利用心血管磁共振评估心房颤动中的左心室心肌纤维化与水肿

摘要

本方案描述了一种标准化的一步式心血管磁共振（CMR）检查流程，用于评估心房颤动（AF）患者左心房和左心室的结构、功能及心肌组织特性。内容涵盖患者准备、图像采集和图像后处理，以及AF患者典型的影像学表现。

摘要

人口老龄化不断加剧，导致心房颤动（AF）发病率持续上升，使其长期预后的管理成为日益重要的临床问题。AF不仅与进行性心房功能障碍形成恶性循环，还会促进心室的不良重构和功能损害，从而增加心力衰竭的风险。心血管磁共振（CMR）作为评估心脏功能的金标准，不仅能准确评估心房和心室的功能异常，其定量评估技术（包括T1 mapping、T2 mapping和细胞外容积（ECV）分数）还能实现对心室心肌病理变化的早期、精确定量。本研究的主要目的是基于多参数心肌定量分析，采用一站式CMR检查方案，对AF患者左心房和左心室进行综合评估，为临床治疗决策、术前评估及长期随访提供可靠的数据支持。

引言

心房颤动（AF）是最常见的持续性心律失常，其发病率正稳步上升¹。这种进行性疾病通常始于左心房（LA）的结构和功能紊乱，并最终导致左心室（LV）扩张以及收缩和舒张功能受损，常由阵发性发展为持续性形式²。AF 的特征是心房发生结构性、电生理性和收缩性重构。它还与全身性炎症和弥漫性纤维化相关，最终亦可引起心室的纤维化和炎症性改变³。越来越多的证据表明，心肌纤维化和炎症与 AF 的发病机制密切相关⁴。病理学研究已证实，AF 患者存在左心室弥漫性心肌纤维化⁵。

心血管磁共振（CMR）提供多参数、多平面和多序列成像，能够全面评估心脏的结构、功能、血流及组织特性，其临床应用价值日益受到关注。传统的成像技术（如延迟钆增强和T2加权成像）多为定性或半定量方法，适用于局灶性心肌病变的评估，但在弥漫性病变及早期微小病变方面存在明显局限性⁶。CMR定量技术（T1 mapping、T2 mapping和ECV）有效弥补了这一不足。T1 mapping和T2 mapping是组织固有的物理特性，分别代表组织的纵向和横向弛豫时间。细胞外容积分数（ECV）是指细胞外基质体积占心肌总体积的百分比⁷。理论上，在相同条件下，正常心肌组织的T1 mapping、T2 mapping和ECV具有固定的数值；而在疾病状态下，心肌细胞和/或间质基质发生病理改变，这些数值也会相应发生变化。CMR的T1 mapping、T2 mapping和ECV可用于心肌纤维化和炎症的定量评估^8,9。

研究表明，定量心脏磁共振（CMR）技术显著受到扫描设备制造商、磁场强度甚至扫描序列等因素的影响，因此建议根据不同设备、磁场强度和序列建立适用于本中心的正常参考值⁷。研究¹⁰表明，在3.0 T磁共振扫描仪上，正常全局T1和T2参考值分别为1193 ms ± 34 ms和36 ms ± 2.5 ms。另一项关于正常人群中 native T1 和细胞外容积（ECV）的荟萃分析¹¹显示，在1.5 T下 native T1 的汇总均值为976 ms（95%置信区间[CI]：969 ms，983 ms），在3.0 T下为1159 ms（95% CI：1143 ms，1175 ms）；ECV的汇总均值在1.5 T和3.0 T下均为25.9%（1.5 T时95% CI：25.5%，26.3%；3.0 T时95% CI：25.4%，26.5%）。已有研究报道，左心室（LV）心肌对比增强后的 native T1 时间与心肌纤维化总体程度之间存在反向线性关系^12,13。LV T1 mapping 可作为肥厚型心肌病¹⁴、非缺血性扩张型心肌病¹⁵以及急性或慢性心肌梗死¹⁶患者心肌纤维化增加的定量指标。进一步研究表明，房颤（AF）患者左心室心肌间质纤维化与心脏功能障碍密切相关^17,18，且房颤患者的T1和T2 mapping值高于无房颤者¹⁹。本研究对房颤患者的房室功能及组织特性（T1 mapping、T2 mapping 和 ECV）进行了定量分析，提供了全面的定量数据，以指导治疗策略的制定。

方案

本研究连续纳入了2024年1月至2025年9月期间在中国吉林大学中日联谊医院接受心脏磁共振（CMR）检查的阵发性心房颤动患者。研究经中国吉林大学中日联谊医院伦理委员会批准（批准号：2021092704），并遵循《赫尔辛基宣言》进行。研究过程中严格保护患者数据的保密性。

1. 扫描前准备

1. 准确记录心率、血压、体重和身高。
2. 排除磁共振成像（MRI）的禁忌证，包括肾功能不全、植入式心脏电子设备、体内其他金属植入物、人工耳蜗等。
3. 检查前向受试者说明相关注意事项，并指导其在整个扫描过程中保持静止不动。
4. 指导受试者在呼气末屏气，并保持一致的呼吸幅度，以确保各次扫描之间的成像位置可重复。

2. 心脏磁共振成像扫描

注意：所有心脏磁共振（CMR）检查均应在配备专用心脏相控阵表面线圈和磁共振兼容心电图（ECG）门控装置的3.0 T CMR系统上进行。

1. 心脏电影成像
   1. 使用平衡稳态自由进动（bSSFP）序列，在呼气末屏气期间通过回顾性心电门控采集电影图像。
   2. 包括三个标准化的长轴切面（两腔、三腔和四腔心视图），以及覆盖整个心室的12–14个短轴切片，并对每个心动周期重建25帧图像。
   3. 采用以下主要扫描参数：矩阵 216 × 256，视野（FOV）340 mm × 340 mm，TR 3.0 ms，TE 1.7 ms，翻转角 45°–55°，时间分辨率 30–55 ms，层厚 8 mm，层间距 2 mm。
2. 延迟钆增强（LGE）
   1. 采用二维相敏反转恢复快速小角度激发序列。
   2. 通过肘正中静脉以2 mL/s的流速注射钆对比剂（GBCA），剂量为0.2 mmol/kg。确保流速不过快，以免引起对比剂外渗。在注射GBCA后10–15分钟采集LGE图像。
   3. 包括左心室短轴以及两腔和四腔心视图。采用以下主要扫描参数：TR 4.1 ms，TE 1.6 ms，TI 300 ms，翻转角 20°，视野（FOV）260 mm × 350 mm，矩阵 130 × 256，层厚 8 mm。
3. 对比剂前T1 mapping
   1. 使用基于运动校正的自旋回波真实稳态自由进动（SSFP）改良Look-Locker反转恢复（MOLLI）序列获取原生T1图。
   2. 扫描三个左心室短轴切片（基底段、中段和心尖段）。
   3. 采用以下主要扫描参数：TR 2.8 ms，TE 1.18 ms，翻转角 35°，视野（FOV）270 mm × 320 mm，矩阵 144 × 256，层厚 10 mm。
4. 对比剂后T1 mapping
   1. 在静脉注射对比剂约15分钟后，对先前采集的短轴切片重复进行对比剂后T1 mapping。使用与对比剂前T1 mapping相同的扫描层面和参数。
      ​注意：检查过程中应立即审阅每幅T1 mapping图像，若存在伪影，须无延迟地重复采集。对比剂前后的T1图应在完全相同的切片位置采集。确保基底段和心尖段切片中的心肌组织显示完整且清晰。在MR检查当天同一日采集静脉血样，用于测定血细胞比容。
5. 原生T2 mapping
   1. 使用基于T2准备脉冲的稳态自由进动（SSFP）序列获取原生T2图。采用单次屏气采集模式，并启用运动校正（MOCO）以减少心脏搏动和呼吸运动伪影。
   2. 扫描三个与T1 mapping所用位置相对应的左心室短轴切片。
   3. 采用以下主要扫描参数：TR 207.5 ms，TE 1.3 ms，翻转角 12°，视野（FOV）360 mm × 360 mm，层厚 8 mm，矩阵 256 × 166。以三种不同的T2准备时间（TET2P = 0 ms, 30 ms, 55 ms）采集原始图像，并利用这些图像进行后续拟合以计算原生T2值。

3. 心脏磁共振成像分析

注意：使用 cvi42 CMR 分析软件进行 CMR 图像后处理。将成像数据传输至 CMR 分析软件中。

1. 分析左心房及双侧心室容积与功能。
   1. 双侧心室容积与功能
      1. 使用功能短轴（Function SAX）模块（基于短轴图像进行心室功能分析）分析双侧心室功能。
      2. 选择心室短轴电影图像，点击“检测舒张末期/收缩末期左心室/右心室轮廓”（Detect LV/RV Contours at ED/ES Phases）。允许软件自动勾画左心室内膜和外膜边界以及右心室内膜边界。若自动勾画不准确，需手动调整轮廓。
      3. 获取软件自动计算的双心室功能参数，包括左心室射血分数（LVEF）、左心室舒张末期容积（LVEDV）、左心室舒张末期容积指数（LVEDVI）、左心室收缩末期容积（LVESV）、左心室收缩末期容积指数（LVESVI）、右心室射血分数（RVEF）、右心室舒张末期容积（RVEDV）、右心室舒张末期容积指数（RVEDVI）、右心室收缩末期容积（RVESV）和右心室收缩末期容积指数（RVESVI）。
         ​注意：确保左心室与右心室每搏输出量之间的差异在 5 mL 以内。
   2. 左心房容积与功能
      1. 使用应变（Strain）模块，从左心室两腔心和四腔心电影图像中测量左心房（LA）容积。在收缩末期和舒张末期手动勾画左心房内膜和外膜边界。勾画时应排除肺静脉开口和左心耳。
      2. 允许软件将左心房轮廓自动传播至所有心动周期时相，并生成左心房容积（LAV）曲线（图1）。识别对应于左心室收缩末期、心房主动收缩前的早期舒张期以及左心室舒张末期的三个时相。获取左心房最大容积（Vmax）、心房收缩前容积（Vpre-a）和最小容积（Vmin）。
      3. 使用以下公式计算左心房射血分数（LAEF），包括总左心房射血分数（LAEFtotal）、被动左心房射血分数（LAEFpassive）和主动左心房射血分数（LAEFactive）：
         计算公式：
         LAEF _total＝ (V_max－V_min) /V_max；
         LAEF _passive＝ (V_max－V_pre-a) /V_max；
         LAEF _active＝(V_pre-a－ V _min) /V_pre-a
2. T1 mapping 定量分析
   1. 使用组织T1（Tissue T1）模块获取对比剂注射前和注射后的T1值。在每幅对比剂前和对比剂后的图像上手动勾画左心室内膜和外膜边界。点击“生成T1图”（Create T1 Map）以生成对比剂前和对比剂后的T1图。在T1选项菜单中输入血细胞比容值，然后点击“生成ECV图”（Create ECV Map）以生成细胞外容积（ECV）图。
      注意：避免包含可能影响测量准确性的区域，例如紧邻内膜的左心室血池和紧邻外膜的心包脂肪。
3. T2 mapping 定量分析
   1. 使用组织T2（Tissue T2）模块获取原生T2图。在每幅图像上手动勾画左心室内膜和外膜边界。点击“生成T2图”（Create T2 Map）以生成T2图。
      注意：避免包含可能影响测量准确性的区域，例如紧邻内膜的左心室血池和紧邻外膜的心包脂肪。

结果

统计学分析

所有分析均使用 SPSS 29 进行。对于基线信息和心脏磁共振（CMR）的定量参数，若指标符合正态分布，则以均值 ± 标准差表示；若不符合正态分布，则以中位数和四分位间距表示。两组间的计量资料或计数资料比较采用两独立样本t检验或χ²检验。P < 0.05被认为具有统计学意义。

心房颤动的典型影像学特征

心房颤动（AF）典型的CMR表现为左心房扩大，心房收缩与舒张功能减弱且不同步；偶尔可见沿左心房顶部后壁走行的细线状强化。左心室舒张功能明显受损，严重时左心室整体收缩功能也可能下降。延迟钆增强成像通常显示左心室壁无明显延迟强化；然而，在部分患者中，左心室T1、T2 mapping及ECV值升高（图2）。

...

讨论

心房颤动（AF）是最常见的心律失常之一，其主要病理基础被公认为是左心房的结构、电生理及功能重构。因此，传统上研究重点集中在心房的结构与功能改变。AF 的主要不良后果是诱发新的心力衰竭或加重已有的心力衰竭，这一过程可能与左心室间质纤维化和炎症反应在机制上相关²⁰。由于心室舒张功能障碍在心律失常早期可能具有可逆性²¹，因此早期无创识别心肌纤维化和炎症具有重要意义。通过心脏磁共振（CMR）获得的 T1 mapping、T2 mapping 及细胞外容积（ECV）可实现对心肌纤维化和炎症的定量评估^8,9，已有研究报道左心室心肌对比剂注射后的 native T1 时间与心肌纤维化总体程度之间存在反向线性关系^12,13。CMR 能够实现“一站式”检查，提供心房和心室在结构、功能及心肌组织特性方面的全面信息，从而为心房颤动患...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
cvi42 心血管磁共振分析软件	Circle Cardiovascular Imaging (加拿大)	www.circlecvi.com	图像后处理、心室功能、心房应变、T1/T2 mapping 和 ECV 分析
专用心脏相控阵表面线圈	西门子医疗	www.siemens-healthineers.com	用于心脏成像的表面线圈
基于钆的对比剂 (GBCA)	制造商未指定	N/A	用于延迟强化成像（LGE）和对比后 T1 mapping 的静脉对比剂
IBM SPSS Statistics 版本 29	IBM	www.ibm.com/products/spss-statistics	统计分析
MAGNETOM Spectra 3.0 T 磁共振成像系统	西门子医疗	www.siemens-healthineers.com	3.0 T 心血管磁共振扫描仪
磁共振兼容心电图（ECG）门控装置	西门子医疗	www.siemens-healthineers.com	心血管磁共振采集期间的 ECG 门控