0 引言

       急性心肌梗死（acute myocardial infarction, AMI）是心血管急症中最严重的类型之一，具有发病率高、死亡率高、致残率高等特点^[1]。近20年来我国AMI的患病率和死亡率呈现明显上升的趋势^[2]。随着经皮冠脉介入治疗（percutaneous coronary intervention, PCI）和药物治疗的发展，AMI后的短期死亡率降低^[3]，但由于心肌组织损伤、血流动力学等发生改变，AMI后心室不良重构等并发症仍严重影响AMI患者预后。

       目前，通过超声心动图测量的左室射血分数（left ventricular ejection fraction, LVEF）仍然是AMI后患者风险分层和指导心力衰竭治疗的最常用方法，但LVEF降低会受到多种因素的影响，不能真实地反映AMI后早期血流动力学的轻微改变。四维血流心脏磁共振成像（four-dimensional flow cardiac magnetic resonance, 4D Flow CMR）技术通过捕获血流的三维空间数据和三维速度数据，将血流进行可视化并分析量化新的血流动力学和功能参数^{[4, 5, 6]}，如动能（kinetic energy, KE）^[7]、涡度^{[8, 9, 10]}、功能性的血流成分等。越来越多的研究证实4D Flow CMR技术在检测各类心血管疾病细微血流异常方面具有重要作用^{[11, 12]}。目前已有研究使用4D Flow CMR评估了缺血性心肌病的血流动力学变化，发现缺血性心肌病患者普遍存在左心室涡度紊乱及血流KE下降的现象，且上述异常可作为反映心肌缺血状态的潜在血流动力学标志物，为缺血性心脏疾病的左心室功能评估提供了新思路^{[13, 14]}。但尚缺乏对AMI患者左心室血流成分的专项研究，且针对对照组与AMI后LVEF有无受损患者的血流成分对比研究仍较匮乏。

       本研究旨在基于4D Flow CMR技术，明确AMI患者左心室血流成分的分布特征；对比分析对照组与AMI后LVEF受损、未受损患者的血流成分变化规律；探讨各血流成分与LVSV的相关性，进而阐明左心室血流组分在AMI患者左心室功能评估中的潜在临床价值。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       本研究遵守《赫尔辛基宣言》，经过沧州市中心医院伦理委员会批准（批准文号：2023-339-01、2024-227-02），研究开展前通过电话获得参与者本人（或者研究参与者监护人）知情同意，并在复查时签署知情同意书。本研究回顾性分析从2023年2月至2024年7月于沧州市中心医院进行CMR检查并符合以下标准的AMI患者62例及年龄性别基本匹配的对照组25例，收集参与者的临床资料，包括年龄、性别、BSA水平及既往病史等。所有受试者由于不同程度心前区不适来诊，由心内科医生综合评估后，拟行CMR检查，所有受试者均处于窦性心律。根据左心室收缩功能的差异将AMI患者分为两个亚组，其中34例患者的LVEF<50%，纳入LVEF受损组；28例患者的LVEF≥50%，纳入LVEF保留组。

       AMI组纳入标准：（1）符合当前国际指南^[15]且临床诊断为AMI；（2）发病后1周内完成CMR检查^[16]。排除标准：（1）合并重大疾病或预计会影响心脏重塑或功能的治疗；（2）既往血管重建手术（冠状动脉旁路移植术或PCI）；（3）已知的心肌病、严重的瓣膜性心脏病、房颤等；（4）影像图像在后处理过程中配准不佳（后处理软件自动识别并分割CMR各序列图像与原序列图像偏差过大）。

       对照组纳入标准：（1）同期就诊于沧州市中心医院且与AMI组患者年龄和性别基本匹配；（2）临床检查无AMI相关心血管疾病史；（3）未服用任何药物。排除标准：影像图像在后处理过程中配准不佳（后处理软件自动识别并分割CMR各序列图像与原序列图像偏差过大）。

1.2 扫描方法

       所有参与者的CMR检查均在3.0 T扫描仪（GE Discovery MR 750W 3.0T）中进行，配套16通道相控阵线圈。（1）采用回顾性心脏门控平衡稳态自由进动序列获得形态学长轴和与之垂直的短轴图像。使用以下设置获取图像：TR 3.4 ms，TE 1.7 ms，翻转角50°，层厚8 mm。调整每个受试者的视野以完全包围心脏。（2）使用自由呼吸、回顾性心电门控和呼吸门控序列获得4D血流图像。采集参数为：TR 5.6 ms，TE 2.1 ms，翻转角14°，速度编码150 cm/s，层厚2.4 mm。获得的空间分辨率为3.0×3.0×3.0 mm³，时间分辨率为25~40 ms。

1.3 CMR数据采集及后处理

       将获得的图像导入Medis Suite MR（Medis；Netherlands；版本号：4.0）软件，得到LVEF、左心室舒张末期容积（left ventricular end diastolic volume, LVEDV）、左心室舒张末期容积指数（left ventricular end diastolic volume index, LVEDVI）、左心室收缩末期容积（left ventricular end systolic volume, LVESV）、左心室收缩末期容积指数（left ventricular end systolic volume index, LVESVI）、左心室每搏输出量（left ventricular stroke volume, LVSV）、左心室每搏输出量指数（left ventricular stroke volume index, LVSVI）、心输出量（cardiac output, CO）、心脏指数（cardiac index, CI）、左心室质量（left ventricular mass, LV MASS）等常规心功能参数。

       将电影序列与4D Flow序列导入MASS（版本号：5.1；LUMC；Netherlands）软件，半自动分割短轴图像中整个心动周期的左心室腔内外膜边界，实现左室短轴心腔解剖结构与血流信息的配准，根据收缩末期产生的路径线的位置分为四个流动成分（图1）：（1）直接血流（direct flow, DF），在同一个心动周期内进入和离开左室的血液；（2）保留流入量（retained inflow, RIF），在一个心动周期内进入左室但未离开的血液；（3）延迟射血流量（delayed ejection flow, DEF），在周期开始时已在左室内并在周期中被射出的血液；（4）剩余量（residual volume, RV），至少在两个心动周期内既不进入也不离开左室的血液。上述各血流成分的容积占比，均以LVEDV为参照标准进行计算。将流入量和流出量之间的差异≥15%的数据集排除在外。使用方程KE（μJ/mL）=1/2×质量×速度²（其中质量=平均血液密度（1.06 g/cm³）×体素体积）计算功能成分的KE^{[17, 18]}，从KE曲线中提取生理相关时期（收缩期、舒张期）和心动周期时间点（收缩期峰值、舒张期峰值）的KE参数，如图2所示。已有研究证明血流成分和KE数据具有高度可重复性^[19]。本研究的数据由两名工作满5年的主治医师采用双盲法独立测量。

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图1  左心室四维血流心脏磁共振成像（4D Flow CMR）各血流分量图像。1A：左室流出道层面各血流分量彩色示意箭头:1B~1E：MASS软件后处理的左室流出道、心尖两腔心、心尖四腔心及短轴层面4D Flow各血流分量彩色流动图。彩色编码定义：绿色表示直接流量（DF），即在同一个心动周期内进入和离开左室的血液；黄色表示保留流入量（RIF），即在一个心动周期内进入左室但未离开的血液；蓝色表示延迟射血流量（DEF），即在周期开始时已在左室内并在周期中被射出的血液；红色表示剩余量（RV），即至少在两个心动周期内既不进入也不离开左室的血液。
Fig. 1  Images of each blood flow component of left ventricular four-dimensional flow cardiac magnetic resonance (4D Flow CMR). 1A: Color schematic arrows of each blood flow component at the left ventricular outflow tract level; 1B to 1E: 4D Flow color flow maps of each blood flow component at the left ventricular outflow tract, apical two-chamber view, apical four-chamber view and short-axis view, post-processed by MASS software. Color coding definitions: Green represents direct flow (DF), referring to blood that transits the left ventricle within one cardiac cycle; yellow represents retained inflow fraction (RIF), referring to blood that enters the left ventricle and is retained for at least one cycle; blue represents delayed ejection flow (DEF), referring to blood already in the left ventricle and is ejected during systole; red represents residual volume (RV), referring to blood that remains in the left ventricle for two cycles or more.

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图2  4D Flow CMR数据后处理流程图。 KE：动能；4D Flow CMR：四维血流心脏磁共振成像。
Fig. 2  The post-processing workflow of 4D Flow CMR data. KE: kinetic energy; 4D Flow CMR: four-dimensional flow cardiac magnetic resonance.

1.4 统计学分析

       本研究使用SPSS 27.0版进行统计分析。采用Shapiro-Wilk检验确定计量资料的正态性。符合正态分布的用x¯±s表示，不符合正态分布的用M（Q1，Q3）表示，分类数据用频率（百分比）表示。观察者之间的参数一致性评价采用组内相关系数（intra-class correlation coefficient, ICC）分析，ICC>0.75说明一致性较好。分析左心室流入量和流出量之间的差异采用配对t检验。对照组和两个AMI患者组的左室功能及血流分量的差异采用独立样本t检验。比较两组之间DF比例的KE值采用Mann-Whitney U检验。LVSV和DF比例的关系采用Pearson相关系数分析。以P<0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

       本研究共纳入AMI患者62例、对照受试者25例；其中AMI患者LVEF受损组34例，LVEF保留组28例。

       AMI患者与对照组性别差异无统计学意义（P>0.05）；两组受试者年龄（P=0.014）、高血压史（P=0.001）、高脂血症史（P=0.002）差异具有统计学意义；其余临床特征（吸烟史、糖尿病史、心率）差异均无统计学意义（P>0.05）；AMI组与对照组间心功能参数差异均有统计学意义（P<0.05）（表1）。

       除LVEDVI和LV MASS外，其余左心功能参数及犯罪血管的支数均能有效地区分AMI患者是否存在左心室功能受损，差异均具有统计学意义（P<0.05）（表2）。

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表1  所有受试者的临床及MRI心功能参数比较
Tab. 1  Comparison of clinical and MRI cardiac function parameters of all subjects

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表2  两亚组临床及MRI心功能参数比较
Tab. 2  Comparison of clinical and MRI cardiac function parameters between the two subgroups

2.2 各血流参数的一致性检验

       结果显示，各项血流参数两位观察者间一致性均较好，ICC均>0.75（表3）。

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表3  两位观察者血流参数一致性检验
Tab. 3  Consistency test of hemodynamic parameters measured by two observers

2.3 AMI组与对照组的LV血流分量参数比较

       AMI患者和对照组之间的血流成分分布差异均具有统计学意义。与对照组相比，AMI患者的DF比例明显更低（P<0.001），RIF和DEF比例明显更高（P<0.001），RV比例也变高（P=0.002）（表4）。

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表4  AMI组和对照组左室血流分量参数比较
Tab. 4  Comparison of left ventricular blood flow component parameters between AMI group and control group

2.4 AMI组中LVEF保留及受损亚组LV血流分量参数比较

       AIM患者两亚组、LVEF受损组与对照组之间的LVEF及血流成分分布DF、RIF、DEF、RV差异均具有统计学意义（均P<0.05）。AMI患者LVEF保留组与对照组的LVEF差异没有统计学意义（P>0.05），但DF与DEF比例能够可靠地区分两部分人群（均P<0.05）（表5）。

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表5  对照组与两亚组LVEF及血流分量两两组间比较
Tab. 5  LVEF and blood flow components were compared between the control group and the two subgroups

2.5 两组间的左室DF KE比较

       与对照组相比，AMI患者的收缩期峰值及平均KE明显减低，且差异具有统计学意义（P<0.001，P<0.001）。舒张期峰值及平均KE较对照组下降但差异没有统计学意义（P=0.660，P=0.924）。舒张期/收缩期平均KE比值较对照明显增加（P<0.001）（表6）。

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表6  AMI组和对照组左室DF各KE参数比较
Tab. 6  Comparison of KE parameters of left ventricular DF between AMI group and control group

2.6 AMI组与对照组LVSV和各血流组分的相关性分析

       在对照组，随着DF比例的增加，LVSV急剧增加（r=0.668，P<0.001）。AMI组的LVSV尽管仍然随着DF比例的增加而增加（r=0.375，P=0.003），但相关性减弱（图3）。RIF、DEF、RV比例与LVSV在两组中均无显著相关性（P>0.05）。

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图3  AMI组与对照组LVSV及各血流成分比例的相关性分析。3A：LVSV与DF比例的散点图。在AMI组（红色圆点）和对照组（黑色圆点）中，LVSV均与DF比例呈正相关，但AMI组的相关性（r=0.375）弱于对照组（r=0.668）。3B~3D：LVSV与RIF（3B）、DEF（3C）及RV（3D）比例的散点图。LVEF：左心室射血分数；LVSV：左心室每搏输出量；DF：直接血流量；RIF：保留流入量；DEF：延迟射血流量；RV：剩余量。
Fig. 3  Correlation analysis of LVSV and various flow component fractions between AMI group and control group. 3A: Correlation between LVSV and DF fraction. 3A positive correlation is observed in both the AMI group (red circles) and the control group (black circles). The strength of this association is attenuated in the AMI group (r = 0.375) relative to the control group (r = 0.668). 3B to 3D: Relationships between LVSV and RIF (3B), DEF (3C), and RV (3D). No significant associations were detected for these parameters in either cohort (all P > 0.05). LVEF: left ventricular ejection fraction; LVSV: left ventricular stroke volume; DF: direct flow; RIF: retained inflow fraction; DEF: delayed ejection flow; RV: residual volume.

3 讨论

       本研究应用4D Flow CMR技术，分析AMI患者与对照组的左心室血流组分、KE及常规心功能参数，并依据LVEF探讨血流组分对AMI左心室功能的评估价值。结果表明，AMI组血流组分及KE参数与对照组差异显著，LVEF亚组间血流组分存在特征性差异，LVEF保留组患者已出现DF减少、DEF增多的血流动力学异常，且LVSV与DF比例的相关性较对照组减弱。本研究为国内首次通过4D Flow CMR全面揭示AMI患者左心室血流组分的变化规律，首次发现LVEF保留的AMI患者的早期血流动力学改变，可为4D Flow CMR在AMI诊疗中的应用提供补充；本研究结果可为AMI患者左心室功能精准评估及早期临床干预提供参考。

3.1 AMI后左室血流组分的改变

       MASS软件根据收缩末期产生的路径线的位置将左室血流分为四种成分，这些成分的相对容积反映了心室内的血流分布，可用作血流效率的量度^[9]，并提供了一种衡量舒张-收缩耦合和血流效率的方法^{[20, 21]}。其中，DF通过左心室的路径最直接、传输的速度最快，能最好地保存从流入到收缩前期的能量。在收缩前期，DF的主要轨迹是朝向左心室流出道的，因此这种流动成分更加省力，可能意味着排出SV所需的功较少。RIF和RV共同构成了左心室容积的非喷射部分（non-spray components, NE），该部分在随后的收缩期不离开心室，但其分布和速度可以为舒张期SV的射出蓄积能量^{[22, 23]}。迄今为止，大量研究已证实，4D Flow CMR衍生的血流组分参数在多种心血管疾病的评估中具有重要价值：它能够有效预测扩张性及缺血性心肌病患者的运动不耐受与血栓形成风险^[24]；是评估心力衰竭患者心室舒张功能的核心方法^{[25, 26]}；为深入理解非梗阻性肥厚型心肌病心脏储备功能下降的机制提供了新的见解^[27]；并揭示了右心室相关参数在房颤检测中的高敏感性，及其作为消融术前评估房颤严重程度的潜在指标^{[28, 29]}。

       在本研究中，AMI组比对照组DF比例明显更低，这说明有较大比例的心室流入血液转化为了RIF，并且在心室射血时，更多的血液不能在一个心动周期内同时完成射出过程，而以DEF的方式流出，并且部分血液将在心室内长时间停留。这与先前的研究结果一致^{[30, 31, 32]}，这表明，DF的容量减少，而非喷射成分的容量增加，这种转变可能既是不良重构的标志，也是不良重构的驱动因素^[10]。在对心衰患者的多个研究中^{[24, 26]}，发现轻度心功能受损患者的DF比例较小，RIF比例增高，推测心室血流参数可能是心脏功能障碍（包括HF）的更敏感标志。本研究的结果与文献报道结果一致，DF和DEF比例能够区分LVEF尚无明显变化的AMI患者。这可能是因为LV射血体积由DF和DEF构成，它们的同时变化可能会使LVEF保持正常，掩盖已经发生的左室血流动力学早期改变。此外，DF分量到非喷射体积分量的转移可能会导致血流减速而使心室内压力较高，这些基于粒子跟踪技术的血流分量比例可能比仅基于体积的参数能更好地体现潜在的舒张压。

3.2 AMI后DF KE的改变

       本研究发现，当KE曲线细分为四个分量时，对照组的DF曲线显示最高峰值，而RV曲线显示最低峰值。当发生AMI时，梗死区域的心肌失去收缩功能，心室壁应力分布不均，为了维持心脏的整体功能，非梗死区域的心肌会代偿性地拉伸，同时腔壁拉伸会释放神经激素脑钠肽，KE参数的紊乱程度与心肌收缩和脑钠肽水平相关^{[33, 34]}。KE提供了从左心房到主动脉的血流动力学的整体视角，是区分正常和疾病状态下血流效率的量度，为评估AMI后左室功能受损提供了替代参数^[35]。在本研究中，AMI患者DF收缩期峰值KE及平均KE明显减低，舒张期峰值KE及平均KE下降的差异无统计学意义，与先前的研究结果一致^[26]。对于舒张期/收缩期平均KE比值的变化，本质是收缩功能障碍成为当前血流动力学异常的主要原因，而非舒张功能恶化的结果，因此在急性期的评估中应该优先针对收缩功能，比如改善心肌供血、减少心肌进一步坏死等。

3.3 AMI后各血流组分与LVSV的相关性

       本研究发现，对照组中DF比例作为直接参与单次循环的血流组分，其容积与LVSV呈强正相关，这印证了正常左心室的生理性泵血原则，即优先保证直接射血以实现最高效率。而AMI后，心肌坏死导致左室收缩功能受损，LVEF及LVSV显著下降，同时血流组分呈现特征性改变：DF比例减少且与LVSV的相关性减弱，提示直接射血的有效血流比例降低；RIF增多且与LVSV呈负相关，反映AMI后左室舒张期流入的部分血液无法有效参与收缩期射血，可能与血流瘀滞相关^[36]；RV的升高则进一步证实左室内存在长期滞留的血流，这可能增加血栓形成风险^[31]；DEF作为周期起始时左室内残留并被射出的血流，在两组中与SV的相关性均较弱，提示其对正常及受损左室泵血功能的贡献有限。静息状态下，心室因血液滞留已处于LVEDV的高位，Frank-Starling机制的作用平台前移，使其难以通过进一步增加前负荷来提升LVSV；同时，收缩储备的调动也因能量耗散于无效涡流而减弱^[37]。这为解释患者临床表现为劳力性呼吸困难及极差运动耐量提供了确切的病理生理学依据^[38]。因此，LVSV与DF相关性的减低，是连接AMI后结构性损伤与功能性衰竭的关键桥梁。

3.4 本研究局限性

       首先，本研究样本量较小且为单中心研究，单中心入选的病例来源局限，临床特征相对单一，且小样本量可能降低统计检验效能；未来应当开展多个中心的队列研究，以提高研究结果的可靠性及可重复性。其次，研究过程中发现部分病例形态学图像与血流数据图像不能完全匹配的情况，导致血流数据相对于形态学图像发生位移，可能对研究结果产生影响；在未来的进一步研究中，通过扫描前对患者的培训、优化后处理软件及图像配准方法，以最大限度地减少这种误差。

4 结论

       综上所述，4D Flow CMR技术衍生的左心室血流组分参数可有效反映AMI患者左心室血流动力学特征性改变，AMI患者的DF比例降低，RIF、DEF、RV比例升高，且DF收缩期峰值及平均KE显著降低，LVSV与DF比例相关性较对照组减弱；LVEF保留的AMI患者也出现DF比例降低、DEF比例升高的血流动力学异常。左心室血流组分参数对AMI患者左心室血流动力学评估具有较高应用价值，可辅助临床评估AMI患者左心室功能，为识别AMI潜在风险患者提供参考。