李夢露，席曉旭，程流泉*

1.解放軍總醫(yī)院第六醫(yī)學(xué)中心放射診斷科，北京 100048；2.解放軍總醫(yī)院海南醫(yī)院放射診斷科，海南 三亞 572013；*通信作者 程流泉 13910209982@139.com

擴張型心肌?。╠ilated cardiomyopathy，DCM）是引起心力衰竭的常見疾病之一，以心室擴大和心肌收縮功能降低為特征[1]，是心臟幾何形狀改變的代表。心室內(nèi)血流動力學(xué)變化是除心肌形態(tài)和運動功能指標(biāo)外反映心臟功能的關(guān)鍵參數(shù)[2]，心臟幾何形狀改變會影響心臟運動與血流的耦合關(guān)系，血流動力學(xué)變化又會進一步影響心臟重構(gòu)，從而影響疾病的發(fā)生和發(fā)展。心動超聲和心臟磁共振均嘗試在心室內(nèi)的血流動力學(xué)進行研究，但是心腔的構(gòu)型復(fù)雜，心腔內(nèi)的血流表達方式并不理想。

基于超聲速度向量成像等技術(shù)構(gòu)建的血流流線圖，在顯示渦流的形態(tài)和構(gòu)造方面可以進行定性描述，分為層流、滯留、回流等[3]，血流向量成像能夠定量分析心室內(nèi)血流動力學(xué)變化[4]。MRI使用先進的4Dflow技術(shù)可以用流線圖的方式顯示左心室血流的三維時序變化，進行定性描述[5]，分析不同方向的血流成分[6]。類似于擴散張量成像對腦白質(zhì)纖維束追蹤的三維定性顯示與各向異性分?jǐn)?shù)特征值的定量表達方式，對這種時空復(fù)雜的血流的定量測量，要分解到二維平面內(nèi)進行解析。

為了研究心室內(nèi)的血流特征和臨床價值，本研究的設(shè)計基于：①選擇DCM心力衰竭患者為研究對象，定量測量心臟幾何形狀改變導(dǎo)致的心力衰竭狀態(tài)下血流動力學(xué)參數(shù)的變化；②選擇左心室充盈期和收縮期的血流直流成分作為研究對象，暫時忽略其他方向復(fù)雜的滯留和回流；③用左心室心底、中部和心尖3個典型層面替代三維成像，以獲得與功能解剖一致的血流空間信息差異；④選用二維相位對比速度編碼技術(shù)，以獲得更高的時間與空間分辨率和成像效率。本研究擬探索心室內(nèi)血流動力學(xué)參數(shù)與心功能之間的關(guān)系，研究DCM心力衰竭患者的血流動力學(xué)變化，并提供合理的解釋。

1 資料與方法

1.1 研究對象 本研究為前瞻性研究，連續(xù)納入2017年1月—2019年12月于解放軍總醫(yī)院第一醫(yī)學(xué)中心診療的DCM伴心力衰竭患者。以《中國擴張型心肌病診斷和治療指南》[1]為納入標(biāo)準(zhǔn)，排除經(jīng)MRI檢查不符合DCM表現(xiàn)、明確的缺血性心肌病導(dǎo)致心肌擴張、合并瓣膜病或高血壓、MRI檢查期間嚴(yán)重心律不齊或呼吸屏氣不配合導(dǎo)致圖像質(zhì)量差無法測量者。最終納入24例，其中酒精性心肌病2例、圍生期心肌病1例、藥物性中毒性心肌病2例、特發(fā)性DCM 19例（包括疑似遺傳性DCM 1例，DCM早期1例）。招募21名健康志愿者作為正常對照組，排除具有心臟疾病、重大疾病和系統(tǒng)性疾病史者；檢查前測量血壓，收縮壓90～120 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）、舒張壓60～90 mmHg，心率60～90次/分，心律整齊；MRI檢查后經(jīng)研究者閱片認(rèn)為心臟形態(tài)功能正常，測量左心室射血分?jǐn)?shù)（left ventricular ejection fraction，LVEF）≥50%。排除圖像質(zhì)量不合格或影響后處理分析結(jié)果者。收集兩組受試者的體重指數(shù)、體表面積等。本研究通過解放軍總醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)（批準(zhǔn)號：S2019-094-01)，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 心臟MRI圖像采集 使用Philips 1.5T Multiva MR掃描儀，梯度場33 mT/m，梯度切換率120 mT/（m·s）。采用8通道Torso SENSE線圈，檢查前準(zhǔn)備胸前4導(dǎo)聯(lián)碳素電極建立心電向量連接用于心電同步門控。常規(guī)心臟成像序列包括平衡穩(wěn)態(tài)快速進動電影成像序列、雙反轉(zhuǎn)恢復(fù)快速自旋回波序列和延遲強化序列。平衡穩(wěn)態(tài)快速進動電影成像序列包括短軸位、水平長軸位、垂直長軸位，主要成像參數(shù)：心電向量QRS波觸發(fā)，TR 4.0～4.2 ms，TE 1.1～1.2 ms，矩陣256×224，視野35 cm×28～35 cm，每RR間期采集16條K空間線，每個RR間期劃分為24個心臟時相，并行成像因子2以縮短患者的屏氣時間，層厚6～8 mm，層間距2 mm，短軸位11～15層覆蓋左心室舒張末期心尖至房室溝范圍。二維相位對比速度編碼電影序列僅選取左心室短軸位的心底、中部和心尖3個層面。心電向量觸發(fā)，每個RR周期劃分24個相位，TR 5.5 ms，TE 3.3 ms，脈沖角120°，流速編碼預(yù)設(shè)值120 cm/s，流動方向為垂直成像平面，視野320 mm×280 mm，矩陣160×132，平面內(nèi)分辨率2 mm×2.1 mm，層厚8 mm。

1.3 圖像后處理 將DICOM圖像導(dǎo)入Segment 1.9軟件進行心功能參數(shù)和血流動力學(xué)參數(shù)測量。心功能參數(shù)測量在電影序列圖像上采用自動識別輔助以人工引導(dǎo)進行心內(nèi)膜和心外膜描記，直到心動周期中每一幀均能夠準(zhǔn)確描記心內(nèi)膜。獲得左心室容積及心功能各項指標(biāo)，包括左心室舒張末期容積（left ventricular end-diastolic volume，LVEDV）、左心室收縮末期容積（left ventricular end-systolic volume，LVESV）、每搏輸出量（stroke volume，SV）、LVEF，以及經(jīng)過體表面積校正后的左心室收縮末期容積指數(shù)、左心室舒張末期容積指數(shù)、每搏輸出量指數(shù)（systolic volume index，SVI）、心臟指數(shù)（cardiac index，CI）。血流動力學(xué)參數(shù)測量啟動PC流動分析模塊，在經(jīng)過渦流補償校正和血流方向調(diào)整后，以心腔血流作為感興趣區(qū)（ROI），射血流出方向賦正值，充盈流入方向賦負(fù)值，構(gòu)建ROI范圍內(nèi)各個像素質(zhì)點射血速度和充盈速度最大值和ROI范圍內(nèi)所有像素的速度平均值的心動周期曲線。血流量是體素體積與血流速度的乘積，單位是ml/s，包括射血流量、充盈流量和凈流量。定向動能（signed kinetic energy，SKE）是各像素點的動能（1/2×mV2）的矢量和，血液質(zhì)量m=ρ×體素體積，ρ是血液密度，取值1.06 g/ml，V為流速，單位是mJ/s。通過各自的心動周期曲線獲取心底、中部、心尖3個空間位置的峰值作為血流動力學(xué)參數(shù)，包括平均射血和充盈速度峰值、凈射血和充盈流量峰值，射血和充盈SKE峰值等血流動力學(xué)指標(biāo)。用函數(shù)which.max（x）提取SKE的射血和充盈達峰時間（time to peak，TTP），時間單位標(biāo)準(zhǔn)化為1/24 RR周期，計算心腔中部和心底達峰時間差異（dTTP）。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 分析數(shù)據(jù)存儲為Microsoft Excel格式并整理后，使用RStudio 1.4.1717軟件進行分析，使用ggplot制圖。正態(tài)分布的計量資料以±s表示，組間比較采用兩獨立樣本t檢驗；非正態(tài)分布的計量資料采用M（Q1，Q3）表示，組間比較采用Mann-WhitneyU檢驗；計數(shù)資料以例數(shù)表示，組間比較采用χ2檢驗；采用Pearson相關(guān)分析血流參數(shù)與心臟功能參數(shù)LVEF、EDV、ESV、SV的相關(guān)性；采用Spearman相關(guān)分析LVEF與dTTP的相關(guān)性，P＜0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組受試者臨床資料比較 見表1。

2.2 兩組血流動力學(xué)曲線特征 由圖1～3可見：①在收縮期和舒張期，正向射血血流和負(fù)向充盈血流在任何心動周期同時存在，對照組的收縮期射血指標(biāo)如射血速度、射血流量等占明顯優(yōu)勢，舒張期充盈指標(biāo)如充盈速度、充盈流量占明顯優(yōu)勢，表現(xiàn)為平均速度、凈流量和SKE曲線上呈橫置的S形，包括3個峰值，1個正向峰值代表收縮期，2個負(fù)向峰值分別代表舒張早期和舒張晚期。SKE曲線由心底-心腔中部-心尖水平峰值呈梯度遞減，規(guī)律性明顯。②研究組的曲線缺乏上述規(guī)律性，在收縮期存在較大的充盈速度和充盈流量，反之在舒張期存在較大的射血速度和射血流量，兩種血流成分聯(lián)合導(dǎo)致平均速度、凈流量和SKE曲線的不規(guī)則性，主要表現(xiàn)為收縮峰值和充盈峰值大小不一致，TTP也不一致，舒張期甚至出現(xiàn)多個峰值。圖4為3種不同類型SKE曲線。

圖1 研究組和對照組個體及整體平均血流速度參數(shù)圖，包括射血平均速度和充盈平均速度按照心底（A）、中部（B）和心尖（C）分組顯示

圖2 研究組和對照組個體和整體平均凈流量曲線集合，按照心底（A）、中部（B）和心尖（C）分組顯示。研究組峰值個體間差異較大，研究組在各不同心腔水平射血期及充盈期的平均速度均低于對照組，但從統(tǒng)計結(jié)果看無明顯差異

圖3 研究組和對照組的個體SKE曲線集合，按照心底（A）、中部（B）和心尖（C）分組顯示。研究組SKE的充盈TTP變化范圍較大，對照組的曲線分布相對集中、有規(guī)律，而研究組的曲線形態(tài)和峰值比較混雜

圖4 3名DCM患者不同類型SKE曲線。類型I：心底-中部-心尖的TTP基本同步，舒張期SKE峰值下降（A）；類型Ⅱ：舒張期基底部與心室中部不同步，但SKE峰值無明顯減低，存在心底-中部-心尖的梯度差別（B）；類型Ⅲ：基底部-中部-心尖的TTP失去同步性，且收縮期SKE峰值降低，心底-中部SKE峰值的梯度差減?。–）

2.3 血流動力學(xué)峰值指標(biāo)與心功能指標(biāo)的相關(guān)性研究組和對照組在心腔各水平的射出與充盈血流的平均速度峰值及心腔中部與心尖的SKE充盈峰值差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.05），其余指標(biāo)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05），見表1。

表1 兩組受試者人口學(xué)資料與測量指標(biāo)峰值比較

LVEF與心底及心腔中部平均射血速度、心腔中部平均充盈速度呈正相關(guān)（r=0.624、0.630、0.610，P＜0.01）；ESV、ESVI與心腔中部平均射血速度呈負(fù)相關(guān)（r=－0.611、－0.625，P＜0.01），與心底及心尖部平均射血速度呈負(fù)相關(guān)（r=－0.57～－0.52，P＜0.01）；EDV/EDVI與3個水平的平均射血速度峰值呈負(fù)相關(guān)（r=－0.57～－0.48，P＜0.01）；心排血量（cardiac output，CO）與心底及心腔中部平均充盈速度呈正相關(guān)（r=0.656、0.634，P＜0.01）。除心底部充盈流量峰值與EDV、ESV呈正相關(guān)（r=0.516、0.411，P＜0.01）外，其余血流量相關(guān)參數(shù)及SKE與LVEF、EDV、ESV、SV、SVI、CO、CI均呈弱相關(guān)或無相關(guān)（r＜0.4），見圖5。

2.4 SKE的TTP與心功能指標(biāo)的相關(guān)性 由圖3和表1可見，對照組的TTP基本一致，而研究組的SKE曲線TTP變化很大，這種差異主要體現(xiàn)在個體內(nèi)心底水平與中部水平的dTTP。獲得收縮射血SKE的TTP一般相差0～1個時間單位，而舒張充盈SKE TTP差別0～6個時間單位，與LVEF呈負(fù)相關(guān)（r=－0.67，P＜0.05），見圖6。

圖6 研究組和對照組個體心底水平與中部水平的dTTP與LVEF的相關(guān)性

3 討論

3.1 血流動力學(xué)結(jié)果分析 由于心肌運動和血流流動存在耦合關(guān)系[7]，血流流動是心肌運動的直接結(jié)果，對血流的研究可以為心力衰竭提供合理的解釋。本研究結(jié)果顯示，速度作為2D-PC序列的元數(shù)據(jù)，在研究組和對照組間存在顯著差異的是平均速度的射血和充盈峰值，且平均射血和充盈的速度峰值與LVEF、EDV和ESV呈強或中等程度相關(guān)。由此可見，平均射血和充盈速度的峰值也許可以作為射血和充盈能力的一個指標(biāo)，提示DCM患者同時存在射血和充盈能力降低。從個體曲線看，研究組的射血和充盈最大速度的峰值很多大于對照組的分布范圍，分布更加離散；從電影運動看，研究組ROI范圍內(nèi)單個像素質(zhì)點速度的分布異質(zhì)性非常大，可以觀察到ROI的某個區(qū)域存在局部的單向瞬時高速血流成分。由于在整個心動周期中并非單向的射血或充盈，而是同時存在射血和充盈兩種成分，這種基于算術(shù)的平均速度并不能精確反映這種局部的瞬時高速血流成分，只能反映總體的心臟射血能力。

流量是ROI范圍每一個體素內(nèi)速度與速度的乘積之和，綜合了體積的加權(quán)因素。在流量的曲線圖上，任何心動周期心臟的各層面中均同時存在射血和充盈2個方向的血流成分。對照組射血期正向流量遠大于負(fù)向流量，因此在凈流量曲線上，射血期表現(xiàn)為正值；反之，在充盈期表現(xiàn)為負(fù)值。研究組射血期由于負(fù)向的充盈血流占優(yōu)勢，會出現(xiàn)凈流量為負(fù)值的情況，導(dǎo)致凈流量曲線在整個心動周期的不規(guī)則性，給凈流量的峰值和TTP的確定帶來很大的偏差。甚至研究組心底和心尖的射血流量顯著大于對照組，推測與研究組的心腔擴大后ROI面積增大有關(guān)，在電影圖像上可以觀察到擴張的心腔內(nèi)回旋的血流并未被射出，可以解釋后續(xù)的SKE曲線上流量與能量不一致的表現(xiàn)。除心底部充盈流量峰值與EDV、ESV呈中等正相關(guān)（r=0.516、0.411，P＜0.01）外，其余血流量相關(guān)參數(shù)及SKE與LVEF、EDV/ESV、SV/SVI、CO/CI均呈弱相關(guān)或無相關(guān)，表明當(dāng)EDV和ESV擴大時，心腔內(nèi)雖然射血方向和充盈方向的流量增加，但是并未帶來凈流量和SV的相應(yīng)增加，表明其中部分流量是無效流量，即有流量無能量。此外，LVEF與心腔中部和心尖射血流量呈負(fù)相關(guān)，表明這些增加的射血流量并未轉(zhuǎn)化為真正的射出流量，而是被同時存在的負(fù)向充盈流量中和。由此推測，當(dāng)存在擴張型心力衰竭時，心肌的做功并未有效轉(zhuǎn)化為射出的血流，存在能量損耗。心臟形態(tài)的改變導(dǎo)致心腔內(nèi)正常的渦流位置及形態(tài)，進一步影響到“舒張-收縮耦聯(lián)”的能量傳遞[8-9]，左心室不同節(jié)段存在不同程度的心臟舒張功能障礙[4]。

SKE與速度的平方成正比，是所有體素血流動能的矢量和。心尖ROI范圍內(nèi)附壁的緩慢血流對SKE影響很小，與心底和中部的數(shù)據(jù)差別在10-3數(shù)量級，弱化了低速血流的影響，在心動周期曲線上幾乎接近0，可以作為參照基線[10]。因此可以近似地認(rèn)為SKE反映主要血流成分的特征，是融合了流量和速度的簡化的血流動力學(xué)參數(shù)。本研究采用2D-PC方式獲得的正常人SKE曲線形態(tài)與Corrado等[6]運用4D血流成像觀察到左心室KE曲線十分類似，對照組的SKE包括3個波峰：心臟收縮期、舒張早期和舒張晚期，特征是左心室舒張早期的峰值較高，舒張晚期峰值顯著低于其他2個峰值。

在SKE曲線的定量分析上，SKE的射血與充盈峰值與LVEF無相關(guān)性，與Kanski等[11]利用4D-flow技術(shù)的心力衰竭研究中得到收縮期KE比對照組高的結(jié)論類似。從個體曲線和峰值統(tǒng)計看，兩組射血峰值并無差異，部分病例的射血SKE峰值甚至遠高于對照組，或者心底-中部-心尖峰值梯度出現(xiàn)很大差異。而中部和心尖的充盈峰值較正常人下降有顯著差異。結(jié)合電影圖像，SKE的這種表現(xiàn)可能與DCM心力衰竭患者心腔擴張后的充盈阻力有關(guān)，充盈血流的能量在心腔中部即發(fā)生快速衰減，而為了滿足射血的需要，心底水平的血流會出現(xiàn)代償性的運動加強，由此可以解釋心底SKE射血峰值更高。

除峰值外，TTP的差異是十分有意義的指標(biāo)[7,12-13]。本研究結(jié)果顯示，心底和中部水平的SKE充盈TTP的不同步性與LVEF呈顯著相關(guān)性，dTTP越大，LVEF越差，這種TTP的不同步性主要出現(xiàn)在研究組，而對照組幾乎沒有或差異很小。這種不同步性導(dǎo)致心臟充盈阻力增加，造成血流滯留和紊亂，使充盈動能未最大程度地轉(zhuǎn)化射血的動能，從而加大了能量損耗，使心肌需要更多的做功才能滿足射血需要。Eriksson等[14-15]在研究早期代償期的DCM患者血流KE組成發(fā)現(xiàn)，直接流動的血流KE與正常組無差異，而其余3種血流成分KE均較正常組顯著升高，在一定程度上支持了這種直流能量的損耗假設(shè)。這種心腔內(nèi)血流不同步的表現(xiàn)，可能來自心肌運動不同步，也可能來自心室內(nèi)血流紊亂。心臟運動的不同步可提高心力衰竭的病死率，血流的SKE曲線能夠簡單、直觀地反映血流不同步的狀態(tài)，這可能成為DCM患者心臟再同步化治療的指標(biāo)。dTTP是充盈延遲的標(biāo)記，在Pankaj Garg心肌梗死導(dǎo)致的心力衰竭患者血流KE的研究中認(rèn)為，dTTP及KE的梯度差是影響血栓形成的因素[16]。同樣，充分了解DCM心力衰竭患者的血流動力學(xué)情況能夠提示臨床預(yù)防心力衰竭患者血栓形成[17]。

與基于4D-flow成像技術(shù)的研究相比，4D技術(shù)測量的KE計算整個左心室容積內(nèi)各血流方向的能的矢量總和，Kanski等[11]使用4D技術(shù)獲得左心室整體的單個KE曲線類型與NYHA分級無相關(guān)性，因為這種矢量和的曲線不能反映心室內(nèi)血流的分布情況。而本研究采用的2D技術(shù)可以解構(gòu)心室內(nèi)的SKE梯度特征，這是本研究進行分析曲線類型的基礎(chǔ)。H?lv?等[5]測量嚴(yán)重主動脈縮窄的峰值流速發(fā)現(xiàn)，4D-flow的結(jié)果顯著小于其他兩種技術(shù)。2D-flow的時間分辨率較好，能夠獲得更精確的dTTP結(jié)果。

3.2 研究限制與不足 本研究中對照組的選擇強調(diào)了志愿者的健康狀態(tài)，招募的對象比較年輕，未選擇年齡匹配，這是考慮到年輕人的心肌薄、心腔較大，減少心臟形態(tài)差異導(dǎo)致的血流狀態(tài)變化，且所有血流相關(guān)數(shù)據(jù)作為因變量經(jīng)過最佳尺度分析，評估了分組、性別、年齡、體表面積及心腔不同水平作為自變量對于本研究血流結(jié)果的綜合影響，結(jié)果顯示年齡因素對于文中涉及的所有血流相關(guān)數(shù)據(jù)均無顯著影響。但是在控制因素設(shè)計時未考慮到因為年齡差異導(dǎo)致的血壓、血管彈性等因素造成的基線和心率差別[18-19]，性別同樣是影響血流分析結(jié)果的重要影響因素，應(yīng)針對性別進行更細(xì)致的分組分析[20]。本研究對血流的分析僅針對直流，如果能通過采集平面內(nèi)的數(shù)據(jù)對其他渦流、滯留、回流等成分進行精確分析，則更有利于結(jié)果的解釋。

總之，DCM心力衰竭患者左心室內(nèi)直流的平均速度峰值下降提示心臟整體射血與充盈能力降低，但是受血流速度異質(zhì)性的影響，平均速度下降并未帶來血流量和SKE的相應(yīng)下降；SKE曲線在心底-中部TTP的不同步性與LVEF密切相關(guān)，可能是心室內(nèi)血流動力學(xué)的一個關(guān)鍵指標(biāo)。

利益沖突 所有作者均聲明不存在利益沖突