心脏磁共振特征追踪技术在射血分数保留性心力衰竭相关疾病中的研究

梁士楚， 马敏， 贺勇

心力衰竭(心衰)是多种心血管疾病的终末阶段，是最常见、致残和致命的疾病之一。据统计，我国3.30亿心血管疾病人群中心衰患者占890万[1]。心力衰竭根据左心室射血分数(left ventricular ejection fraction,LVEF)可分为射血分数降低性心衰(heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF)、射血分数中间值心衰(heart failure with mid-range ejection fraction，HFmrEF)和射血分数保留性心力衰竭(heart failure with preserved ejection fraction,HFpEF)，其LVEF值依次为<40%、40%～49%和≥50%[2]。HFpEF正逐渐成为最重要的一种表型，约占总心衰人数的50%[3]，其早期诊断、早期干预尤为重要[4]。

HFpEF按照病因学分型可分为5型(表1)[5]，常见于高血压病、肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy,HCM)、限制性心肌病(restrictive cardiomyopathy,RCM)等疾病，常存在左室肥厚或左房增大等充盈压增高，表现为舒张功能受损。磁共振具有无创、无辐射、分辨率高、重复性好等优势，而且心脏磁共振特征追踪技术(cardiovascular magnetic resonance feature tracking,CMR-FT)可进一步提供心肌的力学信息，在HFpEF相关疾病的功能评价、早期诊断、早期鉴别诊断以及预后判断中具有重要优势。

表1 HFpEF的病因学分型[5]

CMR-FT概述

心脏磁共振(cardiovascular magnetic resonance,CMR)技术是一项是无创、无辐射，评估心室容积、功能、心肌灌注以及组织特征的准确方法，可通过多序列成像技术提供媲美病理检查的心肌组织异常信息[6]。现有指南CMR可测定HFpEF的代谢因子和纤维化因子[7]。CMR-FT可进一步提供心肌的力学信息，定量分析室壁力学改变，显示心肌病变严重程度，更为精确地反映心脏局部或/和整体功能及运动状态[8-9]。CMR-FT的常用参数包括：心肌应变(strain)、应变率(strain rate,SR)、整体纵向应变(global longitudinal strain,GLS)、整体径向应变(global radial strain，GRS)和整体环向应变(global circumferential strain，GCS)。

通过平衡稳态自由进动电影序列成像可以获得心肌应变以及SR，具有良好的观察者内和观察者间一致性和高度的可重复性[10]。心肌应变为正值表示心肌组织的伸长或增厚，为负值表示心肌组织缩短或变薄。与应变对应，SR包括整体纵向应变率(global longitudinal strain,GLSR)、整体径向应变率(global radial strain，GRSR)和整体环向应变率(global circumferential strain，GCSR)。

CMR-FT与功能评价

无论LVEF如何，心室收缩和舒张功能障碍有可能共存于同一例心衰患者，并导致心房功能障碍[11]。CMR-FT能通过评价舒张和收缩功能对HFpEF及相关疾病做出早期诊断和预后判断。

1.舒张功能

舒张功能障碍是HFpEF临床表现和病理生理学进展的主要原因，评估HFpEF的舒张功能对其病情评估有重要意义[12]。

左室GLS异常在识别心血管事件高发的HFpEF患者中有重要意义[13]。Ito等[14]纳入了18例HFpEF患者和18例健康对照进行CMR-FT检查，并检测HFpEF组的左心室的舒张特性。研究发现HFpEF组的细胞外容积分数 (extracellular volume fraction,ECV) 显著增高。ECV是细胞外间质容积占整个心肌容积的百分比是心肌组织硬度的一项重要指标[15]，HFpEF患者ECV较正常人高，ECV越高的HFpEF患者其发病率与死亡率也越高[16]。此外，研究还发现GLS是左室主动舒张的时间常数(Tau)改变的唯一独立预测因子，联合左室GLS和ECV或更能评估HFpEF患者舒张功能障碍的程度。

2.收缩功能

高血压心脏病(hypertensive heart disease,HHD)是引起HFpEF的原因之一，尽管HHD和肥厚性心肌病(hypertrophic cardiomyopathy,HCM)表现出类似的收缩功能障碍，但通过CMR-FT测定GLS可以区分HHD和HCM，且其效能与左室肥厚和纤维化标志物类似[17]。动物试验也得出相似结论，即CMR-FT所测得的SR较LVEF能更敏感地评估高血压引起的早期心脏功能受损程度，并且这一改变与心脏细胞外间质纤维化增多有关[18]。

Kowallick等[19]各纳入10例HCM患者、HFpEF患者和健康对照，发现HCM和HFpEF的左房储备功能和左房导管功能下降，被动应变和峰值早期负应变率下降，表明其左心室顺应性下降[20]。主动应变和峰值晚期负应变率是心脏收缩泵功能的参数，两者在HCM组中上升，而在HFpEF组中降低，表明HFpEF患者存在收缩功能障碍。

即使HFpEF患者LVEF变化不明显，其收缩功能也可能存在不同程度的损害，在舒张功能障碍基础上常合并左室收缩功能不全和不同步[21]。GLS可评估心肌细微运动变化，在LVEF降低前提示HFpEF患者心肌运动减低，能更早的反映出收缩功能的降低[22]，这对于制定和指导临床诊疗方案具有重要的价值。

CMR-FT与早期诊断及鉴别诊断

1.高血压导致的HFpEF

PINNACLE等研究[23]发现HFpEF患者的年龄偏大，且主要为女性和高血压(hypertension，HTN)。HTN是最常引起HFpEF的疾病，约60%～89%HFpEF患者伴HTN[24]，基于CMR-FT检测心肌应变可早期发现HHD，对患者亚临床心功能障碍做到早期干预[25-26]。

He等[27]通过对比84例HFpEF伴HTN(HFpEF-HTN)患者、72例HTN患者和70例健康对照发现，收缩早期整体纵向峰值应变率(global peak systolic longitudinal SR,sGLSR)敏感度85.7%，特异度52.8%，对区分HFpEF-HTN和HTN患者的诊断价值最高。舒张早期整体纵向峰值应变率(global peak early diastolic longitudinal SR,eGLSR)与HFpEF-HTN的诊断独立相关，sGLSR和eGLSR对于区分HTN和HFpEF-HTN以及评估HTN到HFpEF-HTN的进展有潜在价值。

CMR-FT可在左心室肥厚之前发现左心房储备、导管功能异常。Li等[28]入组73例HTN患者(29例左心室肥厚和44例非左心室肥厚)和29例健康对照发现，无论左心室肥厚与否，与健康对照组相比，HTN患者左房储备功能和导管功能均严重受损，而心房收缩泵功能在非左心室肥厚者中得以保留，此结果与Kowallick等[19]类似。在鉴别诊断方面，两项研究[19,28]认为被动应变对于区分HTN和健康对照的诊断价值最高，而主动应变和峰值晚期负应变率在HCM中上升，在HFpEF中下降，也可用于区分HCM与HFpEF。

2.限制性心肌病(RCM)导致的HFpEF

心肌淀粉样变性 (cardiac amyloidosis,CA)是最常引起RCM的原因之一，目前研究支持CMR作为RCM诊断的进一步依据[29]，其中CMR-FT所得的径向应变在区分患者是否为CA的诊断价值较高[30]。

CMR-FT可在整体和在心内、外膜两个层面上共同评估心肌功能，早期发现心肌损害，做到早期干预。整体层面上CMR-FT可监测异常左室心肌变形。Li等[31]纳入42例免疫球蛋白轻链型心肌淀粉样(immunoglobulin light chain cardiac amyloidosis,AL-CA)患者(26例LVEF正常，16例LVEF受损)和35例健康对照发现，LVEF正常AL-CA患者的纵向峰值应变在心尖部保持不变，中、基底节段明显降低。心肌内、外膜层面上王哲涛等[32]发现随LVEF降低，心肌内、外膜应变绝对值依次降低(表明随心肌组织受蛋白质浸润不断加重其变形能力逐渐减小)，且心内膜、心外膜应变改变早于LVEF改变。

3.急性心肌炎(ACM)导致的HFpEF

急性心肌炎(acute myocarditis,ACM)常与病毒感染有关，若治疗不当导致心肌炎症持续存在，或可发展为扩张性心肌病。通过CMR-FT测得的左心室应变能早期发现ACM所导致的心肌损害。André等[33]和吕桑英[34]运用CMR-FT对比LVEF正常的ACM患者与健康对照发现，ACM患者GRS显著下降，其灵敏度和准确度最高；GCS的阴性预测值最高；GCSR的阳性预测值和特异度最高。ACM患者左室收缩功能较舒张功能受损明显，但受损程度通常较轻，通常LVEF未见明显降低[34]。

CMR-FT与预后判断

CMR-FT不仅能够评估HFpEF患者的左、右心功能，还能评估由肺动脉高压(pulmonary hypertension,PH)、主动脉瓣狭窄(aortic stenosis,AS)、RCM、急性心肌梗死(acute myocardial infarction,AMI)等疾病所致HFpEF的预后。由CMR-FT获得的GLS是HFpEF患者死亡率的一个强有力的独立预测因子，GLS每恶化1%，死亡风险增加22.8%[35]。

1.肺动脉高压(PH)

右心功能在HFpEF预后价值中有重要作用，PH的预后与右室功能有关，用CMR-FT定量测定的右室应变与PH的严重程度和不良预后相关。de Siqueira等[36]回顾性评估了116例行右心导管术后1个月内的PH患者，发现PH合并右心室射血分数(right ventricle ejection fraction,RVEF)异常患者较RVEF正常者和无PH者所有应变和SR均降低，PH者的GCSR又较无PH者显著降低。GLS、GLSR和GCSR与复合终点独立相关，其中GCSR能够明确区分有无不良事件的患者。

2.主动脉瓣狭窄(AS)

Kim等[37]纳入了123例中重度的AS患者和32例健康对照，发现AS患者与健康对照组之间、中度与重度AS患者之间的整体峰值应变存在明显差异。在67例无症状且射血分数保留的AS患者中有22例患者发生心血管事件，其二维整体纵向峰值应变(global longitudinal peak strain,GLPS)受损者预后较差，表明GLPS在预测无症状且射血分数保留AS患者的预后中具有价值。

此外，重度AS患者左室舒张末期容积越大，左室GLS受损越严重，左室纤维化程度越大，PH发生可能性越大[38]。

3.限制性心肌病(RCM)

心脏受累是AL-CA死亡率的主要决定因素，CMR-FT所测得应变与AL-CA患者全因死亡率相关。Illman等[39]运用CMR-FT回顾性分析75例新诊断的AL-CA患者，其中死亡患者共52例，存活患者的平均随访时间为1.7年，LVEF为58±13%。单因素分析中整体径向(HR=0.95，P<0.01)、周向(HR=1.09，P<0.01)和纵向(HR=1.08，P<0.01)均与全因死亡率相关。多因素模型中径向应变(HR=0.96，P=0.02)、环向应变(HR=1.09，P=0.03)和纵向应变(HR=1.07，P=0.04)与生物标志物3期(cTnT≥0.035 mg/L且NT-proBNP≥332 ng/L)相结合仍有较好的预后价值。

4.急性心肌梗死(AMI)

CMR-FT能为LVEF维持或仅中度降低的患者的预后提供独立的预后信息。周向、径向均匀性比估计值是所有时间点、所有可获得节段应变空间均匀性的体现，由CMR-FT获得的应变不同步性可区分心肌病患者和健康人群，且不需要特定的CMR序列，在临床测量机械不同步性中具有较大潜力[40]。Stiermaier等[41]纳入了1082例AMI患者，在AMI 3d后行CMR-FT检查，临床终点为12个月内主要不良心脏事件发生率(全因死亡、再梗死和新发充血性心力衰竭)。结果发现有严重心脏不良事件的患者与无事件组比较，其周向、径向均匀性比估计值均较低。尽管均匀度比估计值不能提供整个队列中独立的预后信息，但在LVEF>35%(n=959)的AMI患者中，周向均匀度比估计值是预后的独立预测因子，而LVEF与AMI患者的不良事件无关。

CMR-FT测得的GCS对AMI患者左室功能的预测具有独立价值，评估左室GCS可预测首次AMI患者的长期预后，且左室GCS的预测能力相对于其他临床和CMR指标相对递增[42]。与钆对比剂延迟增强(late gadolinium enhancement,LGE)相比，用CMR-FT估计周向应变可客观评估梗死范围而不需使用对比剂，准确识别梗死合并为微循环障碍的心肌，评估心肌功能恢复情况[43-44]。

综上所述，CMR-FT由于成像便捷、图像空间分辨率高、参数测量灵活等优点，在HTN、HCM、CA、AS以及AMI等疾病均有临床应用，而此类疾病均可能导致HFpEF。在针对HFpEF的功能评价、早期诊断和预后判断中，CMR-FT可以提供心肌收缩的形态学特征、心脏舒缩功能，甚至是心脏病理学等几乎所有分支的心室功能和组织改变，为临床医生的判断以及诊疗方案的制定提供有力依据。与二维斑点追踪超声心动图相比，CMR-FT在正常和疾病人群中的可重复性更高[45-46]。后续研究可通过CMR-FT研究不同病种导致HFpEF的原因及早期变化。

应用CMR-FT评价HFpEF具有较高的可行性，但CMR-FT目前相关疾病存在一定局限性：①CMR-FT厂家较多，其软件和算法尚缺乏统一标准，不同厂家CMR-FT值不能通用[47]；②CMR-FT基于二维平面成像，其测量值可能受到三维跨平面运动干扰；③目前研究样本量较小，且部分研究方向尚存在空白，有待未来开展。未来，CMR-FT可与人工智能、影像组学等技术结合，建立从数据到临床结果的数学关系模式[48-49]，提高对于HFpEF相关疾病诊断的准确性，更合理、更优化地指导临床应用。