基于4D心脏磁共振的马凡综合征患者主动脉三维扩张性研究：揭示年轻和中年患者主动脉生物力学新标志物

《Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance》：3D distensibility of the aorta derived from 4D CMR in young and middle-aged adults with Marfan syndrome

本研究针对马凡综合征（MFS）患者主动脉夹层常发生于未达手术直径阈值的临床难题，通过创新的4D CMR技术开展主动脉三维（3D）扩张性研究。结果显示MFS患者主动脉3D扩张性及位移显著低于健康志愿者，且与年龄、根部直径等风险因素独立相关。这项发表于《Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance》的研究为预测主动脉事件提供了新型影像学生物标志物。

　　

当心脏每一次搏动将血液泵入主动脉时，这条人体最粗大的动脉并非静止不动，而是进行着复杂的三维运动——扩张、收缩、位移和扭曲。对于马凡综合征（Marfan syndrome，MFS）患者而言，这种动态过程背后隐藏着致命风险。MFS是一种常染色体显性遗传性结缔组织疾病，每五千至一万人中即有一人受累。其中最严重的并发症是主动脉瘤形成和主动脉夹层，这也是导致MFS患者死亡的主要原因。

目前，临床实践中主要依据主动脉直径这一单一指标来决定手术时机。然而令人担忧的是，许多MFS患者在主动脉直径尚未达到手术阈值时就会发生主动脉夹层。更值得关注的是，主动脉直径对降主动脉夹层的预测价值十分有限。这凸显了开发新型影像学生物标志物的迫切需求，以更准确地评估MFS患者的主动脉健康状况，指导治疗决策，预防主动脉事件的发生。

在MFS的病理生理过程中，FBN1基因突变导致主动脉壁细胞外基质完整性受损，通过中膜和外膜退化，最终引起动脉僵硬度增加，这在主动脉夹层的发展中起着关键作用。传统的二维（2D）扩张性是衡量动脉僵硬度的常用指标，描述了主动脉尺寸随压力变化的相对改变。但这种方法存在明显局限：当心脏收缩射血时，主动脉会经历复杂的周期性运动，导致升主动脉和降主动脉发生位移和变形。在静态平面中测量扩张性可能无法真实反映主动脉的实际形变。要准确捕捉这一复杂过程，需要具有高时空分辨率的三维（3D）可视化技术，从而评估3D扩张性——这一参数将主动脉扩张、位移和伸长融合为单一指标。

为了解决这一挑战，荷兰阿姆斯特丹大学医学中心的研究团队在《Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance》上发表了一项创新性研究。他们利用先进的4D心脏磁共振（cardiac magnetic resonance，CMR）技术，对年轻和中年MFS患者的主动脉3D扩张性进行了全面评估。

研究人员采用了几项关键技术方法：首先，他们使用3T磁共振扫描仪采集了非对比增强、自由呼吸的3D cine平衡稳态自由进动（bSSFP）序列数据，空间分辨率达到(1.0 mm)³，时间分辨率约33ms；其次，基于深度学习算法实现了主动脉的自动分割；然后通过非刚性配准技术计算3D扩张性及其组成成分；研究纳入了47名健康志愿者、51名未手术的MFS患者和33名有主动脉根部手术史的MFS患者，形成具有代表性的研究对象队列。

研究结果

CMR分析显示，主动脉3D扩张性在不同组间存在显著差异。升主动脉（AAo）3D扩张性（10^-3*mmHg^-1）在健康志愿者、未手术MFS患者和根部手术MFS患者中分别为5.1±1.4、3.6±1.4和1.4±0.7（p<0.001）。降主动脉（DAo）3D扩张性也呈现类似趋势（3.2±1.1 vs. 2.5±0.9 vs 2.4±1.0，p=0.001）。窦管交界处位移（mm）在三组中分别为10.3±1.3、8.7±2.1和5.7±1.6（p<0.001），表明MFS患者主动脉运动能力显著降低。

回归分析3D扩张性发现，在未手术MFS患者中，年龄（β=-0.06）和主动脉根部直径（β=-0.1）与升主动脉3D扩张性呈独立负相关，这一关系不受性别、体表面积和主动脉迂曲指数的影响。有趣的是，2D和3D扩张性测量在所有研究组的升主动脉和降主动脉中均显著相关，验证了新参数的可靠性。

研究结论和意义

本研究通过创新的4D CMR技术，全面评估了MFS患者的主动脉生物力学特性。主要发现包括：首先，使用单次不足5分钟的CMR序列，即可获取关于主动脉解剖结构和动态功能的丰富信息，实现已知和新型标志物的评估；其次，3D扩张性作为与动脉僵硬度相关的新型成像参数，在MFS患者中显著低于健康志愿者；最重要的是，MFS患者与志愿者之间3D主动脉位移的差异在窦管交界处水平最为明显。

这些发现具有重要的临床意义。3D扩张性作为一个综合参数，包含了2D扩张性、纵向应变、主动脉位移和直径等信息，可能更全面地反映主动脉的机械特性。研究中观察到的窦管交界处位移显著降低，与主动脉夹层常发生在该区域的临床观察相符，提示这一参数可能有助于识别高危患者。

值得注意的是，研究发现主动脉迂曲指数（aortic tortuosity index，ATI）与3D扩张性独立负相关，这与先前研究显示主动脉长度与主动脉事件相关的发现一致。这表明3D扩张性可能反映了与主动脉事件相关的年龄独立关系，有望成为预测MFS患者主动脉并发症的新型生物标志物。

然而，本研究作为探索性研究，尚未包含随访或预后数据。未来需要纵向研究来验证这些参数在预测主动脉事件和指导治疗方面的潜在价值。此外，基于分割的非刚性配准方法虽然受CMR图像信号变化影响较小，但仍是基于表面形状和内部设置的变形计算，存在一定假设条件。

这项研究为MFS患者的主动脉评估开辟了新途径。通过4D CMR技术获取的主动脉3D扩张性和位移参数，不仅深化了我们对MFS主动脉病理生理的理解，更重要的是为未来开发更精准的风险预测模型奠定了基础。随着进一步研究的深入，这些新型成像生物标志物有望在临床实践中发挥重要作用，帮助医生更早识别高危MFS患者，及时干预，最终改善患者预后。