體素內(nèi)不相干運動成像技術(shù)診斷陳舊性心肌梗死的初步研究

相世峰，張學強，楊素君，高云云，張洪峰，石清磊，李 帥

心肌梗死是全球范圍內(nèi)致死和致殘的主要疾病之一，在我國其發(fā)病率呈逐年增高趨勢，陳舊性心肌梗死心肌纖維化是心室重構(gòu)的決定因素，使心臟的機械活動和電活動發(fā)生改變，最終導致病人心力衰竭，嚴重可致死亡，所以心肌纖維化的檢測對于臨床制定治療策略起著重要作用。近年來，心臟磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)延遲強化(late gadolinium enhancement，LGE)已成為評估心肌梗死后心肌纖維化的金標準[1-2]，然而有相當一部分病人由于造影劑過敏、腎纖維化等原因不能進行心臟增強掃描。

擴散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging，DWI)是一種真正的定量檢測方法，目前在臨床上已廣泛應用于全身各系統(tǒng)中，Le Bihan 等[3]提出體素內(nèi)不相干運動成像(the intravoxel incoherent motion，IVIM)理論，利用雙指數(shù)模型多b值擴散加權(quán)成像獲得的定量參數(shù)，可以準確地評價活體組織的擴散及微血管灌注信息，而且不需要對比劑。目前已應用于頭頸部、肝臟、椎體等病變[4]，但由于心臟的不間斷運動，IVIM技術(shù)應用于心臟在實際操作中仍面臨諸多挑戰(zhàn)[5]。本研究嘗試把IVIM技術(shù)用于人活體心肌成像，擬用IVIM技術(shù)測量陳舊性心肌梗死病人心肌纖維化及正常志愿者正常心肌間的擴散系數(shù)(D值)、灌注系數(shù)(D＊值)和灌注分數(shù)(f值)，對其定量值進行分析比較，為將來陳舊性心肌梗死研究提供參考指標。

1 資料與方法

1.1 臨床資料 選取2016年5月—2018年9月于邯鄲市中心醫(yī)院診斷為陳舊性心肌梗死的住院病人35例為病人組，男28例，女7例；年齡36～75歲，平均53.6歲。入選同期既往無心、肺、腦血管病史的健康志愿者12名為正常心肌組，男7名，女5名；年齡23～53歲，平均35.7 歲。陳舊性心肌梗死病人納入標準：有明確的心肌梗死病史，梗死時間≥6個月；全部病例均行磁共振增強(contrast-enhanced magnetic resonance imaging，CE-MRI)檢查。病人排除標準：有嚴重心律不齊或無法配合病人；無法行CE-MRI檢查者(包括幽閉恐懼癥、體內(nèi)置入起搏器或除顫器等)。所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 掃描方法 采用SIEMENS SKYRA 3.0T磁共振掃描儀、相控陣表面線圈和心電門控技術(shù)。常規(guī)行兩腔心、四腔心和一系列短軸位電影完成心臟形態(tài)學檢查，所有受試者均行心肌灌注及心肌延遲增強序列。行心臟短軸的7個b值DWI序列掃描，擴散敏感梯度場參數(shù)b值分別為0 s/mm2、20 s/mm2、60 s/mm2、100 s/mm2、150 s/mm2、200 s/mm2、600 s/mm2。掃描參數(shù)如下：頻率編碼掃描野306 mm，相位編碼掃描野為75%，重復時間為2 200 ms，回波時間67 ms，層厚為8 mm， 層間隔為1.5～3.5 mm，激勵次數(shù)為8.00次，局部勻場，使用心電門控，呼氣末屏氣掃描。

1.3 圖像分析 由兩位從事心血管影像診斷的高年資主治醫(yī)師判定陳舊性心肌梗死LGE陽性節(jié)段。IVIM參數(shù)圖的計算采用該序列自帶的后重建算法進行重建，在該實驗中采用了大多數(shù)研究者通常采用的“分步式”進行參數(shù)計算。由于D＊效應明顯大于D效應，所以當b值大于1/D＊時，灌注效應對信號強度的衰減就會變得非常小。因此，在較高的b值時候，雙指數(shù)衰減模型變化為：Sb=S0(1-f)exp(-bD) 。在該實驗中，首先利用大于170 s/mm2的b值簡化單指數(shù)模型計算D值，并把該模型擬合出來的曲線進行延伸，其截距Sint與b值等于0時的信號強度S0公式：f=( S0-Sint)/ S0計算灌注分數(shù)f，最后利用計算出來的D和f部分約束非線性擬合(partially constrained nonlinear fit)方法計算D＊。之后把IVIM序列所得參數(shù)圖傳至Syngo.via工作站進行測量，參照短軸LGE陽性圖像選取感興趣區(qū)測量陳舊性心肌梗死病人心肌纖維化參數(shù)值，正常心肌組心肌測量部位為室間隔前部、后部及側(cè)壁各選取1個感興趣區(qū)，D值、D＊值和f值。

2 結(jié) 果

2.1 兩組IVIM參數(shù)值D值、D＊值和f值比較 35例陳舊性心肌梗死病人和12名健康志愿者均得到左室短軸位7個b值DWI原始圖像，b值為0 s/mm2時，心腔血流信號呈高信號，心肌信號呈稍高信號，隨著b值增加，心腔血流信號減低逐漸變?yōu)闊o信號，心肌信號亦逐漸減低，b值為600 s/mm2時心肌信號最低。35例陳舊性心肌梗死病人中LGE陽性節(jié)段96個(典型病例見圖1)，隨著b值增加，梗死心肌信號增高，周圍正常心肌信號減低形成明顯對比(見圖2)。兩組梗死心肌與正常心肌的D值、D＊值和f 值偽彩圖(見圖3)，梗死心肌纖維化與正常心肌參數(shù)D值、D＊值和f 值組間比較差異有統(tǒng)計學意義(P<0.05)。詳見表1。

圖1 短軸位延遲強化圖(箭頭示LGE陽性區(qū))

圖2 IVIM短軸位圖

圖3 IVIM短軸位偽彩圖

表1 兩組IVIM-DWI參數(shù)值D值、D＊值和f值比較[M(QR)]

2.2 兩組心肌參數(shù)值診斷效能比較 D值、D＊值和f值的中位值比較差異均有統(tǒng)計學意義(Z值分別為-5.028、-5.582、-5.257，P<0.05)。詳見表1。D值、D＊值和f值曲線下面積分別為0.939、0.988和0.959，D值的敏感度和特異度分別為84.6%、88.9%，D＊值的敏感度和特異度分別為100.0%、94.4%，f值的敏感度和特異度分別為84.6%、93.1%。詳見圖4。

圖4 兩組心肌IVIM參數(shù)D值、D＊值和f值ROC曲線圖

3 討 論

3.1 IVIM技術(shù)評價心肌的應用原理 DWI是目前功能核磁共振成像(MRI)技術(shù)中一種比較重要的檢查方法，但DWI通過MRI信號與b值之間單一的單指數(shù)關(guān)系計算出的表觀擴散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值不能完全體現(xiàn)組織生理學行為，并未對組織內(nèi)水分子的不同運輸模式加以區(qū)分?；贗VIM理論用雙指數(shù)模型通過多個b值(4個以上)的DWI成像，能計算D值、D＊值和f值等相關(guān)參數(shù)，達到無創(chuàng)性反映組織內(nèi)灌注情況的目的，能較準確反映心肌血流灌注和水分子擴散情況[6-8]。而且IVIM技術(shù)不需要注射對比劑，避免了對比劑過敏的風險及釓對比劑相關(guān)的腎源性系統(tǒng)纖維化。目前，IVIM技術(shù)在臨床通常采用平面回波成像技術(shù)進行掃描，b值的選擇非常重要。b值越高對水分子擴散運動越敏感，然而擴散梯度持續(xù)時間內(nèi)水分子移位較大，導致信號丟失嚴重，b值越高信號丟失越明顯，圖像變形失真，影響測量的準確性[9-12]。隨著磁共振軟硬件技術(shù)的發(fā)展和呼吸導航技術(shù)、心電門控技術(shù)與DWI序列的兼容，這一難點正在逐漸被克服。本研究采用7個b值心臟短軸DWI成像，其中6個為0～200 s/mm2的低b值，1個最高b值為600 s/mm2，并且減小掃描視野及局部勻場，掃描圖像質(zhì)量較為穩(wěn)定，感興趣區(qū)的參數(shù)值測量較為可靠，最后篩選了35例陳舊性心肌梗死病人和12名健康志愿者的圖像，心肌信號未見明顯丟失，且心肌輪廓清晰，臨床應用中可重復性和臨床價值較高。

3.2 正常人體心肌IVIM研究 國際上首篇關(guān)于IVIM技術(shù)在心臟中應用的文章在2003年報道，Callot 等[13]在犬類動物的心臟中進行成像，證實了心臟IVIM成像技術(shù)的可行性。Delattre等[14]將IVIM模型用于活體心臟磁共振成像，測量了人體心臟IVIM各參數(shù)值，Moulin等[15]使用平面回波技術(shù)測量10名正常人心臟IVIM成像。這些研究結(jié)果顯示，雖然參數(shù)值結(jié)果存在一定差異，但試驗均提示左室17 節(jié)段心肌D值，D＊值和 f 值不全相等，與本研究結(jié)果相似。本研究中獲得12名健康志愿者的正常心肌參數(shù)值，左室前間隔及下間隔心肌D值大于游離壁心肌D值，D＊值和 f 值則小于游離壁心肌D＊值和 f 值，參數(shù)值間差異均有統(tǒng)計學意義，結(jié)果表明前降支、右冠狀動脈與回旋支的心肌灌注血流量不同。目前國際上通用左室“17個節(jié)段分析法”，左心室不同節(jié)段分別由左冠狀動脈前降支、回旋支及右冠狀動脈供血，大多數(shù)中國人以冠狀動脈右優(yōu)勢型為主，所以左心室前壁、前室間隔主要由前降支供血，左心室下壁及下間隔主要由右冠狀動脈供血，左心室側(cè)壁主要由回旋支供血，而前降支、右冠狀動脈血流量常大于左旋支血流量，因此，本試驗中結(jié)果有其合理性。

3.3 陳舊性梗死心肌纖維化IVIM研究 Kociemba等[16]采用1.5T MRI掃描儀 b值選擇了0 s/mm2、50 s/mm2、100 s/mm2、200 s/mm2DWI 序列進行心臟掃描，研究表明擴散加權(quán)成像檢測到病人急性心肌梗死心肌區(qū)域具有高靈敏度和特異性。Laissy等[17]研究在1.5T MRI掃描儀 b值選擇了 300 s/mm2左右，得到健康志愿者的心肌ADC值均高于不同時期心肌梗死區(qū)域的ADC 值，與本研究結(jié)果相似。本研究中35例陳舊性心肌梗死病人梗死心肌纖維化的D值和f值明顯低于12名健康志愿者正常心肌的D值和f值，D＊值明顯高于正常心肌組，差異均有統(tǒng)計學意義，推測可能與缺血性壞死、梗死心肌組織內(nèi)血流減少而導致灌注減低有關(guān)；D值、D＊值和f值曲線下面積分別為0.939、0.988和0.959，診斷效能無明顯差別。本研究雙指數(shù)模型中35例陳舊性心肌梗死病人的心肌纖維化在DWI圖上呈高信號，當b為0 s/mm2時，心腔血池信號高，容易影響心內(nèi)膜下梗死心肌纖維化的顯示，隨著b值增加心腔血池變成低信號，b值越高梗死心肌纖維化與正常心肌對比越明顯，對梗死心肌纖維化的診斷越容易。

3.4 IVIM技術(shù)對診斷心肌缺血或梗死的意義 對陳舊性心肌梗死纖維化進行定量檢測是評估左心室功能損傷程度和發(fā)展到心力衰竭的一個重要參數(shù)[18]。目前延遲強化為診斷陳舊性心肌梗死纖維化的金標準，但檢查需要注射對比劑、掃描時間較長，且不能得到定量指標，而IVIM技術(shù)可以在不使用含釓對比劑的情況下使心肌纖維化得以顯示并進行定量檢測，其精確度已經(jīng)在實驗中被部分研究所證實[19-20]。本研究結(jié)果表明，在對陳舊性心肌梗死的檢查中，IVIM技術(shù)可以較容易診斷梗死心肌纖維化，D值、D＊值和 f值可定量評價梗死心肌纖維化的范圍及程度。因此，IVIM技術(shù)對提示陳舊性梗死心肌纖維化的血流灌注和水分子擴散情況具有一定價值。

3.5 本研究的局限性 本研究樣本量較小，今后應進一步擴大樣本量，優(yōu)化成像技術(shù)，提高圖像質(zhì)量，并對其他心肌纖維化病變進行對比分析，探討心肌血流灌注和水分子擴散情況。

IVIM技術(shù)掃描無須使用對比劑，掃描時間明顯縮短，能夠提示心肌灌注與擴散信息，對心肌梗死的診斷具有重要價值。