《Diagnostics》：Exercise Cardiovascular Magnetic Resonance for the Diagnosis and Phenotyping of Heart Failure with Preserved Ejection Fraction: A Comprehensive Review
摘要：在射血分数保留型心力衰竭（HFpEF）中，功能异常主要可能在运动过程中显现。因此，静息状态下的检查可能仅能部分解释劳力性症状。运动心血管磁共振成像（Ex-CMR）可在生理应激条件下测量心腔容积、心肌形变及血流，以评估心血管储备功能。本综述探讨了Ex-CMR的技术基础及其在HFpEF诊断、生理表型分型及治疗监测中的应用。综述还考虑了心房、双心室及血管储备指标在生理学解读与临床证据方面的意义，并重点关注了标准化采集、多参数评估及临床转化等问题。
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引言
射血分数保留型心力衰竭（HFpEF）约占心力衰竭病例的一半，其在部分人群研究中的相对患病率有所上升。这一趋势伴随人口老龄化以及肥胖、高血压、糖尿病、心房颤动和慢性肾脏病负担的日益加重。HFpEF不仅涉及舒张功能障碍：异常可能累及心脏结构、血流动力学、肺循环、血管功能及外周代谢储备。尽管静息左心室射血分数保留，患者仍可能出现明显的劳力性症状。左心房容积、利钠肽水平或超声心动图充盈压替代指标可能处于临界状态。当静息评估不确定时，运动过程中左心充盈压、前向血流及肺血管负荷的变化有助于识别症状背后的生理异常。
H2FPEF和HFA-PEFF评分有助于估算验前概率并识别需要进一步检查的患者，但两者均不能全面描述运动血流动力学特征。运动右心导管检查可直接测量肺毛细血管楔压（PCWP）、肺动脉压和心输出量。在适当的临床背景下，这些测量为运动诱发性HFpEF的诊断提供了参考标准。静息PCWP≥15 mmHg或仰卧位运动PCWP≥25 mmHg通常支持左心充盈压升高，其解读需结合体位、负荷强度、呼吸时相、校准及心输出量反应。由于其有创性，限制了其在表现为劳力性症状的大规模人群中的常规一线应用。
负荷超声心动图评估运动期间或早期恢复期的二尖瓣血流、组织多普勒速度、三尖瓣反流速度及心输出量。声窗条件、心律失常以及运动停止与成像之间的时间间隔可能影响其结果。心肺运动试验（CPET）可客观测量运动受限程度，但通常难以区分左心、肺循环与外周组织的贡献。静息CMR可提供可重复的心室和心房容积、晚期钆增强（LGE）、天然T1和细胞外容积（ECV）测量，并评估心包或浸润性疾病。然而，常规静息屏气电影成像也可能遗漏功能储备受损。
Ex-CMR在静息结构评估基础上增加了应激条件下心房功能、双心室容积与输出量以及大血管血流变化的测量。2021年HFpEF-Stress试验将实时运动CMR与运动右心导管检查进行了比较。运动左心房长轴应变（LA-LAS）显示出较高的诊断鉴别能力。随后的中期及四年随访报告考察了心房功能与临床事件之间的关联。本综述探讨Ex-CMR测量如何为诊断和生理表型分型提供信息，以及相关证据如何转化为临床实践。
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文献检索与证据评估
于2026年9月1日在MEDLINE、Embase、Web of Science Core Collection和Scopus中完成结构化文献检索，覆盖自数据库建立至该日期的记录。检索策略结合了受控词汇和自由文本术语，涵盖射血分数保留型心力衰竭（HFpEF）、心血管磁共振（CMR）及运动或运动应激。补充技术检索包括实时成像、可行性、可重复性、参考值、相位对比血流成像、特征追踪、压缩感知和深度学习重建、波谱学、磷波谱、血氧水平依赖成像及氧测量等相关术语。对符合条件文章的参考文献列表及相关综述进行了筛查，并对关键Ex-CMR报告进行了前向引文检索以识别额外研究。
符合条件的报告为评估磁体内运动CMR或动态运动后即刻采集CMR的疑似或确诊HFpEF患者的全文英文人体研究。当技术研究直接为Ex-CMR采集、可重复性、可行性或运动相关参数解读提供信息时，纳入健康参与者或比较人群中的技术研究。排除动物和儿童研究、病例报告、社论、叙述性综述、无对应全文的会议摘要、无运动成分的药理应激研究以及无相关CMR运动评估的研究。仅在静息CMR为鉴别诊断、技术解读或运动发现的生理背景提供信息时考虑单独使用静息CMR的研究。
对每项纳入研究，记录研究设计、样本量、参与者特征、HFpEF定义或比较组、运动方案、CMR采集时机、参考标准或临床终点、可分析扫描率、排除标准、主要定量发现及可获得的随访结局。由于文献涵盖诊断验证、生理表型分型、技术可行性、预测建模、预后及小型机制性干预研究，未进行正式汇总。
证据采用结构化叙述框架而非单一偏倚风险评估工具进行评估。研究根据参考标准的适当性、队列规模、参与者选择、CMR相对于运动和侵入性检查的采集时机、可分析数据完整性、验证独立性及临床决策相关性进行解读。区分了使用侵入性运动血流动力学的直接诊断证据、探索性影像或预测模型研究、技术和参考范围研究，以及预后或干预研究。源自HFpEF-Stress研究项目的报告被视为重叠或部分重叠参与者的相关分析，而非独立重复。
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HFpEF的病理生理学与运动不耐受机制
3.1 心脏功能障碍与心血管耦联受损
HFpEF运动不耐受可能涉及多种心脏机制，包括更陡峭的舒张期压力-容积关系、左心室顺应性降低及舒张充盈时间缩短。运动期间，健康心脏通过增加静脉回流、舒张期抽吸、心率和收缩储备维持前向输出。在HFpEF中，有限的舒张充盈时间可能限制舒张末期容积的募集。随着负荷增加，左心房压力可能升高而每搏输出量未能有效增加。左心房反映慢性充盈压负荷，并在运动期间将肺静脉回流传输至左心室。心房储备功能受损及房室耦联异常可能促进运动期间压力更早升高。左心室射血分数保留并不意味着收缩储备正常。纵向、 circumferential 或扭转力学以及血流动力力等衍生指标的运动反应可能揭示静息射血分数所掩盖的限制。右心室必须适应增加的肺血流量以及运动期间肺血管阻力和顺应性的变化。右心室收缩储备有限、肺动脉后负荷升高以及右心室-肺动脉耦联受损可能共同降低心输出量。系统性动脉僵硬度及异常的心室-动脉耦联可能进一步增加左心室运动期间射血所承受的负荷。
3.2 心外因素与综合征异质性
左心室舒张功能本身无法完全解释HFpEF的症状。肺血管或肺实质疾病、贫血、肥胖、失健、骨骼肌氧利用受损及内皮功能障碍可能导致或加重劳力性呼吸困难。肥胖和心外膜脂肪组织可能通过炎症、机械约束和代谢改变影响心脏结构和功能。磷磁共振波谱已在部分患者中识别出与运动诱发性肺淤血相关的心肌能量异常。Ex-CMR描述运动的心血管反应；肺功能、CPET、代谢测量和症状完善其临床解读。
3.3 运动血流动力学与压力-流量失匹配
运动PCWP及其与心输出量的关系均有助于描述HFpEF血流动力学特征。压力-流量关系有助于区分高流量反应与不成比例的压力升高。肺动脉压、流量、阻力或顺应性的同步测量有助于识别肺循环受累。运动期间每搏输出量、心输出量、心房形变和血管面积的变化有助于描述与压力-流量失匹配相关的功能反应。Ex-CMR通过将这些反应与心腔几何和循环输出相关联，补充了侵入性压力测量。
3.4 运动作为潜在生理异常的窗口
代偿性静息血流动力学可能掩盖舒张、前向血流或肺血管储备的轻度受损。诱发症状的运动增加静脉回流、心率、血流量和血管负荷，可暴露这些潜在失匹配。在Ex-CMR中，达到的负荷、体位、采集时机和图像质量应与临床问题相匹配。运动期间成像与运动停止后成像采样不同的生理状态。记录采集时间可区分运动反应与恢复期。
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运动CMR的技术基础
4.1 运动方式与设备
MR兼容的仰卧位自行车测力计允许在磁体内运动期间进行实时成像，并最大限度减少运动与采集之间的延迟。磁体外运动需要快速转运或重新定位以进行成像。该方法减少持续运动产生的伪影，但更容易受血流动力学恢复的影响。握力运动提供具有确定强度、频率和持续时间的刺激，但其反应不能直接外推至动态全身运动。多巴酚丁胺增加心率和心肌收缩力，但不能完全再现全身运动的整合生理反应。因此，运动方式构成每个储备指标解读的一部分。
安全程序应包括禁忌证筛查、运动期间心电图和症状监测、血压记录及预设终止标准。监督团队需要具备CMR、运动试验和急救方面的专业知识。运动能力、体型、肌肉骨骼限制和幽闭恐惧症可能影响患者完成检查。心律失常和运动伪影也可能降低图像质量和个别序列的可分析性。可行性报告应描述参与者流程，并给出检查不完整或结果不可解释的数量及原因。序列级别的尝试和成功采集计数，包括老年患者和合并症患者中的失败情况，有助于评估对常规HFpEF人群的适用性。
4.2 实时成像与加速技术
运动期间心率加快、呼吸加深、节律不齐和身体运动限制了常规心电图门控屏气序列。实时自由呼吸电影成像是Ex-CMR评估心腔容积、室壁运动和心房功能的基础。压缩感知、并行成像和深度学习重建加速采集。其对图像质量和定量测量的影响需要针对每个采集和重建方案进行验证。相位对比CMR测量主动脉或肺动脉血流，通过积分流量曲线可推导每搏输出量和心输出量。实时相位对比成像可测量运动流量，前提是方案考虑呼吸和身体运动、测量平面位置、速度编码、背景相位偏移和心律失常。特征追踪从电影图像推导心房和心室形变。其结果取决于图像质量、分析方法和软件平台。LA-LAS则使用整个心动周期中心房长轴长度的几何变化。其测量原理和数值尺度不同于特征追踪应变，因此诊断阈值必须与所用方法相关联。
4.3 可测量参数与解读层次
Ex-CMR产生基础图像测量、衍生功能指标和基于模型的估计。基础测量包括心腔容积、血管横截面积、速度和信号强度。流量和形变参数通过后处理获得，包括速度积分和运动追踪。每搏输出量、心输出量、指数化心房容积和房室耦联指数由这些测量计算得出。CMR估计的PCWP是基于影像变量的模型输出。每个层次具有不同的误差来源，从基础测量的可重复性和准确性开始。衍生指标应明确其公式、单位、输入、分割规则和软件版本。模型评估应报告预测误差、校准和验证方法，包括在独立人群中的后续评估。诊断应用还需要阈值选择的基础及这些阈值下的性能。绝对运动值与储备不同。储备可表示为运动减去静息差值、静息百分比变化或运动与静息之比；定义应明确。电影容积差推导的每搏输出量也应与相位对比成像测量的前向或净流量区分，特别是在存在反流或分流的情况下。
4.4 标准化的最低要求
可行性应在完整检查层面而非仅最终可分析数据集层面进行评估。报告应说明开始运动、达到预期负荷、完成每个序列并贡献于每个定量终点的患者数量，以及终止或图像排除的原因。在心肌扭转储备研究中，94名初始入组参与者中有27名因心律失常、层面不匹配或触发问题被排除。在一项近期单心动周期Ex-CMR可重复性研究中，141名参与者中有136名获得技术上成功的检查；然而，仅15名健康个体有重复成像，使得肥胖、心房颤动、肺部疾病或晚期HFpEF患者中的可重复性仍不明确。同样，恢复期定量灌注在临床排除后99名合格参与者中有89名可分析，说明可行性因序列和终点而异，而非仅因患者而异。方案级报告因此应提供序列特异性成功率、图像质量标准、排除机制、观察者可重复性以及尽可能的重复测量变异性。
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运动CMR在HFpEF诊断中的应用
5.1 静息CMR提供的基础与剩余诊断缺口
Leiner等人的SCMR立场文件描述了CMR在评估双心室容积、心肌组织、心包和结构性心脏病方面的临床价值。在劳力性呼吸困难患者中，这些测量主要支持鉴别诊断。左心室质量和心房容积描述重构特征。心肌形态、LGE分布、天然T1、T2和ECV为淀粉样变、心肌炎、瘢痕、肥厚型心肌病及其他浸润性或贮积性疾病提供线索。心包形态、呼吸性心室相互依赖和瓣膜评估有助于识别缩窄性心包炎和显著瓣膜病。静息CMR确定了解释运动反应所依据的结构和组织发现。静息正常发现不能排除运动诱发的充盈压异常。Borlaug等人发现部分劳力性呼吸困难患者在利钠肽水平和静息血流动力学正常的情况下，运动PCWP显著升高。HFpEF-Stress研究随后表明，实时运动CMR的心房功能测量可揭示静息时不太明显的异常。运动特异性证据对鉴别诊断仍然有限。静息CMR仍是识别可能模拟HFpEF的浸润性、炎症性、肥厚性、瓣膜性、心包性或瘢痕相关底物的主要CMR检查。特别是，晚期钆增强、天然T1、细胞外容积、心室形态和心包特征可支持识别心脏淀粉样变、肥厚型心肌病、缩窄性心包炎或其他劳力性症状的结构性原因。运动文献提供支持性而非确定性鉴别：Burrage等人纳入心脏淀粉样变患者，显示心肌能量、心室储备和运动相关肺水信号之间的不同关联，而Schulz等人将肥厚型心肌病作为恢复期定量灌注研究的比较组。这些研究表明Ex-CMR可在静息CMR识别潜在替代底物后增加生理背景；它们并未建立淀粉样变或肥厚型心肌病的运动CMR鉴别诊断算法。
5.2 以运动右心导管检查为参照的心房和容积储备研究
在2021年HFpEF-Stress试验中，Backhaus等人将实时自由呼吸运动CMR与静息和运动右心导管检查测量的PCWP进行比较。前瞻性招募表现为劳力性呼吸困难、左心室射血分数保留且有超声心动图舒张功能障碍征象的患者。最终队列包括68名参与者：34名血流动力学定义的HFpEF和相同数量的非心源性呼吸困难。实时CMR在静息和运动期间测量左心室充盈、左心房排空和长轴形变。将这些反应与侵入性血流动力学分类进行比较。
在该选定单中心队列中，运动LA-LAS是区分HFpEF与非心源性呼吸困难的最佳CMR指标。其受试者工作特征曲线下面积（AUC）从静息时的0.82增加至运动时的0.93（p=0.029）。相比之下，总舒张期和早期舒张期左心室充盈容积在两组间均无显著差异。因此，运动心房形变可能比某些心室充盈容积指标对HFpEF相关功能障碍更敏感。它可能区分静息心腔功能相似患者对应激的适应差异。
Schulz等人随后在同一项目内比较了实时相位对比CMR与侵入性方法测量的静息和运动心输出量。研究纳入68名劳力性呼吸困难患者，在24小时内接受CMR和右心导管检查。测量显示良好一致性，CMR倾向于低估心输出量。由于检查并非同步进行，负荷和生理状态差异也可能导致方法间变异。该比较支持实时相位对比CMR用于运动心输出量的无创量化。
心房与心室容积之间的关系增加诊断信息。Backhaus等人开发的左房室耦联指数（LACI）在HFpEF中静息和运动时均高于非心源性呼吸困难。其与相应状态下的PCWP中度相关（静息r=0.48；运动r=0.55）。将LACI与LA-LAS和心输出量结合解读有助于将心房形变和房室充盈与前向输出相关联。其定义和表型意义在第6.2节讨论。
5.3 运动充盈压的无创估计与复合诊断指标
在随后的HFpEF-Stress分析中，Backhaus等人将现有PCWP方程应用于静息和运动期间自由呼吸采集的实时CMR图像。方程使用左心室质量和左心房容积或面积。估计PCWP与侵入性测量中度相关，静息时高估而运动时低估。基于左心房容积的模型在运动期间识别HFpEF的AUC为0.81，静息时为0.73。运动评估在隐匿性HFpEF中也增加了诊断信息，其中充盈压仅在运动时升高。运动图像改善了鉴别能力，特别是在静息血流动力学不确定时。
Backhaus等人随后开发了纳入左心房储备应变和指数化左心室收缩末期容积的功能性PCWP模型。推导和验证队列包括不同的肺动脉高压表型。使用静息CMR变量分别估计静息和运动PCWP。运动压力模型识别HFpEF的AUC为0.85，而使用左心房容积和心室质量的形态学模型为0.67。纳入心房功能改善了模型将静息影像发现与运动血流动力学联系起来的能力。
压力模型需要分别评估数值准确性和识别压力升高的能力。高AUC可与系统性压力偏倚共存。估计连续压力值的模型应报告误差和校准；分类模型需要预设阈值下的敏感性和特异性。两种模型类型也使用不同时间采集的输入。将现有方程应用于运动图像和从静息功能预测运动压力解决不同的诊断问题。
Ghanbari等人提出使用功-容积环框架的心肌动态指数（MDI）。它结合平均静息和应激每搏输出量指数、达到的最高运动功率和左心室质量。终点为心源性呼吸困难，其范围比侵入性定义的HFpEF更广。它纳入部分侵入性压力正常但静息影像异常的患者，以及射血分数轻度降低的患者。在93名呼吸困难患者中，MDI单独区分心源性与非心源性呼吸困难的AUC为0.91。将MDI加入临床和静息CMR模型后，AUC从0.86增加至0.93（p=0.012）。在该人群中，运动表现和容积反应共同增加了超出临床和静息影像评估的信息。由于达到的功率是输入，MDI同时纳入心脏反应和达到的运动负荷。
5.4 与既定诊断路径的互补性
运动超声心动图、心肺运动试验（CPET）、侵入性运动血流动力学和Ex-CMR考察劳力性受限中重叠但不完全相同的方面。运动超声心动图可评估运动期间或早期恢复期的二尖瓣血流、组织多普勒速度、三尖瓣反流速度和心输出量；同步侵入性-超声心动图研究显示，其诊断解读在与运动充盈压相关联时最具信息量。CPET直接量化氧摄取、通气效率、变时性反应和外周运动受限，而侵入性运动试验在临床问题是运动期间PCWP、肺动脉压或压力-流量关系是否异常时仍为参考方法。H2FPEF和HFA-PEFF提供验前概率估计，但两者在异常主要出现在运动期间的患者中可能仍不确定。
HFpEF-Stress试验提供了一个重要的生理比较平台，因为其参与者在同一研究项目内接受了侵入性运动血流动力学评估、超声心动图和实时运动CMR。然而，侵入性检查和超声心动图在导管检查方案期间进行，而CMR通常在另一天采集。因此，该研究支持Ex-CMR测量与血流动力学分类之间的生理关联，但未证明Ex-CMR在当日、独立、非选择性转诊队列中提供超出负荷超声心动图、H2FPEF、HFA-PEFF或CPET的增量诊断价值。
Ex-CMR当前最可辩护的角色因此是选择性而非替代性。在持续劳力性症状、LVEF保留、临床评估和标准检查后诊断概率中等、超声心动图不确定或技术受限的患者中，Ex-CMR可在一次检查中描述动态心腔容积、心房形变、前向血流和血管反应。当需要基于压力的确定性诊断、肺动脉压测量或压力-流量评估时，侵入性运动血流动力学仍属必要。图1说明了Ex-CMR在该选择性诊断路径中的拟议位置。
5.5 诊断性能解读与证据局限性
当前诊断证据具有明确层级。最直接的证据来自HFpEF-Stress项目，其中实时Ex-CMR测量对照侵入性静息和运动PCWP进行解读。运动LA-LAS、LACI、CMR推导心输出量和CMR估计PCWP因此应被解读为从重叠或部分重叠队列获得的关联信号，而非独立重复的诊断测试。功能性PCWP模型同样扩展了这一工作项目，纳入左心房功能变量，但仍是在临床代表性HFpEF人群中需要外部校准的预测模型。Schuster等人提供了潜在肺血管疾病的补充侵入性参考证据，尽管肺血管表型及其阈值是研究特异性的。相比之下，心肌动态指数和双心室储备研究提供了来自更广泛心源性呼吸困难或HFpEF谱系人群的独立但探索性证据；两者均未将侵入性血流动力学HFpEF分类作为唯一目标疾病。
多个HFpEF-Stress分析共享一个源队列，提供互补的生理观察而非独立重复。高AUC描述该队列内的鉴别能力；临床应用还需要预设阈值下的敏感性、特异性和校准。独立验证应包括跨采集平台、运动方案和心律的连续转诊。体位、负荷和采集时机应与参考检查匹配。诊断路径评估应包括不可分析检查，并评估超出H2FPEF、HFA-PEFF、负荷超声心动图和CPET的增量价值。
优先群体包括常规评估后诊断概率中等、需要进一步评估心脏储备的患者。前瞻性路径研究应测试Ex-CMR是否改善诊断确定性和运动右心导管检查的转诊决策。
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HFpEF的运动CMR生理表型分型
6.1 基于运动储备的生理表型分型框架
HFpEF患者可能有相似的症状和静息射血分数，但运动能力的生理限制不同。运动CMR通过评估心房功能和房室耦联、双心室容积和输出储备、右心室-肺循环适应以及系统性动脉反应来描述这种异质性。静息能量学和运动后灌注增加代谢和微血管功能信息。这些异常可在个体中共存，并构成生理表型研究的基础。统一的临床阈值和治疗选择规则仍有待建立。表2总结了测量定义和解读考虑。
6.2 左心房储备、房室耦联及修饰因素
左心房储备是容纳增加的肺静脉回流并通过协调的储备、通道和主动收缩反应支持心室充盈的能力。储备受损可能涉及运动期间形变、排空或容积变化不足，以及心房扩大。Ex-CMR使用LA-LAS、心房射血分数、容积变化和LACI描述这些反应。形变和排空主要描述心房功能，而LACI描述特定心脏时相下的房室容积关系。综合评估这些测量可能揭示静息形态学未完全捕捉的适应受损。
在HFpEF-Stress试验中，运动加剧了静息时不太明显的心房功能差异。生理上，心房形变降低反映对静脉回流和充盈负荷增加的适应有限。心房功能障碍、心室舒张特性和负荷条件均可促成。将LA-LAS与心房排空、心室容积和前向输出结合评估，可将心房形变与更广泛的房室反应相关联。
LACI计算为同一心室舒张末期时相下左心房容积除以左心室容积再乘以100%。在HFpEF-Stress队列中，HFpEF的静息和运动LACI分别为45.7%和45.7%，而非心源性呼吸困难为31.6%和27.9%。两组间差异在两种状态下均显著（p<0.001）。LACI升高可反映残余心房容积更大、心室充盈容积更小或两者兼有。结合比率检查各分量容积有助于解释这些运动反应所提示的有限房室调节。
静息心房几何也有助于解读运动反应。在一项横断面三维形状分析中，Backhaus等人识别出仅在运动时充盈压升高的患者存在局部心房顶部扩大。静息压力升高与更广泛的扩大相关。这些空间差异提示区域心房几何可能增加超出总心房容积的信息。
合并症和脂肪分布可能修饰心房运动反应。在68名HFpEF-Stress参与者中，Schulz等人发现心外膜脂肪组织（EAT）负荷较高者表现为更明显的HFpEF（64%对37%）。较高的EAT与静息和运动期间心房应变受损以及运动期间心室应变受损相关。双心室容积和心室质量无显著差异。相比之下，一项32名肥胖合并HFpEF患者的研究发现静息MRI推导心室EAT与坐位运动充盈压或运动能力之间无显著关联。这些研究评估了不同的解剖区域、运动体位和患者群体。这些差异在解读EAT与运动表型之间的关联时很重要。
心房和心室运动反应也因性别而异。一项分层的HFpEF-Stress分析发现，HFpEF女性患者的运动右心室每搏输出量指数低于男性（38.1对50.4 mL/m2；p=0.011）。心房射血分数从静息到运动的变化分别为-2.7和+2.5个百分点（p=0.020）。女性的运动左心室充盈容积也较低。这些小样本关联支持在解读心房和心室储备时考虑体型、性别和负荷条件。
6.3 左心室及双心室容积和力学储备
心室储备涉及通过舒张末期和收缩末期容积变化及心肌形变增加每搏输出量的能力，且两心室之间协调。异常包括充盈容积募集不足、收缩末期容积减少有限或心室对应激的反应不一致。静息射血分数保留不一定表明运动期间输出储备充足。比较静息、运动期间或运动后即刻的双心室容积和力学有助于区分储备受损的模式。
Ghanbari等人回顾性分析了前瞻性招募的多中心队列。包括40名健康对照、27名非心源性呼吸困难和73名研究定义HFpEF谱系参与者。所有Ex-CMR检查在一个影像中心进行，电影图像在仰卧骑行停止后10-20秒采集。左心室舒张末期容积储备在HFpEF亚组中普遍受限，而收缩末期容积减少不足主要出现在C期。右心室储备在合并肺动脉高压时受损更严重。四种双心室容积储备参数的组合定义了六种反应模式。该横断面分析区分了研究人群中心室充盈和排空的模式。
容积储备定义为（运动后容积-静息容积）/静息容积×100%。心室效率指数从舒张末期容积百分比变化中减去收缩末期容积百分比变化；双心室指数为两心室指数之和。此处效率指容积适应，而非心肌能量效率。研究定义的B期包括表现为劳力性呼吸困难、静息和运动充盈压正常且有CMR异常的症状性患者。这与指南B期或心力衰竭前期不同，后者排除当前或既往心力衰竭症状。
Morales等人使用心肌标记评估收缩期扭转增强，这是一种力学储备测量。心肌扭转储备定义为运动后扭转除以静息扭转；未直接评估舒张期解旋。94名初始入组参与者中有27名因心律失常、层面不匹配或触发问题被排除。在67名可分析参与者中，运动诱发和显性HFpEF的值分别为1.1±0.1和1.2±0.2。这些低于健康对照（1.7±0.4）和非心源性呼吸困难（1.6±0.4）。较低的扭转增强表明尽管静息射血分数保留，力学储备仍受损。
其他力学测量评估充盈和射血如何协调。使用静息电影图像，Backhaus等人识别出HFpEF中纵向血流动力力、收缩峰值和冲量较低，以及与晚期舒张充盈相关的异常。Edlund等人研究了13名健康志愿者和22名跨射血分数类别的心力衰竭患者。运动使心室-心房短轴面积差在两组中向相反方向变化。它在心力衰竭中降低但在对照中增加，提示舒张充盈的几何条件不太有利。静息血流动力力和运动期间液压力的几何分量变化描述了充盈和射血的不同方面。
6.4 右心室-肺循环储备
右心室-肺循环储备描述右心室在运动期间容纳增加的肺流量和变化的血管负荷的能力。异常可能包括每搏输出量增加不足、纵向收缩储备有限或肺动脉扩张与流量需求之间的失匹配，即使射血分数保留。Ex-CMR同时测量心室容积、形变、前向流量和肺动脉面积变化。这些测量可揭示静息时不太明显的右心限制。加入侵入性压力测量可将这些影像发现与肺血管负荷相关联。
在67名HFpEF-Stress参与者中，Schuster等人使用研究特异性定义：运动肺血管阻力≥1.74 Wood单位。他们比较了符合该定义的24名参与者与其余43名。符合定义的参与者运动右心室纵向功能、每搏输出量和峰值流量较低，同时心房充盈和左心室心指数降低。右心室峰值流量指数在运动时比静息时更好地区分该血流动力学分组（AUC 0.89对0.73；p=0.004）。右心室输出量、心房充盈和左心室心指数的同步降低将肺循环限制与整体心脏运动反应联系起来。
Wolter等人考察了34名HFpEF和34名非心源性呼吸困难患者右心室如何适应运动负荷。结合肺动脉压和CMR容积测量推导有效动脉弹性和收缩末期弹性替代指标。HFpEF的静息后负荷和收缩力指数较高，但运动期间相对收缩力增强较小。静息充盈压升高的患者储备最受限。后负荷与收缩力之比Ea/Ees的运动增加在HFpEF中未达统计学显著性（p=0.078）。主要发现是尽管静息收缩力和后负荷较高，运动收缩力增强仍有限。
Schulz等人评估了肺动脉运动反应。在63名静息右心室射血分数正常的参与者中，实时相位对比成像测量主肺动脉面积搏动性和以右心室每搏输出量归一化的搏动性。这些指标是不含压力测量的肺动脉顺应性影像替代指标。HFpEF和非HFpEF组的静息值相似，但HFpEF的运动面积搏动性较低（13%对20%；p<0.001）。归一化指数也较低，运动指数降低与后续心血管事件相关。运动揭示了尽管静息右心室射血分数保留，动脉扩张仍异常。
连续成像可追踪右心室随时间的变化。Backhaus等人重复了HFpEF-Stress参与者的CMR。未行房间隔分流植入的HFpEF亚组静息和运动右心室长轴应变下降。非心源性呼吸困难无相应变化。由于应变同时依赖心室功能和负荷条件，其连续测量追踪两者在静息和运动期间的联合效应。
Petit等人将运动CMR与同步侵入性压力测量相结合，将右心室容积反应与肺循环负荷相关联。HFpEF和舒张功能受损的向心性重构与较不利的运动肺动脉压力-流量反应以及右心室收缩末期压力-容积比储备较低相关。后者与峰值氧摄取相关。该机制性研究表明，即使静息异常较轻，右心室代偿受限也可能出现。干预发现在第7节讨论。
6.5 系统性动脉负荷
主动脉弹性和运动血压反应影响左心室射血和舒张充盈。主动脉僵硬度增加可损害搏动性血流缓冲、增加射血负荷并改变心室-动脉协调。CMR使用主动脉脉搏波速度（PWV）、血管面积变化和使用脉压计算的扩张性评估系统性动脉负荷。研究考察了静息僵硬度与异常运动血流动力学的关系，以及急性运动后主动脉扩张性的变化。这些测量涉及动脉功能的不同方面。
Schulz等人分析了48名HFpEF-Stress参与者的静息主动脉PWV。非心源性呼吸困难、隐匿性HFpEF和显性HFpEF的值分别为7.0、10.0和11.0 m/s。两个HFpEF组均高于非心源性呼吸困难（p=0.005和p=0.01）。这些静息测量描述了运动充盈压异常患者的动脉僵硬度特征。
Orizu等人评估了24名心力衰竭患者和26名对照的恢复期主动脉扩张性。主动脉成像在亚极量仰卧骑行前和约1分钟后进行，使用无创脉压计算扩张性。扩张性在整体心力衰竭组中降低，主要由研究定义的射血分数降低亚组驱动。10名患者的HFpEF亚组无显著变化。
系统性动脉负荷的证据目前主要来自静息僵硬度的关联。要确定这些测量是否增加独立的表型信息，需要将主动脉面积和速度变化与同阶段的血压、心室输出和充盈相关联。
6.6 能量学、灌注与多参数整合
心肌能量学、灌注和肺水成像考察运动不耐受的相关组成部分。磷酸肌酸与ATP之比（PCr/ATP）反映心肌高能磷酸盐状态。定量心肌血流和灌注储备描述不同负荷条件下的灌注，而肺质子密度成像评估运动相关肺水信号变化。将这些测量与心房和双心室功能结合有助于将能量状态和血液供应与力学反应和肺淤血相关联。
Burrage等人研究了11名健康对照、9名无HFpEF的2型糖尿病、14名HFpEF和9名心脏淀粉样变患者。方案结合静息磷波谱、20 W运动期间心腔功能测量以及运动前后肺质子密度成像。肺质子密度信号包括血管内和血管外水。PCr/ATP在四组中递减；中位值健康对照为2.15，HFpEF为1.66。跨组而言，较低的静息PCr/ATP与较差的左心室舒张储备、较小的右心室射血分数增强以及较大的运动诱发肺水信号增加相关。肺质子密度信号在HFpEF中增加4.4%，健康对照无显著变化。较低的静息能量状态因此与运动相关心室功能障碍和短暂淤血相关。
定量灌注成像测量运动后心肌血流。Schulz等人前瞻性招募了108名参与者。排除9名阻塞性冠状动脉疾病或射血分数降低患者后，99名接受可行性评估。灌注图像在运动停止后约45-60秒采集。可行性要求至少一对配对的静息和运动后切片适合定量分析。89名参与者满足该标准：34名肥厚型心肌病、34名HFpEF和21名非心源性呼吸困难。肥厚型心肌病的血流和灌注储备低于其他组，峰值运动心率独立预测两者。该研究支持恢复期定量灌注成像，并将测量反应与达到的生理负荷相关联。
复合模型将个体影像测量与运动表现相结合。在一项120名参与者的功-容积环研究中，Ghanbari等人结合静息和运动后左心室舒张末期和收缩末期容积与最大运动功率。这些输入生成梯形环和相关几何指标。以运动功率而非心室压力为纵轴时，环面积是模型推导的几何测量，而非心肌每搏功。模型定义的顺应性储备在运动诱发和C期HFpEF中受损，而功率校正收缩储备在运动诱发HFpEF中较高、C期中较低。考虑负荷可区分仅看绝对容积变化时看似相似的反应。
多参数评估考察储备异常如何共存以及每个测量增加什么信息。六种双心室容积储备模式由参考阈值组合构建。此类模式的临床评估需要独立评估可重复性和增量价值。一个问题是在容积反应相似的患者中，能量学、灌注和肺水信号是否解释症状差异。另一个是它们是否改善结局或治疗反应预测。
- 7.
预后价值与治疗监测
当前预后证据是初步的，主要来自HFpEF-Stress项目内的相关分析。在68名参与者中，较高的静息和运动LACI与24个月内非选择性心血管住院相关。在HFpEF-Stress最终随访报告中，四年内发生23次心血管住院，心房功能测量受损与后续事件相关。Schulz等人随后报告了63名参与者中运动肺动脉搏动性或每搏输出量归一化电容受损与心血管事件的关联；然而，风险比不精确，包括风险比9.6且95%置信区间1.2-75.8。这些发现提示心房和肺血管储备受损可能识别临床相关风险，但在针对既定预测因子（包括临床危险因素、利钠肽、CPET变量和侵入性血流动力学）进行外部验证之前，应视为假设生成性的。重要的是，LACI、心房功能和肺动脉顺应性分析主要源自同一专科研究项目，因此应解读为互补观察而非独立预后重复。
治疗监测的证据更为有限。尚无前瞻性研究使用Ex-CMR作为主要终点评估SGLT2抑制剂、GLP-1受体激动剂、减重干预、盐皮质激素受体拮抗剂或HFpEF结构化运动训练。Petit等人将运动CMR、同步中心血流动力学和环磷酸鸟苷测量相结合，在小机制队列中于单次50 mg西地那非给药前后进行评估；急性西地那非未改善循环环磷酸鸟苷浓度或右心室性能。该研究展示了Ex-CMR如何整合到机制实验中，但未确立治疗反应生物标志物或支持治疗选择。
因此，Ex-CMR目前最适合作为生理富集和机制终点开发的研究工具。候选测量包括运动LA-LAS、LACI、双心室容积储备、运动心输出量、肺动脉搏动性、心肌能量学和肺水信号。未来干预研究应预设有限的可重复Ex-CMR终点集，标准化负荷和采集时机，并测试影像测量变化是否预测以患者为中心的结局，而不仅仅是生理严重程度的变化。
- 8.
当前挑战与未来方向
Ex-CMR的主要挑战不是缺乏可测量的生理信号，而是缺乏标准化、临床验证的获取和解读路径。心率加速、呼吸运动、心律失常、身体运动和血管位移限制运动期间实时电影和相位对比测量。仰卧骑行也相对于直立运动改变静脉回流和负荷条件，而恢复期成像捕获的是变化的生理状态而非真正的峰值运动。实时采集、加速重建和
