磁共振特征追踪技术分段分析高血压心脏病左心室周向形变能力

时园园，李彩霞*，张勇，张文博，赵福香

1.焦作市第二人民医院磁共振科，河南 焦作 454001；2.郑州大学第一附属医院磁共振科，河南 郑州 450052；*通信作者李彩霞 jzlcx2006@163.com

成人高血压总发病率约为30%～45%[1]，高血压心脏病可表现为左心室肥厚、收缩和舒张功能障碍及相关临床表现。左心室肥厚作为高血压心脏病的典型代偿反应，左心室壁在血压升高时增厚，以心室壁应力减低作为代偿机制，继而出现左心室扩张、左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）下降等不良事件，最终导致心力衰竭[2]。心脏磁共振（cardiac magnetic resonance，CMR）是评估左、右心室形态和功能的“金标准”[3]。近年来，心肌变形作为亚临床心肌功能障碍的敏感指标，通过评估心脏收缩及舒张功能障碍区分各种心肌疾病，并具有重要的预后意义[4]。在评估心室功能、预测心肌疾病的预后时，心肌形变优于LVEF。目前，几种基于超声心动图或CMR的心肌形变技术中，最初为详细评价心肌变形而开发的特征追踪成像是利用CMR确定左心室应变的可靠方法，特征追踪技术可以在CMR的长轴和短轴图像上量化总体和局部心肌运动和形变[5]，以往研究多以全局心肌形变为主[6-7]，对心脏分段和局部心肌形变的研究尚不足。本研究应用磁共振特征追踪技术在心脏短轴图像上分段分析高血压心脏病的周向形变能力，评估特征追踪技术在早期高血压心脏病中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2018年1月—2020年6月在焦作市第二人民医院及郑州大学第一附属医院确诊为高血压且未接受降压治疗的51例患者，年龄28～69岁，平均（48.3±1.6）岁。其中LVEF＜50% 24例，LVEF≥50% 27例。纳入标准：①临床明确诊断为高血压，血压≥140/90 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）；②所有纳入患者窦性心律均正常，无束支传导阻滞、预激发或缺血性心脏病，经CMR及超声心动图检查排除其他心脏病；③无肾功能损害[估算肾小球滤过率＞30 ml/（min·1.73 m2）]。排除体内有心脏起搏器或金属植入物等存在CMR检查禁忌证者。同时纳入经体格检查、标准血压测量、超声心动图及CMR检查确诊无心脏疾病的40名健康者作为对照组，年龄28～75岁，平均（45.5±2.0）岁。所有受检者均签署知情同意书。

1.2 MRI检查 采用Siemens 3.0T MRI设备，标准18通道表面相控阵线圈，MRI兼容PERU心电门控板。心脏电影成像扫描：首先使用快速小角度激发成像序列进行心脏横矢、冠、轴3个相位的扫描，获得心脏形态图像；然后进行定位扫描获得心脏假短轴位图像。进一步于屏气状态下，应用DOT定位法在心脏假短轴位图像上快速扫描取得标准左心室长轴二、三、四腔心定位图像。最后采用真实稳态自由进动序列对左心室长轴（二、三、四腔心）及短轴逐层扫描获得心脏电影图像。主要扫描参数：TR 45.64 ms，TE 1.43 ms，翻转角80°，层厚8 mm。

1.3 MRI图像处理 扫描完成后，将图像传至Syngo.via工作站，利用CVI.42分析软件（Circle Cardiovascular Imaging）进行图像分析处理。首先在左心室短轴层面连续性图像中，选取心腔面积最大的层面作为舒张末期图像，心腔面积最小的层面作为收缩末期图像，采用半自动法在左心室短轴位舒张末期及收缩末期图像上分别勾画出心内膜（红线）和心外膜轮廓（绿线）（图1），软件生成所需左心室各心功能参数，包括舒张末期容积（end-diastolic volume，EDV）、收缩末期容积（end-systolic volume，ESV）、每搏出量（stroke volume，SV）、射血分数（ejection fraction，EF）、心排出量（cardiac output，CO）、左心指数（cardiac index，CI）、心率、舒张末期心肌质量（end-diastolic myogenic mass，EDMM）、收缩末期心肌质量（end-systolic myogenic mass，ESMM）。然后对左心室短轴视图（图1A）和长轴视图（图1B）进行应变分析，心内膜和心外膜边界最初设置在标准电影稳态自由进动序列短轴和长轴图像的舒张末期，软件通过比较最初绘制的边界的特征相对于彼此的移动，从图像得到所需参数：心底部周向形变，中间部周向形变，心尖部周向形变（图2）。所有图像均采用双盲法对比处理分析，由2名经验丰富的主治医师独立完成，当意见不同时经讨论达成一致。

图1 左心室短轴位与长轴位勾画心内膜（红线）和心外膜轮廓（绿线）。A为左心室短轴位，B为左心室长轴位

图2 心底、中间和心尖部周向形变分析图。A为对照组，B为LVEF≥50%高血压心脏病组，C为LVEF＜50%高血压心脏病组

1.4 统计学方法 应用SPSS 21.0软件，符合正态分布的连续变量以±s表示，多组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD-t检验；分类变量以例（%）表示，采用Fisher确切概率法比较。用Pearson相关（线性相关）或Spearman相关（非线性相关）评估各项心功能参数和周向心肌形变参数之间的相关性。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3组左心室功能参数比较 3组受检者年龄比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。3组EDV、ESV、SV、LVEF、EDMM、ESMM比较，差异均有统计学意义（P均＜0.05），见表1。进一步进行亚组间比较，LVEF＜50%高血压心脏病组EDV、ESV、EDMM、ESMM均大于对照组（t=85.68、89.15、118.20、122.61，P均＜0.001）和LVEF≥50%高血压心脏病组（t=54.70、73.82、59.05、59.57，P均＜0.001），SV、LVEF低于对照组（t=－15.57、－29.68，P均＜0.001）和LVEF≥50%高血压心脏病组（t=－18.71、－27.87，P均＜0.01）；LVEF≥50%高血压心脏病组EDV、ESV、EDMM、ESMM大于对照组（t=30.98、15.33、59.15、73.03，P均＜0.05），SV、LVEF差异无统计学意义（P＞0.05）。

表1 高血压心脏病组与对照组受检者年龄及左心室功能参数比较（±s）

注：EDV为舒张末期容积，ESV为收缩末期容积，SV为每搏出量，LVEF为左心室射血分数，CO为心排出量，CI为左心指数，EDMM为舒张末期心肌质量，ESMM为收缩末期心肌质量

参数LVEF＜50%高血压心脏病组（n=24）LVEF≥50%高血压心脏病组（n=27）对照组（n=40）F值P值年龄（岁） 48.5±2.2 48.1±2.2 45.5±2.0 0.624 0.538＜0.001 ESV（ml） 124.6±9.6 50.8±5.7 35.4±1.6 71.017 ＜0.001 EDV（ml）199.7±10.7 145.0±11.0 114.0±3.6 28.859 0.006 LVEF（%） 39.2±1.8 67.1±1.6 68.9±1.0 126.767 ＜0.001 SV（ml）75.5±4.3 94.2±5.7 78.6±2.8 5.374 0.096 CI[L/（min·m2）] 2.61±0.10 3.03±0.15 2.94±0.11 2.746 0.070 CO（L/min）5.24±0.21 6.07±0.34 5.43±0.22 2.402 0.086 EDMM（g） 227.2±10.8 168.1±10.1 109.0±4.3 56.887 ＜0.001心率（次/min）76±4 68±2 70±2 2.527 ESMM（g）240.7±13.1 191.2±12.7 118.14±4.7 43.389＜0.001

2.2 3组间各段周向形变能力比较 3组间心底部、中间部和心尖部周向形变比较，差异均有统计学意义（P均＜0.001，表2）。两两比较显示，LVEF＜50%高血压心脏病组心底部、中间部和心尖部周向形变均低于对照组（t=11.11、13.82、10.83，P均＜0.05）和LVEF≥50%高血压心脏病组（t=10.11、9.17、10.34，P均＜0.05）；LVEF≥50%高血压心脏病组中间部周向形变低于对照组（t=4.65，P＜0.05），心底部周向形变、心尖部周向形变与对照组差异无统计学意义（P＞0.05）。

表2 高血压心脏病组与对照组受检者心脏周向形变比较（±s）

注：a与LVEF≥50%高血压心脏病组及对照组比较，P＜0.05；b与对照组比较，P＜0.05

组别例数心底部周向形变中间部周向形变心尖部周向形变LVEF＜50%高血压心脏病组24 －7.65±0.74a－9.55±0.77a－11.66±0.74a LVEF≥50%高血压心27－17.76±－18.72±－22.00±1.18对照组 40 －18.75±0.42脏病组0.59 0.98b－23.36±0.46－22.50±1.29 F值108.460 94.974 22.728 P值 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

2.3 年龄及左心室功能各项参数与3段周向心肌形变的相关性 对照组各项心功能参数与心肌形变均无相关性（P＞0.05）。Pearson相关分析显示，LVEF≥50%高血压心脏病组中，LVEF与心底部周向形变（r=－0.447，P=0.019）、中间部周向形变（r=－0.494，P=0.009）、心尖部周向形变（r=－0.505，P=0.007）呈负相关；Spearman相关分析显示，EDMM与中间部周向形变（r=0.557，P=0.003）、ESMM与中间部周向形变（r=0.430，P=0.025）呈正相关。LVEF＜50%高血压心脏病组年龄及左心室功能参数与各段周向心肌形变的相关性见表3。Spearman相关分析显示，EDV与心尖部周向形变（r=0.477，P=0.019）、EDMM与心底部周向形变（r=0.535，P=0.007）、中间部周向形变（r=0.718，P＜0.001）均呈正相关。

表3 LVEF＜50%高血压心脏病组年龄及左心室功能参数与各段周向心肌形变Pearson相关性分析

3 讨论

3.1 CMR在高血压心脏病中的一般应用 高血压是心力衰竭的危险因素，高血压心脏病进展为心力衰竭是压力超载和（或）体积过载的结果[8-9]。LVEF是评估心血管疾病心功能最常用的指标[10]，本研究发现LVEF≥50%时，左心室EDV、ESV、EDMM、ESMM均增加，且随着EF降低，左心室容积和质量进一步增加。心室容积增加反映了心脏收缩和舒张功能降低，心肌质量增加与心肌细胞肥大和心肌纤维化相关，这一改变反映了高血压心脏病从无临床症状的心脏结构性改变发展为心力衰竭的变化过程。

3.2 心血管磁共振特征追踪技术在高血压心脏病中的应用 CMR具有高准确性和重复性[11]，本研究利用CMR特征追踪技术在CMR的标准电影稳态自由进动序列心脏长轴和短轴图像上量化总体和局部心肌运动和形变，目前已用于研究多种心脏疾病[12-13]，既往利用心肌全局纵向形变对早期高血压心脏病进行评估[14]。本研究将心脏分为心底部、中间部、心尖部，利用心肌周向心肌形变进行研究，发现心脏3段周向形变均为负应变值，反映了心肌收缩的能力[15]，高血压心脏病代偿期（LVEF≥50%），中间部周向形变能力较对照组已经出现负应变值增大，高血压心脏病失代偿期（LVEF＜50%）3段周向形变能力均较对照组及高血压心脏病代偿期（LVEF≥50%）的负应变值增大，据此发现高血压心脏病代偿期中间段的心肌最先出现心肌收缩功能障碍，在此期心底部及心尖心肌收缩功能仍能维持心脏射血量，在失代偿期则整个左心室心肌出现收缩功能障碍从而导致心力衰竭，同时表明中间部周向形变对诊断代偿期高血压心脏病具有更高的敏感度。

3.3 心功能与心肌形变的相关性 本研究进一步分析3段周向形变与各项心功能参数的相关性，发现周向形变与LVEF呈负相关，因此周向形变的改变直接影响心肌收缩功能，与Taylor等[16]的研究结果一致。研究表明收缩期形变率与心脏纤维化水平增加呈正相关[17]，心肌质量增加与心肌纤维化相关，本研究中高血压心脏病代偿期的EDMM与中间部周向形变呈正相关，高血压心脏病失代偿期的EDMM与心底部及中间部周向形变呈正相关，据此推测心肌纤维化最早发生在心脏的中段心肌组织，随着疾病进展失代偿期高血压心脏病各段心肌形变能力均出现不同程度减低。因此，分段周向形变能够为高血压心脏病的诊断和临床分级诊疗提供重要依据，并且能够准确反映疾病的进展过程。

总之，利用CMR特征追踪技术对心脏进行分段周向形变分析，不仅可以作为一种定量和定性工具评估高血压心脏病患者的心肌功能障碍，更能准确反映高血压心脏病的疾病进展过程。因此，左心室分段周向形变分析有助于发现高血压心脏病患者的亚临床心功能障碍和预测疾病进展。