作者：陈思玟，赵晓莹，赵新湘，昆明医科大学第二附属医院放射科；马运婷，攀枝花市中心医院放射科

射血分数保留型心力衰竭（heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF） 是一组具有高度异质性且以左心室舒张功能受损为主的疾病，HFpEF 约占所有心力衰竭（heart failure，HF）的50%，发病率随人口老龄化的发展呈逐年上升。研究表明，心肌纤维化是驱动HFpEF 病人心功能障碍的主要病理生理机制。

心肌纤维化可导致HFpEF 病人心室壁僵硬度增加，顺应性降低，心肌舒缩能力和同步性下降，加速了心功能不全的发生及发展。心脏MR（cardiac MR，CMR）是目前无创性评价心肌组织学特征的金标准，不仅可以量化心肌纤维化，对病人风险分层和预后也有着潜在重要的作用。因此，本文就CMR 评估HFpEF 病人心肌纤维化的研究进展进行综述，为HFpEF 的临床诊治和预后评估提供新思路。

1. HFpEF 与心肌纤维化

1.1 HFpEF 的定义

HF 是各种原因导致的心脏结构和功能的改变，使心脏舒缩功能障碍，从而引起的一组复杂临床综合征。HFpEF 为最常见的HF，是一组具有HF 临床症状但左室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）≥50%的临床综合征。HFpEF 的主要病理改变包括心肌纤维化、心肌细胞肥大、心脏收缩和舒张功能障碍、冠状动脉微血管功能障碍、氧化应激与炎症反应等，其中心肌纤维化是驱动HFpEF 病人心功能障碍的主要原因，其病理变化包括冠状动脉微血管功能障碍、氧化应激和炎症反应等。

1.2 心肌纤维化

心肌纤维化是指心肌成纤维细胞过度增殖， 分泌的胶原纤维在细胞外基质（extracellular matrix, ECM）积累，心肌间质扩张，从而导致心肌重塑，出现结构紊乱、运动异常、心肌电信号传导受限、收缩及舒张功能障碍等。心肌纤维化是多种心血管疾病的共同病理改变，根据心肌纤维化病变的分布及程度的不同可以表现为弥漫性纤维化和局灶性纤维化；根据组织学改变可分为间质性纤维化和替代性纤维化两型。间质性纤维化多表现为弥漫性改变，经治疗后病理改变可逆，分为反应性纤维化和浸润性纤维化2 种亚型。

反应性纤维化多见于高血压、糖尿病及慢性肾功能不全，其特征是纤维组织弥漫地在间质及血管周围沉积，又称为弥漫性纤维化；浸润性纤维化多见于法布里病及心肌淀粉样变性。替代性纤维化更为严重，多见于心肌梗死（myocardial infarction，MI）后心肌坏死，其病理改变不可逆，分布多较局限。

研究表明间质性纤维化与替代性纤维化都与HFpEF 的病理机制有关，但HFpEF 病人的主要纤维化类型是间质性纤维化。

1.3 心肌纤维化致HFpEF 的潜在机制

1.3.1 心肌重构

HFpEF 主要的心肌重构模式是同心性重塑，表现为左心室壁向心性增厚，而心室腔径缩小或保持正常。左心室肥厚是HFpEF 常见的心脏结构性改变，与心肌纤维化（主要是间质性纤维化）增加有关。此外，高血压与HFpEF 的心肌重构联系紧密，长期的全身动脉循环压力升高会引发心肌重构，进而导致严重的间质纤维化和血管周围纤维化。

1.3.2 舒张功能障碍

心肌纤维化引起左心室舒张功能障碍是HFpEF 的病理生理机制之一。心肌间质内或血管壁中的胶原纤维沉积、过度活跃的基质合成可能促进舒张功能障碍，且弥漫性纤维化的严重程度（通过胶原沉积量和/或纤维交联程度评估）与HFpEF 病人舒张功能受损之间显著相关。

1.3.3 代谢紊乱

HFpEF 被认为是一种多系统老年综合征，病人往往年龄较大且合并代谢综合征，如肥胖、高血压、冠心病、糖尿病、心房颤动等。这些合并症均可诱发微循环障碍以及全身性炎症，炎症通过信号级联作用活化成纤维细胞，促进ECM沉积，加速心室重构和舒张功能障碍进展，最终发展为间质性纤维化。

2. HFpEF 病人心肌纤维化的CMR 评价

心内膜心肌活检是诊断心肌纤维化的金标准，但该检查为有创性，且存在耗时长、操作难度大、取样误差等问题，限制了其在临床中的广泛应用。CMR 具有良好的软组织分辨力和多序列、多参数成像的优势，可以无创评估心肌的形态、功能及组织等特征，已成为心肌纤维化无创性活体检测的金标准。目前，已有多种CMR 技术应用于HFpEF 的心肌纤维化诊断和严重程度的评估，主要包括延迟钆增强（late gadolinium enhancement，LGE）、T1 mapping和细胞外容积（extracellular volume，ECV）、CMR 特征追踪（CMR feature tracking，CMR-FT)。结合纤维化特征及不同CMR 技术的优缺点，不同技术的应用价值也各有侧重。

2.1 CMR 技术

2.1.1 LGE

LGE 技术常用于评价心肌替代性纤维化，其以钆剂作为对比剂，增强后可观察到纤维化心肌区域内钆剂聚集，呈现相对高信号区，表现为延迟强化。LGE 常用的量化方法包括手动视觉评估和半自动化强度阈值技术（标准差法和全宽半高法），常用LGE 质量/心肌质量（LGE%）进行定量。LGE 程度与组织学定量的心肌纤维化具有一致性。有研究通过冠状动脉结扎法构建8 周龄雄性Sprague-Dawley 大鼠MI 模型，分为急性MI 组、慢性MI 组、正常对照组，其中慢性MI 组在冠状动脉结扎2 个月后行心脏LGE 扫描，随后立即用10%福尔马林固定心脏并制作6 μm 厚病理切片，采用Masson 三色染色法对切片进行染色，Masson 三色染色后的组织切片所显示的胶原沉积区域与LGE 影像上的增强信号区域具有良好的一致性。

人类在体研究同样证明了LGE 对心肌纤维化的评估价值。Huang 等对肥厚型心肌病（hypertrophic cardiomyopathy，HCM）进行CMR 扫描并获取了心肌组织样本，结果证实LGE 定量的心肌纤维化与组织学样本定量结果间具有高度一致性。近期发布的《中国心力衰竭诊断和治疗指南2024》中也明确指出LGE 是评估HF病人心肌纤维化的首选影像学检查。LGE 定量的心肌纤维化是临床最为常用的HFpEF 病人不良预后的预测指标。

Kato 等回顾性分析了111 例HFpEF 病人的CMR 影像及随访资料，结果显示HFpEF 合并LGE（＋）的病人主要不良心血管事件（major adverse cardiovascular event，MACE）发生率较LGE（-）的病人高，且LGE%≥6%时，HFpEF 病人的MACE 风险随LGE 范围的百分比增加而增加（AUC=0.721，95%CI：0.628~0.802）。van Woerden 等研究证实LGE 定量评估的心肌纤维化程度与HFpEF 病人全因死亡相关，采用多因素Cox 回归模型根据年龄、性别、纽约心脏协会功能分级、N 末端脑钠肽前体、LGE 质量和LVEF 等因素进行了调整，结果发现HFpEF 病人存在LGE 是全因死亡的独立预测因素。

有研究纳入了445 例LGE（+）的HF 病人并进行随访，结果显示LGE 可预测HF 病人的MACE，与LVEF 无关。在实际临床工作中，依据LGE 程度对HFpEF 病人进行风险分层需要注意原发疾病的影响。考虑到不同原发疾病的心肌纤维化模式和程度不同，LGE 在HFpEF 的进展过程中发挥的价值和评估作用也有所不同。

例如对MI 导致的HFpEF 病人和高血压性心脏病导致的HFpEF 病人进行评价时需要考虑这一因素，MI 导致的HFpEF 病人中，因梗死心肌的存在，纤维化通常呈局灶性分布，LGE 程度常较高；而在高血压性心脏病导致的HFpEF 病人中，心肌纤维化呈扩散性分布，LGE 程度常较低。但目前的研究常将HFpEF 病人作为一个同质化群体进行分析，容易忽视LGE 检测到的心肌纤维化范围及分布情况在不同疾病群体之间存在差异，从而影响了LGE 对预后的判断。

因此，尽管LGE 为HFpEF 中的心肌纤维化情况提供了有价值的信息，但在解读其预后意义时应谨慎，应考虑到潜在的疾病病因，才能对HFpEF 病人进行更精准的风险分层，并制定更具针对性的治疗方案。此外，LGE 依赖于对比剂在病变组织与正常心肌组织中的分布差异，受损心肌的纤维化程度需达到一定的阈值才能表现出明确的延迟强化。

较高的LGE 强化程度往往提示HFpEF 病人预后不良，但临床结果也受LGE 的强化部位和分布模式的影响。弥漫性心肌纤维化存在广泛的心肌ECM 成分改变，但没有明显的局部血流灌注差异或钆对比剂的延迟摄取区域，难以形成对比明显的“病变”和“正常”区域来进行准确判断。因此，单独使用LGE 检测弥漫性心肌纤维化比较困难，往往需要结合其他技术。

2.1.2 T1 mapping 与ECV

T1 mapping 技术是一种新兴的CMR 定量组织表征技术，可采用T1 值和ECV 量化心肌的纤维化程度，从而对心肌组织纤维化的定量评价，是HFpEF 早期组织特征的重要检测方法。T1 mapping 技术根据是否应用钆对比剂分为平扫T1 mapping 和增强T1 mapping。平扫T1 mapping适用于无法接受对比剂增强检查的病人，可获得心肌原始T1 值，反映心肌细胞和细胞外间质的混合信号。

Garg 等的研究纳入了86 例完成CMR 检查的HFpEF 病人，在随访期间[（3.2±2.4）年] 27 例死亡，死亡病人的平扫T1 值显著高于存活病人；考虑到合并淀粉样变性的病人平扫T1 值明显高于其他原发疾病的病人，在预后分析中排除了合并淀粉样变性的病人，结果显示平扫T1 值>1 056.42 ms 可以独立预测非淀粉样变性的HFpEF 病人的全因死亡率。

Kanagala 等研究结果显示HFpEF 病人的平扫T1值高于没有已知心脏病的无症状对照组，但未分析平扫T1 值与预后的关系。而Roy 等和Duca 等认为平扫T1 值与不良预后无关。但平扫T1 mapping易受心肌中铁沉积、游离水、脂肪沉积等因素干扰，其定量值还与磁场强度、扫描序列、后处理方法等有关，均可导致差异性结果，故而其诊断及评估预后价值尚有局限。

ECV 包含平扫T1 mapping 和增强T1 mapping的T1 值信息，可通过增强前后的T1 值计算得出，反映的是细胞外间质容积占整个心肌组织容积的百分比，能够准确实现心肌纤维化的组织学定量。Golukhova 等的荟萃分析中有4 项研究报告了共877 例HFpEF 病人（平均随访23.7 个月）应用ECV评价预后的能力，结果显示较高的ECV 可以预测HFpEF 病人死亡或因HF 住院的风险增加，因此可以作为HFpEF 病人风险分层的有效工具。

另有12项队列研究对2 787 例HFpEF 病人随访31.2 个月后，结果发现较高程度的心肌纤维化与病人的不良预后（包括全因死亡率和MACE 发生率）相关，由ECV 评估的弥漫性纤维化与HFpEF 病人的预后相关，可用于对HFpEF 病人进行风险分层。与平扫T1 mapping 相比，ECV 校正了场强、对比剂注射剂量及扫描参数等因素对T1 值的影响，相对更加稳定，可以定量反映ECM，评估心肌纤维化的程度较平扫T1mapping 更好，且更有助于危险分层。

对于HFpEF病人，尽管LVEF 保持在正常或接近正常水平，但病人心肌细胞与间质之间的平衡受到破坏，胶原纤维过度沉积导致ECM 增多。已有研究证实因心肌间质ECM 积聚所致的ECV 升高可定量评价HFpEF的弥漫性纤维化。然而,需要注意心肌纤维化虽然是ECV 升高的主要原因，但并不是唯一原因。心肌水肿、坏死和淀粉样物质沉积时均可以导致ECV 升高，只有排除这些因素后，ECV 升高才是反映弥漫性纤维化的可靠方法。

总之，T1 mapping 及ECV 均能定量测量影像中所有像素点的组织学特征而不依赖正常和病变组织间的对比，从而克服了LGE 技术的局限性，尤其在评估弥漫性心肌纤维化方面具有独特优势。尽管LGE 可以评估HFpEF 的心肌纤维化情况，但目前关于T1 mapping 及ECV 对HFpEF 病人预后分析的相关研究仍较少，今后需要开展大样本、随机对照研究进行验证。

2.2 CMR 影像后处理技术

CMR-FT 技术是一种基于心脏电影成像对心肌应变参数进行评价的后处理技术。应变是评估心肌形变的定量影像学参数，可应用于多种心血管疾病的临床评估，且多个应变参数与组织学验证的心肌纤维化相关。既往有研究对ST 段抬高型MI 病人的整体和节段性应变进行分析，证实LGE 程度与应变参数相关。此外，一项研究证实HCM 病人的心肌应变与HCM中的组织学纤维化相关，并且具有比LGE 更高的增量价值。CMR-FT 技术操作简单、无需对比剂、可重复性高，检测心肌的运动能力优于LVEF，尤其适用于HFpEF 病人。

有研究采用CMR-FT 对335 例HFpEF 病人的心肌纤维化进行长期随访（随访时间10.2 年），结果显示合并糖尿病的HFpEF 病人心肌纤维化程度更高，左心室应变受损更严重，且纵向应变每受损1%，糖尿病性HFpEF 病人的MACE 风险增加9.8%，纵向应变是糖尿病性HFpEF 病人发生MACE 的独立预测因子。

另一项多中心研究发现，纵向应变每受损1%，HFpEF 病人全因死亡的风险增加23%，且纵向应变提供了比LGE 和LVEF 更高的增量价值。He 等纳入了186 例HFpEF 病人（随访时间9.2 年），结果发现舒张早期纵向应变率小于0.57/s 的病人与HF 住院率或全因死亡率高风险相关。此外，心房心肌应变也是反映左室舒张功能障碍的重要指标，Schönbauer 等对96 例HFpEF病人进行随访（随访时间2.6 年），结果发现左心房的功能参数预测HFpEF 病人（22 例）MACE 的发生优于左心房的结构参数，尤其是左心房导管期应变率与HFpEF 预后密切相关。

由此可见，心肌应变将心肌功能变化与心肌纤维化形态学改变联系起来，能够早期识别HFpEF 高风险病人，为临床早期干预提供了可能。此外，左室整体纵向应变已被证实是HFpEF 死亡率的独立预测因子，且被2019 年欧洲心脏病学会和心力衰竭协会的共识性建议作为LVEF 的补充指标纳入HFpEF 的诊断流程。

2.3 CMR 影像组学

基于LGE 技术的熵是CMR影像组学的一个常用特征参数，可以量化LGE 影像的灰度级变化，能够有效反映心肌组织的异质性，更为精确地定量心肌纤维化区域的复杂性。当LGE影像的信号完全均匀时则熵值为零，随着心肌LGE信号复杂程度升高熵值也随之增加。研究表明心肌纤维化程度增加（特别是分散分布的心肌纤维化）时，相邻体素之间的对比度也会增加，区域信号强度的均匀性被破坏，使得熵值升高。

Wang 等纳入314 例接受LGE 检查的冠状动脉粥样硬化性心脏病病人，其中193 例病人同时接受了T1 mapping检查，根据左心室心肌的LGE 影像计算左心室熵和ECV，结果证明高熵组病人心源性死亡和因严重心绞痛、HF、复发性非致死性MI 和室性心律失常再住院的复合结局风险显著增加，提示CMR 评估的左心室熵是冠状动脉粥样硬化性心脏病病人不良预后的独立预测因子。Wang 等对84 例MI 病人进行研究并评价LGE 熵的预后价值，结果显示LGE 熵是评估MI 后病人心肌纤维化异质性的一种有效方法，可用于对MI 后病人发生心源性死亡和因严重心绞痛、HF、复发性非致死性MI 和室性心律失常再住院的复合结局的风险预测，且优于传统的LVEF指标。

Yamamoto 等纳入了24 例系统性硬化症的病人，通过CMR-LGE 和T1 mapping 检查以确定系统性硬化症的病人存在心肌损伤，并测量了LGE熵。LGE 熵≥7.39 的病人全因死亡、HF 入院以及持续性室性心动过速和心室颤的发生率明显高于LGE 熵<7.39 的病人。

Shu 等纳入了114 例LVEF严重降低（<35%）的扩张型心肌病病人，终点事件定义为全因死亡和接受心脏移植的复合结局，发现左心室熵是预测扩张型心肌病病人（LVEF＜35%）不良预后的新标志物，且与心肌纤维化的严重程度呈正相关，其预测能力超出常规LGE 参数。综上所述，LGE 熵在预测缺血和非缺血性心肌病病人的不良预后中具有较高价值。

由于很多HFpEF 病人同时为缺血和非缺血性心肌病病人，因此LGE 熵在HFpEF 病人的预后中也能发挥一定作用。但是目前针对HFpEF 病人群体的LGE 熵研究并未见报道，今后的研究可考虑展开相关分析。

3. 人工智能在HFpEF 病人CMR 检查中的应用

HFpEF 病人存在显著的左心室舒张功能障碍，且常合并慢性阻塞性肺疾病等呼吸系统疾病，在CMR 检查时常不能较好配合呼吸运动。此外，CMR检查耗时长，大多数病人在扫描后期的屏气质量降低，影像中易出现运动伪影，诊断及功能评估受到影响。人工智能的发展优化了CMR 检查及后处理工作流程，将自由呼吸运动校正人工智能电影序列应用于HF 病人，减轻了病人的屏气负担，缩短了扫描时间。

此外，利用人工智能重建和运动校正方法对影像进行校正，还可以消除呼吸运动对影像质量的影响。因此，对于不能忍受或配合多次呼吸的HF病人，自由呼吸运动校正人工智能电影序列有潜力作为传统多次屏气电影的替代，用于评估HF 病人的心室容积和功能。此外，人工智能可实现“简单”的任务，例如通过使用短轴电影堆栈全自动测量左心室容积来量化LVEF 和其他充盈参数，较手动勾画轮廓速度快、准确性高。机器学习和深度学习的建立有助于HF 的早期诊断，对HFpEF 进行表型分析，据此提出具体和个性化的诊断和治疗策略，实现精准医疗。

来源：陈思玟,马运婷,赵晓莹,等.心脏MR评估射血分数保留型心力衰竭病人心肌纤维化的研究进展[J].国际医学放射学杂志,2025,48(01):74-80.DOI:10.19300/j.2025.Z21476.