心肌病是一组与心脏结构和功能异常紊乱有关的异质性疾病,其通常由于进行性心力衰竭或心源性猝死而导致较高的病死率[1,2]。肥厚型心肌病是一种较常见的遗传性心肌病,其发病率约为1/500,是青少年心脏猝死的最常见原因之一[1]。HCM的主要病理学改变包括心肌细胞异常肥大、核大深染、心肌细胞排列紊乱和心肌间质不同程度的纤维化[3]。研究表明HCM的心肌纤维化与室壁增厚和室壁运动功能异常有关[4],定量心肌纤维化的程度和评价心肌功能对HCM患者预后具有重要的意义[5,6]。心脏磁共振成像越来越多地应用于心肌病的诊断和鉴别诊断,可用于评价心脏的形态、结构、功能和组织特征。心脏磁共振延迟增强成像通过与正常心肌信号强度对比来反映局部心肌纤维化[7],但无法有效识别弥漫性心肌纤维化。心脏磁共振T1mapping技术基于组织体素内的纵向弛豫时间成像,而不是LGE中使用的信号强度对比,因此,其能克服LGE的局限性,可定量弥漫性心肌纤维化。心脏磁共振特征追踪技术可识别并分割心脏电影图像,并对分割点各心动周期的运动进行追踪,最后计算出心肌的整体和局部的应变参数,可用于临床心肌运动功能的早期评价。因此,该两项技术评价HCM患者的心肌纤维化和心肌形变对临床诊断、治疗及预后评价具有重要意义。本研究采用CMRT1mapping和FT-CMR技术定量HCM患者心肌纤维化和应力,并与健康志愿者进行对比,探讨该技术的可行性及其临床诊断价值。

1、对象与方法

1.1对象

收集2016年7月-2017年8月在我院确诊为HCM的患者25例(HCM组)。根据超声心动图或CMR检查显示左室壁厚度≥15mm或有家族史的患者左室壁厚度≥13mm则可诊断为HCM,并排除其他可引起类似程度心肌肥厚的全身性疾病或高血压、主动脉瓣狭窄等引起的心脏疾病。排除冠状动脉(冠脉)造影显示有冠心病或者CMR显示透壁或心内膜下LGE的缺血性心肌病患者。本研究共招募28例健康志愿者(对照组),纳入标准如下:年龄>18岁;既往无心血管疾病史或心脏手术史;无胸闷、胸痛等心脏疾病相关症状;无高血压、糖尿病等疾病;心电图正常;CMR检查正常,未见心肌LGE。排除标准如下:对比剂过敏;严重的肾功能不全(eGFR<30ml·min-1·1.73m-2);磁共振检查禁忌证;孕妇等。本研究获华中科技大学同济医学院伦理委员会许可,并参与者均已签署知情同意书。

1.2CMR检查

采用临床1.5-T磁共振检查。心脏电影成像采用平衡稳态自由进动序列,扫描包含长轴位二、三和四腔心和整个左室短轴位心脏电影图像,扫描参数如下:重复时间(repetitiontime,TR)/回波时间(echotime,TE)2.9/1.2ms,层厚6mm,视野(field-of-view,FOV)360×270mm2,矩阵186×256像素和翻转角80°。初始T1mapping扫描采用改良的Look-Locker反转恢复序列,扫描范围包含左室基底段、中间段和心尖段各一层图像。T1mapping扫描参数如下:TR/TE3.8/1.1ms,层厚8mm,FOV360×270mm2,矩阵144×256像素,翻转角35°和扫描时间为11个心动周期。经肘静脉注射钆对比剂,注射剂量0.2mmol/kg,流速2ml/s,注射完后注射15ml0.9%氯化钠冲洗。注射对比剂后10min行延迟增强扫描。扫描序列采用相位敏感反转恢复序列,参数如下:TR/TE12.4/1.2ms,层厚8mm,FOV360×270mm2,矩阵256×192像素和翻转角40°。对比剂注射15min后行增强后T1mapping扫描,扫描层面和参数同增强前T1mapping。在CMR检查前抽取志愿者静脉血测量血细胞比容(Hematocrit,HCT)。

1.3CMR图像分析

1.3.1心功能的测量

所有CMR图像传至专门的工作站(SiemensHealthcare,Erlangen,Germany)用Argus软件行心功能分析。软件自动勾画左室短轴位电影图像心肌的心内膜和心外膜边界(不包含乳头肌),自动勾画不准确者手动进行调整。计算得到心功能参数:左室射血分数(LVEF)、收缩末期容积指数(end-systolicvolumeindex,ESVI)、舒张末期容积指数(end-diastolicvolumeindex,EDVI)、每搏出量指数(strokevolumeindex,SVI)、心肌质量指数(myocardialmassindex,MMI)和心脏指数(cardiacindex,CI)。在工作站上测量HCM患者最厚处心肌的厚度。左房容积(leftatriumvolume,LAV)分析通过手动勾画收缩末期左心房心内膜边界(不包含肺静脉和左心耳)计算,左房容积计算公式为LAV=0.85×A4×A2/L[8]。A4为左室四腔心左心房截面积,A2为左室二腔心左心房截面积,L为左室二腔心和四腔心中最短的左心房长径。

1.3.2心肌应变参数的测量

将心脏长轴位二、三和四腔心和左室全部短轴位电影图像全部导入专门的应力分析软件(CVI42,Circle,Calgary,Canada)进行应变分析。按照Schuster等[9]描述的方法,手动勾画左室舒张末期心肌各层心内膜和心外膜边界,软件自动追踪整个心动周期心肌轮廓,并自动计算出左室整体纵向应力(globallongitudinalstrain,GLS)、周向应力(globalcircumferentialstrain,GCS)和径向应力(globalradialstrain,GRS)(图1)。

1.3.3心肌T1时间和ECV的测量

根据美国心脏协会(AmericanHeartAssociation,AHA)心肌16段分法[10],手动勾画每段心肌感兴趣区(region-of-interest,ROI),测量每段心肌增强前、增强后T1值和细胞外容积(ECV)值。为了避免部分容积效应,测量时尽量避开心内膜和心外膜边界,测量心肌中层。软件自动计算出心肌增强前、增强后T1值和ECV值。按照曹玉坤等[11]描述的方法测量心肌T1值及ECV值。

1.4统计学处理

所有数据的正态性检验采用Kolmogorov-Smirnov检验。连续性变量表示为x¯±s,分类变量表示为百分比或频率。两连续性变量间的比较采用独立样本T检验或Mann-WhitneyU检验。采用卡方检验或者Fisher确切概率法进行两分类变量间的比较。采用单因素和多因素线性回归(逐步法)分析HCM患者ECV的独立相关因素。ROC曲线分析比较T1时间、ECV和心肌收缩应变对HCM的诊断效能,并计算诊断的敏感性、特异性、阳性预测值和阴性预测值。采用组内相关系数分析心肌T1时间和ECV值的观察者内和观察者间的变异性。统计学分析采用软件IBMSPSSStatistics21(IBMCorp.,Armonk,NY,USA)和MedCalc16.2.0,P<0.05表示差异有统计学意义。

图1HCM患者左室心肌收缩应变的测量

2、结果

2.1基本临床特点

研究对象的基本临床特点见表1。HCM组和对照组的平均年龄、性别、BMI、心率、HCT和体表面积(bodysurfacearea,BSA)差异无统计学意义(均P>0.05)。HCM患者的症状持续时间约为5.6年。HCM患者合并心房颤动(房颤)、心功能分级及临床用药情况见表1。

2.2CMR参数比较

对照组和HCM组的CMR参数特征见表2。HCM组LVEF值高于对照组,差异有统计学意义(P=0.042)。HCM组心肌最大厚度、MMI和LAVI均高于对照组,差异有统计学意义(均P<0.001)。

表1研究对象的基本临床特点

心肌收缩应变分析显示,HCM组的左心室GLS和GCS分别低于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。HCM组的GRS与对照组差异无统计学意义(P=0.793),表2。

HCM组的左室整体平均初始T1时间和ECV值高于对照组,差异有统计学意义(P<0.05)。HCM组的左室增强后T1时间与对照组差异无统计学意义(P=0.078),表2。

HCM患者中15例(60%)患者有心肌LGE。HCM患者中有22个(5.5%)心肌节段由于伪影影响诊断而被排除。HCM组中有61个心肌节段含LGE和317个心肌节段不包含LGE最终纳入分析(表3)。HCM患者中含LGE和不含LGE的心肌节段的平均初始T1时间和ECV值均高于对照组,差异有统计学意义(P<0.001)。HCM患者中包含LGE的心肌节段的初始T1时间和ECV值均高于不包含LGE的心肌节段,差异有统计学意义(P<0.001)。

表2研究对象的CMR参数特征

表3HCM组的强化节段和非强化节段的T1时间和ECV与对照组比较

图2ROC曲线分析显示不同的CMR参数的诊断效能

表4CMR参数对HCM的诊断价值

3、讨论

本研究显示,HCM患者的左室整体平均心肌ECV值较对照组升高,即使LGE阴性心肌节段的平均ECV值也高于对照组,结果提示HCM患者存在弥漫性心肌纤维化。在HCM患者左室平均EF未降低的情况下,左室平均GLS和GCS较对照组减低,表明左室心肌应变能较EF更早期地反映心肌收缩功能障碍。多变量线性回归分析显示心肌纤维化与性别和GRS具有相关性。ROC曲线分析显示ECV较其他CMR指标对HCM具有更高的诊断价值。

CMRT1mapping反映心肌组织的不同纵向弛豫时间,即毫秒,心肌组织成分的变化表现为T1时间上的差异,通过T1时间和HCT计算的ECV能定量细胞外基质的扩张。因此,CMRT1mapping和ECV能够弥补LGE的局限性,用来定量评估不同范围和程度的弥漫性心肌纤维化。以往多个研究已经证实心肌T1时间和ECV与心内膜活检病理定量的心肌纤维化具有良好的相关性[12,13,14,15,16,17,18]。Diao等[18]通过对多项研究进行荟萃分析表明,与心肌T1时间相比,ECV与病理组织学心肌纤维化具有更好的相关性。我们前期通过分析心脏移植患者的心肌标本的纤维化程度与T1时间和ECV的关系,与文献取得了一致的结果。本研究结果显示HCM患者的左室整体心肌平均T1时间和ECV明显高于对照组,即使在LGE阴性的心肌节段仍然高于志愿者组,提示HCM患者心肌存在不同程度的弥漫性心肌纤维化。传统的LGE通过与远端非强化心肌对比,仅能显示明显的局部心肌纤维化,对于早期轻度的心肌纤维化则难以识别,而CMRT1mapping能定量不同程度的弥漫性心肌纤维化,可早期发现轻度心肌纤维化。

Dass等[19]采用CMRT1mapping技术分析了28例HCM患者,研究结果表明左室整体心肌平均初始T1时间高于对照组,并且心肌的T1时间与心肌的能量代谢和周向应变受损有关,与我们的研究部分结果一致。但是,此项研究仅仅分析了增强前的T1值,缺少增强后的T1时间计算ECV值。Puntmann等[20]的一项研究包括25例HCM和27例扩张型心肌病(DCM)患者,研究结果提示心肌的平均初始T1值和ECV值均较志愿者升高,进一步多变量Logistic回归分析显示初始T1时间较ECV和增强后的T1时间具有更高的诊断价值。类似地,我们也分析了HCM患者心肌初始T1时间和ECV比对照组增高,然而,多因素Logistic回归分析发现ECV是HCM的独立的预测因子,ROC曲线分析ECV对HCM具有最高的诊断价值,这与以上研究结果不同。心肌的初始T1时间反映心肌细胞和间质的纵向弛豫时间,其大小受心肌细胞内水含量和细胞外成分的影响,因此,其与心肌纤维化的关系尚待进一步研究。而且,在以往的研究中,心肌初始T1时间与心肌纤维化的关系变异性较大。一些研究证实心肌初始T1时间与病理学心肌纤维化具有相关性[16],而另一项研究表明心肌初始T1时间与病理学心肌纤维化无相关性[14]。在不同的研究中心肌初始T1时间变异性较大,可能是由于受场强、扫描技术和测量方法等影响,而ECV经过HCT校正,是相对稳定的生物学标志物,因此,心肌ECV在本研究中对HCM的诊断价值高于初始T1时间。

心肌形变的定量为各种亚临床心脏疾病的心功能评估提供了有价值的信息。心脏磁共振Tagging技术是评价心肌形变的“金标准”,但其需要特定的扫描序列,且后处理复杂耗时。新近发展的FT-CMR技术仅需对心脏电影图像进行后处理分析,便可计算出心肌应变参数,且与CMRTagging技术具有较好的一致性[21]。目前,心脏EF值是评估心脏整体功能的常用临床指标,早期HCM患者通过代偿可保持EF值正常,当EF值降低时心肌功能可能已严重受损。而且,LVEF值无法评价局部心肌功能受损。本研究结果显示HCM患者组的EF值未见减低,但是心肌形变分析显示左室GLS和GRS已下降,提示在EF值下降前心肌收缩功能已经受损。因此,心肌的应变能较EF更早期地反映心脏功能。

HCM患者心肌结构排列紊乱、心肌瘢痕和间质胶原扩张,导致心脏的电活动和机械活动功能异常,诱发心律失常和舒缩功能障碍,致使心源性猝死、心力衰竭等不良的临床结局[22,23]。Nucifora等[23]研究了HCM患者心肌力学和心肌纤维化的关系,结果提示HCM患者替代性心肌纤维化和间质性心肌纤维化与心脏的收缩和舒张功能受损相关。本研究结果与以上研究相似。本研究用单变量和多变量线性回归分析了ECV与各项临床和CMR指标的关系,排除了混杂因素的影响,结果提示HCM患者心肌ECV与性别和左室的GRS具有独立相关性,表明HCM患者的心肌纤维化与受损的左室径向收缩应变相关。但是,另一项Dusenbery等[24]的研究纳入了29例先天性主动脉瓣狭窄的患者,研究结果表明ECV与心肌收缩应变无相关性,左室GLS与LGE具有相关性。各项研究结果的不同可能与疾病的类型、疾病的分期、治疗情况、样本量小以及心肌应变测量的方法等有关。因此,需要多中心大样本及统一的方法进一步细化研究。

本研究用ROC曲线分析了多个CMR参数的诊断效能,包括LVEF、LGE、初始T1时间、ECV、GLS和GCS,其中ECV具有最大诊断效能,诊断HCM具有良好的敏感性和特异性。

本研究也有一些不足之处。首先,本研究样本量较小,无法按不同类型的HCM进行分析。其次,本研究只分析了整体的ECV和整体心肌应变,不同心肌节段间的差异及相关性没有进一步分析。

综上所述,CMRT1mapping技术和FT-CMR技术能够定量评价HCM患者的心肌纤维化和心肌形变。HCM患者的受损的心肌径向收缩功能与心肌的纤维化相关,早期的抗纤维化治疗可能会改善HCM患者的预后。HCM患者在左室EF下降前,心脏功能已受损,心肌应变分析能较EF更早期地反映心脏的功能,有助于临床对HCM患者进行早期的治疗干预。

参考文献：

[7]何丽,蒋谨,尚兰.心脏磁共振对肥厚型心肌病应用价值的研究[J].临床心血管病杂志,2018,34(1):86-90.

[11]曹玉坤,崔越,曾文娟,等.1.5T磁共振定量正常人左室心肌组织特性和心肌应变的初步研究[J].临床心血管病杂志,2017,33(11):1077-1082.

崔越,曹玉坤,刘佳,韩小雨,邵国柱,孔祥闯,史河水,韩萍,刘晓庆.心脏磁共振T1mapping和特征追踪技术定量评价肥厚型心肌病患者心肌纤维化和形变[J].临床心血管病杂志,2020,36(09):856-862.