通过4D血流心脏磁共振成像评估射血分数降低的心力衰竭患者心脏内血液动能的预后价值

《Journal of Cardiovascular Magnetic Resonance》：Prognostic value of intra-cardiac blood kinetic energy assessed by 4D flow cardiac MRI in heart failure with reduced ejection fraction

本研究利用心脏磁共振成像（CMR）4D血流技术分析心力衰竭（HFrEF）患者的心室血流成分和动能指数（KEi），发现峰值收缩期KEi≤11 μJ/mL可作为预测HFrEF患者不良预后的独立指标，其值降低与心室重构和不良临床事件相关。

　　心力衰竭（Heart Failure, HF）是一种严重影响全球心血管健康的重要疾病，尤其在发展中国家，其患病率正持续上升，给医疗系统带来了巨大的负担。随着研究的深入，越来越多的证据表明，心力衰竭患者的左心室（Left Ventricle, LV）功能不仅涉及容积变化，还与血流动力学特征密切相关。因此，探索能够准确反映心功能状态的影像学指标，对于疾病的诊断、预后评估和治疗决策具有重要意义。本研究通过引入一种先进的影像技术——心脏磁共振四维血流成像（Cardiac Magnetic Resonance 4D Flow），评估其在心力衰竭伴射血分数降低（Heart Failure with Reduced Ejection Fraction, HFrEF）患者中的应用价值。

### 研究背景

心力衰竭的患病人数估计已达2300万，且这一数字仍在持续增长。HFrEF作为心力衰竭的一种常见类型，其定义为左心室射血分数（Left Ventricular Ejection Fraction, LVEF）低于40%。这类患者通常表现出左心室的进行性扩张和不良的心脏重塑，这些变化不仅影响心脏的收缩功能，还可能干扰血流的正常模式。传统的LVEF评估虽然在临床实践中广泛应用，但其主要反映的是心脏收缩时的容积变化，难以全面描述心室内复杂的血流动力学特征。因此，寻找一种能够更全面、更准确地反映心功能的影像学参数，成为当前研究的热点。

心脏磁共振成像（Cardiac Magnetic Resonance Imaging, CMR）作为一种非侵入性的影像工具，已被广泛应用于心脏结构和功能的评估，并被认为是量化心室形态和功能的“金标准”。此外，CMR四维血流成像技术能够非侵入性、准确地可视化心室内血流模式，并量化血液的动能（Kinetic Energy, KE）。这种技术在扩张型心肌病、心肌梗死、心力衰竭和先天性心脏病等疾病的评估中展现出良好的应用前景。通过四维血流成像，可以将心室内血流分为四个功能组分：直接血流（Direct Flow, DF）、滞留流入（Retained Inflow, RI）、延迟射血血流（Delayed Ejection Flow, DEF）和残余容积（Residual Volume, RVo）。这些参数不仅有助于理解心室血流的动态变化，还可能成为预测患者预后的有力工具。

### 研究方法

本研究纳入了2019年5月至2022年5月期间接受CMR检查的420例HF患者以及16名健康对照者。最终，有195例HFrEF患者和16名健康对照者被纳入分析。研究遵循赫尔辛基宣言，并获得北京安贞医院伦理审查委员会的批准（批准号：2018099X）。所有参与者均签署知情同意书。研究对象的入选标准包括无心血管或肺部疾病史、无高血压或糖尿病病史，且心电图（ECG）正常。排除标准包括年龄小于18岁、严重肾功能不全（GFR < 30 ml/min）、30天内发生不稳定心绞痛或急性心肌梗死、心律失常（包括房颤）、显著瓣膜疾病或既往瓣膜手术、心室内分流、CMR检查禁忌症以及妊娠。

在CMR检查中，所有患者均接受了平衡稳态自由进动（bSSFP）电影序列、四维血流成像（4D Flow）和延迟钆增强（Late Gadolinium Enhancement, LGE）序列。其中，bSSFP电影序列用于评估心室的容积和功能，包括左心室舒张末容积（LVEDV）、收缩末容积（LVESV）、射血分数（LVEF）、搏出量（SV）和心输出量（CO）。LGE成像用于检测心肌纤维化，其定量分析通过手动调整灰度阈值完成，以确定心肌纤维化的区域。所有数据均通过专用的后处理软件（CVI42，Circle Cardiovascular Imaging Inc.）进行分析，并由经验丰富的放射科医生（R. W.，拥有12年心血管影像学经验）完成。

### 研究结果

研究结果表明，HFrEF患者的DF和DEF比例显著低于健康对照组，而RVo比例则显著升高。此外，在随访期间（中位数为21个月，范围为10至36个月），78例HFrEF患者经历了不良事件，包括心脏相关死亡、心力衰竭再住院、心脏再同步治疗（CRT-D）、植入式心脏转复除颤器（ICD）植入和再血管化。与无不良事件的患者相比，这些患者的DF、DEF和峰值收缩期动能指数（Peak Systolic KEi）均较低，而RVo和早期舒张期动能指数（Early Diastolic KEi）较高。这些结果表明，心室内血流成分和动能参数可能与HFrEF患者的不良预后存在显著关联。

进一步的多变量逻辑回归分析显示，峰值收缩期KEi、左心室收缩末容积指数（LV-ESVi）和LGE%是独立预测不良事件的因素。其中，峰值收缩期KEi的截断值为≤11 μJ/mL时，可有效区分高风险和低风险患者。Kaplan-Meier曲线分析也支持这一发现，表明峰值收缩期KEi高于11 μJ/mL的患者预后更好。这些结果提示，峰值收缩期KEi可能成为HFrEF患者预后评估的新指标。

### 讨论与临床意义

本研究的主要发现是，4D Flow CMR衍生的峰值收缩期KEi在HFrEF患者中具有独立和增量的预后价值。KEi不仅能够反映左心室收缩时的能量效率，还可能揭示心室内血流组织的异常，即使在射血分数看似正常的情况下。此外，KEi与左心室重塑和不良预后存在显著关联，表明其可能成为心力衰竭管理中的重要影像学标志物。

与传统的LVEF相比，KEi能够更全面地反映心室收缩时的能量转化过程，从而捕捉到细微的机械功能异常。在本研究中，尽管LVEF在HFrEF患者中较低，但部分患者的KEi并未明显降低，这可能提示他们仍具有一定的代偿能力。然而，对于KEi显著降低的患者，其不良预后风险更高，这可能与心室内血流组织的紊乱有关。因此，KEi不仅可以用于评估心功能，还可能成为预测心力衰竭进展的重要工具。

此外，本研究还探讨了KEi在心力衰竭早期和晚期舒张期的表现。结果显示，心室内血流动能在不同阶段表现出不同的模式，这可能与心脏重塑的不同阶段相关。例如，早期舒张期的KEi较低可能提示心室顺应性下降，而晚期舒张期的KEi较高可能与心室充盈异常有关。这些发现为理解心力衰竭的血流动力学机制提供了新的视角。

### 临床应用价值

本研究的结果表明，4D Flow CMR衍生的KEi具有重要的临床应用价值。首先，KEi能够作为非侵入性的影像学标志物，用于心力衰竭患者的预后评估。其次，KEi与传统的LVEF和LGE相结合，可以提供更全面的心功能评估，有助于个体化治疗方案的制定。此外，KEi作为一种动态指标，可以用于监测治疗效果和评估心室重塑的进展，为心力衰竭的长期管理提供依据。

在实际临床应用中，KEi的评估可能帮助医生更早识别高风险患者，并采取更积极的干预措施。例如，对于KEi显著降低的患者，可能需要更频繁的随访或更早的干预。此外，KEi的引入还可以促进心力衰竭的早期诊断和治疗决策，从而改善患者的预后。

### 研究局限性

尽管本研究提供了重要的临床见解，但仍存在一些局限性。首先，4D Flow成像的采集时间较长，通常在8至15分钟之间，这可能影响患者的依从性和检查的普及性。其次，心律失常可能干扰4D Flow的分析，因此在实际操作中需要采取措施减少这种影响，例如使用回顾性ECG门控技术。此外，本研究的样本量虽然较大，但其结果仍需在更大的人群中验证，以确保其普遍适用性。

### 结论

综上所述，4D Flow CMR衍生的峰值收缩期KEi是一种非侵入性的左心室血流效率指标，其在HFrEF患者中的应用具有重要的预后价值。通过将峰值收缩期KEi与传统的LVEF和LGE相结合，可以更准确地评估心功能，并为个体化治疗提供依据。未来的研究可以进一步探索KEi在不同心力衰竭类型中的应用，并优化其在临床实践中的操作流程，以提高其实用性和可推广性。