張莉娜，馮燕，熊晟原，馬明忠，周星*

作者單位：1.甘肅中醫(yī)藥大學(xué)第一臨床醫(yī)學(xué)院，蘭州 730000；2.甘肅省人民醫(yī)院放射科，蘭州 730000

0 前言

肥厚型心肌?。╤ypertrophic cardiomyopathy,HCM）是最常見(jiàn)的原發(fā)性、遺傳性心肌病，具有復(fù)雜的表型、遺傳表達(dá)和自然病史，臨床表現(xiàn)多樣[1-3]。HCM主要是由于編碼肌小節(jié)相關(guān)蛋白基因的致病性突變導(dǎo)致的病因不明的以心肌肥厚為特征的心肌病，常見(jiàn)受累部位為左心室壁，需排除其他心血管疾病或全身性、代謝性疾病引起的心室壁增厚[4-6]。HCM一般人口患病率為0.2%～0.5%，有效的治療干預(yù)可以顯著降低與疾病相關(guān)的死亡率[1]。心血管磁共振（cardiovascular magnetic resonance, CMR）成像是臨床HCM 診斷推薦的影像學(xué)手段（Ib類(lèi)），對(duì)于超聲心動(dòng)圖不確定的疑似HCM 患者，CMR 成像可做到明確診斷[7]。

CMR是目前公認(rèn)的無(wú)創(chuàng)影像學(xué)評(píng)估心功能的金標(biāo)準(zhǔn)[8-9]。近年來(lái)隨著技術(shù)的發(fā)展，四維血流磁共振成像（four-dimensional flow magnetic resonance imaging, 4D Flow MRI）技術(shù)作為一種新型相位對(duì)比MR 技術(shù)逐步用于臨床，可進(jìn)行更全面的血流動(dòng)力學(xué)評(píng)估[2,10-11]。4D Flow MRI 技術(shù)可同時(shí)對(duì)三個(gè)相互垂直的維度進(jìn)行相位編碼，多方向采集血流數(shù)據(jù)[12-14]。本文就目前利用4D Flow MRI 技術(shù)來(lái)探討HCM 患者的血流動(dòng)力學(xué)異常改變及其與左室流出道梗阻（left ventricular outflow tract obstruction,LVOTO）、收 縮 期 前 向 運(yùn) 動(dòng)（systolic anterior motion, SAM）和二尖瓣反流之間關(guān)系的應(yīng)用研究作一綜述[7,15-16]。本文通過(guò)總結(jié)目前4D Flow MRI 技術(shù)獲得的反映HCM 患者血流動(dòng)力學(xué)異常的定量參數(shù)特征，為指導(dǎo)臨床對(duì)HCM患者行早期的干預(yù)和治療提供相對(duì)可靠的影像學(xué)依據(jù)。

1 關(guān)于4D Flow MRI

1.1 4D Flow MRI技術(shù)

4D Flow MRI 技術(shù)是基于相位對(duì)比成像方法發(fā)展而來(lái)的帶時(shí)間分辨率的三維相位對(duì)比成像，可以多平面、多方向顯示血流狀態(tài)[17-18]。4D Flow MRI 的采集過(guò)程由數(shù)據(jù)采集、重建、預(yù)處理和分析四部分組成[19-20]。通過(guò)4D Flow MRI技術(shù)可用于評(píng)估血流動(dòng)力學(xué)信息以及獲得新的定量參數(shù)，如脈搏波速度（pulse wave velocity, PWV）（正常參考值為10 m/s）、壁剪切應(yīng)力（wall shear stress, WSS）、湍流動(dòng)能（turbulent kinetic energy, TKE）以及壓力梯度等[21-23]。4D Flow MRI 一般使用具有短回波（TE 2～4 ms）和重復(fù)時(shí)間（TR 5～7 ms）的3D 射頻梯度回波序列[24-25]。在掃描之前需要根據(jù)研究目的優(yōu)化掃描參數(shù)，以便在臨床可接受的采集時(shí)間內(nèi)獲得高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，在各種掃描參數(shù)中，主要包括了視野、空間分辨率、時(shí)間分辨率和流速編碼（velocity encoding, VENC）[26-27]。VENC 選擇應(yīng)該在血管正常生理流速基礎(chǔ)上根據(jù)血流動(dòng)力學(xué)情況進(jìn)行適當(dāng)?shù)恼{(diào)整，確定一個(gè)合適的流速編碼，一般在實(shí)際流速的基礎(chǔ)上增加10%～20%[20,28]。此外，最佳時(shí)間分辨率要達(dá)到40 ms，有時(shí)為了準(zhǔn)確識(shí)別和跟蹤胸腹部動(dòng)脈血管的血流的動(dòng)態(tài)過(guò)程，需要更高的時(shí)間分辨率（＜65 ms），越來(lái)越多的證據(jù)證明，4D Flow MRI技術(shù)將成為PC-MRI技術(shù)發(fā)展的新動(dòng)力[29-30]。相信隨著技術(shù)的不斷優(yōu)化，4D Flow MRI 能為臨床診斷心臟及血管疾病提供更有價(jià)值的血流動(dòng)力學(xué)信息。

1.2 4D Flow MRI軟件分析

利用4D Flow MRI 序列顯示和分析血流動(dòng)力學(xué)特征，高效的后處理軟件是必不可少的。例如Circle cvi42（加拿大）、CAAS MR 4D Flow（荷蘭）、GT-Flow（瑞士）、Arterys（美國(guó)）這些商用軟件，能夠提供較為高效的重建算法和基本的血流動(dòng)力學(xué)信息[31]。同時(shí)也有許多研究人員利用MATLAB（美國(guó)）或其他公司開(kāi)發(fā)的由速度矢量場(chǎng)得到的先進(jìn)的血流分析參數(shù)，使用流體力學(xué)領(lǐng)域的后處理工具對(duì)先進(jìn)的血流數(shù)據(jù)進(jìn)行等值化分析，例如Tecplot（美國(guó)）和Ensight（美國(guó)）[32]。

4D Flow MRI 技術(shù)獲得的血流定量參數(shù)值包括凈流量、峰值流速、反流分?jǐn)?shù)等，也可以獲得對(duì)血流直觀的可視化評(píng)價(jià)，包括采用不同顏色顯示流速、速度矢量圖以及流線圖（螺旋形血流、偏心性高速射流、渦流等）[20]。目前，雖然來(lái)自不同序列和廠商測(cè)量的可變性已得到公認(rèn)，但仍缺乏4D Flow CMR后處理軟件互換性的對(duì)比研究[33]。

2 4D Flow MRI在HCM中的應(yīng)用

2.1 左室流出道梗阻

HCM中常見(jiàn)的疾病亞型是梗阻性HCM，LVOTO是由多個(gè)復(fù)雜變量相互作用引起的，包括流出道解剖、心肌收縮力、肥厚心肌體積和二尖瓣前葉的收縮期前向運(yùn)動(dòng)等。根據(jù)左心室流出道壓力梯度（left ventricular outflow tract gradient, LVOTG）的變化情況分為靜息梗阻性和隱匿梗阻性，前者指靜息時(shí)LVOTG 峰值≥30 mmHg，后者指靜息時(shí)LVOTG 峰值＜30 mmHg，而激發(fā)后LVOTG 峰值≥30 mmHg[4,34]。LVOTG 峰值≥50 mmHg 的情況下，梗阻會(huì)顯著影響心臟血流動(dòng)力學(xué)[35]。

左室流出道（left ventricular outflow tract,LVOT）峰值壓力梯度是HCM 患者重要的血流動(dòng)力學(xué)描述指標(biāo)，4D Flow MRI估計(jì)的LVOT峰值壓力梯度是基于三維LVOT體積內(nèi)的峰值收縮期速度，使用簡(jiǎn)化的伯努利方程計(jì)算出來(lái)的：ΔP=4v2（ΔP=peak pressure gradient and v=peak velocity）[16]。伴隨著峰值梯度的改變，主動(dòng)脈也會(huì)出現(xiàn)繼發(fā)的血流改變。在一項(xiàng)利用4D Flow MRI 探討HCM 患者的研究中，利用可視化LVOT 和升主動(dòng)脈內(nèi)三維血流的模式評(píng)估發(fā)現(xiàn)，螺旋流模式可能是繼發(fā)于由LVOT引起的不對(duì)稱(chēng)高速射流。進(jìn)一步以螺旋血流的存在作為血流紊亂的標(biāo)志并進(jìn)行分級(jí)[在升主動(dòng)脈無(wú)螺旋流=0、有輕度或中度螺旋流（旋轉(zhuǎn)＜360°）=1、有重度螺旋流（旋轉(zhuǎn)＞360°）=2]，之后發(fā)現(xiàn)梗阻性HCM 患者的分級(jí)螺旋流量高于非梗阻性患者（1.6±0.4 vs.1.1±0.6，P=0.04）和志愿者（0.3±0.48，P＜0.001），非梗阻性HCM患者的分級(jí)螺旋流量也高于志愿者（P=0.001），說(shuō)明了在梗阻性和非梗阻性HCM患者間均可出現(xiàn)升主動(dòng)脈血流紊亂，但相比于志愿者，梗阻性HCM患者的峰值LVOT 壓力梯度則更高（54±29 vs.11±6 mmHg，P=0.001）[16]。因此，通過(guò)4D Flow MRI可視化LVOT血流模式，能夠?yàn)榕R床診斷HCM提供更多的證據(jù)。

SAM 征是HCM 中LVOT 和左心房血流動(dòng)力學(xué)的關(guān)鍵事件[31,36]。二尖瓣前葉在收縮期前向運(yùn)動(dòng)時(shí)貼靠室間隔而造成流出道梗阻，正常情況下二尖瓣前葉在收縮期應(yīng)向左心房運(yùn)動(dòng)，即后向運(yùn)動(dòng)，二尖瓣前葉與室間隔接觸的時(shí)間越長(zhǎng)，流出道梗阻就越嚴(yán)重。隨著4D Flow MRI的應(yīng)用越來(lái)越廣泛，血流紊亂常與血管或瓣膜疾病聯(lián)系到一起。ALLEN 等[16]在研究中充分考慮到LVOT 幾何結(jié)構(gòu)的復(fù)雜性和SAM 繼發(fā)梗阻的動(dòng)態(tài)演變，多普勒超聲心動(dòng)圖技術(shù)或二維相位對(duì)比MRI 技術(shù)不太適合用于HCM 患者的綜合血流動(dòng)力學(xué)評(píng)估，4D Flow MRI 可能更有優(yōu)勢(shì)。該項(xiàng)研究對(duì)比了12 名梗阻性HCM 患者、18 名非梗阻性HCM 患者及10 名正常志愿者，其中梗阻性HCM 患者中均存在SAM征，非梗阻性HCM 患者中SAM 陽(yáng)性9 人，SAM 陰性9 人，正常志愿者均為SAM 陰性，利用4D Flow MRI 技術(shù)的可視化圖像，發(fā)現(xiàn)與SAM陰性患者相比，SAM陽(yáng)性患者血流紊亂程度會(huì)更重，流出道梗阻也會(huì)更加明顯。

通過(guò)4D Flow MRI 技術(shù)測(cè)得的TKE 可以用來(lái)檢測(cè)收縮期血流射流和左室流出道幾何形狀引起的血流變化，還可用于估計(jì)LVOTG[21,37-38]。IWATA 等[39]連續(xù)招募了29 名接受心臟MRI 檢查的HCM 患者和10 名正常的志愿者，根據(jù)超聲心動(dòng)圖檢查結(jié)果他們被分為梗阻性HCM 和非梗阻性HCM 兩組，利用4D Flow MRI數(shù)據(jù)集的時(shí)間平均三維相位對(duì)比MR血管造影的信號(hào)強(qiáng)度，半自動(dòng)地繪制從左心室到主動(dòng)脈弓的感興趣區(qū)（the volume-of-interest, VOI），將TKE 定義為每個(gè)心臟周期整個(gè)VOI 的總和，將峰值TKE 定義為所有心臟周期的最高TKE。從VOI 測(cè)量了LVOT 收縮期峰值處的最大速度，從這個(gè)最大速度出發(fā)，利用簡(jiǎn)化的伯努利方程計(jì)算LVOTG，在VOI中推導(dǎo)了血流的路線。結(jié)果表明梗阻性HCM 患者的TKE 峰值[[9.27～21.95（14.83±3.91） mJ）明顯高于非梗阻性HCM 患者[2.58～15.58（7.11±3.60） mJ]和志愿者[2.57～8.13（4.50±1.55） mJ]，而非梗阻HCM 和志愿者組之間沒(méi)有顯著差異；此外SAM 陽(yáng)性患者的TKE 峰值[（15.60±3.96） mJ]也顯著高于SAM 陰性組[（7.44±3.29） mJ]。由此可以得出梗阻性HCM 以及SAM 陽(yáng)性患者可能都具有更高的TKE，反過(guò)來(lái)我們也可以認(rèn)為，若通過(guò)4D Flow MRI 技術(shù)測(cè)得的TKE 有所升高，那么可以推斷患者是梗阻性HCM 或者SAM 陽(yáng)性的概率會(huì)更大，所以TKE 的估計(jì)可以為HCM 患者的血流動(dòng)力學(xué)以及臨床診斷提供進(jìn)一步見(jiàn)解。

2.2 二尖瓣反流

HCM 繼發(fā)瓣膜病變最常見(jiàn)的是二尖瓣反流[40-41]。在HCM中，LVOTO和二尖瓣反流之間存在直接聯(lián)系[32]。二尖瓣反流在HCM LVOTO 患者中很常見(jiàn)，通常是由LVOTO 導(dǎo)致二尖瓣裝置收縮前向運(yùn)動(dòng)變形。經(jīng)胸超聲心動(dòng)圖（transthoracic echocardiography, TTE）對(duì)二尖瓣反流進(jìn)行評(píng)估并對(duì)嚴(yán)重程度進(jìn)行了分級(jí)（輕、中、重度反流）[42]。然而在日常實(shí)踐中，各種情況可能會(huì)帶來(lái)挑戰(zhàn)，如聲窗差、參數(shù)不一致等。由于這些限制，CMR 已被提出作為二尖瓣反流定量的二線成像研究，傳統(tǒng)的CMR方法使用容積法間接量化二尖瓣反流，然而最近關(guān)于HCM研究檢查發(fā)現(xiàn)容積法間接量化二尖瓣反流存在顯著變異性，LVOTO 會(huì)導(dǎo)致主動(dòng)脈前向血流測(cè)量不準(zhǔn)確[43-44]，因此開(kāi)發(fā)和驗(yàn)證CMR技術(shù)來(lái)直接量化HCM患者二尖瓣反流嚴(yán)重程度是有必要的。

4D Flow MRI 可以提供二尖瓣反流的空間評(píng)估，允許直接測(cè)量左心房血液的回流，通過(guò)測(cè)量二尖瓣反流體積和二尖瓣順行血流體積，計(jì)算反流分?jǐn)?shù)（二尖瓣反流體積與二尖瓣順行血流之比），當(dāng)TTE 評(píng)估困難或不確定時(shí)，4D Flow MRI 可能起到一定作用[45-47]。GUPTA 等[32]回 顧 性 分 析 了TTE 診 斷 為HCM 的37位成年患者，對(duì)他們采用4D Flow MRI射流跟蹤的直接二尖瓣反流定量方法，通過(guò)跟蹤將多平面重組平面定位在收縮期間二尖瓣反流射流的峰值速度處，計(jì)算出垂直平面的反流，隨后對(duì)時(shí)間分辨的反流率曲線進(jìn)行樣條插值和積分，以計(jì)算每個(gè)患者的二尖瓣反流體積。對(duì)于多個(gè)二尖瓣反流射流，分別對(duì)每個(gè)射流進(jìn)行獨(dú)立跟蹤，并將每個(gè)射流的反流量相加，計(jì)算出二尖瓣反流總?cè)莘e，若沒(méi)有發(fā)現(xiàn)有反流的時(shí)間段，反流量則為零。研究結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與傳統(tǒng)CMR容積法間接量化二尖瓣反流相比，兩種方法在反流嚴(yán)重程度分級(jí)上的一致性一般（Kappa=0.27，P=0.03），4D Flow MRI 射流跟蹤方法的分析時(shí)間明顯更快[7.0（3.0, 9.3） min vs.8.0（6.0, 12.3） min，P=0.03]。其中15 例患者在之后1 個(gè)月內(nèi)行了TTE 檢查，容積法僅顯示出輕微的一致性（Kappa=0.16，P=0.35），直接4D Flow MRI射流跟蹤表現(xiàn)出一般的一致性（Kappa=0.35，P=0.04）。這些結(jié)果表明了在HCM 中使用CMR容積法和支持4D Flow MRI射流跟蹤作為一種潛在的技術(shù)來(lái)直接量化HCM患者中的二尖瓣反流。

2.3 關(guān)于HCM治療療效評(píng)估應(yīng)用

HCM 的治療方法主要有藥物治療、介入治療和外科手術(shù)治療。藥物治療包括常規(guī)藥物治療和靶向藥物治療；介入治療主要包括經(jīng)皮腔內(nèi)室間隔心肌消融術(shù)、經(jīng)皮心肌內(nèi)室間隔射頻消融術(shù)和經(jīng)皮心內(nèi)膜室間隔射頻消融術(shù)；外科手術(shù)治療包括經(jīng)典室間隔肥厚心肌切除術(shù)（Morrow 手術(shù)）、改良擴(kuò)大Morrow 手術(shù)、經(jīng)二尖瓣口左心室腔中部梗阻疏通術(shù)、經(jīng)心尖心肌切除術(shù)、經(jīng)右心室心肌切除術(shù)和酒精室間隔消融術(shù)（alcohol septal ablation, ASA）等[4,48-49]。除上述之外，心臟移植也是HCM 終末期治療的一種手段，尤其是紐約心臟病協(xié)會(huì)心功能Ⅲ或Ⅳ級(jí)、對(duì)常規(guī)治療均療效不佳的終末期心臟病患者[50]。

心臟MR 可以用來(lái)評(píng)估HCM 患者術(shù)后情況，其中4D Flow MRI可視化評(píng)估梗阻性HCM患者受損的血流變化，有望幫助臨床醫(yī)生選擇合適的治療方法，并可用于隨訪治療干預(yù)后流出道梗阻以及血流動(dòng)力學(xué)的改善情況。DAI 等[15]回顧性研究了HCM 合并LVOTO 的26 名ASA 治療前、后接受4D Flow MRI 檢查的HCM 患者，通過(guò)后處理軟件手動(dòng)追蹤出VOI 之后，利用公式計(jì)算出了能量損失，并將能量損失整合到一個(gè)心臟周期上，最后進(jìn)行統(tǒng)計(jì)分析，發(fā)現(xiàn)ASA治療后，左室和主動(dòng)脈根部的能量損失降低，并且能夠反映出心臟負(fù)荷的降低。

3 4 D Flow MRI在HCM中的應(yīng)用局限性

與2D 相位MRI 以及傳統(tǒng)多普勒超聲心動(dòng)圖等技術(shù)相比，4D Flow MRI 技術(shù)準(zhǔn)確率更高、成像更全面，但掃描時(shí)間更長(zhǎng)，一般需要10～20 min 才能完成一個(gè)主動(dòng)脈的數(shù)據(jù)采集，這可能會(huì)使得包括4D Flow MRI在內(nèi)的成像序列出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)偽影。如果在MRI采集過(guò)程中發(fā)生運(yùn)動(dòng)可能會(huì)降低圖像質(zhì)量，妨礙圖像的準(zhǔn)確解讀與分析，甚至需要重復(fù)掃描才能確定診斷。在臨床MRI中，掃描對(duì)象的運(yùn)動(dòng)經(jīng)常導(dǎo)致成像數(shù)據(jù)的質(zhì)量降低，所以可能需要再次掃描，無(wú)疑是增加了患者的檢查成本和醫(yī)務(wù)工作者的時(shí)間成本。除上述之外，由于掃描和重建時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，采集得到的數(shù)據(jù)量大，導(dǎo)致分析過(guò)程變得困難，以及對(duì)后處理軟件的門(mén)檻變高，這使得4D Flow MRI在硬件和軟件上都有一定的普及難度。將 4D Flow MRI 應(yīng)用到臨床常規(guī)掃描方案中一直是一個(gè)挑戰(zhàn)，這些也是今后亟待解決的關(guān)鍵性技術(shù)問(wèn)題。

4 總結(jié)與展望

綜上所述，4D Flow MRI 是一種新興的全容積覆蓋的心血管血流動(dòng)力學(xué)綜合評(píng)價(jià)工具，也是一個(gè)不斷發(fā)展的研究領(lǐng)域。目前4D Flow MRI的臨床應(yīng)用越來(lái)越多，可以更全面更精準(zhǔn)評(píng)估患者病情及其血流動(dòng)力學(xué)動(dòng)態(tài)變化。對(duì)于HCM 患者來(lái)說(shuō)，通過(guò)應(yīng)用4D Flow MRI技術(shù)及時(shí)獲取左室流出道血流概況以及二尖瓣反流等多個(gè)方面具體且直觀的信息，為指導(dǎo)臨床對(duì)HCM行早期的干預(yù)和治療，具有重要的價(jià)值。

作者利益沖突聲明：全體作者均聲明無(wú)利益沖突。

作者貢獻(xiàn)聲明：周星設(shè)計(jì)本研究的方案，對(duì)稿件的重要內(nèi)容進(jìn)行了修改；張莉娜起草和撰寫(xiě)稿件，獲取、分析或解釋本研究的數(shù)據(jù)；馮燕、熊晟原、馬明忠獲取、分析或解釋本研究的數(shù)據(jù)，對(duì)稿件的重要內(nèi)容進(jìn)行了修改。全體作者都同意發(fā)表最后的修改稿，同意對(duì)本研究的所有方面負(fù)責(zé)，確保本研究的準(zhǔn)確性和誠(chéng)信。