快速評估心臟MR左心室長軸應變及其與左心室整體縱向應變的相關性

蔣小鳳，吳虹霖，李宏偉，方可薇，王 朗，朱 麗，雷麗程，劉 竣，杜 勇

(川北醫學院附屬醫院放射科，四川 南充 637000)

近年來，心臟MR(cardiac magnetic resonance, CMR)已成為無創評估心臟結構和功能的金標準[1]。CMR特征追蹤(feature tracking CMR, FT-CMR)技術是基于穩態自由進動序列(steady-state free precession, SSFP)，使用標準長軸及短軸電影，通過專用軟件勾畫心內外膜邊界，計算獲得心肌徑向、縱向、周向應變及應變率，可真實反映局部心肌的收縮和舒張功能以及心肌運動的速度和速度差異[2]。左心室整體縱向應變(global longitudinal strain, GLS)是評價亞臨床心臟功能障礙的早期指標之一，且是心血管事件的獨立預測因子，鑒別輕微收縮功能異常較射血分數更敏感，對心血管疾病的診斷、治療及預后評價具有重要意義[3]。臨床上應用軟件評估GLS比較耗時，且不同廠商之間的軟件和計算方法尚需進一步標準化。有研究[4]認為，在CMR中，房室平面位移是心臟搏出量的主要改變因素，并與左心室功能最為相關。本研究探討左心室長軸應變(long axis strain, LAS)的快速評估方法，并分析LAS與GLS的相關性。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2016年11月—2017年11月健康志愿者77名，男38名，女39名，年齡22～78歲，平均(49.8±16.4)歲；身高147～176 cm，平均(160.0±8.0)cm；體質量42～87 kg，平均(61.1±9.8)kg。納入標準：①既往無心血管疾病危險因素及病史；②無其他器質性疾病，肝、腎功能正常；③血壓<140 mmHg/90 mmHg；④體格檢查無異常，心電圖及超聲心動圖未見異常。排除標準：①急性或陳舊性心肌梗死；②有起搏器植入或其他體內金屬植入物及MR檢查禁忌證；③貧血；④經CMR檢查心臟結構和功能異常。本研究經我院倫理委員會審議通過，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Discovery 750 3.0T MR掃描儀，32通道體部線圈。采用呼吸門控和心電向量門控技術，掃描前對受檢者進行呼吸訓練，行呼氣末屏氣掃描。心臟電影成像采用SSFP序列，掃描范圍覆蓋整個心室(從二尖瓣瓣環到心尖心外膜)，采集二腔、四腔及短軸位電影。掃描參數：TR 3.41 ms，TE 1.53 ms，層厚10 mm，層間距0，翻轉角50°，帶寬125 kHz，FOV 380 mm×380 mm。每一心動周期采集20幀電影圖像。

1.3 圖像分析與后處理

1.3.1 左心室功能及應變分析 采用Circle Cardiovascular Imaging(CVI 42)V5.2.4軟件，將左心室容積最大及最小時間定為舒張末期及收縮末期，通過手動繪制左心室心內膜和心外膜輪廓，由軟件自動生成左心室心功能參數：左心室舒張末期容積(left ventricular end-diastolic volume, LVEDV)、左心室收縮末期容積(left ventricula end-systolic volume, LVESV)、每搏輸出量(stroke volume, SV)、心輸出量(cardiac output, CO)、左心室射血分數(left ventricular ejection fraction, LVEF)等。由軟件自動追蹤心動周期內心肌運動的形變，進行應變分析，獲得左心室GLS(采用3D模型計算)；測量2次，取均值。

1.3.2 LAS在收縮末期和舒張末期，手動測量不同位點到心尖心外膜邊緣的距離，并根據公式分別計算左心室LAS：①二尖瓣瓣環插入點連線中點與左心室心尖的心外膜邊緣的距離(方法1，圖1A)；②二尖瓣室間隔側插入點與左心室心尖的心外膜邊緣的距離(方法2，圖1B)；③二尖瓣瓣環游離壁插入點與左心室心尖的心外膜邊緣的距離(方法3，圖1C)。計算LAS的百分比值，公式為[(收縮末期測量距離-舒張末期測量距離)/舒張末期測量距離]×100%。分別于二腔心和四腔心層面進行測量，取二者平均值。

1.3.3 一致性分析 由2名具有5年以上工作經驗的MRI醫師獨立測量左心室心功能參數、GLS，并計算LAS。隨機抽取20名受試者的圖像，以評價2名醫師測量上述參數的一致性；由其中1名醫師于2周后再次測量上述參數，以評價觀察者內的一致性。

1.4 統計學分析 采用SPSS 23.0統計分析軟件。計量資料以±s表示，采用單因素方差分析比較3種方法LAS測值的差異。Shapiro-Wilk檢驗顯示所有變量符合正態分布，采用直線相關分析3種方法LAS測值與GLS的相關性；取3種LAS值的均值，以Pearson相關性分析觀察LAS、GLS與LVEF的相關性(|r|≤0.3相關性弱；0.3<|r|≤0.6相關性中度；0.6<|r|≤0.8相關性較好，|r|>0.8顯著相關)；采用組內相關系數(intraclass correlation efficient, ICC)分析觀察者間和觀察者內的一致性(ICC≤0.4一致性差；0.40.75一致性好)。以P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

77名健康志愿者左心室LVEDV、LVESV、SV、CO、LVEF及GLS分別為(110.20±24.36)ml、(47.40±13.22)ml、64.34±13.92、4.50±1.06、(58.69±6.52)%及(-14.85±1.65)%。

采用方法1、方法2及方法3的LAS值分別為 (-14.44±2.12)%、(-13.94±2.39)%及 (-14.32±2.69)%，差異無統計學意義(F=0.97，P=0.41)。3種LAS值的均值為(-14.23±2.41)%。采用方法1的LAS值與GLS呈顯著正相關(r=0.86，P<0.001)，方法2的LAS值與GLS呈中度正相關(r=0.57，P<0.001)，方法3的LAS值與GLS呈較好正相關(r=0.64，P<0.001；圖2)。LAS及GLS與LVEF均呈中度負相關(r=-0.38、-0.42，P=0.04、0.02)。

2名觀察者測量LVEDV(ICC=0.85)、LVESV(ICC=0.86)、SV(ICC=0.83)、CO(ICC=0.81)、LVEF(ICC=0.84)、GLS(ICC=0.86)、LAS(ICC=0.88)以及同一醫師測量LVEDV(ICC=0.92)、LVESV(ICC=0.92)、SV(ICC=0.91)、CO(ICC=0.91)、LVEF(ICC=0.92)、GLS(ICC=0.93)、LAS(ICC=0.94)的一致性均好。

3 討論

心肌應變是近年來CMR的研究熱點，是反映心肌收縮的直接且客觀的指標[1-2]，為定量評價心肌功能提供了新的參數和量化指標。本研究通過計算3個不同位點在心臟舒張和收縮末期相對位移的百分比，探討一種可簡便測量LAS的方法，發現采用方法1測得的LAS值與GLS呈顯著正相關(r=0.86，P<0.001)，方法2的LAS值與GLS呈中度正相關(r=0.57，P<0.001)，方法3的LAS值與GLS呈較好正相關(r=0.64，P<0.001)，提示LAS可有效評價左心室縱向應變，且無需依賴后處理軟件。既往研究[5-7]認為二尖瓣環位移是評價左心室收縮功能較為穩定的指標之一。Riffel等[8]比較二尖瓣環位移、LAS、LVEF診斷心肌病的效能，發現LAS的敏感度和特異度明顯優于二尖瓣環位移及LVEF，分析原因，可能在于二尖瓣環位移只能測量絕對值，在評估縱向應變中未考慮左心室長度，而某些病理狀態可能會影響其評估左心室應變的準確性。

圖1 CMR舒張末期手動測量不同位點到心尖心外膜邊緣的距離示意圖 A.二尖瓣瓣環插入點連線中點與左心室心尖的心外膜邊緣的距離； B.二尖瓣室間隔側插入點與左心室心尖的心外膜邊緣的距離； C.二尖瓣瓣環游離壁插入點與左心室心尖的心外膜邊緣的距離 圖2 采用方法1(A)、方法2(B)及方法3(C)的LAS測值分別與GLS的線性相關散點圖

本研究中，77名健康志愿者左心室LVEDV、LVESV、SV、CO、LVEF及GLS分別為(110.20±24.36)ml、(47.40±13.22)ml、64.34±13.92、4.50±1.06、(58.69±6.52)%及(-14.85±1.65)%，與既往研究[2,8-9]測量歐洲人群的結果存在差異，原因可能與納入人群種族、性別及年齡組成不同有關[10]。Riffel等[11]觀察LAS評估非缺血性擴張型心肌病(non-ischemic dilated cardiomyopathy, NIDCM)患者預后的價值，發現LAS降低與心臟不良事件相關，且LVEF、對比劑延遲強化聯合LAS有助于改善NIDCM的危險分層。Arenja等[12]認為LAS是NIDCM患者生存的獨立預測指標，提示LAS有助于為臨床決策提供參考依據。

研究[1,13]表明，LVEF降低會導致左心室徑向、縱向、周向應變和應變率下降。本研究中，LAS及GLS與LVEF均呈中度負相關(r=-0.38、-0.42，P=0.04、0.02)，可能原因在于：①心臟收縮時，心肌纖維既有環形收縮，又有長軸和短軸與心室各層心肌的扭轉，呈一種非常復雜的三維力學模型，而CMR-FT技術借鑒物理學中力的分解合成原理，可分別觀察不同方向(長軸、短軸、環向)的力矩改變[14]；②GLS是在心臟3D模型的基礎上，通過特性追蹤和測量心肌位移而計算得出，可更準確地評價心肌局部和整體功能；③LAS是利用心室整體相對位移計算左心室應變功能，不如GLS精確，但方法簡單，且兩者相關性強，故有望成為臨床快速評價左心室應變的方法。

本研究通過在標準SSFP序列上計算3個不同位點在舒縮過程中相對位移的百分比，無需特殊的CMR序列或附加軟件工具而快速計算LAS值，且觀察者內和觀察者間一致性均好(ICC均>0.75)。與評估應變的其他方式相比，本研究提出的方法可快速評估參數、預測整體縱向功能，有望用于臨床常規快速分析左心室應變。

本研究的不足：①與CMR-FT相比，LAS不能提供關于應變率、周向和徑向應變的信息，而CMR-FT在某些情況下可更好地反映心臟功能[15]；②LAS鑒別心肌病的敏感度和特異度尚待進一步研究證實；③未探討LAS與年齡和性別的相關性，研究[8-9]顯示男性LAS平均值明顯低于女性(P<0.000 1)，且LAS隨年齡增長而降低(P<0.001)。

綜上所述，通過計算不同位點在心臟舒張和收縮末期相對位移的百分比，可簡便測量LAS，且后者與GLS呈正相關，無需依賴后處理軟件，即可有效評估左心室縱向應變。