肥厚型心肌病（hypertrophic myocardiopathy, HCM）是最常见的以左心室肥厚为特征的遗传性心脏病，其临床表现和预后差异显著，可表现为无症状、恶性心律失常、心源性猝死等，具有高度的临床异质性^[1]。病理表现为心肌细胞肥大、排列紊乱，细胞外间隙增加，肌原细胞断裂及心肌纤维化^[2]。而心肌纤维化是心律失常、舒张性心力衰竭的潜在病理基础^{[3, 4, 5, 6]}。不少研究表明心肌纤维化是HCM的原发表现而非室壁肥厚的继发改变^{[7, 8, 9]}。有研究报道心肌纤维化与室壁厚度存在相关性^[10]，但HCM室壁厚度正常节段是否存在心肌纤维化尚不清楚。

       目前无创性诊断心肌纤维化的方法主要有心脏磁共振（cardiovascular magnetic resonance, CMR）的钆延迟增强（late gadolinium enhancement, LGE）、初始T1值以及细胞外容积（extracellular volume fraction, ECV）。LGE成像能够敏感地识别心肌瘢痕，但是该技术很难识别弥漫性心肌纤维化^[8]，研究表明即使HCM不存在疤痕，初始T1值和ECV均存在升高现象^[10]。初始T1值能够直接测量心肌T1值，从而定量反映心肌纤维化程度^[11]，但是初始T1值对心肌组织的特异性识别能力较差^[12]。ECV通过定量测量心肌细胞外容积，在排除细胞外容积增加的因素诸如水肿、淀粉样物质或铁质沉积的情况下，可以作为心肌纤维化的生物标志物^{[13, 14]}，但该方法不适用于肾功能衰竭或者钆对比剂过敏等具有磁共振检查禁忌证的患者^[15]。因此，有必要探索诊断心肌纤维化的新技术。CMR纵向弛豫时间（T1ρ）成像利用低功率射频脉冲，即自旋锁定脉冲，能够测量旋转框架中的T1ρ，不需外源性对比剂，具有内源性对比优势。自旋锁定脉冲减轻了横向磁化损失，通过磁场梯度抑制了化学交换和水扩散对弛豫时间的影响^[16]。研究报道CMR T1ρ技术在急/慢性期心肌梗死心肌瘢痕^{[17, 18, 19]} 的检测中与LGE具有较高的一致性，但是该研究结果显示T1ρ技术存在较为严重的磁敏感伪影。研究表明T1ρ技术在HCM心肌纤维化检测中跟LGE具有较高的一致性^{[20, 21]}，但是LGE并不能定量心肌纤维化。有研究报道T1ρ技术可敏感地检测糖尿病猴早期心肌纤维化改变^[22]，尽管该研究显示T1ρ跟ECV相比在糖尿病猴心肌纤维化早期检测中具有较高的应用价值，但是研究结果具有较高的重叠性，仍需要增大样本量以验证结果的可靠性。既往的许多研究大多数是以LGE上能够识别到HCM患者的心肌瘢痕作为参考标准，来评价T1ρ在心肌纤维化识别中的应用，目前以ECV作为参考标准，采用T1ρ成像评估HCM心肌纤维化的研究较少，尤其是T1ρ在HCM非肥厚心肌纤维化的早期识别中尚未见报道。本研究以ECV作为诊断心肌纤维化的参考标准，评估CMR T1ρ在HCM患者心肌纤维化检测中可行性。

1 材料与方法

1.1 一般资料

       本研究遵照《赫尔辛基宣言》，经郑州大学第一附属医院伦理委员会审查通过（伦理批号：2019-29），患者及健康对照者自愿加入本项研究且均签署知情同意书。于2019年10月1日至2021年5月18日期间前瞻性地纳入65例成人HCM患者作为HCM组。纳入标准：（1）左心室舒张末期心肌室壁厚度增加，最大室壁厚度≥15 mm，或患者一级亲属患有HCM，其左心室一个或多个节段室壁厚度≥13 mm，且不能用异常负荷解释的心肌肥厚^[1]；（2）左室射血分数（left ventricular ejection fraction, LVEF）≥50%。同时纳入年龄和体质量指数相匹配的健康对照者（对照组），纳入标准：（1）无心脏病病史，不存在高血压、糖尿病、高血脂等可能引起心脏病的基础疾病；（2）经CMR检查未见心脏形态、解剖、心功能障碍。HCM组和对照组排除标准^[23]：（1）高血压、主动脉狭窄、肾脏疾病以及浸润性疾病（淀粉样变）引起的左心室肥厚；（2）其他类型的心肌疾病（如扩张型心肌病、限制型心肌病）；（3）先天性心脏病、严重原发性瓣膜病、心包疾病或既往心脏手术史；（4）肾小球滤过率＜30 mL/（min•1.73 m²）或具有CMR检查禁忌证；（5）严重心律失常或心源性休克；（6）孕期或哺乳期妇女。记录患者临床资料以及生化实验室检查数据。HCM组中2例患者由于T1ρ图像上存在严重的伪影和3例患者初始和增强T1 mapping位置不匹配被排除，最终纳入60例患者，男37例，女23例，年龄30.0～77.0（53.5±12.6）岁，临床主要表现为胸闷、胸痛、心悸、心前区不适、头晕等症状，心功能分级（2.5±1.5）级，肌钙蛋白0.020（0.013,0.122）μg/L、脑钠肽994（378，2423）pg/mL。对照组纳入20名，男12例，女8例，年龄33.0～62.0（51.0±8.3）岁，无临床任何症状。

       HCM室壁肥厚部位及范围变异较大、形态表现多样化，笔者推测HCM肥厚节段纤维化高于正常节段纤维化，HCM室壁厚度正常节段纤维化高于健康人群，为了验证上述推测，另外为了判断不同心肌磁共振纤维化成像参数（初始T1 mapping、ECV、T1ρ）在对照组、HCM室壁厚度正常节段以及HCM室壁肥厚节段间心肌纤维化差异化检测中的能力，HCM组则依据每位患者左心室各节段（美国心脏病协会分段标准除心尖段外的16节段）室壁厚度将HCM组分成室壁厚度正常节段（HCM nventricular wall normal thickness, HCM-N）组和室壁肥厚节段（HCM ventricular wall hypertrophic thickness, HCM-H）组，舒张末期最大壁厚＜15 mm时纳入HCM-N组，否则纳入HCM-H组^[24]，这与当前指南一致。HCM-N组纳入726节段，室壁厚度8.0～14.9（10.2±2.5）mm，HCM-H组纳入236节段，室壁厚度15.0～24.0（17.2±1.9）mm。对照组纳入320节段，室壁厚度4.0～11.0（6.5±1.6）mm。

1.2 检查方法

       CMR采用Magnetom Skyra 3.0 T超导MR扫描仪（Siemens Healthcare，Germany）及标准48通道表面相控阵腹部线圈和心电门控技术。图像采集序列包括：（1）电影序列采集2、3、4腔心长轴和短轴，短轴覆盖左心室，参数为FOV 373 mm×377 mm，层厚8 mm，像素大小1.8 mm×1.8 mm，矩阵208×208，TR 3.2 ms，TE 1.4 mm，激励次数为1，K-空间线/RR 14，带宽962 Hz/Px，翻转角50°。（2）采用改良的Look-Locker（modified Look-Locker inversion, MOLLI）序列在左心室近中远段3层短轴层面进行初始和增强T1 mapping图像（注入对比剂15～20 min后）采集^[25]，参数为FOV 363 mm×363 mm，层厚8 mm，像素大小1.9 mm×1.9 mm，矩阵192×192，TR 2.4 ms，TE 1.2 ms，激励次数为1，K-空间线/RR 63，带宽1085 Hz/Px，翻转角35°；TI模式为初始MOLLI-5-3-3、增强MOLLI-4-1-3-1-2。（3）内源性对比T1ρ成像在初始T1 mapping成像后及注射对比剂前采集，自旋锁定频率298 Hz，拷贝T1 mapping定位。为减小CMR成像时的磁场不均匀性，采用2个180^o 的自旋回波及锁定脉冲相位的正负交错来准备T1ρ权重。为了最小化心脏运动伪影，采用单次激发稳态自由进动快速成像（fast imaging with stead-state precession, FISP）序列，在舒张中期采集T1ρ图像，采集时长约为150 ms，每层T1ρ扫描时间约6 s（由心电门控触发）^{[18, 19]}，参数为FOV 360 mm×270 mm，层厚8 mm，像素大小2.5 mm×2.6 mm，矩阵144×144，TR 2.7 ms，TE 1.2 ms，激励次数为1，K-空间线/RR 58，带宽1197 Hz/Px，自选锁定频率298 Hz，翻转角70°。1周后随机选取10名健康志愿者再次进行T1ρ成像，以评估T1ρ成像的可重复性。（4）LGE成像采集2、3、4腔心长轴和短轴，短轴覆盖左心室。LGE成像参数为FOV 373 mm×373 mm，层厚8 mm，像素大小1.5 mm×1.5 mm，矩阵256×256，TR 5 ms，TE 1.9 ms，激励次数为1，TI模式为1，K-空间线/RR 25，带宽287 Hz/Px，翻转角20°。在每次CMR检查前于患者肘静脉处置入静脉留置针，并抽取血样以备测量红细胞压积。检查中采用高压注射器以2 mL/s的流率给予钆喷酸葡胺注射液（广州康臣药业有限公司，中国），剂量为0.2 mL/kg。

1.3 图像分析

       除T1ρ图像外，所有CMR图像均采用CVI 42软件（version 5.12.1，Circle Cardiovascular Imaging，Calgary，Canada）进行离线分析。从电影图像分析中获得以下参数：左心室收缩末期容积（left ventricular end-systolic volume, LVESV）、左心室舒张末期容积（left ventricular end-diastolic volume, LVEDV）、每搏输出量（stroke volume, SV）、LVEF、左心室质量、16节段舒张末期室壁厚度及收缩末期室壁厚度、室壁增厚率。室壁增厚率=（收缩厚度-舒张厚度）/舒张厚度。沿2、3、4腔心长轴以及短轴电影进行心肌应变分析。获取二维整体纵向峰值应变（2D global longitudinal peak strain, 2D-GLPS）、二维整体径向峰值应变（2D global radial peak strain, 2D-GRPS）、二维整体环向峰值应变（2D global circumferential peak strain, 2D-GCPS）、二维节段纵向峰值应变（2D segmental longitudinal peak strain, 2D-SLPS）、二维节段径向峰值应变（2D segmental radial peak strain, 2D-SRPS）及二维节段环向峰值应变（2D segmental circumferential peak strain, 2D-SCPS）。

       应用CVI42平面运动校正技术进行初始T1 mapping和增强T1 mapping图像的位置配准，并自动计算生成ECV图。对T1ρ图像进行手动平面运动校正后，使用基于MATLAB的自定义软件MathWorks（Natick，USA）创建mapping图。根据美国心脏协会标准，将左心室心肌分成17个节段，除去心尖节段，对剩余16节段心肌进行初始T1值、ECV值、T1ρ值的定量测量。值得注意的是手动勾画初始T1 mapping、打药后T1 mapping、T1ρ图像心内膜时应尽量避免贴壁勾画，确保心肌组织信号强度免受血池以及心外周围组织信号干扰。

1.4 统计学分析

       使用SPSS 20.0统计学软件进行统计分析。采用Shapiro-Wilk方法检测计量资料的正态性，符合正态分布的数据采用均数±标准差（x¯±s）表示，否则用中位数（上下四分位数）表示。对于符合正态分布的连续性变量，2组间比较采用独立样本t检验，3组间比较采用单因素方差分析（one-way ANOVA）检验。对于不符合正态分布的连续性变量采用非参数检验。计数资料以百分比表示，采用χ²检验分析。相关性分析采用Pearson进行评估，相关系数用r表示（|r|＞0.8表示高度相关，0.5＜|r|≤0.8表示中度相关，0.3＜|r|≤0.5表示低度相关，|r|≤0.3表示不存在线性相关）。采用Bland-Altman分析两次T1ρ成像结果的一致性。使用最佳临界点绘制受试者工作特征（receiver operating characteristic, ROC）曲线，以评估曲线下面积（area under the curve, AUC）。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 HCM组与对照组的一般临床资料及基本心功能参数分析

       HCM组与对照组间性别、年龄、体表面积、平均心率、收缩压、舒张压、血红细胞压积、LVEDV、LVESV、SV、室壁增厚率的差异无统计学意义（P均＞0.05）；HCM组的LVEF、左心室质量、舒张末期室壁厚度、收缩末期室壁厚度均显著大于对照组（P均＜0.05）；HCM组的2D-GRPS、2D-GCPS、2D-GLPS均显著小于对照组（P均＜0.05）（表1）。

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表1  对照组与肥厚型心肌病组临床指标、心功能及组织特征参数
Tab. 1  Clinical indexes, cardiac function and tissue characteristic parameters between control group and hypertrophic cardiomyopathy group

2.2 对照组、HCM-N组和HCM-H组的CMR图像指标分析

       本研究结果发现T1ρ伪影（图1）常发于左室基底部、心内膜下、外膜下、左室游离壁，除去T1ρ图像上具有伪影的室壁节段，HCM-N组纳入476节段，HCM-H组纳入249节段，对照组纳入259个室壁节段。对照组、HCM-N组和HCM-H组的舒张末期室壁厚度、收缩末期室壁厚度依次显著增加（P＜0.001），组间两两比较差异均具有统计学意义（P均＜0.001）。HCM-H组、对照组、HCM-N组的室壁增厚率依次显著增加（P＜0.001），组间两两比较差异均具有统计学意义（P均＜0.05）。对照组、HCM-N、HCM-H的2D-SRPS、2D-SCPS及2D-SLPS依次降低，组间两两比较差异均具有统计学意义（P均＜0.05）（表2）。

       在心肌纤维化评估方面，对照组、HCM-N组、HCM-H组的初始T1值逐渐增加，对照组与HCM-H组、HCM-N与HCM-H组间差异存在统计学意义（P＜0.05），对照组与HCM-N组间差异无统计学意义（P=0.054）。对照组、HCM-N组、HCM-H组的ECV值和T1ρ值依次升高（P＜0.05）。组间两两比较显示，ECV值和T1ρ值差异均具有统计学意义（P均＜0.001，表2）。Bland-Alteman一致性分析显示2次T1ρ成像测量结果的差异为-0.1（95% CI：-4.3～4.0）（图2A）。对照组、HCM-N组及HCM-H组的T1ρ和ECV呈正相关（r=0.734，图2B）。

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图1  1例健康对照者和2例肥厚型心肌病患者的LGE、初始T1 mapping、ECV、T1ρ mapping对比图。健康对照者LGE（1A）未见明显强化，初始T1 mapping（1B）、ECV（1C）及T1ρ mapping（1D）信号较均一，呈相对低信号。肥厚型心肌病患者一LGE图（1E）见室间隔灶片状轻度强化，初始T1（1F）于室壁肥厚节段呈相对高信号、室壁厚度正常节段信号强度均一且相对较低，ECV（1G）及T1ρ mapping（1H）在室壁肥厚和室壁正常节段均呈混杂相对高信号。肥厚型心肌病患者二LGE图（1I）见室间隔大范围强化，初始T1（1J）、ECV（1K）图见室间隔混杂高信号，游离壁信号均一呈相对低信号，T1ρ mapping（1L）在室壁肥厚和室壁正常节段均可见高信号。LGE：钆延迟增强；ECV：细胞外容积。
Fig. 1  LGE, native T1 mapping, ECV, T1ρ mapping in one healthy control and two HCM patients. In the healthy control, there is no enhancement in the LGE image (1A), and native T1 mapping (1B), ECV (1C) and T1ρ mapping (1D) signal is relatively uniform and low. In the one of patient with HCM, there is patchy and mild enhancement in the LGE image (1E), native T1 mapping shows relatively high signal in the hypertrophic thickness segment (1F), relatively uniform and low signal in the normal thickness segment, ECV (1G) and T1ρ mapping (1H) shows mixed high signal in both hypertrophic and normal thickness segments. In the another of patient with HCM, there is patchy and severe enhancement in the LGE image (1I), and native T1 (1J) and ECV (1K) show high signal in the hypertrophic segment, T1ρ mapping (1L) shows high signal intensity in both hypertrophic and normal thickness segments. LGE: late gadolinium enhancement; ECV: extracellular volume.

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图2  观察者内Bland-Altman重复性测量（2A）以及ECV和T1ρ的线性相关分析（2B）。ECV：细胞外容积。
Fig. 2  Repeatability measurement of intra-observer by Bland-Altman analysis (2A), and linear correlation analysis between ECV and T1ρ (2B). ECV: extracellular volume.

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表2  对照组、HCM-N和HCM-H组间心功能及组织特征参数比较
Tab. 2  Comparison of cardiac function and tissue characteristic parameters among the control group, HCM-N and HCM-H groups

2.3 心肌纤维化参数与左心室功能参数相关性分析

       在HCM组中，ECV、T1ρ与舒张期末期室壁厚度、收缩末期室壁厚度、LVEF均呈低度相关（0.3＜|r|＜0.5，P＜0.001），其中与初始T1值和舒张期末期室壁厚度、收缩末期室壁厚度、LVEF间没有相关性（|r|＜0.3）；ECV、T1ρ、初始T1值与心肌应变、室壁增厚率、左心室心肌质量以及心功能分级之间不存在相关性（|r|＜0.3）（表3）。

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表3  心肌纤维化参数与心脏功能参数相关性分析结果
Tab. 3  Correlation analysis between myocardial fibrosis parameters and cardiac function parameters

2.4 心肌纤维化参数对HCM-N组、HCM-H组及对照组的鉴别效能

       ECV、初始T1值、T1ρ在对照组、HCM-N组与HCM-H组中的差异化检测能力见图3。在ECV值为30%作为临界点诊断心肌纤维化与非心肌纤维化为参考的情况下^[26]，T1ρ临界点41 ms诊断心肌纤维化的敏感度、特异度及曲线下面积分别为82.9%、96.7%、0.861；初始T1值临界点1258 ms诊断心肌纤维化的敏感度、特异度及曲线下面积分别为74.5%、58.2%、0.720。

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图3  心肌纤维化参数在对照组、HCM-N、HCM-H间的鉴别诊断能力。3A示ECV、初始T1值、T1ρ在对照组与HCM-N间的ROC曲线，3B示ECV、初始T1值、T1ρ在对照组与HCM-H间的ROC曲线，3C示ECV、初始T1值、T1ρ在HCM-H与HCM-N间的ROC曲线。HCM-N：肥厚型心肌病室壁厚度正常组；HCM-H：肥厚型心肌病室壁肥厚组；ROC：受试者工作特征；ECV：细胞外容积；Native T1：初始T1值。
Fig. 3  Differential diagnostic ability of myocardial fibrosis parameters among control group, HCM-N and HCM-H. 3A shows ROC curve of ECV, native T1 and T1ρ between control and HCM-N groups, 3B shows ROC curve of ECV, native T1 and T1ρ between control and HCM-H groups, 3C shows ROC curve of ECV, native T1 and T1ρ between HCM-H and HCM-N groups. HCM-N: Hypertrophic myocardiopathy (HCM) ventricular wall normal thickness group; HCM-H: HCM ventricular wall hypertrophic thickness; ROC: receiver operating characteristic; ECV: extracellular volume.

3 讨论

       本文以HCM为研究对象，将HCM心肌分成HCM-N和HCM-H组，并以健康志愿者作为对照组，目的是判断T1ρ技术在心肌纤维化检测中的能力，研究发现T1ρ与ECV相比在心肌纤维化检测中具有较好的一致性，另外发现ECV、T1ρ即使在HCM室壁厚度正常节段仍较对照组升高，从侧面反映出T1ρ可以敏感地识别心肌纤维化早期改变，结果显示T1ρ对心肌纤维化的识别能力甚至早期识别能力优于T1 mapping但是不及ECV。

3.1 T1ρ成像原理

       组织内结合水分子开放-关闭引起的磁场波动是T1ρ成像的基本原理，大分子水的相互作用包括偶极-偶极耦合、化学交换和扩散，然而，T1ρ成像的主要机制仍然未知^[16,19]。在大鼠模型中，脑梗死后T1ρ值立即增加^[27]。此外，T1ρ与椎间盘中的蛋白聚糖含量呈正相关、而与关节软骨中的蛋白多糖含量呈负相关^[28]，在猪和大鼠急性心肌梗死模型中，T1ρ值的大小与肉芽组织或疤痕组织呈正相关^{[17, 18]}，上述研究表明不同组织成分对T1ρ影响具有差异。

3.2 心肌纤维化参数T1ρ的敏感性

       HCM患者的心肌顺应性下降、心室收缩及舒张功能减低的主要原因是心肌细胞增生肥大以及心肌纤维化^[29]。在HCM早期，肥大的心肌细胞通过补偿受损的心肌收缩功能，使得心脏射血分数得以保留^[1]。而左心室心肌质量、室壁厚度、LVEDV、LVESV、SV等形态学参数仅能粗略评价心肌的增生程度及整体做功情况，难以准确评估心肌力学及心肌纤维化程度。本研究证实HCM患者在LVEF保留的情况下，左心室整体应变参数（2D-GLPS、2D-GRPS、2D-GCPS）较正常人群显著降低，心肌纤维化参数明显升高，这与既往的研究结果相一致^[3]，表明保留射血分数的HCM患者存在心肌收缩功能障碍以及心肌纤维化。本研究进一步探讨了HCM-N与HCM-H之间的心肌纤维化差异，结果显示两者之间的心肌纤维化程度的差异存在统计学意义且均高于对照组，本研究结果支持心肌纤维化是HCM的原发改变、而不是心肌肥厚的结果的理论^{[7, 8, 9]}，说明心肌纤维化参数ECV及T1ρ能从微观角度发现HCM的心肌纤维化，即HCM患者心肌厚度正常时也会出现弥漫性纤维化改变。HCM-H组较HCM-N组的心肌纤维化程度更加显著，心肌应变力降低更为明显，既往研究也报道心肌纤维化程度与HCM患者左心室功能障碍密切相关^[6]，但是在本研究中尚未发现心肌纤维化程度与心肌应变力的线性关系，这与之前的研究结果一致^[30]。本研究显示室壁厚度跟ECV值、T1ρ值存在轻度正相关，从侧面反映心肌纤维化跟室壁厚度存在一定的相关性，但室壁厚度不是HCM心肌纤维化的唯一生物学标记，评估心肌纤维化仍需依赖心肌纤维化定量测量技术，来为精准干预、个体化治疗提供更多的参考信息。在心肌纤维化检出能力方面，T1ρ与ECV一致性较好。本研究发现在区别HCM-N、HCM-H、对照组方面，T1ρ优于初始T1 mapping但是次于ECV，从侧面反映出初始T1值、T1ρ、ECV在识别心肌纤维化方面的能力依次增加。

3.3 本研究的局限性

       本研究的局限性如下。首先，样本量相对较小，且未进行预后随访及预后与心肌纤维化相关性的分析。另外无法将HCM心肌纤维化含量跟病理标本进行定量对比分析。其次，T1ρ作为一项新的检测心肌纤维化定量测量技术，较初始T1 mapping具有一定的优势，但是该技术尚存在较大的缺陷，一些患者的T1ρ图像存在严重的伪影，由于每层T1ρ成像需要采集并获得三张图像并在后处理时进行图像融合，心脏周期性运动导致不同图像间存在运动偏移，由于目前T1ρ尚无成熟的后处理技术，哪怕进行运动校正也无法完全避免层面偏移带来的图像运动伪影，这种情况通常发生在左心室基底部、心内膜、心外膜、游离壁。本研究发现共计60例患者960个心肌节段中有235个心肌节段（24.5%）、20例对照组320个心肌节段有61个心肌节段（24.1%）存在T1ρ伪影。最后，由于硬件限制，与既往的研究报告中描述的场强频率（500 Hz）相比^[19]，本研究中所使用的磁场自旋锁定频率相对较低（298 Hz），这可能会降低T1ρ检测心肌胶原沉积的敏感性。T1ρ成像技术临床应用的可靠性及稳定性还需要更多的研究来验证^{[31, 32]}。

       综上所述，以ECV作为诊断心肌纤维化的参考标准，T1ρ在HCM心肌纤维化检测方面具有较高的敏感性和特异性，且T1ρ能够识别HCM患者早期心肌纤维化。T1ρ技术在HCM心肌纤维化检测方面优于目前临床较为常用的初始T1 mapping，尽管亚于ECV但是具有跟ECV相似的趋势，因此T1ρ技术有望成为无需外源性对比剂检测心肌纤维化的一种新的MRI技术。