CMR-FT技术评估肺高血压患者早期右心室功能障碍

闫彦,杨帆,张璋,邓瑗琳,杜雅敏,李锋坦,杨振文,李东

肺高血压(pulmonary hypertension，PH)是一种严重的肺血管系统疾病，持续升高的肺动脉压力使右心室发生代偿性和失代偿性形态和功能改变，最终导致右心室衰竭[1]，而右心室衰竭是PH患者预后不良的主要决定因素。右心室射血分数(right ventricular ejection fraction，RVEF)<45%提示右心室功能异常[2-3]，然而RVEF减低通常发生在疾病晚期，且在PH早期并无特异性临床表现，可能会导致患者就诊或治疗不及时，增加患者死亡率[4]。因此，早期识别PH患者右心室功能障碍并及时进行干预治疗，是改善PH患者预后的关键。心脏磁共振特征追踪(cardiac magnetic resonance feature tracking，CMR-FT)技术是新兴的基于常规电影图像的后处理技术，无需前瞻性的图像采集，可通过心肌应变指标反映心室整体和局部功能[5-6]，具有良好的可重复性和广泛的适用性[7]。本研究旨在应用CMR-FT技术对PH患者右心室心肌应变进行定量评估，探究其在检测PH患者早期右心室功能障碍方面的价值。

材料与方法

1.一般资料

回顾性收集2019年2月-2021年5月在天津医科大学总医院经右心导管(right heart catheterization，RHC)确诊且行CMR检查的PH患者。纳入标准：①年龄18岁及以上；②RHC检查结果符合PH诊断标准[8]；③RHC与CMR检查时间间隔不超过2周。排除标准：①合并严重瓣膜性心脏病、心肌梗死、心肌病等；②图像质量差，不满足诊断及后处理要求。根据RVEF是否减低(<45%)将PH患者分为RVEF保留组(preserved-RVEF，pRVEF)和减低组(reduced-RVEF，rRVEF)。另纳入年龄和性别匹配的健康成年人15例作为对照组，纳入标准：①无器质性心脏病史；②无可引起右心室病变的系统性疾病史；③经CMR检查未见异常。本研究经天津医科大学总医院伦理委员会批准，所有受试者均无CMR禁忌症且对本研究知情同意。

2.右心导管检查

所有PH患者均行RHC检查获得血流动力学数据，包括收缩期肺动脉压(systolic pulmonary arterial pressure，sPAP)、舒张期肺动脉压(diastolic pulmonary arterial pressure，dPAP)、平均肺动脉压(mean pulmonary artery pressure，mPAP)、肺血管阻力(pulmonary vascular resistance，PVR)及右心指数(right cardiac index，RCI)。

3.CMR仪器与方法

采用Siemens Skyra 3.0T超导型磁共振扫描仪，18通道体表线圈，胸前导联心电门控和呼吸门控。在呼气末屏气期间，于舒张末期触发采集。采用真实稳态进动快速成像(true fast imaging with steady state precession，True FISP)序列采集四腔心及短轴位电影图像。短轴位层面包全右心室，主要扫描参数：TR 38.4 ms，TE 1.4 ms，翻转角49°，FOV 360 mm×301 mm，矩阵208×166，层厚8 mm，无间隔，激励次数(NEX) 1。四腔心层面主要扫描参数：TR 37.92 ms，TE 1.38 ms，翻转角49°，FOV 380 mm×318 mm，矩阵208×166，层厚6 mm，无间隔，NEX 1。每个心动周期均为25个时相。

4.图像后处理

心功能及心肌应变分析均通过CVI42(version 5.12.2)后处理软件实现。

心功能分析：在Function SAX模块中，于短轴位层面右心室收缩末期及舒张末期勾画心内、外膜轮廓(乳头肌和小梁包含在右心室腔内，其质量不计入右心室心肌质量)。右心室容积包含右心室流出道容积。软件自动得出右心室心功能参数，并经体表面积(body surface area，BSA)校正。心功能参数包括：右心室舒张末期容积指数(right ventricular end-diastolic volume index，RVEDVI)、右心室收缩末期容积指数(right ventricular end-systolic volume index，RVESVI)、右心室每搏输出量指数(right ventricular stroke volume index，RVSVI)、RVEF、右心室心肌质量指数(right ventricular myocardial mass index，RVMMI)。

心肌应变分析：在Strain模块中，于四腔心、短轴位层面右心室舒张末期勾画心内、外膜轮廓(乳头肌和小梁包含在右心室腔内，室间隔视为左心室的一部分，图1)，软件将在整个心动周期对心肌像素点进行自动追踪，得到右心室心肌应变参数：整体径向应变(global radial peak strain，GRS)、整体周向应变(global circumferential peak strain，GCS)、整体纵向应变(global longitudinal peak strain，GLS)、整体径向收缩应变率(global radial peak systolic strain rate，GRSSR)、整体周向收缩应变率(global circumferential peak systolic strain rate，GCSSR)、整体纵向收缩应变率(global longitudinal peak systolic strain rate，GLSSR)、整体径向舒张应变率(global radial peak diastolic strain rate，GRDSR)、整体周向舒张应变率(global circumferential peak diastolic strain rate，GCDSR)、整体纵向舒张应变率(global longitudinal peak diastolic strain rate，GLDSR)。

图1右心室心肌应变测量示意图。a)舒张末期四腔心层面；b)舒张末期短轴位层面。黄线为心内膜，蓝线为心外膜。

5.统计学分析

采用SPSS 26.0统计分析软件。分别采用Shapiro-Wilk检验、Levene检验对各组数据进行正态性及方差齐性检验，服从正态分布且方差齐的计量资料以均数±标准差表示，否则以中位数(上下四分位数)表示。两组间计量资料比较，采用独立样本t检验或Mann-WhitneyU检验。多组间计量资料比较，均服从正态分布且方差齐者采用单因素方差分析，否则采用Kruskal-WallisH检验，事后两两比较采用Bonferroni校正法。计数资料以例数(百分比)表示，组间比较采用Fisher确切概率法。相关性分析采用Pearson或Spearman相关分析。分别对pRVEF PH组和对照组、pRVEF和rRVEF PH组的整体应变指标进行受试者操作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线分析。P<0.05为差异有统计学意义。

结 果

1.一般资料

本研究共收集PH患者40例，其中9例因图像质量不佳予以排除。31例PH患者中，肺动脉高压17例、左心疾病所致PH 1例，呼吸系统疾病和/或缺氧所致PH 2例、肺动脉阻塞性疾病所致PH 11例[4]。最终纳入pRVEF PH组14例、rRVEF PH组17例、健康对照组15例，三组间年龄、性别、BSA差异均无统计学意义。RHC结果示rRVEF PH组sPAP、dPAP、mPAP、PVR均高于pRVEF PH组，差异均有统计学意义(P均<0.05)，两PH组间RCI差异无统计学意义(表1)。

表1 研究对象的一般资料和RHC参数比较

2.三组间右心室心功能参数比较

pRVEF PH组RVEDVI、RVESVI、RVSVI、RVEF、RVMMI与对照组相比差异均无统计学意义；rRVEF PH组以上各心功能参数与对照组相比差异均有统计学意义(P均<0.05)。两PH组间仅RVSVI差异无统计学意义(表2)。

表2 三组间右心室心功能参数比较

3.三组间右心室心肌应变参数比较

与对照组相比，pRVEF PH组仅GLS减低，差异有统计学意义(P=0.005)；rRVEF PH组各方向整体应变及应变率与对照组相比均减低，差异均有统计学意义(P均<0.05)。两PH组间仅GCDSR差异无统计学意义(表3，图2)。其中三组间GLS(绝对值)呈逐渐减低趋势(P<0.001，图3)。

图2 右心室整体心肌应变曲线图。a～c)健康志愿者，女，61岁，GRS 23.85%，GCS -14.41%，GLS -27.73%； d～f)pRVEF PH，女，40岁，GRS 21.97%，GCS -13.59%，GLS -19.09%；g～i)rRVEF PH，女，30岁，GRS 17.78%，GCS -12%，GLS -11.85%。

图3 三组间GLS比较箱式图。 图4 整体应变指标对pRVEF和rRVEF PH患者预测效能的ROC曲线分析。a)对pRVEF PH组和对照组的GLS进行ROC曲线分析，GLS的AUC为0.800；b)对pRVEF和rRVEF PH组的GRS、GCS、GLS进行ROC曲线分析，AUC分别为0.929、0.908、0.966，其中GLS的AUC最大。

表3 三组间右心室心肌应变参数比较

4.相关性分析

对PH患者右心室整体应变指标与RVEF、RVEDVI及RHC参数进行相关性分析，结果显示：GRS与RVEF呈正相关(r=0.800，P<0.001)，GRS与RVEDVI、PVR均呈负相关(r=-0.472、-0.456，P=0.007、0.010)；GCS与RVEF呈负相关(r=-0.777，P<0.001)，GCS与RVEDVI、PVR均呈正相关(r=0.463、0.523，P=0.009、0.003)；GLS与RVEF呈负相关(r=-0.846，P<0.001)，GLS与RVEDVI、PVR、sPAP均呈正相关(r=0.600、0.526、0.472，P<0.001，P=0.002、0.007)。

5.整体应变指标对pRVEF和rRVEF PH患者预测效能分析

GLS临界值为-22.12%时，预测pRVEF PH患者的曲线下面积(area under the curve，AUC)为0.800，敏感度为0.714，特异度为0.867(图4a)。各方向整体应变均对rRVEF PH患者具有良好的预测效能，GRS、GCS、GLS的临界值为17.85%、-11.51%、-16.62%，AUC为0.929、0.908、0.966，敏感度为0.941、0.882、0.941，特异度为0.857、0.857、0.929，其中GLS预测效能最佳(图4b)。

讨 论

本研究通过CMR-FT技术定量评估PH患者右心室心肌应变，发现各方向整体应变与RVEF、RVEDVI、PVR均有相关性，并对rRVEF PH患者具有良好的预测效能，此外，证实了GLS在RVEF减低前已明显受损，提示GLS可以较心功能参数更早、更敏感地检测PH患者早期右心室功能障碍。

先前的研究报道了PH患者右心室游离壁纵向应变明显受损[9-10]。本研究进一步发现，GLS在对照组、pRVEF和rRVEF PH组间逐渐减低，即使RVEF等心功能参数尚在正常范围时，GLS已经明显减低，GLS>-22.12%可以预测pRVEF PH患者，提示GLS是识别PH患者早期亚临床右心室功能障碍的重要指标。Lin等[11]研究发现通过CMR-FT技术测得纵向应变在RVEF正常的肺动脉高压患者中显著降低，与本研究结果一致。Lu等[12]研究也证明了GLS是右心室功能障碍的良好预测指标。其机制可能是形成右心室心肌纤维的细胞主要沿纵向排列，右心室射血的主要动力来源于纵向收缩，且纵向功能更容易受到心肌纤维化和肥大的影响，使得纵向应变在疾病早期最先受损[13-15]。

Song等[9]应用形变配准算法测得GLS在RVEF≥45% PH组中显著减低，而GCS与对照组无显著差异；应用CMR-FT技术测得GLS在RVEF≥45% PH组与对照组间无显著差异，而GCS显著增加。De Siqueira等[16]应用CMR-FT技术评估PH患者右心室整体周向、纵向应变及应变率，结果显示RVEF≥50% PH患者与无PH且RVEF≥50%患者相比，仅整体周向应变率显著减低。此外，上述两项研究均显示RVEF减低PH患者各心肌应变参数显著减低，这与本研究结果一致，提示在PH晚期右心室失代偿阶段，心肌各方向运动均明显受损，并且笔者发现各整体应变对RVEF减低PH患者均有良好的预测效能。然而，本研究与上述两项研究中针对RVEF保留PH患者的应变分析结果存在部分偏差。值得注意的是，以上两位学者对右心室整体心肌应变研究的感兴趣区均涵盖右心室游离壁及室间隔部分，而本研究并未包含室间隔部分，这可能是导致结果偏差的原因。双心室中最大总位移和纵向位移发生在右心室游离壁[17]，这可能使得右心室游离壁对心室运动异常更敏感，Song等[9]研究也发现CMR-FT技术测得PH患者右心室纵向应变的显著减低表现在游离壁而非室间隔。此外，不同的软件、算法及研究对象的异质性也可能引起研究结果间的差异。目前对右心室心肌应变分析是否应涵盖室间隔尚未达成共识，由于我们所用的软件将室间隔归为左心室应变分析范畴内，本研究并未将其纳入分析，然而，PH具有明显的心室间相互依赖性，室间隔是耦合双心室收缩的重要结构，可在左心室舒张早期迅速向左弓形突出，室间隔心肌纤维的倾斜方向亦是右心室收缩的关键[11，18]，室间隔心肌应变的价值还需进一步探讨。

既往多项研究表明纵向应变与RVEF、mPAP、PVR相关[9,19-20]，在本研究中，各方向整体应变减低与右心室前负荷(如RVEDVI)、后负荷(如PVR)的增加及RVEF均有相关性，其中GLS相关性最佳，且GLS与sPAP亦有相关性，表明心脏负荷的增高可能引起右心室心肌各个方向运动功能受损，心肌应变的减低也可反映伴随心脏负荷进行性增高的PH疾病进展。特别是GLS受右心室负荷及肺动脉压力升高的影响更为显著，并在RVEF等心功能参数显著改变前已经受损，而纵向排列的肌纤维主要位于心肌深层[13]，这可能提示PH患者心内膜下心肌损伤发生更早、更显著。

本研究尚存在一些局限性。首先，本研究是一项单中心研究，样本量较小，该研究结果仍需多中心、大样本的研究进一步验证。其次，本研究仅分析了整体应变指标，局部应变在疾病早期是否受损及其随病程的演变是未来进一步的研究方向。

综上，CMR-FT计算的右心室心肌应变可反映PH病情进展，GLS有潜力成为早期检测PH患者右心室功能障碍的参考指标。