組織追蹤MR技術(shù)評價正常人左室形變功能的臨床研究

李 政， 金 航， 孫敏敏， 潘翠珍， 曾蒙蘇*， 舒先紅

1.復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院心臟超聲診斷科，上海 200032 2.上海市心血管病研究所，上海 200032 3.上海市影像醫(yī)學(xué)研究所，上海 200032 4.復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院放射科，上海 200032

應(yīng)變是定量評價心臟形變功能的新指標(biāo)，可準(zhǔn)確體現(xiàn)心肌主動運動[1-3]?；谛呐K磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)電影序列的組織追蹤技術(shù)不需要增加新的檢查序列，可定量分析左室內(nèi)膜下、外膜下心肌的分層應(yīng)變[4-6]。本研究應(yīng)用組織追蹤技術(shù)評價正常人左室分層應(yīng)變，探討正常人左室心肌形變功能的特征。

1 資料與方法

1.1 一般資料 隨機入組2018年于復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院行CMR檢查的健康志愿者39例，其中男性24例，女性15例，年齡35～72歲，平均(37.13±14.43)歲。按照年齡將志愿者分為3組，A組(15～29歲)，共14例，男性10例，女性4例，平均(22.86±4.31)歲；B組(30～45歲)，共14例，男性10例，女性4例，平均(36.42±4.38)歲；C組(46～70歲)，共11例，男性4例，女性7例，平均(56.18±7.61)歲。按患者性別分組：男性組，平均年齡(32.67±10.61)歲；女性組，平均年齡(44.27±16.28)歲。本研究經(jīng)復(fù)旦大學(xué)附屬中山醫(yī)院倫理委員會批準(zhǔn)(B2018-286)，所有患者均知情并簽署知情同意書。

納入標(biāo)準(zhǔn)：經(jīng)病史、心電圖、超聲心動圖及體格檢查嚴(yán)格排除心血管疾病(嚴(yán)重心律失常及傳導(dǎo)阻滯、瓣膜病、心肌病及冠心病等)和其他器質(zhì)性疾病(肝臟、腎臟疾病及糖尿病、高血脂等)。排除標(biāo)準(zhǔn)：(1)不耐受CMR檢查；(2)CMR圖像質(zhì)量不佳，不能用分析軟件進行分析。

1.2 儀器及分析軟件 (1)西門子1.5T(Magnetom Aera; 西門子醫(yī)療系統(tǒng)有限公司，德國)全身磁共振掃描儀，梯度場強為45 mT/m，梯度切換率200 T·m-1·s-1，配備32通道全身相控陣線圈和胸前心電門控R波觸發(fā)、呼吸門控技術(shù)。(2)CVI 42(v.5.2.2；圓心血管影像有限公司，加拿大)心血管影像分析軟件，組織追蹤模塊。

1.3 CMR檢查與電影序列圖像采集 所有志愿者取仰臥位，使用32通道心臟相控振線圈配合心電門控和呼吸門控，檢查開始前訓(xùn)練患者屏氣。首先進行定位像采集，在定位像上確定左心房、左心室心尖部、主動脈瓣等位置后，Dot-engine程序自動對心臟進行定位。應(yīng)用True-FISP(true fast image with steady-state precession)脈沖序列在呼氣末屏氣采集左室四腔心觀、兩腔心觀、三腔心觀及8～10個連續(xù)的左室短軸觀電影圖像，短軸觀要求與左室長軸觀垂直，且能將左室從心尖到心底完全覆蓋。具體參數(shù)：重復(fù)時間35.5 ms，回波時間1.1 ms；層厚8 mm；翻轉(zhuǎn)角80°。

1.4 圖像分析 應(yīng)用CVI分析軟件上組織追蹤模塊在左室長軸和短軸圖像上半自動勾畫左室內(nèi)外膜，在短軸圖像上確定上插入點和下插入點后，軟件自動按左室16節(jié)段牛眼圖對左室心肌進行追蹤并分段，見圖1。軟件分析后生成左室整體縱向應(yīng)變(global longitudinal strain，GLS)、左室整體環(huán)向應(yīng)變(global circumferential strain，GCS)、左室整體徑向應(yīng)變(global radial strain，GRS)峰值；左室基底段、中間段及心尖段縱向應(yīng)變(longitudinal strain，LS)、環(huán)向應(yīng)變(circumferential strain，CS)和徑向應(yīng)變(radial strain，RS)。比較左室LS、CS和RS在基底段、中間段與心尖段的差別，內(nèi)膜下與外膜下的差別，性別間的差別及根據(jù)年齡分組后各組間的差別。

圖1 CVI軟件組織追蹤模塊生成左室16節(jié)段應(yīng)變曲線和牛眼圖

1.5 可重復(fù)性檢驗 隨機選取10例健康志愿者的CMR電影圖像，應(yīng)用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient, ICC)對CVI軟件分析結(jié)果行可重復(fù)性檢驗。觀察者內(nèi)重復(fù)性要求同一操作者間隔2周以上對圖像再次分析；觀察者間重復(fù)性要求另一獨立的操作者對選中的圖像進行分析。

2 結(jié) 果

2.1 臨床及磁共振容量指標(biāo) 39例健康志愿者心率為(70.36±14.03)次/min，體表面積(1.73±0.18)m2，左室舒張末容積(體表面積標(biāo)化值)為(76.26±12.49)mL/m2，左室收縮末容積(體表面積標(biāo)化值)為(32.57±7.79)mL/m2，每博輸出量(體表面積標(biāo)化值)為(43.69±6.71)mL/m2，左室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction, LVEF)為(57.93±5.61)%。

2.2 左室應(yīng)變 結(jié)果(表1、圖2)顯示：健康志愿者GLS、GCS、GRS分別為-(14.74±2.93)%、-(19.86±2.30)%、(39.02±8.98)%。LS、CS自基底段到心尖段遞增(圖2)。中間段、心尖段與基底段應(yīng)變值(LS、CS和RS)差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)，但中間段與心尖段應(yīng)變值差異無統(tǒng)計學(xué)意義(表1)。

結(jié)果(表2)顯示：健康志愿者左室內(nèi)外膜下GLS、GCS和GRS值的差異均有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。左室基底段、中間段和心尖段CS內(nèi)外膜下值的差異和RS內(nèi)外膜下值的差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.01)。

表1 左室應(yīng)變值基底段、中間段及心尖段間差異

圖2 左室應(yīng)變值基底段、中間段及心尖段間差異

表2 左室內(nèi)膜下及外膜下心肌應(yīng)變值

2.3 年齡及性別對應(yīng)變的影響 結(jié)果(表3、表4)顯示：男性組和女性組間各應(yīng)變指標(biāo)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。C組較B組GLS、GRS、中間段LS、心尖段LS、心尖段RS升高；內(nèi)膜下和外膜下心肌GRS升高，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。B組較A組心尖段LS和外膜下GLS降低，差異有統(tǒng)計學(xué)意義(P<0.05)。其余年齡組間指標(biāo)差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。

2.4 可重復(fù)性分析 結(jié)果(表5)顯示：GLS、GCS和GRS在觀察者內(nèi)部觀察者之間均表現(xiàn)出較高的一致性，觀察者內(nèi)部GLS、GCS和GRS的ICC分別為0.959、0.967和0.977，觀察者之間GLS、GCS和GRS的ICC分別為0.924、0.961和0.952。

表3 組織追蹤MR左室應(yīng)變指標(biāo)性別間差異

表4 組織追蹤MR左室應(yīng)變指標(biāo)年齡分組間差異

表5 觀察者內(nèi)差異與觀察者間差異分析

3 討 論

目前臨床上評價心功能最常用的方法是基于超聲心動圖的LVEF，但超聲心動圖不僅受患者超聲條件影響，且有左室?guī)缀涡螤罴僭O(shè)的弊端。研究[1,7]表明，LVEF的評估不敏感，當(dāng)患者LVEF降低時，心功能已有不可逆的損害。應(yīng)變是評價心臟功能的新指標(biāo)，反映固體在外力作用下形態(tài)上的改變，根據(jù)空間方向不同，心肌應(yīng)變可分為縱向、徑向和環(huán)向3種[1,8]。

CMR空間分辨率較高，其電影序列具有較高的心肌-血池對比度。基于CMR的電影序列圖像的組織追蹤技術(shù)可跟蹤心動周期中的每幀圖像上的心肌組織[5-6]，國內(nèi)外多項研究[5-6,9-11]將其應(yīng)用于評價不同病理狀態(tài)下心肌整體或節(jié)段收縮功能，證實該技術(shù)的臨床應(yīng)用價值。

由于心內(nèi)膜下心肌位于冠狀動脈循環(huán)的末端，對缺血和纖維化敏感[10]；動脈硬化和神經(jīng)激素等因素對左室各層可能產(chǎn)生的影響不同，理論上心內(nèi)膜下心肌收縮活動異常出現(xiàn)較外膜下心肌早[12-15]。組織追蹤MR可分別跟蹤左室內(nèi)膜下與外膜下心肌運動，為研究多種心臟疾病心肌分層收縮及舒張功能改變提供新的途徑。

本研究發(fā)現(xiàn)，心肌應(yīng)變自基底段向心尖段遞增，這不僅與左室運動以心尖為幾何中心、各節(jié)段收縮期朝向心尖運動、舒張期背離心尖運動這一規(guī)律相符，且與既往基于超聲心動圖的多項研究[13-15]結(jié)果一致，基底段心肌應(yīng)變低可能是由基底環(huán)受瓣環(huán)牽拉導(dǎo)致；由于心尖部沒有纖維瓣環(huán)結(jié)構(gòu)的牽拉，因此形變較基底段大[13-15]。

本研究在對性別、年齡分組后，還發(fā)現(xiàn)各應(yīng)變指標(biāo)在性別間差異無統(tǒng)計學(xué)意義，這與既往結(jié)果[14]一致，說明應(yīng)變體現(xiàn)的是心肌本身形變的能力，主要與心肌的病理生理狀態(tài)有關(guān)。而本研究中C組部分指標(biāo)較B組升高，可能與老年患者動脈粥樣硬化導(dǎo)致的外周阻力升高有關(guān)。

本研究存在一定的局限性：(1)樣本量較小，今后需加大樣本量進一步分析；(2)由于技術(shù)所限，不能對左室基底段至心尖段內(nèi)外膜下縱向應(yīng)變進行分析；(3)沒有與其他磁共振心肌應(yīng)變技術(shù)(如心肌標(biāo)記技術(shù))進行對比。

綜上所述，基于CMR電影序列的組織追蹤技術(shù)評價健康人群左室應(yīng)變，顯示該技術(shù)具有較好的可重復(fù)性，左室內(nèi)膜下、外膜下及整體心肌應(yīng)變自基底段至心尖段遞增，自心內(nèi)膜下至心外膜下左室心肌應(yīng)變遞減，性別對左室應(yīng)變無明顯影響。