正電子發射斷層掃描心肌代謝顯像定量評價陳舊性心肌梗死患者左心室心肌重構程度的研究*

魏紅星，馬圓圓，段紹峰，田叢娜，田月琴，王道宇，姜楠，張宗耀，郭新華，張曉麗，單寶慈

正電子發射斷層掃描心肌代謝顯像定量評價陳舊性心肌梗死患者左心室心肌重構程度的研究*

魏紅星，馬圓圓，段紹峰，田叢娜，田月琴，王道宇，姜楠，張宗耀，郭新華，張曉麗，單寶慈

目的：采用自主開發的新軟件和門控18F- 脫氧葡萄糖正電子發射斷層掃描（18F-FDG PET）心肌代謝顯像對陳舊性心肌梗死患者的左心室心肌整體重構程度和局部重構程度進行無創性定量化評價。

方法：納入33例在本院行99Tcm-甲氧基異丁基異腈單光子發射斷層掃描（99Tcm-MIBI SPECT）心肌灌注顯像和門控18F-FDG PET心肌代謝顯像評價心肌存活性，并在兩周內行磁共振成像（MRI）檢查的陳舊性心肌梗死患者（包括21例左心室室壁瘤患者）進行回顧性分析。采用基于矩陣實驗室編程語言開發一套新軟件，獲得評價左心室整體重構程度的球形指數（SI），并首次提出評價左心室局部重構程度的新指標：水平長軸“倒八字”程度指數（DPI）、短軸橫徑比和短軸縱徑比。左心室重構整體重構程度以磁共振成像測定的左心室舒張末期容積（LVEDV），左心室收縮末期容積（LVESV）為“金標準”。有經驗的專家對PET心肌代謝顯像水平長軸和垂直長軸顯示“倒八字”程度采用4分打分法。分別將SI值與磁共振成像獲取的LVEDV、LVESV和左心室射血分數（LVEF）進行相關性分析；對DPI值、短軸橫徑比和短軸縱徑比與專家對“倒八字”程度的打分結果進行相關性分析。

結果：SI值與磁共振成像獲取的LVEDV和LVESV呈顯著正相關（r分別為0.598和0.615，P均＜0.01），與LVEF呈顯著負相關（r=-0.587，P＜0.01）。水平長軸左心室近前壁和中間段測定的DPI以及短軸測定的橫徑比與專家打分的結果呈顯著正相關（r分別為0.763、0.709和0.722， P均＜0.01）。

結論：采用我們自主開發的新軟件，通過對門控PET心肌代謝顯像重建圖像，可以較為客觀地評價左心室整體的重構程度和局部的重構程度。

左心室重構程度；正電子發射斷層掃描心肌代謝顯像；定量分析

Methods: A total of 33 patients received99Tcm-MIBI SPECT and gated18F-FDG PET/CT imaging and MRI within 2 weeks in our hospital were retrospectively studied. There were 21 patients with LV aneurysm and 12 with old myocardial infarction. A new developed software based on Matrix laboratory language was used to quantitatively evaluate the degree of global LVRM by spherical index (SI), and first used an index for quantitatively evaluate the degree of local LVRM including the divergent pattern index (DPI) on the horizontal long-axis (HLA) and horizontal diameter ratio (HDR) on the

short axis. MRI measured left ventricular end-diastolic volume (LVEDV) and LVESV was defined as “golden standard”for evaluating the degree of global RM. The degree of “divergent pattern” was visually analyzed by 2 experienced experts with a 4 points scoring system (1-4 score) based on the long horizontal axis and the long vertical axis of PET imaging. The relationships between SI and MRI measured LVEDV, LVESV and LVEF were analyzed; meanwhile, the relationships between the experts visual scoring and DPI, HLA and HDR were studied.

Results: For global RM study, SI was positively related to LVEDV and LVESV (r=0.598, P＜0.01 and r=0.615, P＜0.01), negatively related to LVEF (r=-0.587, P＜0.01); for local RM study, the experts visual scoring was positively related to DPI of anterior-HLA (r= 0.763, P＜0.01), middle-HLA (r=0.709, P＜0.01) and HDR on short axis (r=0.722, P＜0.01).

Conclusion: Self developed new index of SI, DPI and HDR for PET myocardial metabolic imaging could evaluate both global and local degrees of LVRM in patients with old myocardial infarction.

(Chinese Circulation Journal, 2015,30:235.)

左心室重構是心肌梗死后左心室（包括梗死區和非梗死區）形狀和大小發生改變，最終容易發生心力衰竭和心原性猝死[1-3]。如何簡便、無創、準確判斷有無左心室重構及其程度，對臨床治療方案的選擇和預后估測有重要價值。多種影像學方法可以評價左心室整體重構程度，其中以磁共振成像（MRI）測定的左心室容積為“金標準”以及超聲心動圖測定的球形指數（SI）為主要代表[4]。核素心肌灌注和心肌代謝顯像在提供心肌血流灌注、心肌存活性以及左心室功能信息的同時，可以提供一定的形態學信息。早期研究報道，心肌灌注顯像顯示心尖部心腔大于心底部心腔的異常的“倒八字”形態學，提示有左心室重構，對冠心病室壁瘤患者的診斷及預后估測有重要價值[5,6]，但是還沒有對其定量化分析的研究報道。準確評價局部心室重構程度可以更早期檢測冠心病患者病情的變化。但是，相關的研究報道甚少[7]。

本研究以陳舊性心肌梗死（部分合并左心室室壁瘤）患者為研究對象，采用以矩陣實驗室（MATLAB）編程語言研發的新軟件，對門控正電子發射斷層掃描心肌代謝顯像舒張末期斷層圖像進行處理，不僅獲得評價左心室整體重構程度的SI，而且我們首次提出了定量評價左心室局部重構程度的新指標，包括水平長軸“倒八字”程度指數（DPI）、短軸橫徑比（HDR）和短軸縱徑比（LDR），對其可靠性進行了初步評價和驗證。

1 資料與方法

研究對象：納入2009-09至2010-02期間在本院行99Tcm-甲氧基異丁基異腈單光子發射斷層掃描（99Tcm-MIBI SPECT）和門控18F- 脫氧葡萄糖正電子發射斷層掃描（18F-FDG PET）心肌代謝顯像評價心肌存活性，并在兩周內行MRI檢查的33例陳舊性心肌梗死患者的圖像資料進行回顧性分析。33例心肌梗死患者中，合并左心室前壁及心尖部室壁瘤者21例（男性16例，女性5例），平均年齡（56±11）歲。單純心肌梗死患者12例（男性11例，女性1例），平均年齡（61±14）歲，其中左心室前壁心肌梗死8例，下后壁心肌梗死4例。

顯像方法：PET心肌代謝顯像采用德國西門子公司PET/CT儀（Truepoint Biography 64，Siemens Healthcare,Knoxville，TN）?；颊咴诮碃顟B下口服25～50 g葡萄糖，根據血糖水平靜脈注射胰島素，調節血糖至所需范圍之后[8,9]，靜脈注射111～185 MBq F-FDG，1 h后行門控PET心肌代謝顯像，以心電圖R波觸發門電路同步采集10 min，每個心動周期采集8幀圖像，能峰為511 keV。矩陣128×128，放大倍數為2.0。圖像重建采用迭代法（迭代4次，子集數為8），獲得左心室短軸、水平長軸和垂直長軸圖像。門控圖像采用QGS軟件進行分析。

磁共振成像采用德國西門子公司 Magnetom Avanto 1.5T超導型磁共振成像儀，場強為40 mT/m，梯度切換率200 T/m，利用相控陣表面線圈和心電門控技術采集圖像。True FISP cine序列掃描參數：翻轉角為80°，矩陣256×256，視野350～400 mm，層厚8 mm，每個心動周期采集25幀圖像。1名專業醫生在不知道心肌代謝顯像結果和臨床資料的前提下，采用德國西門子公司的ARGUS軟件半自動勾畫左心室短軸舒張末期和收縮末期心內外膜邊界，Simpson法計算左心室舒張末期容積（LVEDV）、左心室收縮末期容積（LVESV）和左心室射血分數（LVEF）。

評價心室重構程度的程序以及獲取的半定量指標：采用基于矩陣實驗室（MATLAB）編程語言開發

新軟件，對患者門控PET心肌代謝顯像舒張末期斷層圖像進行定量分析，過程如下：首先讀取PET心肌代謝顯像的圖像數據（DICOM格式），分別選取垂直長軸、水平長軸和短軸的斷層圖像，提取心內膜和心外膜輪廓，之后剔除不屬于心內膜輪廓的像素點，最后精確地勾畫出心內膜邊界。并通過公式獲取以下三項指標：①SI：左心室垂直長軸斷層圖像顯示的短軸與長軸之比（SI=S/L），反映左心室的整體重構程度。SI值越大，球形化程度越嚴重。②“倒八字”程度指數（DPI）：選取水平長軸顯示的左心室間隔到側壁的最長距離與左心室基底部間隔到側壁距離之比為DPI（DPI=A/B）。該指標對于室壁瘤的探測與評價有重要意義。DPI值越大，“倒八字”程度越嚴重。③短軸橫徑比（HDR）和短軸縱徑比（LDR）：選取所有短軸斷層圖像的橫徑值和縱徑值，選取最大橫徑值為左心室最大橫徑長度，取最大的縱徑值為左心室最大縱徑長度。左心室最大橫徑長度與基底部的橫徑長度之比為HDR = 最長短軸橫徑值（H）/心基底短軸橫徑值（H base），而左心室最大縱徑長度與基部的縱徑長度之比為LDR = 最長短軸縱徑值（L）/基底短軸縱徑值（L base）。HDR和LDR分別反映了左心室中間段水平長軸和垂直長軸顯示的“倒八字”程度，定量評價球形化程度和“倒八字”程度。

左心室重構程度指標的驗證和評價：對左心室整體重構程度指標——SI的驗證和評價以MRI測定的LVEDV、LVESV為標準。而對于代表左心室局部重構程度的DPI、短軸HDR和短軸LDR的驗證和評價，由于國際上沒有統一標準，我們以專家對垂直長軸和水平長軸斷層圖像的“倒八字”程度打分結果為參照標準。兩位有經驗的核醫學專家通過肉眼對水平長軸圖像“倒八字”的程度采用4分打分法：1分：形態學正常；2分：左心室間隔和側壁平行；3分：呈現心尖段心腔大于基底段心腔的“倒八字”現象；4分：嚴重“倒八字”， 左心室基底段的間隔和側壁連在一起。對于垂直長軸圖像“倒八字”程度的分析：1分：形態學正常；2分：左心室前壁和下壁平行；3分：左心室前壁和下壁呈現“倒八字”現象；4分：嚴重“倒八字”，前壁基底段和下壁基底段連在一起。而1.5分、2.5分和3.5分則是核醫學專家們根據多年讀片的經驗判斷的中間狀態。

短軸橫徑比和縱徑比理論上反映的分別是左心室中間段水平長軸和垂直長軸“倒八字”程度，由于肉眼讀片不容易對其進行打分，故以核醫學專家分別對左心室中間段水平長軸和垂直長軸“倒八字”程度的打分為參照標準，對其可靠性進行驗證和評價。

統計學分析：采用SPSS 13.0軟件進行分析。將采用自編軟件測定的所有參數（SI、DPI、短軸HDR和LDR）與各自的“金標準”進行Pearson相關性分析和回歸分析，評價其可靠性，P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 評估不同半定量指標測定值的重復性

兩位操作者分別對33例患者測量SI、DPI、短軸HDR和LDR，兩位操作者所得出的結果的相關系數r分別為0.86、0.89、0.89和0.90（P均＜0.01）；同一操作者重復測量兩次患者的SI、DPI、HDR和LDR四項指標，兩次所得結果的相關系數r分別為0.90、0.91、0.93和0.91（P均＜0.01）。

2.2 對球形指數的驗證QGS軟件測定值比較

對19例患者采用我們的新軟件測定的SI值分別與MRI測定的LVEDV、LVESV和LVEF進行相關性分析，發現SI與LVEDV和LVESV均呈顯著正相關（r分別為0.598和0.615，P均＜0.01），并且與LVEF呈顯著負相關（r = -0.587，P＜0.01）。圖1

圖1 球形指數與磁共振成像測定的左心室舒張末期容積、左心室收縮末期容積和左心室射血分數的相關性分析圖

2.3 對水平長軸“倒八字”程度指標的驗證

為評價不同部位“倒八字”程度的不同，對33例患者分別選取左心室近前壁、中間段和近下后壁水平長軸斷層圖像，測定各自的DPI值，分別與專家對相應部位圖像的“倒八字”程度打分結果進行相關性分析。我們發現左心室近前壁 DPI值和中間段DPI值與專家打分均呈顯著正相關（r值分別為0.763和0.709，P均＜ 0.01）。而近下后壁DPI值與專家打分呈弱正相關（r=0.41，P＜0.05）。圖2

圖2 左心室近前壁、中間段和近下后壁“倒八字”程度指數與“倒八字”程度專家打分的相關性分析

2.4 短軸橫徑比和短軸縱徑比的驗證

短軸橫徑比和短軸縱徑比分別與專家對左心室水平長軸中間段和垂直長軸中間段“倒八字”程度的打分結果進行相關性分析，發現短軸橫徑比與專家對水平長軸左心室中間段打分結果呈顯著正相關（r=0.722，P＜0.01）。而短軸縱徑比與專家對垂直左心室中間段的打分無顯著性相關（P＞0.05）。圖3

圖3 短軸橫徑比、短軸縱徑比與專家左心室中間段打分相關性分析

3 討論

目前，臨床上主要評價左心室整體重構程度，但是并不能完全滿足臨床實踐的需要。如果能夠準確評價局部重構程度，可以更早期檢測患者病情的變化。目前為止，國內外對評價左心室局部重構程度的相關研究報道甚少。為此，本研究以陳舊性心肌梗死和合并左心室室壁瘤患者為研究對象，采用自主研發的新軟件，對門控心肌代謝PET圖像進行定量分析，不僅獲得反映左心室整體重構程度的SI，而且提出了定量評價左心室局部重構程度的新指標，包括水平長軸“倒八字”程度指標DPI值和短軸橫徑比，對左心室重構程度進行全面評價。

既往國內外研究證明左心室SI值可以準確反映左心室整體重構程度。Fukuchi等[10]和Abidov等[11]報道早期采用SPECT心肌灌注顯像，對先天性肥厚性心肌病和充血性心力衰竭患者的研究表明，采用QGS軟件勾畫心內外膜輪廓，獲取SI值，可以較好代表左心室整體重構程度。本研究中，我們用自編軟件，采用門控舒張末期代謝垂直長軸圖像測定的SI值與MRI測定的LVEDV、LVESV呈顯著正相關，與LVEF呈顯著負相關。

為了篩選出可以準確評價左心室局部重構程度的指標，我們分別選取水平長軸近前壁、中間段和近下后壁圖像測定各自的DPI值，以及選取短軸圖像分別測定短軸橫徑比和縱徑比，與專家對“倒八字”程度的打分為“金標準”，進行相關性分析。發現水平長軸前壁DPI值和中間段DPI值與專家打分呈顯著正相關，而下后壁DPI與專家打分不相關。分析原因，大量的臨床研究證明心肌梗死多發生于

前壁，且易合并室壁瘤，導致前壁和心尖部室壁變薄，彎曲度增大，易發生梗死范圍的擴展、左心室擴大和球形化，而下后壁心肌梗死范圍較小，室壁彎曲度小且有膈肌保護不易發生梗死擴展和左室擴大，故下后壁水平長軸DPI值不能很好的代表下后壁重構程度。

短軸橫徑比和縱徑比理論上可以代表左心室水平長軸中間段和垂直長軸中間段的“倒八字”程度。但是，由于在短軸圖像上不同斷層水平的橫徑長度和縱徑長度的變化不明顯，因此，通過專家肉眼不容易準確區別差異并進行打分，故以專家分別對水平長軸中間段和垂直長軸中間段斷層圖像的“倒八字”程度進行打分的結果為標準，對二者進行相關性分析。研究結果發現，短軸橫徑比與專家打分呈顯著正相關，而短軸縱徑比與專家打分則沒有顯著性相關。左心室重構后，雖然水平長軸和垂直長軸斷層圖像上均可觀察到不同程度的“倒八字”現象，但是本研究通過對短軸橫徑比和短軸縱徑比的驗證，發現與垂直長軸斷層圖像“倒八字”程度相比，水平長軸斷層圖像的“倒八字”程度可以更準確評價左心室局部重構程度。

本研究存在一定的局限性，決定這些參數準確性的關鍵是對心內膜輪廓的準確勾畫。然而，由于受到儀器分辨率所限，如何準確勾畫心內膜和心外膜輪廓一直是影響核心臟病學技術診斷準確性且需要根本解決的問題。這是我們本研究選擇門控心肌代謝顯像而非門控心肌灌注顯像的重要原因，同時也是大家認為影響門控心肌灌注和心肌代謝顯像測定左心室容積的重要因素，但是到底影響程度如何，目前尚無系統研究的報道。為此，我們研究小組針對96例室壁瘤患者，以MRI測定的左心室功能參數為“金標準”，評價心肌灌注缺損范圍對門控心肌灌注顯像和門控心肌代謝顯像測定左心室容積和左心室射血分數準確性的影響，結果發現后兩種方法測定的心室容積與MRI測定的心室容積均有良好的相關性（r=0.81～0.86），因此，提示心內膜輪廓勾畫問題不影響后兩種方法用于臨床評價左心室功能[12]。當然，今后的研究希望能夠尋求到可以更加準確勾畫心內膜和心外膜輪廓的方法。其次，本研究研發的程序只對小樣本量患者的圖像進行處理和驗證，但需要通過對大樣本的研究近一步來驗證其可靠性。另外，通過對患者治療前后測定指標的變化情況，以及通過長期隨訪結果，對冠心病心肌梗死患者治療方案的選擇和預后判斷提供有價值的信息。

采用我們自主研發的軟件對門控PET心肌代謝顯像圖像所提供的左心室形態學信息進行分析，獲取的SI值、DPI值和短軸橫徑比用于評價左心室整體重構程度和局部重構程度，初步結果比較滿意。

[1] Burchfield JS, Xie M, Hill JA. Pathological Ventricular Remodeling: Mechanisms: Part 1 of 2. Circulation, 2013, 128: 388-400.

[2] Hellawell JL, Margulies KB. Myocardial Reverse Remodeling. Cardiovasc Ther, 2012, 30: 172-181.

[3] Goel PK, Bhatia T, Kapoor A, et al. Left ventricular remodeling after late revascularization correlates with baseline viability. Tex Heart Inst J, 2014, 41: 381-388.

[4] Harjai KJ, Edupuganti R, Nunez E, et al. Does left ventricular shape influence clinical outcome in heart failure.Clin Cardio, 2000, 23: 813-819.

[5] Morton KA, Alazraki NP, Taylor AT, et al. SPECT thallium-201 scintigraphy for the detection of left ventricular aneurysm. J Nucl Med, 1987, 28: 168-172.

[6] Krawczynska EG, Alazraki NP, Karatela R, et al. Prognosis in patients with left ventricular apical aneurysm diagnosed by thallium-201 or99Tcmsestamibi SPECT images. Am J Cardiol, 1997, 79: 406-411.

[7] 張居洋, 王躍濤, 鹿存芝.99Tcm-MIBI心肌灌注斷層顯像評價心肌梗死后左室重構. 東南大學學報（醫學版）, 2006, 25: 434-436.

[8] Zhang XL, Liu XJ, Wu QY, et al. Clinical outcome of patients with previous myocardial infarction and left ventricular dysfunction assessed with99Tcm-MIBI myocardial SPECT and 18F-FDG myocardial PET. J Nucl Med, 2001, 42: 1166-605.

[9] Zhang XL, Liu XJ, Hu SS, et al.Long-term survival of patients with viable and nonviable aneu-rysms assessed by99Tcm-MIBI SPECT and18F-FDG PET: A comparative study of medical and surgical treatment. J Nucl Med, 2008, 49: 1288-1298.

[10] Fukuchi K, Yasumura Y, Kiso K, et al. Gated myocardial SPECT to predict response to beta-blocker therapy in patients with idiopathic dilated cardiomyopathy. J Nucl Med, 2004, 45: 527-531.

[11] Abidov A, Slomka PJ, Nishina H, et al. Left ventricular shape index assessed by gated stress myocardial perfusion SPECT: Initial description of a new variable. J Nucl Cardio, 2006, 13: 652-659.

[12] Wei H, Tian C, Schindler TH, et al. The impacts of severe perfusion defects, akinetic/dyskinetic segments, and viable myocardium on the accuracy of volumes and LVEF measured by gated99Tcm-MIBI SPECT and gated 18F-FDG PET in patients with left ventricular aneurysm: cardiac magnetic resonance imaging as the reference. J Nucl Cardiol, J Nucl Cardiol, 2014, 21: 1230-1244.

Quantitative Evaluation of Left Ventricular Remodeling Using18F-FDG Photon Emission Tomography Imaging in Patients With Old Myocardial Infarction

WEI Hong-xing, MA Yuan-yuan, DUAN Shao-feng, TIAN Cong-na, TIAN Yue-qin, WANG Dao-yu, JIANG Nan, ZHANG Zong-yao,
GUO Xin-hua, ZHANG Xiao-li, SHAN Bao-ci.
Department of Nuclear Medicine, Cardiovascular Institute and Fu Wai Hospital, CAMS and PUMC, Beijing (100037), China Co-corresponding Authors: ZHANG Xiao-li, Email: xlzhang68@yahoo.com and SHAN Bao-ci, Email: shanbc@ihep.ac.cn

Objective: To quantitatively and non-invasively evaluate both global and local left ventricular remodeling (LVRM) in patients with old myocardial infarction by18F-FDG photon emission tomography (PET) imaging with self developed soft ware.

Left ventricular remodeling; Photon emission tomography/CT imaging; Quantitative analysis

2014-09-11）

（編輯：許 菁）

國家自然科學基金（81071177）；北京市科技計劃首都臨床特色應用研究（Z131107002213181）

100037 北京市，中國醫學科學院 北京協和醫學院 國家心血管病中心 阜外心血管病醫院 核醫學科（魏紅星、田叢娜、田月琴、王道宇、姜楠、張宗耀、郭新華、張曉麗）；中國科學院高能物理研究所 核輻射與核能技術重點實驗室 北京市射線成像技術與裝備工程技術研究中心（馬圓圓、段紹峰、單寶慈）

魏紅星 主管技師 碩士 主要研究方向為核心臟病學 Email: weihongxing@263.net 通訊作者：張曉麗 Email: xlzhang68@yahoo.com單寶慈 Email: shanbc@ihep.ac.cn

R54

A

1000-3614（2015）03-0235-05 doi :10.3969/j.issn.1000-3614.2015.03.009