心脏移植术后多模态影像学评估研究进展

谢雨霁,孙 薇,朱双双,张易薇,吴 纯,方凌云,张 丽*

(1.华中科技大学同济医学院附属协和医院超声医学科,湖北 武汉 430022;2.湖北省影像医学临床医学研究中心,湖北 武汉 430022;3.分子影像湖北省重点实验室,湖北 武汉 430022)

心脏移植是治疗终末期心力衰竭的有效方法。然而,术后早期急性细胞排斥反应(acute cellular rejection, ACR)和中远期心脏移植物血管病变(cardiac allograft vasculopathy, CAV)是影响患者总生存率的主要因素。而精准化影像学是早期发现并及时管理ACR和CAV的重要环节。本文就心脏移植术后多模态影像评估研究进展进行综述。

1 影像学评估ACR

随着对ACR发生机制理解的不断深入、新型免疫抑制剂的研发及药物递送系统相关研究进展,心脏移植术后患者生存率和生存质量均已获得显著提高[1],但ACR仍是导致术后早期移植物功能衰竭的主要因素之一。国际心肺移植协会(International Society for Heart and Lung Transplantation, ISHLT)推荐以心内膜心肌活检(endomyocardial biopsy, EMB)为诊断心脏移植术后ACR的金标准[2],但囿于其有创性、取样误差、潜在瓣膜和心肌损伤等局限性,尤其对于中远期ACR而言,EMB并非理想的临床检测手段。

1.1 超声心动图 超声心动图常作为心脏移植术后患者、特别是儿童患者的首选影像学随访手段[3]。2015年国际指南[4]指出,应全面采用二维、M型、频谱及彩色多普勒成像等技术评估移植心脏结构和功能;在定量心腔大小和评估心肌功能方面,三维超声心动图较二维超声心动图更具优势,其测量右心室容积和射血分数的准确性及可重复性均更佳,建议心脏移植随访中心有条件时可额外采集三维超声图像[4]。

1.1.1 组织多普勒成像(tissue Doppler imaging, TDI) TDI能早期评估心脏移植术后心肌功能改变。一项纳入166例心脏移植术后患者的回顾性研究[5]结果显示,术后发生ACR患者二尖瓣环S'较基线水平明显减低,且二尖瓣环纵向S'小于10 cm/s时,死亡风险增加2.92倍。

1.1.2 斑点追踪超声心动图(speckle tracking echocardiography, STE) STE检测亚临床心功能障碍的敏感性较高,可为诊断心脏移植术后ACR及评估预后提供依据。多项研究[6-7]显示,相比正常对照组,即使心脏移植术后患者左心室射血分数处于正常范围,但其应变值已有所降低。一项针对心脏移植的荟萃分析[8]结果显示,ACR患者应变均低于正常值,其左心室整体纵向应变(left ventricular global longitudinal strain, LVGLS)降低2.3%、左心室整体环向应变(left ventricular global circumferential strain, LVGCS)降低2.5%、右心室游离壁纵向应变降低4.9%。CIARKA等[9]报道,心脏移植术后ACR患者的应变参数在出现明显临床症状数个月前已发生明显降低。

1.2 心脏MR(cardiac MR, CMR) CMR是临床无创定量评估移植心脏大小和功能的金标准,且对于识别心肌水肿和纤维化等具有重要作用;CMR T1 mapping、T2 mapping和细胞外容积分数(extracellular volume fraction, ECV)等已广泛用于检测心脏移植术后ACR和评估预后[10-13]。既往研究[10]显示,以患者年龄、T2时间和ECV联合预测心脏移植术后ACR的曲线下面积达0.84,且T1成像与病理结果[11]、ECV与ACR级别[12]、ECV和T2 mapping与心源性结局事件均存在相关性[13]。

目前对于CMR钆延迟增强(late gadolinium enhancement, LGE)诊断ACR的价值尚未达成共识。一项纳入73例心脏移植术后患者的研究[14]发现,LGE对ACR的阴性预测值达87%,但其敏感性、特异性和阳性预测值仅分别为68%、36%及13%。IMEK等[15]观察41例心脏移植术后患者,认为LGE与ACR和ACR史均无明显相关性。

2 影像学评估CAV

2.1 有创影像学检查 随着免疫抑制治疗的发展,心脏移植术后患者短期生存率显著提高,但中长期生存率和生存质量未获得明显改善,CAV是其重要原因[16-17]。冠状动脉造影(coronary angiography, CA)是诊断CAV的金标准[18],根据其所示血管狭窄程度,可分为轻度、中度及重度CAV。

2.1.1 CA CA对预测CAV及风险分层方面具有重要价值。有学者[19]采用ISHLT CAV分级标准回顾性分析169例心脏移植术后患者主要不良心血管事件与CAV的相关性,发现中重度CAV患者发生不良心血管事件风险显著增加。另一方面,CA用于检测微循环病变存在一定局限性;而冠状动脉血流储备分数(fractional flow reserve, FFR)可用于诊断CAV并用于风险分层。NAGUMO等[20]采用三维血管重建技术观察65例心脏移植术后患者,发现其中34.8% CA阴性患者FFR低于80%。KOBAYASHI等[21]报道,心脏移植术后1年,FFR和微血管阻力指数对预测死亡及二次移植均有一定价值。

2.1.2 血管内超声(intravascular ultrasonography, IVUS) IVUS可显示血管内部结构,对于诊断CAV和理解发病机制发挥重要作用。MENDIZ等[22]对比CA与IVUS诊断CAV的价值,结果显示前者阳性率仅24%,而后者可达94%。NELSON等[23]根据心脏移植术后1年冠状动脉内膜厚度将103例患者分为高危组和低危组进行生存分析,发现组间CAV发生率存在明显差异。

2.1.3 光学相干断层扫描(optical coherence tomography, OCT) OCT分辨率达微米级[24],能可视化评估血管斑块成分,可比IVUS更敏感地识别血管壁、纤维帽及脂质池等结构。CLEMMENSEN等[25]观察26例分别于心脏移植术后3个月和1年接受OCT检查患者,发现相比术后3个月,术后1年冠状动脉层化纤维斑块增加5倍以上。CHAHAL等[26]分析45例心脏移植术后患者,CA和OCT结果显示49%患者冠状动脉内膜出现新生血管,且与CAV、内膜厚度及接受心脏移植时年龄和血压相关。

2.2 无创影像学检查

2.2.1 超声心动图 主要采用超声心动图和STE评价CAV。荟萃分析[27]结果显示,多巴酚丁胺负荷超声诊断CAV的整体敏感性为60.2%、特异性为85.7%。超声应变参数还可用于监测CAV,包括是否新发CAV及既有CAV加重等。CLEMMENSEN等[28]报道,相比健康对照者,心脏移植术后CAV患者GLS明显减低,且与CAV级别呈线性相关;GLS预测CAV的最佳截断值为-16.5%。

2.2.2 CMR LGE CMR检查可准确识别心脏移植术后患者是否发生心肌梗死及心肌纤维化。HUGHES等[29]纳入了152例接受LGE CMR检查的心脏移植术后患者,其中18%出现心肌纤维化,且心肌纤维化程度与CAV级别、全因死亡及主要心血管不良事件相关。PEDROTTI等[30]对48例心脏移植术后患者进行了5年随访,结果显示,相较于LGE CMR阴性组,LGE CMR阳性组患者发生主要心血管不良事件和心源性死亡风险更高。

CMR心肌负荷灌注成像法可获得心肌灌注储备指数(myocardial perfusion reserve index, MPRI)。ERBEL等[31]分析63例心脏移植术后患者MPRI,发现CA阴性但组织病理学阳性(即微循环出现病变)患者MPRI降低,且MPRI是微血管疾病和不良结局事件的独立预测因子。MILLER等[32]研究表明,MPRI是预测心脏移植术后微血管和大血管CAV病变的唯一指标;相比CA,MPRI对检测中重度CAV更为敏感。

2.2.3 CT血管造影(CT angiography, CTA) 冠状动脉CTA(coronary CTA, CCTA)可同时显示冠状动脉管腔和管壁,通过图像重建显示冠状动脉各级分支的三维结构。研究[33]表明,合并冠状动脉狭窄的CAV组患者心脏移植术后出现心源性死亡、非致死性心肌梗死、卒中和二次移植等主要心血管不良事件比例更高。GÜNTHER等[34]指出,心脏移植术后患者冠状动脉钙化积分>0与主要心血管不良事件及CAV进展高度相关。

2.2.4 PET PET主要用于评估心脏移植术后患者心肌灌注。心脏移植术后早期PET检查对识别高危人群具有重要意义。WIEFELS等[35]观察121例接受2次PET检查的心脏移植术后患者,发现术后早期低负荷心肌血流量和冠状动脉血流阻力与心血管不良结局相关。KONERMAN等[36]回顾性分析117例心脏移植术后患者的PET数据,发现不良结局事件组患者静息射血分数、负荷心肌血流量及心肌血流储备更低。

3 小结及展望

ACR和CAV为影响心脏移植术后患者长期生存的主要因素。各种影像学技术诊断ACR和CAV的价值不一,多模态影像联合评估潜力巨大(表1)。目前已有全自动超声心动图定量软件可用于分析移植心脏大小和功能[37];随着人工智能技术快速发展,未来,多模态影像学可与深度学习算法等相结合,在心脏移植术后随访中展现更广阔的应用前景。

表1 各种影像学技术诊断心脏移植术后ACR和CAV的价值