正常青年人左心室長軸心肌應(yīng)變特征的MRI研究

李夢露，席曉旭，程流泉*，李俊超，董蔚，陳韻岱，智光

1.解放軍總醫(yī)院放射診斷科，北京 100853；2.解放軍總醫(yī)院心內(nèi)科，北京 100853；

利用特征追蹤（feature tracking，F(xiàn)T）技術(shù)測量心肌應(yīng)變參數(shù)已經(jīng)廣泛應(yīng)用于心動超聲檢查。測量心肌縱向應(yīng)變對于評價心功能、研究疾病的發(fā)生及發(fā)展具有重要作用。隨著 FT分析技術(shù)應(yīng)用于心臟MRI電影成像，利用 MRI層面標準化和組織對比度優(yōu)勢進行心肌應(yīng)變分析變得更加具有臨床實用價值[1-2]。目前，超聲和MRI的心肌應(yīng)變測量主要是基于長軸的整體應(yīng)變。理論上更加精準的應(yīng)變測量應(yīng)基于心肌的特定平面或節(jié)段分析，從而為缺血性心肌病等的評價奠定基礎(chǔ)[3-4]。本研究基于心臟MRI長軸圖像觀察應(yīng)變參數(shù)的特征，分析不同長軸層面和心肌節(jié)段的應(yīng)變特點，并試圖建立心肌縱向應(yīng)變參數(shù)的參考值范圍。

1 資料與方法

1.1 研究對象 經(jīng)醫(yī)院倫理委員會審核批準，征集31例健康志愿者并簽署知情同意書。其中2例因MRI檢查后判為異常而剔除。納入研究的29例健康志愿者醫(yī)療健康記錄明確，無系統(tǒng)性疾病、心腦血管疾病以及心臟相關(guān)不適或記錄。記錄受試者的身高、體重、血壓等基本資料。不同性別受試者各臨床指標組間比較，差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05），且與體重指數(shù)無顯著相關(guān)性（r=0.37，P>0.05）。見表1。

表1 29例健康志愿者基本資料（±s）

表1 29例健康志愿者基本資料（±s）

項目數(shù)值男/女 15/14年齡（歲）27.71±2.43身高（cm） 167.29±8.31體重（kg）61.00±11.06體重指數(shù)（kg/m2） 21.67±2.71收縮壓（mmHg）120.84±12.14舒張壓（mmHg） 75.23±10.11心率（次/min）74.74±12.05

1.2 心臟MRI圖像采集 采用Philips Multiva 1.5T MRI掃描儀，16通道Torso相控陣線圈，胸前導聯(lián)心電向量觸發(fā)。采集左心室長軸3個層面，即左心室垂直長軸位（平行室間隔經(jīng)過二尖瓣中點與心尖連線的平面，簡稱“兩腔心層面”，2CH）、左心室水平長軸位（二尖瓣中點、三尖瓣中點與心尖連線平面，簡稱“四腔心層面”，4CH）和左心室流出道長軸位（主動脈瓣中點、二尖瓣中點和心尖連線平面，簡稱“三腔心層面”，3CH或LVOT）。電影成像采用平衡穩(wěn)態(tài)進動序列（bSSFP序列），最小TR 3.7 ms，最小TE 1.87 ms，反轉(zhuǎn)角60°，每個RR周期采集24個心臟時相，時間單位按照RR%計算。視野32 cm×28 cm，矩陣228×194，層厚8 mm。分次呼氣末屏氣15~18 s完成掃描。

1.3 圖像后處理 將 DICOM 圖像導入心肌運動追蹤分析軟件（TOMTEC Imaging Systems，2D Cardiac Performance Analysis MR，Munich，Germany），人工引導自動識別進行心內(nèi)膜和心外膜描記，并經(jīng)人工校正，直到心動周期中每一幀均能夠準確描記心內(nèi)膜。按照美國心臟協(xié)會（AHA）/美國心臟病學會（ACC）標準17段劃分方式，測量心內(nèi)膜心肌應(yīng)變運動參數(shù)，包括橫向、縱向應(yīng)變，運動位移的峰值及各參數(shù)的達峰時間（time to peak，TTP）。

1.4 統(tǒng)計學方法 應(yīng)用Microsoft Excel和SPSS 19軟件分析各參數(shù)在不同心肌節(jié)段之間、心尖-中部-心底不同水平之間、2CH-3CH-4CH不同成像平面之間的規(guī)律（圖1）。計量資料以x—±s表示。不同節(jié)段、平面各應(yīng)變參數(shù)比較采用方差分析。P<0.05表示差異有統(tǒng)計學意義。

圖1 長軸二腔心（A）、三腔心（B）和四腔心（C）平面，數(shù)字標識為AHA心肌節(jié)段，→示橫向運動，?示縱向運動，虛線為心尖-中部-心底的分隔

2 結(jié)果

2.1 應(yīng)變與位移的 TTP 縱向應(yīng)變和縱向位移的TTP在各節(jié)段間比較，差異無統(tǒng)計學意義（縱向應(yīng)變F=0.906，P>0.05；縱向位移F=0.596，P>0.05），其平均 TTP為（41.25±17.83）% RR間期。在橫向上，橫向應(yīng)變的TTP在各節(jié)段間比較，差異無統(tǒng)計學意義（F=1.075，P>0.05），其達峰時間為（41.09±11.45）% RR間期。而橫向位移在各節(jié)段間比較，差異有統(tǒng)計學意義（F=3.011，P<0.05）。橫向和縱向應(yīng)變及縱向位移的TTP比較，差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05），平均值為（41.24±12.51）% RR間期。見表2。

表2 不同節(jié)段與不同平面之間的位移、應(yīng)變的峰值與TTP（±s）

表2 不同節(jié)段與不同平面之間的位移、應(yīng)變的峰值與TTP（±s）

節(jié)段/應(yīng)變（%）位移（mm）層面/縱向峰值縱向達峰時橫向峰值橫向達峰時縱向峰值縱向達峰時橫向峰值橫向達峰時水平間間間間1 -14.69±10.17 40.09±19.24 43.35±18.60 36.21±8.85 8.89±3.56 41.38±10.44 11.54±2.46 37.07±4.90 2-21.89±13.39 43.60±12.24 19.07±14.86 42.26±20.09 10.06±2.90 41.22±6.55 4.16±4.09 44.35±15.05 3 -17.86±15.09 38.22±19.39 21.30±16.10 43.68±14.11 8.70±4.62 38.36±13.25 4.54±3.07 45.69±11.00 4-23.70±15.47 41.38±10.74 41.55±21.08 44.11±12.53 7.43±3.79 40.66±6.46 10.36±2.47 40.95±4.73 5 -27.85±11.72 39.58±12.29 41.32±18.94 42.86±10.26 6.10±3.92 43.45±20.59 9.43±2.68 40.33±6.22 6-19.01±10.38 41.67±13.22 43.39±26.38 39.37±10.60 7.40±4.05 38.36±15.41 10.55±3.57 41.09±5.20 7 -25.89±10.27 37.64±10.82 38.32±21.46 38.51±7.93 7.75±3.48 40.52±8.40 5.06±1.78 39.94±5.40 8-22.81±11.14 41.96±10.39 27.03±19.20 44.05±15.00 6.23±3.91 40.33±16.28 4.62±2.43 43.45±8.74 9 -17.21±11.40 37.36±14.28 22.38±14.33 40.09±9.14 6.61±3.92 40.37±13.82 4.26±1.58 44.25±9.67 10-12.85±8.88 42.39±15.87 36.38±15.94 38.36±8.80 6.20±3.98 41.95±13.13 6.67±1.60 38.94±4.76 11 -16.99±10.48 45.98±16.22 37.96±14.32 40.77±6.55 3.32±2.22 37.65±21.56 7.12±1.98 39.88±5.00 12-18.82±11.25 41.38±16.21 34.31±18.85 42.10±6.99 6.38±4.05 42.82±18.90 6.11±2.18 41.52±4.79 13 -29.24±13.07 39.25±7.26 32.02±17.65 41.67±10.88 2.39±2.24 46.35±24.78 3.54±1.96 43.57±6.78 14-27.95±13.84 41.81±10.36 32.47±19.26 40.95±12.30 2.66±2.05 40.52±21.62 4.19±1.78 42.96±10.27 15 -31.38±14.60 43.53±8.15 34.33±14.27 40.52±7.71 2.79±1.88 42.96±22.52 6.30±2.14 39.37±6.06 16-23.55±11.92 41.01±12.77 28.76±17.25 41.37±12.69 2.58±2.11 39.47±23.25 4.91±2.25 40.13±5.60 F值 6.44 0.91 5.42 1.08 20.18 0.60 36.45 3.01 P值＜0.05 0.56＜0.05 0.38＜0.05 0.88＜0.05＜0.05 2CH -22.98±4.74 40.95±12.58 37.53±9.87 39.42±9.98 5.93±1.96 41.71±15.38 7.20±1.01 39.94±5.83 3CH -23.14±4.75 41.29±12.63 30.79±10.22 42.78±13.35 5.04±1.75 41.57±20.37 5.82±0.97 41.91±8.71 4CH -21.28±4.35 40.59±14.39 30.80±9.56 41.14±10.64 5.77±1.85 40.42±17.78 5.62±0.85 42.67±8.22 F值1.44-4.46-1.86-23.90-P值 ＞0.05 - ＜0.05 - ＞0.05 - ＜0.05 -心尖部-27.48±7.95 41.09±14.29 31.38±10.00 41.25±11.24 2.56±0.89 42.51±23.38 4.57±1.18 41.62±7.20中間部 -19.05±5.05 40.75±14.84 32.86±8.77 40.62±9.53 6.09±2.03 40.62±15.73 5.65±0.84 41.33±6.89基底部F值-20.78±6.28 13.46 40.99±10.06-35.15±6.89 1.40 41.40±13.33-8.07±2.05 74.19 40.55±13.00-8.48±1.18 101.42 41.57±9.03-P值＜0.05-＞0.05-＜0.05-＜0.05平均 -22.44±3.48 40.94±13.21 33.13±7.40 41.09±11.45 5.57±1.38 41.23±17.90 6.23±0.85 41.51±7.75

2.2 縱向位移與應(yīng)變 圖2A顯示16個節(jié)段的縱向位移曲線，組間16個節(jié)段峰值比較，差異有統(tǒng)計學意義（F=20.18，P<0.05）。圖2B按照心尖-中部-心底 3個水平歸類統(tǒng)計，縱向位移的峰值表現(xiàn)為心尖（2.56±0.89）mm<中部（6.09±2.03）mm<心底（8.07±2.05）mm（F=74.186，P<0.05）；圖2C按照2CH-3CH-4CH歸類統(tǒng)計，提示3個掃描層面間的峰值組間比較，差異無統(tǒng)計學意義（F=1.863，P>0.05），平均峰值（5.58±4.11）mm。圖2D顯示16個節(jié)段縱向應(yīng)變曲線，各個節(jié)段的縱向應(yīng)變峰值大小不一致（F=6.435，P<0.05）。圖2E按照心尖-中部-心底歸類統(tǒng)計，縱向應(yīng)變的峰值心尖較大（-27.48±7.95）%，心底（-20.78±6.28）%和中部（-19.05±5.05）%比較接近（F=13.463，P<0.05）。圖2F按照2CH-3CH-4CH歸類統(tǒng)計，3個平面間峰值差異無統(tǒng)計學意義（F=1.441，P>0.05），平均峰值（-22.46±13.19）%。

2.3 橫向位移與應(yīng)變 圖3A顯示16個節(jié)段的橫向位移曲線，16個節(jié)段之間的峰值差異有統(tǒng)計學意義（F=36.450，P<0.05）。圖3B按照心尖-中部-心底歸類統(tǒng)計，橫向位移的峰值表現(xiàn)為心尖（4.57±1.18）mm<中部（5.65±0.84）mm<心底（8.48±1.18）mm，差異有統(tǒng)計學意義（F=101.422，P<0.05）。圖3C按照2CH-3CH-4CH歸類統(tǒng)計，3個平面間差異有統(tǒng)計學意義（F=23.902，P<0.05）。圖3D為16個節(jié)段橫向應(yīng)變曲線，各個節(jié)段的橫向應(yīng)變峰值大小不一致（F=5.423，P<0.05）。圖3E按照心尖-中部-心底歸類統(tǒng)計，橫向應(yīng)變的峰值在 3個層面組間差異無統(tǒng)計學意義（F=1.395，P>0.05），平均值33.06±19.35。圖3F按照2CH-3CH-4CH歸類統(tǒng)計，橫向應(yīng)變差異有統(tǒng)計學意義（F=4.457，P<0.05）。

圖2 縱向位移與應(yīng)變圖。A~C為縱向位移曲線，D~F為縱向應(yīng)變曲線，分別按照第1~16節(jié)段、心底-中部-心尖水平、2CH-3CH-4CH層面進行統(tǒng)計；橫軸為時間單位（1/24×RR間期），縱軸為幅度值，曲線的最高或最低點為峰值，峰值對應(yīng)的時間為TTP

圖3 橫向位移與應(yīng)變圖。A~C為橫向位移曲線，D~F為橫向應(yīng)變曲線，分別為1~16節(jié)段、心底-中部-心尖水平、2CH-3CH-4CH層面進行統(tǒng)計；橫軸為時間單位（1/24×RR間期），縱軸為幅度值，曲線的最高或最低點為峰值，峰值對應(yīng)的時間為TTP

3 討論

3.1 縱向位移與應(yīng)變峰值 本研究結(jié)果提示縱向的位移在各個節(jié)段間存在差異?？傮w的分布趨勢是心尖<中部<心底，3CH和4CH的位移可能受到室間隔運動限制的影響，其縱向位移小于2CH。上述測量結(jié)果與視覺觀察到的心臟縱向運動特征基本一致，即心臟的縱向收縮是心尖相對不動而房室溝向心尖方向運動，室間隔的縱向移動小于游離壁。Augustine等[3]也研究發(fā)現(xiàn)縱向位移基底部>中間部>心尖部的規(guī)律，與本研究結(jié)果一致。與縱向位移不同，縱向應(yīng)變的峰值心尖>中部>心底，與縱向位移相反；而縱向應(yīng)變的峰值和TTP在2CH、3CH和4CH的長軸位測量具有一致性，組間差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05）。3個平面測量獲得縱向應(yīng)變峰值（-22.44±3.48）%，與Vo等[5]針對正常人心肌應(yīng)變的Meta分析結(jié)果均相近，且心肌應(yīng)變變化與年齡、性別、軟件、序列、射血分數(shù)、左心室大小無相關(guān)性，整體縱向應(yīng)變的可重復性較好，且受樣本量影響最小，3個層面結(jié)合分析能夠更精確地顯示整體心肌的形變。劉紅等[6]研究發(fā)現(xiàn)收縮期縱向應(yīng)變峰值為（-15.2±2.3）%，且存在性別差異。因而整體長軸應(yīng)變具有更好的參考價值，廣泛用于各種心肌疾病的評價[7-8]。盡管不同長軸層面間縱向應(yīng)變無顯著差異，但Weigand等[9]對肌鈣蛋白陽性的心肌炎心肌應(yīng)變研究顯示，4CH測量的縱向應(yīng)變能夠更敏感地反映延遲強化和肌鈣蛋白的缺失；但該研究并未發(fā)現(xiàn)2CH和4CH測量的縱向應(yīng)變存在顯著差異，而是提出4CH與2CH的縱向變形的纖維來源不同，4CH的縱向變形可能更多地依賴心外膜斜纖維的貢獻，2CH縱向變形可能更依賴于心內(nèi)膜的垂直縱向纖維，但尚未證實[10]。本研究認為，長軸位測量的左心室整體應(yīng)變峰值以及 TTP作為左心室整體功能的指標具有良好的可重復性和參考價值，可以有效控制不同層面的測量差別。在分析疾病的長軸應(yīng)變時，建議全面分析3個層面，這種分析方式可能有利于發(fā)現(xiàn)節(jié)段性的功能異常。

3.2 橫向位移與應(yīng)變峰值 橫向位移與應(yīng)變在理論上與短軸位測量的徑向位移與應(yīng)變具有一致性。但從長軸上測量的橫向位移與應(yīng)變是節(jié)段的縱向平均，而短軸位測量的徑向位移與應(yīng)變是該節(jié)段的環(huán)向平均。橫向位移存在心底>中部>心尖的規(guī)律，與視覺觀察到的幾何形變一致，但是橫向應(yīng)變在心底、中部和心尖的差別并不明顯；不同平面間的橫向位移和應(yīng)變均不一致。從測量結(jié)果分析，橫向的應(yīng)變峰值和位移在3CH和4CH的測量值小于2CH。可能受到室間隔運動限制的影響，2CH不含室間隔節(jié)段，而3CH、4CH均存在室間隔的平均。這一點與在短軸測量的徑向位移和應(yīng)變有相同的規(guī)律，即室間隔<游離壁。這可能與室間隔不同的心肌纖維走行不同有關(guān)。Torrent Guasp的心肌帶模型指出室間隔心肌缺乏環(huán)向纖維[11]。鑒于長軸測量的橫向位移和應(yīng)變與短軸中的徑向測量有類似的規(guī)律，可以考慮用短軸的徑向應(yīng)變代替長軸的橫向應(yīng)變測量，兩者的優(yōu)劣尚有待進一步比較研究。

3.3 位移、應(yīng)變的峰值與TTP 位移是視覺可觀察到的變量；應(yīng)變指心肌的變形能力，非直視可以觀察到。視覺上，心底的位移大于心尖，但應(yīng)變卻是心尖大于心底。不同平面測量的縱向位移有差異，但是應(yīng)變在各平面間無差異，這是長軸測量的縱向應(yīng)變可以作為左心室整體功能參數(shù)指標的依據(jù)。橫向位移在心尖-中部-心底間有差異；而橫向應(yīng)變盡管存在差異，但差異幅度較小。與縱向的峰值不同，應(yīng)變的TTP反映心肌各節(jié)段運動的同步性。本研究的縱向應(yīng)變、縱向位移、橫向應(yīng)變的 TTP在各節(jié)段間均勻一致，即在（41.24±12.51）%R R間期達到峰值，實現(xiàn)不同層面、不同節(jié)段之間、不同個體之間的比較。統(tǒng)一的TTP值提示各節(jié)段心肌在同一時間內(nèi)達到收縮末期，這比較符合心臟泵功能的射血要求，而疾病狀態(tài)的 TTP會出現(xiàn)改變，表現(xiàn)為不同步。心肌運動的同步性與心臟的血流動力學密切相關(guān)，具有良好的應(yīng)用潛力[11-12]。

總之，本研究結(jié)果表明，在長軸位測量的左心室長軸整體縱向應(yīng)變峰值和TTP值具有良好的一致性，可以作為左心室功能指標的參考值；而縱向位移具有平面和節(jié)段依賴性。橫向應(yīng)變和位移在不同節(jié)段之間、不同水平之間、不同測量層面之間存在差異，亟待與短軸的測量進行比較優(yōu)化。

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