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临床研究
心脏磁共振组织特征追踪技术对射血分数保留的肥厚型心肌病患者左心功能的初步研究
刘宇豪 李薇 欧阳丽娜 杨琴 王一帆 孙潇 朱力

Cite this article as: Liu YH, Li W, Ouyang LN, et al. Preliminary study of CMR tissue feature tracking technology on left ventricular function in patients with hypertrophic cardiomyopathy with ejection fraction preservation[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2022, 13(1): 31-36.本文引用格式:刘宇豪, 李薇, 欧阳丽娜, 等. 心脏磁共振组织特征追踪技术对射血分数保留的肥厚型心肌病患者左心功能的初步研究[J]. 磁共振成像, 2022, 13(1): 31-36. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.01.007.


[摘要] 目的 探讨心脏磁共振组织特征追踪(cardiovascular magnetic resonance feature tracking,CMR-FT)技术对射血分数保留的肥厚型心肌病患者(hypertrophic cardiomyopathy preserved ejection fraction,HCMpEF)左心室功能的价值。材料与方法 对70例HCMpEF患者及42例健康对照组行3.0 T心脏磁共振稳态自由进动序列扫描后,将图像导入CVI42后处理软件,测量左心基本功能参数及左室整体3D应变参数,包括:径向(radial)、周向(circumferential)及纵向(longitudinal)的峰值应变(peak strain,PS)、收缩期峰值应变率(peak systolic strain rate,PSSR)及舒张期峰值应变率(peak diastolic strain rate,PDSR),采用SPSS 26.0软件对两组参数进行统计学分析。结果 HCMpEF组的各个方向的PS均低于健康对照组[径向:26.00 (14.63) vs. 32.39 (10.55),周向:(-17.30±4.55) vs. (-19.67±3.73),纵向:(-8.14±3.25) vs. (-10.74±3.26),HCMpEF组vs.健康对照组,单位:%],差异具有统计学意义(P<0.005);HCMpEF组的各个方向的PSSR及PDSR均低于健康对照组[PSSR径向:1.55 (0.94) vs. 1.85 (0.61),周向:-0.99 (0.39) vs. -1.13 (0.29),纵向:-0.49 (0.38) vs. -0.67 (0.28),单位:s-1P<0.05;PDSR径向:-1.37 (-0.86) vs. -2.17 (1.35),周向:0.87 (2.44) vs. 1.16 (0.53),纵向:0.46 (0.24) vs. 0.68 (0.33),单位:s-1],差异具有统计学意义(P<0.001)。结论 HCMpEF患者尽管射血分数保留,但是心脏收缩及舒张功能已经受损,CMR-FT定量分析技术可以为评价心脏功能提供新的依据。
[Abstract] Objective To explore the value of CMR tissue feature tracking technology for left ventricular strain in patients with hypertrophic cardiomyopathy (HCMpEF) with ejection fraction preserved.Materials and Methods: Seventy HCMpEF patients and 42 normal subjects (control group) were scanned with 3.0 T CMR steady-state free precession sequence, and the images were imported into CVI42 post-processing software to measure the basic function parameters of the left heart and the overall 3D strain parameters of the left ventricle. Including: radial, circumferential and longitudinal peak strain (PS), peak systolic strain rate (PSSR), peak diastolic strain rate (PDSR). The SPSS 26.0 software was used for statistical analysis of the two groups of parameters.Results The peak strain in all directions of the HCMpEF group was lower than that of the control group [radial: 26.00 (14.63) vs. 32.39 (10.55), circumferential: (-17.30±4.55) vs. (-19.67±3.73), longitudinal: (-8.14±3.25) vs. (-10.74±3.26), HCMpEF group vs. control group, unit: %], the difference was statistically significant (P<0.005); the PSSR and PDSR in each direction of HCMpEF group both are lower than the control group [PSSR radial: 1.55 (0.94) vs. 1.85 (0.61), circumferential: -0.99 (0.39) vs. -1.13 (0.29), longitudinal: -0.49 (0.38) vs. -0.67 (0.28), unit: s-1, P<0.05; PDSR radial: -1.37 (-0.86) vs. -2.17 (1.35), circumferential: 0.87 (2.44) vs. 1.16 (0.53), longitudinal: 0.46 (0.24) vs. 0.68 (0.33), unit: s-1], the difference was statistically significant (P<0.001).Conclusion Although the ejection fraction is preserved in HCMpEF patients, the systolic and diastolic functions have been impaired. The CMR-FT quantitative analysis technology can provide a new basis for evaluating cardiac function.
[关键词] 心脏磁共振;组织特征追踪;心功能;应变;肥厚型心肌病;射血分数
[Keywords] cardiovascular magnetic resonance;tissue feature tracking;heart function;strain;hypertrophic cardiomyopathy;ejection fraction

刘宇豪 1   李薇 1   欧阳丽娜 1   杨琴 2   王一帆 3   孙潇 3   朱力 3*  

1 宁夏医科大学,银川 750000

2 甘肃省人民医院放射科,兰州 730000

3 宁夏医科大学总医院放射科,银川 750000

朱力,E-mail:zhuli72@163.com

全部作者均声明无利益冲突。


基金项目: 2020年宁夏自然科学基金 2020AAC03420 2020年度宁夏医科大学临床学院“一流学科建设”开放课题
收稿日期:2021-06-16
接受日期:2021-11-10
中图分类号:R445.2  R542.2 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2022.01.007
本文引用格式:刘宇豪, 李薇, 欧阳丽娜, 等. 心脏磁共振组织特征追踪技术对射血分数保留的肥厚型心肌病患者左心功能的初步研究[J]. 磁共振成像, 2022, 13(1): 31-36. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.01.007

       肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy,HCM)是一种常见的遗传性心血管疾病,基因突变是主要发病原因。心源性猝死、心力衰竭是HCM患者死亡的重要原因[1, 2]。对于射血分数保留的HCM (HCM preserved ejection fraction,HCMpEF)患者如果早期对心功能进行评估并早期临床干预,就能益于预防、延缓疾病进展,也有益于减少并发症、改善预后[3]

       目前临床实践中的评价左心室功能最常用的是超声心动图,是一种较为公认的无创评价左心室功能方法[4]。但是,该技术也有不足之处,如角度依赖性、窄声窗、伪影和衰减[5]。随着磁共振技术的出现和发展,心脏磁共振组织特征追踪(cardiovascular magnetic resonance feature tracking,CMR-FT)成像也可用于HCM患者心功能评估,从径向、周向和纵向三个维度对应变进行分析[6]。国内外有学者已经对HCM患者左心室应变进行了相关研究,Hinojar等[7]回顾性分析了74例肥HCM患者和75例健康对照组,发现其左室纵向、周向及径向应变均有不同程度的降低(P<0.001),HCM患者心肌应变(strain)出现不同程度的受损,但是未采用应变率对心肌收缩及舒张运动进行研究。滕飞等[8]研究发现肥厚节段心肌相较健康对照组其周向、纵向的应变及收缩期应变率不同程度减低,然而没有对心肌整体应变及舒张期应变率进行进一步研究。虽然国内外已有研究探索CMR-FT评价HCM患者心肌运动,但是其研究结果并不完整。因此,本研究的主要目的是应用CMR-FT对HCMpEF患者的心肌收缩期及舒张期分别进行定量评估,并与健康对照组进行对照分析,以探讨CMR-FT定量评价HCMpEF患者左心功能的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象

       本回顾性研究经过宁夏医科大学总医院科研伦理委员会批准(批准文号:2020-185),免除受试者知情同意。本研究收集在宁夏医科大学总医院放射科2018年1月1日至2020年12月31日符合纳入及排除标准的HCM患者病例(HCM患者组)及健康对照组。HCM患者组纳入标准:(1)符合欧洲心脏病协会制定的HCM的临床诊断标准[9]。(2)左室射血分数≥50%。(3)患者在CMR检查前后两周内行超声心动及心电图检查完整。排除标准:(1)合并有高血压、糖尿病、甲亢等疾病的心脏病患者;(2)合并严重慢性肺部疾病、肿瘤、血液系统疾病者;(3)合并有先天性心脏病、瓣膜病患者。健康对照组纳入标准:(1)经CMR、超声心动检查、心电图检查未见异常;(2)临床检查除外严重心律失常、原发或继发高血压、瓣膜心脏病、糖尿病、恶性肿瘤疾病。

1.2 图像采集

       采用飞利浦公司Ingenia 3.0 T超导磁共振仪进行心脏扫描。(1)受试者扫描前准备:去除随身携带金属类物品,受试者仰卧位,8通道心脏专用阵列线圈置于受试者前胸部及背部,进行呼气末屏气训练,同时监测心电门控和呼吸门控。(2)心脏定位:在常规轴位、矢状位、冠状位确定心脏位置。(3)扫描序列:包括稳态自由进动序列,标准化切取短轴两腔心、左室长轴两腔心、长轴四腔心、三腔心切面;扫描参数:TE 1.28 ms,TR 2.6 ms,翻转时间200 ms,FA 45°,FOV 350 mm×350 mm,重建矩阵256×192,层厚为8 mm。

1.3 图像处理

       将左心室长轴位两腔心、三腔心、标准四腔心及短轴电影序列导入心血管图像后处理软件(CVI42 5.13; Circle Cardiovascular Imaging,Inc,Calgary,Canada)自动勾画心脏收缩期及舒张期每帧图像上心内膜心外膜的边界并进行手动修正。软件自动根据2002年美国心脏协会(American heart Asociation,AHA)提出的心肌标准分段法[10]进行左心基本功能及左心室心肌形变分析。主要参数包括:径向(radial)、周向(circumferential)及纵向(longitudinal)的峰值应变(peak strain,PS)、收缩期峰值应变率(peak systolic strain rate,PSSR)及舒张期峰值应变率(peak diastolic strain rate,PDSR)。

1.4 统计学处理

       数据分析应用SPSS 26.0统计分析软件,符合正态分布的计量资料用x¯±s (平均值±标准差)表示,不符合的用中位数(四分位距)表示,两组间差异性比较采用t检验或Mann-Whitney U检验,采用双侧检验,P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 人群基本资料及左心基本功能参数差异分析

       本次研究总共纳入HCMpEF患者70例,年龄21~76 (49±14)岁,其中男44例。健康对照组共42名,年龄18~73 (39±15)岁,其中男25例。

       HCMpEF患者与健康对照组的MRI左心基本功能参数详见表1。其中,HCMpEF组的左室心肌质量及整体室壁峰值厚度均明显高于健康对照组,差异具有统计学意义(P<0.001)。

表1  人群基本资料及左心基本功能参数差异
Tab. 1  Basic information of the population and differences in basic function parameters of the left heart

2.2 CMR-FT 3D整体PS参数分析

       HCMpEF患者与健康对照组的3D整体PS参数详见表2。HCMpEF组的各个方向的应变峰值均低于健康对照组,差异具有统计学意义(P<0.01)。

表2  3D整体峰值应变
Tab. 2  3D global peak strain

2.3 CMR-FT 3D整体收缩期PS参数分析

       HCMpEF患者与健康对照组的3D整体PSSR参数详见表3图1。HCMpEF组的各个方向的PSSR均低于健康对照组,差异具有统计学意义(P<0.05)。

图1  应变率-时间曲线图。图A、B、C分别为一名射血分数保留的肥厚型心肌病(HCMpEF)患者的整体径向应变率、整体周向应变率及整体纵向应变率的曲线图;图D、E、F分别为一名健康对照组成员的整体径向应变率、整体周向应变率及整体纵向应变率的曲线图;以X轴为时间,单位:ms,Y轴为应变率,单位:s-1;对于径向,X轴上方代表收缩期应变率,下方代表舒张期应变率;对于周向及纵向,X轴下方代表收缩期应变率,上方代表舒张期应变率。可以观察到收缩期及舒张期HCMpEF患者的径向、周向及纵向峰值应变率均低于对照者。
Fig. 1  The strain rate-time graph. Diagrams of globe radial strain rate, circumferential strain rate and longitudinal strain rate of a HCMpEF patient were showed in the figure A,B and C; Diagrams of globe radial strain rate, circumferential strain rate and longitudinal strain rate of a healthy control group member were showed in the figure D,E and F;the X axis was the time, the unit: ms, Y-axis was strain rate, unit: s-1; For the radial direction, the upper part of the X-axis represents the systolic strain rate, and the lower part represents the diastolic strain rate; for the circumferential and longitudinal directions, the lower part of the X-axis represents the systolic strain rate, and the upper part represents the diastolic strain rate. We can observe that the radial, circumferential and longitudinal peak strain rates of the HCMpEF group during systole and diastole were lower than those of the control group.
表3  3D整体收缩期峰值应变率
Tab. 3  3D global peak systolic strain rate

2.4 CMR-FT 3D整体舒张期PS参数分析

       HCMpEF患者与健康对照组的3D整体PDSR参数详见表4图1。HCMpEF组的各个方向的PDSR均低于健康对照组,差异具有统计学意义(P<0.05)。

表4  3D整体舒张期峰值应变率
Tab. 4  3D global peak diastolic strain rate

3 讨论

       本研究通过CMR-FT技术对射血分数保留的HCM患者心肌运动过程中心肌应变及应变率进行定量分析,研究结果显示尽管HCM患者射血分数保留,但是其相较健康对照组,应变及收缩期应变率减低这一结论得到再一次印证,本研究又创新性地对舒张期应变率进行研究,发现左心室纵向、周向及径向舒张期应变率均有不同程度的降低,左心室舒张功能受损,进一步完善了HCM关于应变的研究。相较于射血分数参数,收缩期及舒张期应变率更能较早发现心脏功能的异常,CMR-FT定量分析技术可以为评价心脏功能提供新的依据。

3.1 CMR-FT技术的应用

       心肌应变被认为是反映心功能早期损害的一项敏感的指标,反映心肌在张力作用下的形变能力,即心肌节段从初始长度(L0,通常在舒张末期)到心肌变形后长度(L)的变形程度,用百分比表示。计算公式S=(L-L0)/L0。S为正时,表示心肌组织的伸长或增厚;S为负时表示心肌组织缩短或变薄。心肌应变率(strain rate,SR)是心肌组织在单位时间内的变形速度,单位:s-1[11, 12]。心肌应变是一种定量反映整体和局部心肌发生形变能力及速度的新参数,能够用于评估整体和局部心肌运动,实现射血分数保留心功能的评估[13]。CMR-FT技术是近年来用于评价心肌应变的一种后处理技术,是基于稳态自由进动(steady-state free pulse,SSFP)序列,可自动追踪心动周期中心内膜及心外膜上体素的相对运动与位移,可对长轴、径向、周向应变及应变率等主要功能参数进行评估,可以客观评估心动周期中心肌形变的程度及时间,从而反映了心肌的弹性状况,并且仅需常规电影序列图像就可进行应变分析,通过后处理软件从而获得多维的心肌收缩与舒张信息[14]

3.2 HCM心肌病理特点

       HCM是一种常见的遗传性心血管疾病,发病率约为1∶500。它是由11个或更多编码心肌肌节蛋白质的基因的1400多个突变引起的。HCM典型的特征是左室壁非对称性增厚,主要表现为心肌细胞异常肥大,排列紊乱并心肌间质纤维化,致使心肌顺应性下降,早期心脏舒张功能受限,终末期多出现收缩功能明显减低,最终因难治性心力衰竭而死亡。典型的HCM症状包括呼吸困难、心悸、胸痛、运动不耐受和晕厥。当发生左室流出道(left ventricular outflow tract,LVOT)阻塞时,患者做valsalva动作(一种临床生理试验,深吸气后紧闭声门,再用力做呼气动作,呼气时对抗紧闭的会厌,通过增加胸内压来影响血液循环进而达到诊疗目的),减少回心血量的同时可以在心尖和胸骨左缘之间听到收缩期射血杂音。目前临床诊断和评价左HCM心功能大多是基于超声心动图或CMR成像[15]

3.3 HCM左心室收缩功能特点

       对于左心室收缩功能,在日常的临床实践中,左心室收缩功能通常是通过二维超声心动图来评估的。利用双平面左心室舒张末和收缩末容积计算左心室射血分数。然而,在越来越多有心力衰竭症状和保留左心室功能的患者中,左心室功能是否是表征左心室功能的准确参数一直受到质疑。基于传统二维超声心动图计算的左心室收缩功能可能不能真正代表左心室收缩功能,并且LVEF的降低可能发生大多数心脏疾病的晚期,对识别局部心肌损伤的敏感度有限[16]。相比常规超声心动图,CMR成像技术无需将左心室形态做几何假设,就能准确测量心室收缩前后容积变化,被认为是评价左心室功能最准确的方法[11]。本次研究中虽然HCMpEF患者射血分数处于正常范围,收缩前后容积变化与健康对照组差异无统计学意义,但是通过CMR-FT技术发现HCMpEF患者应变及收缩期应变率已经明显减低,收缩功能已经受损,这与Cavus等[17]研究144例HCM与16例健康对照组心肌应变差异性研究结果相一致。Cavus研究表明尽管部分HCM患者LVEF保留,但是与健康对照组生物标志物水平相比,HCM患者的NT-proBNP (与脑钠肽BNP来源于同一前体,诊断心衰的一项心脏功能生物标志物)和/或HS-TnT (超敏肌钙蛋白T,心肌细胞所特有的蛋白)已经升高,并且左室和左房应变参数降低并且与NT-proBNP和HS-TnT水平呈中度相关。Smith等[18]在研究射血分数保留的青少年HCM中发现,与健康对照组相比肥厚节段的径向应变(28.0%±5.2% vs. 58.6%±3.9%,P=0.0002)、周向应变(-23.7%±1.1% vs. -28.3%±0.8%,P=0.004)和纵向应变(-11.2%±1.2% vs. -21.7%±0.8%,P<0.0001)均明显减低。由此可见,在评价左心室收缩功能方面,心肌应变参数比LVEF能更敏感地检测细微的变化。

3.4 HCM左心室舒张功能特点

       对于左心舒张功能障碍的诊断是至关重要的,早期的诊断能够防止心脏不可逆转的结构改变和收缩功能障碍。区分舒张期和收缩期心力衰竭对临床治疗方案起决定性作用,因为一种心力衰竭的治疗可能会加重另一种心力衰竭,并且如果治疗得当,舒张功能不全的预后相比收缩功能不全患者的预后更为有利[19]。目前评价左心室舒张功能的“金标准”是通过左心导管检查。经导管直接测量左室充盈压、左房压可以反映整体舒张功能障碍的程度,但因其有创性临床较难普遍应用实践。随着多普勒技术的出现和发展,超声心动图已成为评价左心室舒张功能最为常用的方法,其中包括二尖瓣口舒张期血流频谱、肺静脉血流频谱、Tei指数等[20],目前CMR-FT技术也可用于心脏舒张功能的评价。原发性舒张功能障碍通常见于高血压、瓣膜性心脏病和肥厚型、限制性或缺血性心肌病[21]。Playford等[22]研究中发现大约1/3 HCM患者存在左室流出道梗阻,造成心脏后负荷增大。后负荷提高也会增加舒张期心肌细胞内钙离子浓度,阻碍钙离子与肌钙蛋白的解离,进而心肌舒张功能下降。而HCMpEF患者由于心肌顺应性下降,左心室僵硬度增加,舒张功能受限。本研究创新性地采用舒张期应变率-时间曲线对HCMpEF患者的左心室舒张功能进行评价,发现HCMpEF患者的舒张期应变率-时间曲线不仅与健康对照组之间存在显著不同,而且舒张期应变率峰值也较健康对照组明显降低,说明HCMpEF患者的舒张功能在疾病早期阶段即出现了损害。这一结果与张娟等的发现一致,他们运用三维斑点追踪技术发现,携带肌小节基因突变者在未出现左室肥厚时就已经出现左室舒张功能减低[23]。在评价左心室舒张功能方面,CMR-FT技术具有一定潜在价值。

       尽管HCMpEF患者射血分数保留,但是应变和应变率均能从心脏形变的程度和速度两个方面评价心肌形变情况,两个参数哪个能更加敏感地发现心脏功能异常这有待进一步研究。

3.5 局限性

       本研究存在一定的局限性:(1)样本量较小,今后需加大样本量进一步分析;(2)没有与其他磁共振心肌应变技术(如心肌标记技术)或者超声斑点追踪技术进行对比;(3)对于梗阻型与非梗阻型HCM患者由于缺乏准确超声心动对流出道压力阶差的定量测量,无法区分进行定量评价其差异性。

       综上所述,HCMpEF患者尽管射血分数保留,但是心脏收缩及舒张功能已经受损。CMR-FT定量技术不仅可以早期发现HCMpEF患者左心收缩功能降低,弥补了LVEF对收缩功能评价的不足,而且可以定量评价心脏舒张功能损害,有利于早期临床干预,改善预后。CMR-FT定量分析技术可以为评价心脏功能提供新的依据。

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