委员会审查同意，并在检查前均对患者、正常志愿者进行告知，均签署知情同意书。

2.影像检查方法

CMR 图像采集使用1.5 T（Avanto，Siemens）和3.0 T 磁共振扫描仪（Achieva，Philips），分别搭配8通道、16 通道相控阵体表线圈，采集电影序列、T1WI、T2WI 序列、心肌首过灌注、早期增强、延迟增强序列，对比剂使用钆双胺（GE 医疗），剂量为0.2 mmol/kg，经肘静脉注射。电影序列用于心脏结构和功能分析，同时也用于特征追踪技术分析。其中1.5 T 扫描仪电影序列主要参数包括，层厚8 mm，层间距2 mm，视野340 mm× 276 mm，TR 39.75 ms，TE 1.1 ms，翻转角42°，重组期相25。3.0 T 扫描仪的电影序列参数如下，层厚8 mm，层间距2 mm，视野320 mm×320 mm，TR 3 ms，TE 1 ms，翻转角45°，重组期相25 个，扫描范围包含心尖部到二尖瓣环在内的左心室，采集方式均在心电门控下，于呼气末屏气时采集图像。

3.图像分析

图像分析主要包括左室整体功能及容积分析、特征追踪分析两部分，采用CVI42 （Circle，加拿大），由有10 年以上CMR 经验的放射科医师进行后处理。

左室整体功能及容积分析：利用短轴位3D 模块对左心室短轴位电影序列图像进行左心室舒张末期、收缩末期心内膜分割。得到的主要参数包括收缩末期容积（end systolic volume，ESV）、收缩末期容积指数（end systolic volume index，ESVi）、舒张末期容积（end diastolic volume，EDV）、舒张末期容积指数（end diastolic volume index，ESVi）、每搏量（stroke volume，SV）、每搏量指数（stroke volume index，SVi）、左心室EF、左心室容积包括乳头状肌。在基底段，当包围左心室的室壁不足50%以上时，该层面认定为左心房［11］，被排除在外。

特征追踪分析：利用特征追踪模块对左心室进行特征追踪分析，得到应变数据。用二腔心、四腔心、三腔心电影、短轴位电影进行三维应变分析。在各个切面的舒张末期，分割左室心内膜、心外膜。并在左心二腔心、四腔心、三腔心电影视图中，定义二尖瓣环水平和心尖后分析计算。得到峰值径向应变（peak strain radial，PSR）、圆周应变（peak strain circumferential，PSC）、纵向应变（peak strain longitudinal，PSL）和三者的峰值收缩应变率（peak systolic strain rate radial，PSSRR；peak systolic strain rate circumferential，PSSRC；peak systolic strain rate longitudinal，PSSRL）、峰值舒张应变率（peak diastolic strain rate radial，PDSRR；peak diastolic strain rate circumferential，PDSRC；peak diastolic strain rate longitudinal，PDSRL）。随机抽取10 例正常志愿者的图像进行分析，利用组内相关系数来评估观察者内和观察者间一致性。

4.统计学分析

结果

本研究随机抽取10 例正常志愿者的图像进行一致性评价，观察者内和观察者间一致性较好，组内相关系数均大于0.90。

通过心肌炎组与对照组的比较（表1），心肌炎组的EDV、ESV、EDVi、ESVi 较对照组增加，EF有下降，除了PDSRC 的组间差异没有统计学意义，其余各向应变和应变率都是下降的。EF 保留心肌炎组和对照组相比（表1），EF 保留心肌炎组的EDV、ESV、EDVi、ESVi 较对照组仍然是增加，但EF 的组间差异是没有统计学意义的，在心肌应变方面，EF 保留心肌炎组的各向应变（PSR、PSC、PSL）和PSSRR 是下降的（图1，2）。

结合心肌炎组与对照组的比较结果，对差异有统计学意义的参数，利用ROC 曲线分析这些参数在分析心肌炎组与对照组中的鉴别能力（表2，图3），结果显示PSR、PSC 的AUC 最大（均为0.84），其中PSR 的临界值取33.61%时，敏感度为76%，特异度为80%，而当PSC 的临界值取-20.14%时，敏感度为73%，特异度为84%。结合EF 保留心肌炎组与对照组的比较结果，对差异有统计学意义的参数，利用ROC 曲线分析这些参数在EF 保留心肌炎组与对照组中的鉴别能力（表3，图4），结果显示PSR 的AUC 值最大（为0.79），PSC 的AUC值其次，为0.78。其中当PSR 的临界值取35.82%时，敏感度70%，特异度75%。

表1 心肌炎组、EF 保留心肌炎组与对照组的左心结构、功能、心肌应变对比

讨论

图1 男，27 岁，急性心肌炎，图像由3.0 T MRI 采集。a)短轴位T2WI 见左室中间段下侧壁、下壁中层心肌水肿；b)三腔心T2WI 见左室中间段前间壁、下侧壁、心尖段间壁、侧壁中层心肌水肿；c)短轴位延迟增强序列见左室中间段下壁心外膜下、中层心肌延迟强化；d)三腔心延迟增强序列见左室基底、中间段前间壁、下侧壁、心尖段间壁、侧壁心外膜下、中层心肌延迟强化；e)16 节段应变曲线；f)牛眼图；g)整体应变曲线 图2 男，22 岁，急性心肌炎，图像由1.5 T MRI 采集。a)短轴位T2WI 见左室基底段下侧壁、下壁中层心肌水肿；b)三腔心T2WI 见左室基底段下侧壁中层心肌水肿；c)短轴位延迟增强序列见左室基底段下侧壁、下壁心外膜下、中层心肌延迟强化；d)三腔心延迟增强序列见左室基底段下侧壁心外膜下、中层心肌延迟强化；e)16 节段应变曲线；f)牛眼图；g)整体应变曲线 图3 PSR、PSC 在心肌炎组与对照组中的鉴别能力相应的ROC 曲线，AUC 均为0.84 图4 PSR 在EF 保留心肌炎组与对照组中的鉴别能力相应的ROC 曲线，AUC 为0.79

表2 心肌应变在心肌炎组与对照组的ROC 曲线分析

表3 心肌应变在EF 保留心肌炎组与对照组的ROC 曲线分析

近十余年以来，心脏磁共振（CMR）技术发展迅速，特征追踪技术是近几年新出现的技术，主要通过计算心肌应变、应变率等指标，定量分析心肌力学变化，可以精确定量心肌运动功能［12］。相较于心肌磁共振网格标记（tagging），特征追踪技术无需额外扫描后再行后处理，利用现有的电影序列分析，不仅节省检查时间，且其可靠性好，与网格标记技术一致性高［12］，而相对于心超的斑点追踪技术，也不需要额外的心内膜追踪检查［12］，由于CMR 是评估心脏结构、功能的金标准检查方法，因此，在此基础上的特征追踪技术也具有更精准、可靠的结果。

在心肌炎组和对照组对比中可看出，可发现心肌炎组的左室腔增大，左室整体功能减弱、应变受损。这和之前的研究结果大致相近［10］，提示在急性心肌炎组中，CMR 可发现左心室的心肌重构和心功能受损，同样心肌应变的下降亦提示心肌运动功能减弱，这在临床上可依据心肌应变评估疗效［6］。在EF 保留心肌炎组和对照组分析中显示，EF 保留心肌炎的左室容积增大，但心功能是在正常范围，而这种情况下EF 不能反映心功能受损。EF 保留组的PSR、PSC、PSL、PSSRR 是下降的（图4），说明了心肌应变可以早于EF 值发现心肌运动功能受损，提示心肌炎病例的早期心功能受损。有研究［13-15］显示，暴发性心肌炎不仅可表现为显著的EF 值下降，也可出现显著的应变受损，而轻者却可以没有临床表现。CMR 表现也可轻可重，严重时可以心脏急性扩张，EF 明显下降，广泛心肌坏死，轻者可为心肌水肿、充血，甚至完全正常。急性心肌炎组有一大部分急性心肌炎是EF 保留心肌炎，在没有心功能不全临床表现时，其心功能容易出现误判，而CMR 特征追踪能够发现有无早期心功能受损，这在放疗后心肌损伤［9］中得到过验证，本研究则进一步证实本技术能发现心肌炎有无早期心功能受损。

心肌应变在心肌炎组与对照组中的鉴别能力分析，结果显示PSR、PSC 的效果最佳，其中PSR的敏感度更佳，为76%，而PSC 的特异度更佳，为84%。在EF 保留心肌炎组与对照组的诊断性试验中，结果显示PSR 的效果最佳，敏感度为70%，特异度为75%。说明心肌应变在心肌炎的诊断性试验中表现较好，尤其是在EF 保留时，EF 值是临床最常使用的指标，却不能反映早期功能受损［8］，而应变具有较好的鉴别能力，特别是在影像表现不明确时，利用特征追踪不仅可评估心功能有无受损，帮助判断是正常病例或是心肌炎病例，有研究也证实在心功能不全时行CMR 的效益费用比较高［15］。

本研究的局限性主要在以下两个方面，首先是EF 保留心肌炎的样本量不够大；其次本研究心肌炎诊断为临床诊断结合CMR 诊断，但是心肌炎诊断的金标准是心内膜活检，但心内膜活检的风险较高，在心肌炎中的开展不多，除了少数暴发性心肌炎诊断确需时［16］，一般不做心内膜活检。此外没有对患者的严重程度进行分层研究。

CMR 不仅在心肌炎的诊断中发挥着重要作用，利用特征追踪技术发现在EF 值保留的心肌炎患者中已经出现功能下降，即早期功能受损，且心肌应变在EF 保留心肌炎组和正常组中具有较好的鉴别能力，对于今后EF 保留心肌炎早期心功能评估、治疗决策有参考意义。