磁共振特征追踪技术评估心肌应变的应用进展

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查看612 | 回复0 | 2020-3-15 20:00:39 | 显示全部楼层 |阅读模式
       心脏磁共振特征追踪技术(feature-tracking cardiac magnetic resonance,FT-CMR)是近年来兴起的一种无创性定量评价心肌整体和局部运动及功能的新技术。该技术克服了以往心肌标记技术,位移编码与激发回波技术(displacement encoding with stimulated echoes,DENSE)及应变编码成像技术(strain encoded imaging,SENC)等方法测量心肌应变时空间分辨率及信噪比低、序列扫描时间长、舒张末期定量不准确及径向应变数据缺失的缺陷。可以更为精确地反映左室局部或(和)整体功能及运动状态,进而为心血管疾病的诊断治疗及预后评价提供指导。笔者将FT-CMR测量心肌应变在心血管疾病中的基本原理、临床应用及前景作一综述。
1.心肌应变的概念及FT-CMR应变测量
1.1 心肌应变的概念
       左心室在心脏收缩期扭转,在舒张期解旋。从心尖的方向观察,收缩期心尖部逆时针旋转,基底部顺时针旋转。目前,临床上最常用射血分数(ejection fraction,EF)来反映心脏收缩功能。然而,EF反映的是全心容积的变化,而非心肌的收缩性,也不能反映心肌局部运动的变化。1988年Zerhouni等提出采用心血管磁共振(cardiac magnetic resonance,CMR)测量心肌应变来弥补EF的不足。心肌应变体现的是心肌在张力作用下的形变能力,即心肌长度的变化值占心肌原长度的百分比。Lagrangian 公式中定义为:ε=(L-L0)/L0。其中,ε为应变,L0为最初的长度值,L为测量时瞬间的长度,ε为正值时,表示心肌组织的伸长或增厚;ε为负值时表示心肌组织缩短或变薄。
1.2 应变参数及FT-CMR测量
       采用稳态自由进动梯度回波电影序列,采集包括二腔心、四腔心及短轴电影,利用后处理软件勾画心肌轮廓,得到FT-CMR技术测量参数,包括:位移(displacement)、位移速度(velocity)、应变(strain)、应变率(strain rate)及旋转角度(rotational angle,RA)。比较常用的参数有:长轴应变(longitudinal strain,LS)、径向应变(radial strain,RS)、圆周应变(circumferential strain,CS)。单位时间内的应变即应变率。与应变相对应,应变率有长轴应变率(longitudinal strain rate,LSR),径向应变率(radial strain rate,RSR) 和圆周应变率(circumferential strain rate,CSR)。
1.3 FT-CMR应变测量的正常参考值及影响因素
       目前,尚未有公认的大样本人群的 FT-CMR心肌应变的正常参考值标准。Andre等利用 FT-CMR 技术测量150 名健康成年人的收缩期峰值应变,得出了正常参考值范围(LS:-21.6±3.2%;CS:-21.3±3.3%;RS:36.3±8.7%),Taylor等得出的100名健康人群左心室收缩期峰值应变正常参考值范围为(LS:-21.3±4.8%;CS:-26.1±3.8%;RS:39.8±8.3%)。国内一项包含150例健康志愿者的多中心研究得出中国健康人群的左心室心肌应变的正常参考值LS、CS、RS分别为-22.4±2.9%、-24.3±3.1%和79.0±19.4%。其中LS、CS与国外结果接近,但RS相差较大。
       性别及年龄对心肌应变存在一定的影响,Andre等的研究表明圆周和长轴应变率在女性中较男性更高,这与国内研究结果基本一致。年龄与应变的关系,并未得到统一结果。部分研究显示,收缩期圆周应变率峰值随着年龄的增长而增大,大于50岁的人群表现更显著。而我国研究者认为,径向应变随着年龄的增长而增大,与Andre等研究结果一致。上述研究提示心肌应变可能受种族、性别、年龄、扫描机型及测量软件不同等多种因素影响,但一般来说CS及LS正常值小于-17%~-20%,RS大于25%~30%都在正常范围。
2. FT-CMR测量心肌应变在心血管疾病中的应用
2.1 FT-CMR在冠状动脉硬化性心脏病中的应用
       磁共振心肌应变可以定量评价心肌与梗死特征的相关性,识别梗死心肌及存活心肌,并对于心肌梗死后不良左心室重构和不良心血管事件的发生具有重要预测价值。在冠心病早期,静息状态下,室壁运动及灌注并无显著异常,Schneeweis等对25例已知或者怀疑冠心病患者,行大剂量多巴酚丁胺负荷灌注状态下FT-CMR心肌应变测量,显示冠状动脉狭窄节段、狭窄以远节段与正常节段供血区域的心肌,其CS均存在显著差异。以33.2%为截断值鉴别正常节段与狭窄节段的敏感度为75%,特异度为67%。而静息状态下,各节段之间CS值并无显著差异。
       由此可见,负荷灌注结合应变技术提高了对心肌缺血诊断的准确性。Khan等用FT-CMR技术研究了24名急性心肌梗死患者的心肌应变,结果显示梗死节段的CS值减小,且与梗死面积显著相关(r=0.44,P=0.03)。这与McComb等和Altiok等的结果一致。其原因是CS反映的主要是内层心肌运动规律因而对心肌内层形变敏感,这与心肌缺血从心内膜下开始扩展的病理生理学改变相一致。
       一项包含1235名心肌梗死患者的多中心研究表明,LS作为早期左室功能的一种较好的测量方法,是评价心血管不良预后的独立预测因子,提高了EF (C指数从0.65提高到0.73;P=0.04)及延迟强化(C指数从0.60提高到0.78;P=0.002)对心梗再灌注后患者死亡的预测能力。
2.2 FT-CMR在心肌病中的应用
       对于扩张型心肌病患者,当前常规的预后评价指标主要包括EF值、氨基末端脑钠尿肽值和有无心肌纤维化等。然而EF值、氨基末端脑钠尿肽值特异性较低,而通过延迟强化预测心肌纤维化敏感性低。因而应变技术的出现为有效评估此类疾病患者的预后提供了新的方法。一项包括210例扩张型心肌病患者、中位随访时间为5.3年的研究发现,LS、CS、RS与死亡率明显相关,LS是预后的独立预测因子。
       Hinojar等对比了74名肥厚性心肌病与75名志愿者的三个方向心肌应变参数,发现肥厚性心肌病患者应变低于正常志愿者[LS (-13±4.2%)和(-19±2.8%);CS(-15±4.1%)和(-19±2.8%);RS (29±9%)和(36±9%)],且左室应变减低与不良心血管事件有关,特别是心血管死亡和心衰。另外,有致心律失常性右心室心肌病或者可疑致心律失常性右心室心肌病的患者,无论右心室的大小是否变化,右心室的长轴应变率均显示受损。并且,右室长轴应变和右室基底部径向应变还可以用于鉴别致心律失常性右心室心肌病、特发性右室流出道室速及Brugada综合征。
       有学者评价76名轻链型淀粉样变性患者,中位随访时间1.7年,得出LS、RS、CS与死亡率相关,并在轻链型淀粉样变性患者的生物标志物阶段可以增加预后信息。
2.3 FT-CMR在其他心血管疾病中的应用
       一项随访372名经过治疗的法洛四联症患者的研究证实,左心室圆周应变和右心室长轴应变可以独立地预测心源性死亡结局。运用FT-CMR技术测量有隐形心肌损害的Ⅱ型糖尿病患者,发现患者长轴应变下降,证明了FT-CMR技术对于早期发现糖尿病患者的亚临床心肌功能损伤有重要意义。
       最近一项对612名心衰患者的随访研究显示全心LS的标化风险比为1.56,95%可信限为1.22~2.00 (P=0.0004),CS的标化风险比为1.46,95%可信限为1.08~1.95 (P=0.0123),RS的标化风险比为0.59, 95%可信限为0.43~0.83(P=0.0019)。证明上述心肌应变指标是心血管不良事件的独立预测因素。
        心肌应变在房颤中的应用价值也得到证实,李志伟等研究得出,房颤组与正常对照组比较,房颤组总应变(绝对值)明显减小,且持续性房颤比阵发性房颤左房减小更显著。de Siqueira等报道了利用FTCMR技术分析肺动脉高压患者右心室应变,这项研究表明,右室应变不仅与病情严重程度相关并且与肺动脉高压患者不良预后独立相关。
3.FT-CMR的优势及局限性
       相比于多种特殊方法,运用FT-CMR技术进行心肌应变分析是在常规的SSFP心脏电影序列基础上进行的后处理,无需增加心脏磁共振扫描时间,且后期处理多采用半自动软件,操作简单,已成为心脏磁共振研究领域的热点之一。但尚存在下列局限性:(1)目前心脏磁共振应变技术缺乏统一的规范化标准;(2)目前的FT-CMR技术是基于二维影像,测量值可能受跨平面运动的影响;(3)缺乏大样本病例数据,且相关预后研究随访时间较短等,因此在临床中尚未得到普遍应用。
4.前景
       特征追踪技术作为一种无创性定量评价局部及整体心肌运动及功能的手段,随着技术的不断优化和发展,不仅应用于心脏磁共振成像,也扩展到多种成像方式。Buss等报道了利用CT进行心肌应变分析,并与超声心动图结果取得良好的一致性。由此可见,特征追踪技术有望广泛应用于临床,为心血管疾病的诊断和治疗提供更丰富的信息。
5.小结
       CMR已经从获得定性诊断信息发展到定量评估阶段。FT-CMR作为一种简单而快捷的工具,可以对整体及局部心肌运动及功能进行无创性定量评估,提高了CMR临床诊断的准确性,并为亚临床心肌损害提供诊断依据。心脏三维应变技术的进一步开发和多种计算机后处理技术的持续发展,将为特征追踪技术在心血管疾病的诊断和治疗方面提供更有力的支持。
       来源:王笑男,侯阳.磁共振特征追踪技术评估心肌应变的应用进展[J].磁共振成像,2019,10(11):869-872.

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