基于4D Flow MRI的心房颤动导管消融术后左心房涡旋血流特征研究

《Journal of Imaging》：4D Flow MRI Characterization of Left Atrial Vortical Flow in Atrial Fibrillation Following Catheter Ablation

　　

心房颤动（atrial fibrillation, AF）与左心房（left atrium, LA）内异常血流模式相关，这些异常血流模式可导致血栓栓塞风险增加。尽管AF中的血流淤滞已被广泛研究，但AF及肺静脉隔离（pulmonary vein isolation, PVI）对LA涡旋血流的影响仍未完全阐明。本研究采用四维血流磁共振成像（four-dimensional flow magnetic resonance imaging, 4D flow MRI）技术，量化了107例PVI前AF患者、56例PVI后AF患者及19例非AF对照者的LA涡量（vorticity）和涡旋体积（vortex volume）。涡旋结构采用Lambda2（λ2）方法进行识别，并在校正年龄和性别后评估组间差异。消融前患者的LA涡量显著低于消融后患者和对照组，而消融后患者与对照组之间无显著差异。相比之下，两个AF组的平均和最大LA涡旋体积均仍高于对照组，而消融前与消融后患者之间无显著差异。这些研究结果表明，PVI与LA涡量的改善相关，但对涡旋体积无显著影响。尽管涡量已恢复正常化，但LA涡旋的持续增大提示这些指标反映了心房重构的不同方面，并可能为AF相关病理生理学提供互补性见解。

论文解读

一、研究背景与目的

心房颤动（atrial fibrillation, AF）是一种负担沉重的心脏心律失常，全球影响超过5200万人。非侵入性影像学方法，如四维血流磁共振成像（four-dimensional flow magnetic resonance imaging, 4D flow MRI），已揭示AF以心脏内异常血流模式为特征，包括左心房（left atrium, LA）内血流淤滞增加和血流速度减慢，这种促血栓形成状态被认为是AF导致栓塞性卒中的已知因素之一。

血流淤滞虽是AF病理生理学中最被广泛研究的血流动力学后果，但还存在其他可通过非侵入性方式可视化的血流动力学标志物，可能为心内血流提供独特见解。涡量（vorticity）即是其中之一，定义为流体表现局部旋转运动的程度。血流排列为涡旋模式被认为有助于在心腔之间高效转移血液，同时最大限度地减少能量损失。在LA中，涡旋被认为是由来自相对肺静脉的血流汇入LA而形成的，其功能在于减少能量损失并防止LA血流淤滞。

既往研究已在AF背景下考察涡旋血流。Garcia等人（2020）证明AF患者呈现更大的LA涡旋，且更大的LA涡旋体积与更高的CHA₂DS₂-VASc评分（提示更高的卒中风险）相关。Spartera等人（2022）进一步揭示，LA涡量降低可预测AF患者更高的栓塞性卒中发生率，且这一显著关联在校正CHA₂DS₂-VASc评分后仍然存在，提示整合涡量指标可能比单独使用CHA₂DS₂-VASc评分更有助于卒中风险分层。

关于临床干预对AF涡旋血流的影响，Spartera等人（2021）证明处于活动性AF状态的个体比窦性心律个体呈现更大的LA涡旋体积和更低的涡量，且在AF参与者通过心脏复律恢复窦性心律后这一差异消失。然而，心脏复律往往仅短期有效，近半数接受该手术的患者在三个月内即出现心律失常复发。因此，有必要考察更持久的AF治疗干预（如导管消融）对涡旋血流的影响，因为肺静脉隔离（pulmonary vein isolation, PVI）消融在既往研究中已被证明可改善其他血流动力学标志物（如减少LA血流淤滞）。

在此前的一项相关研究中，Vogl等人（2022）报告导管消融对AF患者的LA涡量无一致影响，但该研究样本量有限（仅十名参与者），且依赖基于多项假设的计算建模，可能影响结果的效度。这需要更大样本量和体内血流成像的进一步研究。基于此，本研究旨在利用4D flow MRI考察AF个体的LA涡旋血流，并表征PVI对这一血流动力学现象的影响。

二、关键技术与方法概述

研究人员从加拿大卡尔加里心血管影像注册库（Cardiovascular Imaging Registry of Calgary, CIROC）中回顾性筛选了214名参与者，最终分析纳入107例消融前患者、56例消融后患者和19例非AF对照组。所有MRI检查均使用3.0-T临床扫描仪（Skyra和Prisma；Siemens Healthineers）完成。在静脉注射钆基对比剂后获取三维对比增强磁共振血管造影以显示LA和肺静脉解剖结构，随后在约5至10分钟内采集全心4D flow MRI以表征整个心动周期的心内血流动力学。4D flow MRI数据经过标准化预处理，包括Maxwell相位效应校正、涡流相关相位偏移校正和速度混叠校正。LA分割使用MATLAB中开发的定制软件包完成，左心耳（left atrial appendage, LAA）被视为LA区域的一部分。涡旋结构采用Lambda2（λ₂）涡旋检测方法识别，该方法是一种成熟的流体动力学技术，用于客观表征三维涡旋血流。为考量患者间血流特征的差异，研究人员确定了患者特异性的λ₂阈值，仅保留超过75 mm³的涡旋区域，且相邻体素需共享至少四个连接体素方可归类为同一涡旋结构。统计分析采用主效应单变量一般线性模型（即协方差分析[ANCOVA]），校正年龄和性别后比较各治疗组的涡旋血流结局，事后两两比较采用Bonferroni校正。

三、研究结果

3.1 患者人口学特征

消融前、消融后和非AF对照组的人口学特征总体相似，但年龄除外——非AF对照组明显更年轻（37 ± 13岁），而消融前（60 ± 11岁）和消融后（61 ± 9岁）参与者年龄较大。

3.2 左心房涡量

消融前患者的LA涡量值（19.92 ± 4.64 s^?1）低于消融后参与者（24.18 ± 4.63 s^?1），后者与非AF对照组（28.56 ± 5.91 s^?1）的LA涡量相近。在校正年龄和性别后，治疗组对LA涡量存在显著主效应，F(2, 177) = 20.559，p < 0.001，偏η² = 0.19。事后两两比较显示，消融前患者的校正LA涡量显著低于消融后患者（均差 = ?4.29，95% CI [?6.16, ?2.42]，p < 0.001）和非AF对照组（均差 = ?5.58，95% CI [?8.96, ?2.20]，p < 0.001）。消融后患者与非AF对照组之间的LA涡量无显著差异。

3.3 左心房涡旋体积

消融前参与者的平均LA涡旋体积（12.43 ± 3.42 cm³）与消融后参与者（12.33 ± 3.78 cm³）相近，两者均大于非AF对照组（7.08 ± 2.42 cm³）。校正年龄和性别后，治疗组对平均LA涡旋体积存在显著主效应，F(2, 177) = 6.17，p = 0.003，偏η² = 0.07。消融前与消融后患者之间的平均LA涡旋体积无显著差异（均差 = 0.46，95% CI [?0.89, 1.80]，p = 1.00），但相对于非AF对照组，消融前患者（均差 = 3.62，95% CI [1.12, 6.13]，p = 0.002）和消融后患者（均差 = 3.17，95% CI [0.50, 5.83]，p = 0.014）的校正平均LA涡旋体积均显著更高。

最大LA涡旋体积在消融前（17.15 ± 4.66 cm³）和消融后患者（16.23 ± 4.83 cm³）中相近，均大于非AF对照组（10.11 ± 3.01 cm³）。校正年龄和性别后，治疗组对最大LA涡旋体积存在显著主效应，F(2, 177) = 8.81，p < 0.001，偏η² = 0.09。消融前患者（均差 = 5.55，95% CI [2.20, 8.91]，p < 0.001）和消融后患者（均差 = 4.20，95% CI [0.62, 7.71]，p = 0.015）的最大涡旋体积均显著高于非AF对照组，而消融后与消融前患者之间无显著差异（均差 = ?1.36，95% CI [?3.16, 0.44]，p = 0.21）。

四、讨论与结论

本研究首先证明了PVI前AF个体的LA涡量相对于非AF对照组降低，这一发现与既往认为AF参与者和非AF对照组之间LA涡量无差异的研究相矛盾，差异可能源于本研究更大的样本量。LA内强涡旋血流能够调和来自相对肺静脉的流入血流，从而最大限度地减少流体动能损失，维持血流速度并促进LA有效排空以防止血流淤滞。当涡旋形成受到干扰时，肺静脉流入血流的碰撞会损失更多能量，从而减慢LA血流速度并促进淤滞，而淤滞是卒中风险的致病因素。

作为纠正AF的治疗干预手段，本研究结果显示消融后患者的LA涡量水平已正常化至非AF对照组水平，这与文献中关于消融后AF患者LA结构和血流动力学改善的报告一致。然而，这一发现与Vogl等人（2022）的既往研究相冲突，后者未观察到导管消融的显著效应，这可能由本研究更大的样本量以及使用4D flow MRI进行更具生理相关性的体内血流动力学测定所解释。

尽管消融后LA涡量已正常化，但最大和平均LA涡旋体积在PVI后均未改变，消融前和消融后患者相对于对照组仍保持升高。值得注意的是，消融后患者的整体LA腔室体积在数值上已降至对照水平，这表明AF中LA涡旋体积的增大并非简单地归因于LA扩张。同样，消融前和消融后患者均在窦性心律下接受4D flow MRI，因此涡旋持续增大不能归因于图像采集期间心房的活动性颤动。相反，大LA涡旋的维持可能反映了AF特征性的多种LA结构和功能改变，这些改变即使在消融后也常常持续存在。

这一发现强调了利用4D flow MRI提供的多种血流动力学标志物的价值。尽管消融后患者表现出LA血流淤滞和时均涡量的正常化，但临床实践指南仍建议在AF消融后继续抗凝治疗，尤其对于CHA₂DS₂-VASc评分较高的个体。这意味着尽管消融成功后LA淤滞和涡量看似正常化，AF个体相对于非AF人群仍处于较高的卒中风险中。因此，LA血流淤滞和时均涡量充其量只是该人群血栓栓塞风险的不完整指标。相比之下，LA涡旋体积在消融后参与者中仍保持升高，提示较大的LA涡旋可能在原则上独立地促成这些患者推定增加的血栓栓塞风险。然而，LA涡旋体积与后续栓塞性卒中风险之间的因果关系尚未确定。Garcia等人（2020）提出，在正常大小的LA中（如PVI诱导重构后），大涡旋实际上可能通过冲刷心房内淤滞血流而发挥保护功能。鉴于这些相互竞争的可能性，未来研究应更全面地表征LA涡旋体积与AF病理生理学及并发症之间的机制关系。

五、研究结论翻译

本研究使用4D flow MRI表征了AF个体在PVI前后的LA涡旋血流。AF患者的LA涡量相对于非AF对照组降低，而消融后患者的涡量与对照组相当。这些发现提示导管消融与LA血流的这一方面的改善相关，并进一步支持AF以可测量的心内血流动力学改变为特征的概念。

相比之下，平均和最大LA涡旋体积在消融后仍保持升高，且与消融前患者无差异。尽管涡量已正常化，涡旋的持续增大提示这些指标反映了LA血流重构的不同特征，并可能就AF的血流动力学后果提供互补性信息。未来研究应进一步考察涡旋体积的机制意义，特别是其与血栓栓塞风险的关系，以及其在AF个体血流动力学评估中与既有4D flow MRI标志物共同应用的潜在价值。