多層螺旋CT評價左心室功能的研究進展

張春紅，梁立華，吳菊芳，梁 濤

(廣東醫學院附屬深圳市第四人民醫院影像科，廣東 深圳 518033)

左心室功能的評價對冠脈疾病、心肌梗塞、左室功能障礙、心律失常和慢性瓣膜反流等疾病的診斷分期、療效判定和預后估計具有十分重要的指導意義。隨著MSCT在心血管中的廣泛應用，其對心臟形態、冠脈及心功能評價的一站式檢查也逐漸受到重視，成為心臟疾病臨床實踐中必不可少的檢查方法。

1 心功能影像學檢查方法概述

目前評估左心室功能的影像學方法有很多種，每種方法各有優缺點：①超聲心動圖是臨床評價心功能的常用影像學方法，因其具有無創、經濟、方便、可重復性、一般無禁忌證等多種優點廣泛用于臨床，但它重建能力欠佳、診斷準確性有限。另外二維超聲心動圖在定量評價左心室整體功能指標時對心室幾何假設依賴性很大。與二維超聲心動圖比實時三維超聲心動圖在準確性和重現性上有實質性的改進，但其操作復雜、費時，對操作者依賴性大，無法定量分析且易產生偽影。②X線心血管造影是一種有創性檢查方法，需應用碘化造影劑，且患者要直接暴露于電離輻射。和二維超聲心動圖一樣，X線心血管造影的測量結果也受心臟幾何形態的影響。由于這原因，X線心血管造影在觀察和定量測量局部室壁異常運動方面受到限制。③盡管心電門控單光子發射計算體層攝影術(SPECT)及其自動化分析軟件包相對于其他影像方法更被認可，但嚴重心肌灌注不足、出現衰減偽影及患者心臟形態的差異都會影響SPECT診斷的準確性[1]。此外，測量結果更大的差異是在Tl～201和Tc-99m放射性不同同位素之間。④心臟磁共振成像不受心室幾何假設的影響且無放射性損害，能準確地評價心臟整體和局部功能。因此，它被認為是評估左心室整體和局部功能新的無創性參考標準[2]。盡管有這些優勢，但其檢查費用高昂、檢查耗時長、不能對植入金屬裝置的患者進行。

2 應用MSCT評估左心室功能

近年來MSCT技術發展迅速，從開始的4排CT到目前的雙源CT、320排動態容積CT及256排CT等。MSCT以覆蓋范圍廣、掃描速度快、時間分辨率高及強大的圖像后處理功能等優勢，已迅速發展成為心臟無創檢查的重要方法之一。能應用冠脈動脈CT血管成像時所獲得數據，進行冠狀動脈重建的同時也能用于評價心臟功能。但仍需通過技術創新優化時間分辨率，減低輻射劑量。

2.1 患者準備 超聲心動圖檢查不需要做任何準備，而MSCT心臟造影成功的關鍵是適當的控制患者的心率。在做檢查前，要認真的詢問患者是否有過敏史、肝腎功能不全等情況。觀察患者的心率，一般而言，安靜狀態下心率控制在60次/min較合適，特別是需要評價冠狀動脈時，因為當前時間分辨率的限制，在心率過快或心律不齊時會產生心臟運動偽影，降低圖像質量。雖然雙源CT、256層CT具有更高的時間分辨率，允許檢查者有相對較高的心率或有心律不齊。在不考慮掃描模式的情況下，患者在整個掃描期間的呼吸控制對減少呼吸和運動偽影也起到關鍵作用。因此，在檢查前要對患者進行適當的訓練，因為圖像質量很大程度上依靠患者的合作。

2.2 數據采集 MSCT評價心臟功能是通過應用心電門控技術實現的，它是減少心臟運動偽影、保證圖像質量的重要因素之一。心電門控技術分為前瞻性和回顧性兩種，前瞻性門控只能獲得單一時相影像而不能用于心功能評價，故主要采用回顧性心電門控技術。心室容積測量和局部心功能評價的準確性主要依賴于時間分辨率和空間分辨率水平及心室適度的對比增強。空間分辨率有兩部分組成：經軸(X-Y平面)分辨率和縱向(Z軸)分辨率。Z軸空間分辨的主要的影響因素是MSCT探測器陣列的設計、層厚、重建程序、患者運動和螺距。應用MSCT診斷心臟疾病的關鍵是要提高時間分辨率。MRI研究表明要充分的評價心室壁運動，需要80～90 ms的時間分辨率，雖然要真正得到沒有偽影的圖像時間分辨率應≤19.1 ms[3]。現在的DSCT掃描技術時間分辨率能夠達到掃描架旋轉時間的四分之一即83 ms，只依賴患者的心率而不用求助于多節段重建[4]；還有，256層CT機加速度達到270 ms，探測器覆蓋范圍8 cm，最高時間分辨率可達到34 s[5]。臨床實踐應用顯示，這些技術的出現大大提高了對冠狀動脈、心臟瓣膜、心肌和左室整體功能的影像學診斷價值，特別是在患者心率過快或心律不規則時。另外一個影響所得圖像的關鍵因素是在掃描過程中左室腔適時、充分和同質的對比增強。在大多數情況下，用于冠狀動脈評估的注射方案可用于心臟功能成像。在對比不明顯的情況下，心內膜輪廓勾畫以及自動分段計算都會受到嚴重影響。一般1 g/s外周小靜脈碘流量，能得到最佳的對比增強效果(250～300 HU)[6]。不論采用那種類型的對比劑或給藥方案，造影劑通過感興趣的區域和數據的采集兩者之間最佳的同步是保證CT成像成功的關鍵所在。醫源性或疾病本身所致的每搏輸出量的變化都會直接影響到這一過程。在心輸出量低時，造影劑會積聚在心室腔導致對比增強；而在心輸出量高時造影劑會被沒強化的血液快速的稀釋，而致對比減弱。目前最常用的快速注射定時技術是造影劑跟蹤術，這方法能達到最佳的均勻強化效果。

2.3 圖像重建 多層螺旋CT掃描時是連續采集數據，因此可以在心動周期的任何時相進行心電門控圖像重建，與5%及10%R-R間期間隔重組測定的左心功能各指標之間有高度相關性，差異無統計學意義[7]。一般，在整個R-R間期按10%間隔重建圖像，分別可以得到10個期相的圖像，其中包括收縮末期圖像和舒張末期圖像。舒張末期一般在20%～30%之間，而收縮末期一般在70%～90%R-R間期。此外，將10個期相的圖像順序循環播放就可以動態觀察心臟的收縮和舒張運動，以用于評估局部室壁運動。在不考慮掃描方法的情況下，可以重建得到無時間-空間間隔重疊和運動偽影的不同的相位數目，取決于機器的時間分辨力和患者的在掃描過程的心率。重建更多的相位對MSCT評價左室功能的準確性是否有作用尚無定論。不依賴于序列重建適當的選擇最佳的舒張末期和收縮末期相位方法，有待進一步的研究。

2.4 圖像分析 各種影像學方法定量評價左心功能主要基于心腔容積、心肌厚度的測量以及節段性室壁運動的分析[8]。左心室容積和質量的測量方法目前主要有面積-長度法、Simpson's法、基于閾值的體素計算法。而定量評價左室功能指標主要應用Simpson's方法，因為它優于面積-長度法。由于心臟為復雜的多邊型且心臟在胸腔內與人體成一定的角度，故心臟橫軸位或長軸位均不能做垂直心臟某一軸線的斷面，心肌厚度及心功能測量值欠準確，國內外的研究表明，心臟短軸位可以清晰的顯示心室各壁，而且測量更準確[9]。盡管心低和心尖短軸層面是可明確的，但左心室輪廓仍然是主觀確定的。心室腔輪廓的不準確勾畫會導致所得容積指標有誤，尤其是在心低層，由于它很大程度上決定了左室整體容積。左室腔內有乳頭肌，這是使在后處理中所測的心室容積出現錯誤的另一原因。因此，即使是應用半自動辨別和分析軟件，二維短軸面積法仍費時，需依賴操作者，且易受系統誤差影響特別是在重建短軸平面、勾畫心內膜輪廓和決定重要的心低和心尖平面時。而基于閾值的體素算法是以心內膜與血池之間的密度對比為基礎，自動或半自動的勾勒出閾值以上的體素既左心室的輪廓，必要時調整心底部的位置，在長軸位上將輪廓線調至二尖瓣瓣環水平，以更準確的勾勒出二尖瓣水平。64排CT、雙源CT的容積采集實現體素的各向同性，使基于閾值的體素計算法所測值更接近于左心室的真實形態和容積，因此這種方法應該更可靠、更準確。

2.5 多層螺旋CT評價左心室功能的準確性和重現性 左室整體收縮功能指標如每搏量(SV)、左室射血分期(LVEF)可以容易的從應用Simpson's法或基于閾值的體素計算法所計算的收縮末期容積和舒張末期容積中獲得。如果左室容積從具有足夠時間分辨率的連續重建相位中計算得到的，就能夠得到時間容積曲線，可以評價更多的時間依賴左室收縮和舒張功能指標。應用美國心臟協會推薦的左室17分段法可以定性、半定量和定量的評價左心室的局部功能。很多研究已經報道了MSCT在評估左室整體和局部功能中的應用，并與其他成像方法進行比較研究如超聲心動圖[11-15]、冠脈造影(CAG)[16-17，21]、門控單光子發射型計算機斷層顯像術(SPECT)[10]、心臟 MRI[4，18-19]。目前，MSCT的適應范圍擴大到不僅用于有冠脈疾病的患者，也用于先天性心臟病、2型糖尿病、早期心肌梗塞、嚴重心律失常[20]和心力衰竭的患者。研究相關分析結果顯示MSCT評價的左室整體功能指標和通過其他各種方法所計算的結果之間具有很高的相關性，不相關性或不可接受性并沒有在這些研究中得到。在與經胸超聲心動圖比較研究時，一些結果顯示其過高的評價LVEF[12]，部分顯示左心室舒張末期容積(LVEDV)、左心室收縮末期容積(LVESV)被高估[13，15]，而其他的研究并沒有顯示差異有統計學意義[11，14]。MSCT與MRI測定的左室各功能指標具有高度相關性，優于超聲心動圖檢查(Echo)與MRI的相關性及一致性[18]。CAG的一些研究顯示LVEF被低估[16，21]。還有些研究顯示左心室收縮功能的下降與冠狀動脈狹窄程度有關，冠狀動脈狹窄的支數越多，狹窄程度越重，左心室功能損害越大[22]。隨著MSCT探測器排數的增加及研究的不斷增多，發現MSCT和MRI之間左室整體功能指標的平均差異減小。基于閾值的體素計算法和Simpson's法所計算的變量間有很好的相關性，而且具有不同操作者間的差異減小及分析時間縮短的優點。應用美國心臟協會的17分段模型，MSCT評估左心室局部功能的敏感性和準確性，可以與超聲心動圖、CAG、SPECT和MRI媲美。多數研究報道其準確性高(＞80%)而且與標準方法相關性好[23]，而其他的則顯示其敏感性差、相關性差或有明顯的偽影[11，24]。時間分辨率的進一步提高，是解決應用MSCT評估局部室壁運動中那些差異的關鍵。對64排CT及雙源CT(DSCT)應用技術水平的進一步研究，使其在適當的不變的時間分辨率下不依賴心率能夠得到高質量的圖像，并期望能夠提供更被認可及跟超聲心動圖及MRI更一致的結果。

2.6 MSCT的局限性 由于時間分辨率的局限性，系統誤差和運動偽影對心臟MSCT成像都有很大的影響，特別是在患者心率過快或心率不齊時。空間分辨率有待進一步的提高以更好的顯示小的心臟結構。雖然MSCT的信噪比明顯優于其成像技術，但對過胖的患者也無能為力。另外，心肌室壁運動的評估，對現在更快更先進的設備而言仍是個巨大的挑戰。不像心臟冠狀動脈CT造影，許多專家并不主張在心臟功能成像時應用β-受體阻滯劑，因為它們潛在的作用可能影響左室功能指標的準確性[25]。盡管探測器Z-軸覆蓋范圍明顯增加，但心電門控影像數據仍需從一系列心動周期中得到，在一些情況下需應用心電編輯工具來校正異位或不規則心率。當然，掃描時所產生的輻射也不容忽視，實施方案應該使輻射量控制在最低水平。減少輻射暴露或許是目前推動MSCT技術更廣泛應用而首先應該考慮的問題。增加螺距將最終減少輻射暴露，但如果應用多節段重建會減低時間分辨率。以前希望增加探測器的數量能減少輻射，但目前還沒能有效的減少輻射劑量，因為應用64排CT并沒有比16排CT減少輻射量。自動心電門控管電流調節技術是目前減少輻射劑量最大的進步，而且該技術能有效避免心臟運動偽影、提高圖像的質量。不足的是，當在采集數據時出現心率不齊或早搏，這種技術就不能正常的應用，需推出新的技術以期更有效的減少輻射劑量。

3 結 論

綜上所述，目前MSCT已成為評價心臟功能的重要方法之一。MSCT具有時間和空間分辨率高、掃描速度快、不受心臟幾何形態的影響、能夠對植入金屬裝置的患者進行檢查等優勢。盡管有這些優點，但輻射曝露程度和需要注射碘對比劑將可能阻礙多層螺旋CT成為心臟功能評價的首選方法。但相信隨著影像學技術的不斷進步，MSCT在心臟功能評價方面的應用會越來越廣泛。

[1]Ioannidis JP,Trikalinos TA,Danias PG.Electrocardiogram-gated single-photon emission computed tomography versus cardiac magnetic resonance imaging for the assessment of left ventricular volumes and ejection fraction：a meta-analysis[J].J Am Coll Cardiol,2002,39(12)：2059-2068.

[2]Kuhl HP,Spuentrup E,Wall A,et al.Assessment of myocardial function with interactive non-breath-hold real-time MR imaging：comparison with echocardiography and breath-hold Cine MR imaging[J].Radiology,2004,231(1)：198-207.

[3]Setser RM,Fischer SE,Lorenz CH.Quantification of left ventricular function with magnetic resonance images acquired in real time[J].J Magn Reson Imaging,2000,12(3)：430-438.

[4]Bruners P,Mahnken AH,Knackstedt C,et al.Assessment of global left and right ventricular function using dual-source computed tomography(DSCT)in comparison to MRI：an experimental study in a porcine model[J].Invest Radiol,2007,42(11)：756-764.

[5]Muenzel D,Noel PB,Dorn F,et al.Coronary CT angiography in step-and-shoot technique with 256-slice CT：Impact of the field of view on image quality,craniocaudal coverage,and radiation exposure[J].Eur J Radiol,2011,9：211-212.

[6]Becker CR,Hong C,Knez A,et al.Optimal contrast application for cardiac 4-detector-row computed tomography[J].Invest Radiol,2003,38(11)：690-694.

[7]王晉君,李建丁.64層螺旋CT定量評估左心功能的方法研究[J].中西醫結合心腦血管病雜志,2010,8(10)：1184-1185.

[8]張兆琪.心血管疾病64排CT診斷學[M].北京：人民衛生出版社,2008：104.

[9]Juergens KU,Seifarth H,Maintz D,et al.MDCT determination of volume and function of the left ventricle：are short-axis image reformations necessary?[J].AJR Am J Roentgenol,2006,186(6Suppl2)：371-378.

[10]Cerqueira MD,Weissman NJ,Dilsizian V,et al.Standardized myocardial segmentation and nomenclature for tomographic imaging of the heart：a statement for healthcare professionals from the Cardiac Imaging Committee of the Council on Clinical Cardiology of the American Heart Association [J].Circulation,2002,105(4)：539-542.

[11]Butler J,Shapiro MD,Jassal DS,et al.Comparison of multidetector computed tomography and two-dimensional transthoracic echocardiography for left ventricular assessment in patients with heart failure[J].Am J Cardiol,2007,99(2)：247-249.

[12]Jde Graaf FR,Schuijf JD,van Velzen JE,et al.Assessment of global left ventricular function and volumes with 320-row multidetector computed tomography：A comparison with 2D-echocardiography[J].J Nucl Cardiol,2010,17(2)：225-231.

[13]Lim SJ,Choo KS,Park YH,et al.Assessment of left ventricular function and volume in patients undergoing 128-slice coronary CT angiography with ECG-based maximum tube current modulation：a comparison with echocardiography[J].Korean J Radiol,2011,12(2)：156-162.

[14]欒 云,唐立均,王德杭.雙源CT與超聲心動圖評估左心功能的比較研究[J].放射學實踐,2010,25(2)：153-155.

[15]郝寶順,覃 杰,張 輝,等.320排動態容積CT評價左心室收縮功能[J].中華全科醫學,2011,9(1)：127-129.

[16]Hundt W,Siebert K,Wintersperger BJ,et al.Assessment of global left ventricular function：comparison of cardiac multidetector-row computed tomography with angiocardiography[J].J Comput Assist Tomogr,2005,29(3)：373-381.

[17]Matsui H,Yasukochi S,Haseyama K,et al.Quantification of right and left ventricular volumes in children with congenital heart disease by multidetector-row computed tomography[J].Pediatr Cardiol,2007,28(4)：267-271.

[18]宋 蘭,張竹花,王怡寧,等.64層螺旋CT在陳舊性心肌梗死患者左心室整體功能評價中的應用價值[J].中國醫學科學院學報,2009,31(2)：221-226.

[19]Palumbo A,Maffei E,Martini C,et al.Functional parameters of the left ventricle：comparison of cardiac MRI and cardiac CT in a large population[J].Radiol Med,2010,115(5)：702-713.

[20]Kim SS,Ko SM,Song MG,et al.Assessment of global function of left ventricle with dual-source CT in patients with severe arrhythmia：a comparison with the use of two-dimensional transthoracic echocardiography[J].Int J Cardiovasc Imaging,2010,26(2)：213-221.

[21]Drosch T,Tsiflikas I,Brodoefel H,et al.Semi-automatic assessment of global left ventricular function and left ventricular parameters with dual-source computed tomography：comparison with invasive angiography[J].Heart Vessels,2010,25(1)：57-62.

[22]段 慧,單可記,王 菊,等.雙源CT對冠狀動脈狹窄與左室功能及心肌缺血關系的分析[J].中國醫學科學院學報,2010,32(6)：683-689.

[23]Salm LP,Schuijf JD,de Roos A,et al.Global and regional left ventricular function assessment with 16-detector row CT：comparison with echocardiography and cardiovascular magnetic resonance[J].Eur J Echocardiogr,2006,7(4)：308-314.

[24]Raman SV,Shah M,Mc Carthy B,et al.Multi-detector row cardiac computed tomography accurately quantifies right and left ventricular size and function compared with cardiac magnetic resonance[J].Am Heart J,2006,151(3)：736-744.

[25]Mahnken AH,Bruder H,Suess C,et al.Dual-Source Computed Tomo-graphy for Assessing Cardiac Function A Phan-tom Study[J].Invest Radiol,2007,42(7)：491-498.