心血管MR新技術在心臟瓣膜病中的應用進展

鄭育聰，趙世華

(國家心血管病中心 中國醫(yī)學科學院 北京協(xié)和醫(yī)學院 阜外醫(yī)院MR影像科，北京 100037)

心臟瓣膜病(valvular heart disease， VHD)是老年人發(fā)生心血管事件的主要原因之一[1-3]。超聲心動圖性價比高、實時便捷，可以對瓣膜狹窄/關閉不全的嚴重程度、受累心腔及大血管繼發(fā)改變進行初步定性及半定量評估，是評價VHD患者瓣膜結構及活動度的傳統(tǒng)首選方法[4]，但難以達到全面評估的要求。心血管MR(cardiovascular MR， CMR)[5]不僅可提供心腔、大血管及其毗鄰結構的形態(tài)和功能信息，還可顯示跨瓣異常血流流速、壓差等血流動力學特征及組織學特征參數(shù)。隨著技術發(fā)展，CMR能夠顯示VHD所致早期心肌重構的病理生理學變化，為臨床精準治療提供依據(jù)。2017歐洲心臟病學會(European Society of Cardiology, ESC)和歐洲心胸外科學會(European Association for Cardio-Thoracic Surgery, EACTS)瓣膜病臨床管理指南[6]推薦CMR作為VHD超聲檢查不確定時的替代方法。本文對CMR新技術在VHD中的應用進展進行綜述。

1 2D/4D Flow MRI評估VHD血流動力學改變

相位對比MRI(phase contrast MRI, PC-MRI)[7]可通過跨噴射血流瓣口平面血流技術測量峰值流速，利用Bernoulli方程估算跨瓣壓差；還可通過前向血流、反向血流計算反流分數(shù)[8]。但傳統(tǒng)2D PC-MRI每次只能激發(fā)1個2D層面進行成像，在峰值流速層面定位不準確、復雜血流(如渦流、湍流等)引起信號缺失等多種情況下可能低估峰值流速。此外，2D PC-MRI對聯(lián)合瓣膜病需多次采集各個瓣膜平面，掃描時間較長。近年來，新興的4D Flow MRI技術可克服2D成像的上述不足，通過對3個相互垂直維度進行速度編碼獲得3D相位對比電影，不僅可直觀顯示心腔及大血管的血流特征，還能獲得掃描范圍內任意位置血流的方向、流量、流速、反流分數(shù)等常規(guī)血流動力學參數(shù)。更為關鍵的是，4D Flow MRI技術能夠提供能量損耗、湍流動能(turbulent kinetic energy, TKE)及管壁剪切力(wall shear stress, WSS)等定量參數(shù)，上述參數(shù)可提示細微血流異常及湍流類型，幫助臨床醫(yī)師更早發(fā)現(xiàn)VHD進展過程中的血流動力學改變及其對管壁和心腔的影響，為VHD預后及隨訪提供更多信息。

研究[9]表明，4D Flow MRI結合回顧性瓣膜追蹤可準確量化VHD反流量及反流分數(shù)，相較2D Flow MRI測得的血流動力學參數(shù)的準確率更高。Feneis等[10]利用2D PC-MRI、4D Flow MRI技術測量21例二尖瓣反流和三尖瓣反流患者的反流量和反流指數(shù)，發(fā)現(xiàn)兩種技術測量的反流參數(shù)高度一致(r=0.933，ICC=0.878)，表明4D Flow MRI定量容積血流分析有可能取代多平面2D PC-MRI，有助于臨床更高效檢測瓣膜反流，優(yōu)化手術干預時機，使患者受益最大化。

其次，與超聲心動圖相比，4D Flow MRI獲得的跨瓣峰值流速、壓差、TKE等參數(shù)可提供更多有價值的信息。在最近的一項前瞻性隊列研究中，Binter等[11]采用4D Flow MRI測量51例主動脈瓣狹窄(aortic stenosis, AS)患者和10名健康志愿者的TKE，并根據(jù)超聲測量的平均跨瓣壓差(mean pressure gradient, MPG)將AS組分為輕中度狹窄組(n=24)和重度狹窄組(n=27)，發(fā)現(xiàn)與健康對照組相比，AS組TKE明顯升高(P<0.001)，且AS組TKE與MPG呈弱相關(R2=0.26，P<0.001)。4D Flow MRI在鑒別中重度AS異質性方面亦可提供更多信息，可推薦作為瓣膜狹窄合并其他病變時評估血流動力學改變的替代方法。

此外，4D Flow MRI還可通過流線圖、流速圖及TKE分布圖等3D可視化形式顯示心腔及大血管血流模式細節(jié)。最近的一項前瞻性研究[12]入組32例房室間隔缺損術后患者及30名健康志愿者，對其進行4D Flow MRI檢查，結果顯示，盡管術后患者左心功能恢復正常，但二尖瓣遠端仍可觀察到渦流畸變，且渦流持續(xù)時間長、能量損耗多，提示血流動力學改變先于左心室重構，甚至血流動力學改變可能是心室重構的觸發(fā)機制，可作為預測早期左心功能障礙的敏感指標。Witschey等[13]采用4D Flow MRI技術評估5只健康綿羊植入不同面積二尖瓣成形環(huán)后對左心室血流動力學的影響，結果顯示瓣膜成形環(huán)面積越小，流線圖中左心室血流流線受干擾越明顯，另外二尖瓣血流角度與瓣膜成形環(huán)面積顯著相關；提示臨床可通過改進瓣膜成形環(huán)的設計來減少其對血流動力學的影響，防止心功能受損。

2 T1 mapping及細胞外間質容積分數(shù)(extracellular volume fraction, ECV)評估VHD早期心肌纖維化

VHD可導致左心室負荷增加，繼而出現(xiàn)心肌肥厚及心肌纖維化。CMR釓對比劑延遲強化(late gadolinium enhancement, LGE)是目前無創(chuàng)評估局灶性心肌纖維化最常用的影像學手段，但無法識別彌漫性纖維化與正常心肌組織注射對比劑后的信號強度差異。LGE對檢測彌散性纖維化敏感度差，而近年發(fā)展起來的T1 mapping和ECV技術可彌補這一缺陷[14]。T1 mapping技術可定量測量心肌組織T1值，且可通過計算公式進一步獲得ECV，即細胞外間質容積占整體心肌容積的百分比[14-15]。最近研究[16-17]顯示ECV可作為量化心肌彌漫性纖維化的敏感指標，與組織病理學結果高度一致，有助于VHD的診斷和預后判斷。

Lee等[18]在一組針對127例中重度AS患者的隊列研究中，利用T1 mapping定量評估AS患者心肌纖維化情況并進行長期隨訪，發(fā)現(xiàn)T1值越高者不良心血管事件發(fā)生率越高，提示心肌纖維化是AS患者不良預后(全因死亡、心力衰竭再入院)的獨立預測因子。Chin等[19]前瞻性納入166例AS患者(其中11例行主動脈瓣置換術時進行心肌活檢)和37名健康志愿者，采用矯正MOLLI(modifed look-locker inversion-recovery)序列測量整體ECV(integral ECV, iECV)，并評價該參數(shù)診斷AS及評估預后的價值；結果顯示AS患者iECV值高于對照組(P<0.001)，AS患者iECV值與病理結果高度相關(r=0.870，P<0.001)，且聯(lián)合LGE還可鑒別正常心肌、局灶性纖維化及彌漫性纖維化；該研究還發(fā)現(xiàn)iECV是患者全因死亡事件的預測因子，提示iECV可能成為評估VHD預后的重要指標，有助于臨床監(jiān)測VHD患者心肌功能和優(yōu)化瓣膜置換術決策。

3 CMR心肌應變評估VHD室壁運動異常

左心室射血分數(shù)是目前臨床最常用于評估左心室功能的指標，但對于檢出早期心室功能障礙并不敏感。近年來，基于穩(wěn)態(tài)自由進動序列(steady-state free precession， SSFP)的CMR應變分析(CMR feature tracking, CMR-FT)圖像對比度高，準確性和可重復性好，與超聲斑點追蹤技術一致性較好，同時克服了聲窗限制、操作者依賴及采集角度受限等局限性[20]。CMR-FT從周向、徑向及縱向3個方向來評估整體和局部心肌應變，可識別亞臨床期心功能異常[21]，達到盡早干預的目的[22]。

Nucifora等[23]采用CMR-FT技術比較22例心功能正常的主動脈瓣二瓣化畸形(bicuspid aortic valve， BAV)患者和18名正常人左心室收縮期及舒張期周向、徑向及縱向3個方向及升主動脈周向應變，結果顯示BAV患者左心室收縮期心肌及升主動脈應變參數(shù)均低于正常人；多因素分析結果進一步顯示，BAV與升主動脈壁、心肌收縮期應變異常顯著相關，提示亞臨床心內膜下彈力纖維變性導致的左心室心肌功能受損可發(fā)生于主動脈瓣病變早期，瓣膜功能失調導致心肌收縮功能受損，從而加速心室負向重塑，可能導致BAV患者較主動脈瓣正常者更早出現(xiàn)充血性心力衰竭[24]。Al Musa等[25]比較42例左心室射血分數(shù)保留、重度AS患者的縱向、周向應變及應變率，根據(jù)癥狀嚴重程度將其分為無/輕度癥狀組(n=21，NYHA心功能分級為Ⅰ、Ⅱ級)和顯著癥狀組(n=21，NYHA心功能分級為Ⅲ、Ⅳ級及心絞痛、暈厥)，結果顯示顯著癥狀組患者較無/輕度癥狀組收縮期縱向峰值應變率明顯減低(P=0.048)，而2組收縮期縱向峰值應變、周向峰值應變及應變率差異均無統(tǒng)計學意義，提示CMR心肌應變分析有助于臨床識別早期行手術干預的AS患者，有可能成為診斷亞臨床心肌功能障礙的指標，以改善瓣膜病患者預后。

3 小結

CMR具有一站式掃描和多參數(shù)評估的優(yōu)勢，一次掃描即可獲得心臟結構、功能及組織學信息[26]，目前已廣泛應用于臨床，在疾病的診斷、鑒別診斷、預后判斷及危險分層中發(fā)揮重要作用。新發(fā)展的4D Flow MRI技術主要用于判斷跨瓣血流速度、壓差、壁剪切力、血流模式等血流動力學參數(shù)，T1 mapping/ECV技術可定量評估繼發(fā)于瓣膜病的早期心室重構改變，心肌應變技術可監(jiān)測早期心肌功能障礙。隨著CMR新技術的開發(fā)和不同分析軟件參考值范圍的建立，CMR新技術在瓣膜病中的應用將更加廣泛[27]。