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经验交流
磁共振特征追踪技术评估风湿性二尖瓣狭窄合并房颤左心房心肌应变应用研究
侯洁 孙玉 张立波 尤红蕊 张蓉蓉 石井龙 杨本强

Cite this article as: Hou J, Sun Y, Zhang LB, et al. Clinical application of cardiac magnetic resonance feature tracking technique in rheumatic mitral stenosis and concurrent atrial fibrillation[J]. Chin J Magn Reson Imaging, 2022, 13(4): 107-110.本文引用格式:侯洁, 孙玉, 张立波, 等. 磁共振特征追踪技术评估风湿性二尖瓣狭窄合并房颤左心房心肌应变应用研究[J]. 磁共振成像, 2022, 13(4): 107-110. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.04.020.


[摘要] 目的 探讨心脏磁共振组织追踪技术(cardiovascular magnetic resonance feature tracking technology,CMR-FT)评估风湿性二尖瓣狭窄合并房颤(rheumatic mitral stenosis and concurrent atrial fibrillation,RMS-AF)的临床应用价值研究。材料与方法 回顾性分析我院心外科2020年1月至2021年7月间的26例RMS-AF患者的临床及术前心脏磁共振资料,收集同时期10例正常心脏磁共振受试者作为对照组。利用CMR-FT分析左心房(left atrium,LA)应变(εs/εe/εa)及应变率(SRs/SRe/SRa),εs/SRs、εe/SRe 和εa/SRa分别代表LA储存功能、管道功能和升压泵功能。结果 与对照组相比,RMS-AF组具有较高的心率[(77±7) vs. (96±26),t=3.492,P=0.001];RMS-AF组的左心室功能减低[(59.9±6.7)% vs. (42.0±9.1)%,t=-5.599,P<0.001],LA内径增大[(30.8±3.0) vs. (55.9±13.0),t=5.989,P<0.001],左房总射血分数减低[(58.3±2.1)% vs. (12.1±3.5)%,t=-39.401,P<0.001],εs/εe/εa/SRs/SRe/SRa均低于对照组(P均<0.001);组内及组间一致性检验显示两组具有较好的可重复性(ICC≥0.88,95% CI:0.78~0.93)。结论 CMR-FT可在无需对比剂的情况下评估RMS-AF的LA应变参数,判断LA功能,可作为临床诊疗的一项重要影像学指标。
[Abstract] Objective To evaluate the clinical application of cardiovascular magnetic resonance imaging feature tracking (CMR-FT) in patients with rheumatic mitral stenosis and concurrent atrial fibrillation (RMS-AF).Materials and Methods We retrospectively studied 26 patients with RMS-AF who were treated in our hospital from January 2020 to July 2021. Their clinical and cardiac MRI data before surgery were analyzed, while 10 normal CMR subjects in the same period were collected as the healthy control group. CMR-FT was used to analyze the left atrium (LA) strain (εs/εe/εa) and strain rate (SRs/SRe/SRa). εs/SRs, εe/SRe and εa/SRa represented LA storage function, pipeline function and booster pump function respectively.Results Compared with control group, RMS-AF group had higher heart rate [(77±7) vs. (96±26), t=3.492, P=0.001]; In RMS-AF group, left ventricular function decreased [(59.9±6.7)% vs. (42.0±9.1)%, t=-5.599, P<0.001], LA diameter increased [(30.8±3.0) vs. (55.9±13.0), t=5.989, P<0.001], left atrial total ejection fraction decreased [(58.3±2.1)% vs. (12.1±3.5)%, t=-39.401, P<0.001], and LA global functional strain parameters εs/εe/εa/SRs/SRe/SRa were significantly decreased than those in the control group (all P<0.001). The inter and intraclass correlation coefficients (ICC) of RMS-AF group and the control group showed good consistency (ICC≥0.88, 95% CI: 0.78-0.93).Conclusions CMR-FT can evaluate the LA strain parameters and judge LA function (reservoir, pipeline, and booster pump function) without contrast agent. It can be used as a helpful imaging biomarker of clinical diagnosis and treatment in RMS-AF.
[关键词] 房颤;心脏磁共振;组织追踪技术;左房功能;心肌应变
[Keywords] atrial fibrillation;cardiovascular magnetic resonance;feature tracking;left atrial function;strain

侯洁 1, 2   孙玉 1, 2   张立波 1, 2   尤红蕊 1, 2   张蓉蓉 1, 2   石井龙 1, 2   杨本强 1, 2*  

1 中国人民解放军北部战区总医院放射诊断科,沈阳 110016

2 辽宁省心血管病影像医学重点实验室,沈阳 110016

杨本强,E-mail:bqyang888@sina.com

作者利益冲突声明:全部作者均声明无利益冲突。


基金项目: 辽宁省科技项目 2018225024 辽宁省重点研究发展项目 2020JH2/10300119
收稿日期:2021-12-15
接受日期:2022-03-23
中图分类号:R445.2  R541.2 
文献标识码:A
DOI: 10.12015/issn.1674-8034.2022.04.020
本文引用格式:侯洁, 孙玉, 张立波, 等. 磁共振特征追踪技术评估风湿性二尖瓣狭窄合并房颤左心房心肌应变应用研究[J]. 磁共振成像, 2022, 13(4): 107-110. DOI:10.12015/issn.1674-8034.2022.04.020

       心脏磁共振特征追踪技术(cardiovascular magnetic resonance feature tracking technology,CMR-FT)作为一项新技术[1],能在常规电影序列中应用,具有高分辨率、大视野、较好的可重复性,并能更敏感地反映心肌组织的功能参数,近年来被广泛地应用于各种心脏疾病的临床研究和实践中。心房颤动(atrial fibrillation,AF)是临床最常见的快速心律失常,会增加中风和心力衰竭的风险,降低生活质量和生存率[2, 3]。风湿性二尖瓣狭窄合并房颤(rheumatic mitral stenosis and concurrent atrial fibrillation,RMS-AF)患者较无心脏疾病患者发生的中风风险增加20倍[4],故预防中风对RMS-AF诊疗较为关键[5, 6]

       左心房(left atrium,LA)应变描述LA变形,是LA功能的新兴成像标志物[7, 8]。LA功能通常通过LA容积和LA射血分数等传统指标进行评估[9],无创评估LA大小的动态变化,直径和容积可能不足以描述复杂的LA功能,而评估LA变形可以克服体积评估的局限性,左房应变可在左房增大前检测患者的早期LA功能障碍[10, 11, 12, 13, 14]。近年来CMR-FT主要集中应用于左心室(left ventricle,LV)应变,较少应用于LA分析中[15]。本研究主要目的在于应用CMR-FT评估RMS-AF患者术前LA应变和应变率,定量分析其LA功能,研究CMR-FT在RMS-AF中的临床应用价值。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       回顾性分析2020年7月1日至2021年7月31日在中国人民解放军北部战区总医院治疗的26例RMS-AF患者的临床及CMR资料,年龄(61.5±6.63)岁,男8例,女18例。

       纳入标准如下:(1)符合房颤合并风湿性二尖瓣狭窄诊疗指南[15]的患者;(2)年龄大于18周岁计划接受心脏瓣膜置换手术;(3)心电图或动态心电图记录的30 s以上的房颤。排除标准:(1)曾接受过瓣膜手术或房颤消融的患者;(2)磁共振检查禁忌证(如幽闭恐惧症等)。所有患者或家属均签署磁共振检查知情同意书。收集我院10名同期行CMR检查阴性参与者作为对照组,年龄(57.2±11.8)岁,男4例,女6例。

       本研究经中国人民解放军北部战区总医院伦理委员会批准,免除受试者知情同意,批准文号:Y (2021)037号。

1.2 CMR检查方法及图像后处理

       使用德国西门子公司Verio 3.0 T型磁共振扫描仪,采用8通道相控阵体线圈进行心电门控扫描,覆盖整个LV和LA的平衡稳态自由进动梯度回波序列(true fast imaging with steady-state precession,TrueFISP)。磁共振扫描参数如下:视野360 mm×360 mm,矩阵216×256,层厚6 mm,无间隔,重复时间40.68 ms,回波时间1.49 ms,翻转角50°。

       使用CVI 42软件(Circle, Calgary, Canada, version 5.12.1)进行分析[16]。分别由2名有经验的医师(1名3年以上、1名5年以上CMR诊断经验医师)进行MR图像后处理和诊断。组内一致性分析由同一名医师测量,该医师在1个月后重新进行测量;组间一致性检验在不知第一名医师测量结果的情况下,由上述第二名医师进行测量。

       LV参数:在左室短轴电影图像上绘制左室心内膜和心外膜轮廓,不包括乳头肌,记录LV舒张末期容积(LV end-diastolic volume,LVEDV)、收缩末期容积(end-systolic volume,ESV)、LV射血分数(LV ejection fraction,LVEF)和LV质量(LV mass,LVM)。LV和LA参数均根据体表面积(body surface area,BSA)进行校正,例如LVEDVindex (LVEDVi)=LVEDV/BSA ×100%。

       LA参数:在覆盖整个LA范围的短轴电影图像中,LA的心内膜被手动标记,不包括肺静脉和左心耳。记录LA最大容积(the maximum volume of the LA,LAVmax;收缩末期二尖瓣打开前的LA容积)及LA最小容积(the minimum volume of the LA,LAVmin;舒张末期二尖瓣关闭时的LA容积)。左房总射血分数(LA total ejection fraction,LATEF)=(LAVmax-LAVmin)/LAVmax×100%。

       LA应变及应变率:使用CVI 42特征追踪软件对LA心肌变形进行量化。在舒张末期,手动描绘心内膜和心外膜边界,不包括肺静脉和左心耳。应变软件分析模型自动提供LA应变及应变率曲线,读取LA心内膜整体纵向应变值,包括总应变(εs)、主动应变(εa),被动应变(εe,εe=εs-εa),第一个正向应变率峰值(SRs),第一个负向应变率峰值(SRe),第二个负向应变率峰值(SRa)。正常LA功能包括储存功能、管道功能和升压泵功能,εs和SRs代表LA储存功能,εe和SRe代表管道功能,εa和SRa代表升压泵功能[17, 18] (图1)。

图1  1A~1D:对照组心脏磁共振特征追踪技术舒张末期四腔和两腔层面评估左心房纵向应变。在相应的应变(率)曲线上读取应变(率)值。εs:总应变;εa:主动应变;εe:被动应变,εe=εs-εa;SRs:第一个正向应变率峰值;SRe:第一个负向应变率峰值;SRa:第二个负向应变率峰值。εs和SRs代表左心房储存功能,εe和SRe代表管道功能,εa和SRa代表升压泵功能;1E~1H:风湿性二尖瓣狭窄伴房颤患者心脏磁共振特征追踪技术舒张末期四腔和两腔层面评估左心房纵向应变。与对照组相比,患者的应变及应变率均明显下降。

1.3 统计学分析

       我们的样本量是基于Kowallick等[19]的研究结果,他们的研究表明应用CMR-FT评估,每组7名患者的样本量足以检测10%的差异,4名患者的样本量以90%的效能且误差为0.05可检测出15%的εs差异。这说明我们的研究样本量设置为26名患者和10名健康对照者足以检测出差异具有相应的统计学意义。本研究采用SPSS 18.0软件进行统计学分析。计量资料以x¯±s或中位数(四分位数)表示,两组间的比较采用独立样本t检验或Mann-Whitney U检验。计数资料以构成比表示,两组间的比较采用χ2检验。组内、组间一致性检验通过组间相关系数(intraclass correlation coefficient,ICC)分析LA参数测量结果的可重复性,ICC<0.40表示一致性较差;0.40≤ICC<0.75表示一致性一般;ICC≥0.75表示一致性较好[20]。采用双侧检验,以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 对照组与AF组的基本临床资料的比较

       两组患者的年龄、性别、体质量指数(body mass index,BMI)、BSA差异无统计学意义(P均>0.05)。RMS-AF组具有较高的心率,对比组间差异有统计学意义[(77±7) vs. (96±26),t=3.492,P=0.001]。见表1

表1  对照组与RMS-AF组的基本临床资料的比较

2.2 对照组与AF组CMR参数的比较

       RMS-AF组的左心室功能减低[(59.9±6.7)% vs. (42.0±9.1)%,t=-5.599,P<0.001];RMS-AF组的左心房内径增大[(30.8±3.0) vs. (55.9±13.0),t=5.989,P<0.001],LATEF减低[(58.3±2.1)% vs. (12.1±3.5)%,t=-39.401,P<0.001],应变参数εs/εe/εa/SRs/SRe/SRa均低于对照组,对比组间差异有统计学意义(P均<0.001)。见表2

表2  对照组与RMS-AF组的心脏磁共振参数的比较

2.3 LA参数的组内及组间一致性检验分析

       LATEF、εs、εe、εa、SRs、SRe、SRa均具有较好的一致性,其中组内一致性检验最高的是εs (ICC=0.98,95% CI:0.97~0.99),最低的是SRe (ICC=0.88,95% CI:0.78~0.94);组间一致性检验最高的是εs (ICC=0.98,95% CI:0.97~0.99),最低的是SRe (ICC≥0.88,95% CI:0.78~0.93)。见表3

表3  左心房参数组内及组间一致性检验

3 讨论

       LA的主要作用是调节左室充盈以及心血管功能,在心室舒张早期即作为肺静脉回流的储存器,在心室舒张晚期作为增强心室充盈的增压泵,在整个心动周期中识别心房功能和心室功能之间的相互作用非常重要[21。在正常情况下,LA储存、管道和升压泵功能的变化是相互依存的。

       本研究发现RMS-AF患者较对照组的心率增高,年龄、性别、BMI、BSA差异均无统计学意义,而LA应变参数(包括应变及应变率)明显减低,说明LA三个功能减低,LA发生心房重塑。LA重塑包括结构和功能的改变,应变和应变率代表了心肌变形的大小和速率。本研究结果显示心房应变对显示LA重塑敏感,尤其是心房应变参数显示LA储存和管道功能明显下降,升压泵功能显著减低或消失,说明RMS-AF患者由于容量负荷过重,导致LA代偿性肥大,心房应变参数能很好地提示LA重塑。本研究中发现AF患者存在LA增大和功能障碍,储存、导管功能降低,升压泵功能显著降低或缺失,与前人研究结果一致[9],这也表明了RMS-AF患者心房重塑和LA心肌功能受损。

       房颤的病理生理学机制较为复杂且尚未完全明确[3]。目前,人们认为两种机制必不可少,包括触发器和维持心律失常的修饰基质[22]。房颤的诱因通常表现为异位心房病灶。然而,任何类型的室上性心动过速都可对房颤起到触发作用。房颤的发病机制是由于快速频繁的异位活动(触发器)不但引起心房肌细胞电和机械特性的改变,此为电重构,而且可导致缝隙连接和心房肌细胞结构的改变,促进或加速心肌细胞凋亡和纤维化,此为解剖重构,由此这一过程建立“自我永存”[23]。LA增大和心肌纤维化导致房颤持续,显著影响左心房功能。

       Habibi等[24]应用CMR-FT和延迟对比增强MRI研究房颤患者的LA纤维化,研究结果表明,LA储存、管道和升压泵功能降低,并与LA纤维化呈负相关,说明LA应变分析可以在早期临床阶段检测心肌瘢痕的存在,应变及应变率的降低可提示LA顺应性降低,间接反映心肌纤维化的程度。应变及应变率分别代表心肌变形的大小和速率,尽管在心室收缩期间,储存功能受心房顺应性(心房收缩和舒张)的控制,导管功能受心房顺应性的影响,与储备功能相互关联,但必要时与左室舒张和顺应性密切相关。心房升压泵功能反映了心房收缩的幅度和时间,但取决于静脉回流程度(心房前负荷),左室舒张末期压力(心房后负荷)和左室收缩储备[25]

       以往的研究显示LA增大已被证明能积极预测房颤的风险[25, 26],而容积参数只能反映LA结构重塑的变化,而应变参数则能更好地反映LA功能参数的早期变化,综合评估可为研究LA的功能提供更多的视角,也可为临床治疗提供更多信息[27]。Li等[14]和Yang等[18]用CMR-FT分别对高血压患者、非梗阻性肥厚型心肌病患者的左心房功能进行定量分析发现CMR-FT是一种可靠的定量分析LA功能的工具,可以早期检测LA功能障碍和变形。Schuster等[28]比较了CVI软件和Tom Tec软件测量左室心肌应变,证实CVI软件具有良好的一致性。本研究中,CMR-FT使用CVI软件检测RMS-AF患者的LA应变及应变率具有良好的观察者内和观察者间再现性,以及良好的可行性和可靠性,这与前人的研究结果一致。

       在很多临床研究中,LA应变具有明确的诊断和预后价值[29]。LA应变是多种心血管疾病的重要生物标志物,LA应变已被评估为高血压、糖尿病、心力衰竭、缺血性和瓣膜性心脏病及心房颤动的一种不良后果的预测因子[1,10]。尽管超声斑点追踪技术是评估LA应变和应变率最常用的方法,由于左心耳的解剖位置、菲薄的心房壁、左心耳以及肺静脉的存在,超声斑点追踪技术评估LA功能存在局限性。相反,CMR-FT是一种类似于超声心动图斑点追踪的技术,在心脏磁共振常规电影图像上获取变形参数,因此不需要额外的序列采集;此外,鉴于CMR具有更高的空间分辨率和标定心内膜边界的能力,更有益于LA功能评估[8],LA应变越来越多地进入常规临床实践。

       本研究尚有局限性。这是一项单中心研究,样本量较少,存在一定的偏倚。由于径向应变是一个难以获取和难以再现一致的参数[30],我们只评估了纵向应变,没有评估径向应变。目前大多数研究都是对LA长轴上左心房纵向应变进行研究,并且大多数研究都取得了积极的成果。

       CMR-FT作为一项无创性新检查技术,可在不使用对比剂的情况下从功能角度评价心肌运动,应变参数可定量分析RMS-AF患者随时间变化的LA功能(储存、管道及升压泵功能),可为临床诊疗提供影像学依据。

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