放射性核素門控單光子發(fā)射型計(jì)算機(jī)斷層成像在左室收縮不同步評估中的應(yīng)用?

龐澤堃 李劍明

左室收縮不同步(left ventricular dyssynchrony,LVD)定義為左室(left ventricle,LV)不同節(jié)段之間的機(jī)械性收縮或舒張時(shí)機(jī)上的差異,可以分別影響心動(dòng)周期中的收縮期和舒張期,也可以同時(shí)影響二者,導(dǎo)致收縮期和(或)舒張期LV 收縮和(或)舒張不同步,繼而引起LV 收縮和(或)舒張功能降低。收縮期和舒張期LVD 可能有著不同的潛在機(jī)制和決定因素[1－2],但都可能與不良預(yù)后有關(guān)[3－4]。目前對LVD 最常用的治療方式是進(jìn)行心臟再同步化治療(cardiac resynchronization therapy,CRT),但CRT 專業(yè)性強(qiáng)、操作相對復(fù)雜,而且價(jià)格昂貴。與此同時(shí),CRT 后無應(yīng)答及效果不佳的患者仍較多。因此,準(zhǔn)確篩選出真正合適CRT 的患者、提高治療的有效率就顯得十分重要。為此,筆者就放射性核素門控單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層成像(gated-single photon emission computed tomography,G-SPECT)心肌灌注成像(myocardial perfusion imaging,MPI)對左室機(jī)械性收縮性同步性評估的基本原理、臨床應(yīng)用價(jià)值及其最新相關(guān)技術(shù)的研究進(jìn)展做一綜述。

1 基本原理與評價(jià)參數(shù)

由于G-SPECT MPI可以反映左室從舒張末期到收縮末期各室壁運(yùn)動(dòng)的一系列時(shí)相信息,通過計(jì)算機(jī)技術(shù)創(chuàng)建與心動(dòng)周期中的時(shí)間點(diǎn)相對應(yīng)的一系列LV 三維圖像,確定LV 各節(jié)段分別在收縮期或舒張期的系列時(shí)相變化,用來反映收縮期和舒張期的心室壁機(jī)械性運(yùn)動(dòng)情況,這項(xiàng)技術(shù)被稱為相位分析[5]。它是以部分容積效應(yīng)為基礎(chǔ),該效應(yīng)表明G-SPECT MPI中的LV 區(qū)域最大計(jì)數(shù)與同一區(qū)域的心肌壁厚度近似成正比。這種線性關(guān)系表明,整個(gè)心動(dòng)周期中區(qū)域最大計(jì)數(shù)的變化代表相同區(qū)域的心室壁厚度的改變。相位分析使用傅里葉諧波函數(shù)來估算這種變化,以測定心室機(jī)械收縮的開始(onset of mechanical contraction,OMC),輸入項(xiàng)是G-SPECT MPI短軸圖像,對圖像的每個(gè)時(shí)間幀進(jìn)行三維搜索,獲得區(qū)域最大計(jì)數(shù)。一旦從所有時(shí)間幀獲得了區(qū)域樣本,就獲得了整個(gè)心動(dòng)周期中區(qū)域最大計(jì)數(shù)的變化。然后,使用一次諧波傅里葉函數(shù)近似區(qū)域壁增厚曲線以計(jì)算區(qū)域相位,該區(qū)域相位與區(qū)域開始收縮的時(shí)間間隔有關(guān)。在LV 重復(fù)傅里葉分析獲得OMC 位相分布,并對其均勻性或異質(zhì)性進(jìn)行定量評估。

相位分析可以得到以下參數(shù):①相位標(biāo)準(zhǔn)差(phase standard deviation,PSD):機(jī)械收縮開始時(shí)的不均勻程度,即相位的分布范圍;②直方圖帶寬(phase histogram bandwidth,PHB):相位分布的95%寬度;③相位峰值:頻率最高的相位;④相位直方圖偏度和相位直方圖陡度。其中PSD和PHB最具臨床意義,并與組織多普勒和斑點(diǎn)跟蹤超聲心動(dòng)圖等對LVD 的評估結(jié)果一致性良好[10]。

2 相位分析技術(shù)評價(jià)LVD的優(yōu)勢

目前LV 同步性評價(jià)釆用QRS波時(shí)限和影像學(xué)方法如組織多普勒超聲心動(dòng)圖(tissue Doppler imaging,TDI)、門控心血池顯像、心臟磁共振成像(cardiac magnetic resonance,CMR)以及G-SPECT MPI等。與其他影像學(xué)方法相比,GSPECT MPI相位分析技術(shù)的優(yōu)勢在于:①高度自動(dòng)化測量,結(jié)果可靠、且重復(fù)性好是優(yōu)于TDI的一大特點(diǎn)[7];②單次掃描即可獲得多種參數(shù)(心室同步性、心肌血流灌注、LV 功能及容量等);③采用連續(xù)諧波傅里葉函數(shù)近似區(qū)域壁增厚曲線獲取室壁運(yùn)動(dòng)及增厚率,時(shí)間分辨率高,優(yōu)于CMR 檢查;④可以分別評價(jià)心室收縮期和舒張期同步性;⑤可檢測心肌疤痕的位置、范圍和嚴(yán)重程度,以確定和優(yōu)化心衰患者CRT裝置的安放位置[8];⑥信息參數(shù)可通過后處理獲得,便于分析和研究。

3 臨床應(yīng)用

3.1 心力衰竭 CRT 是中晚期心力衰竭(簡稱心衰)的重要治療方法,可以逆轉(zhuǎn)心室重構(gòu),恢復(fù)心室同步性,改善生活質(zhì)量,提高心功能分級,減少住院率及死亡率等。由于QRS波時(shí)限決定的電非同步化不一定代表真正的機(jī)械非同步化,所以并不是CRT 的最佳預(yù)測指標(biāo)[9]。與此同時(shí),CRT 后無應(yīng)答或效果不佳的患者仍較多。因此,需要對心臟機(jī)械非同步化運(yùn)動(dòng)進(jìn)行評估,以便更準(zhǔn)確地選擇那些能從CRT 中長久獲益的患者。G-SPECT MPI利用部分容積效應(yīng)可以在檢測放射性計(jì)數(shù)的基礎(chǔ)上定量分析局部心室壁增厚[10]。同時(shí),G-SPECT MPI還結(jié)合了心肌血流灌注和功能的測量,所獲取的參數(shù)如PSD 和PHB,已被證明可以評價(jià)心室運(yùn)動(dòng)情況,優(yōu)化CRT 患者的選擇,甚至可以預(yù)測CRT 的預(yù)后[11]。Henneman等[12]利用G-SPECT MPI相位分析研究了42例嚴(yán)重心衰患者,發(fā)現(xiàn)對CRT 應(yīng)答者與無應(yīng)答者之間無論是PHB(175°±63°vs 117°±51°,P＜0.01)還是PSD(56.3°±19.9°vs 37.1°±14.4°,P＜0.01)都存在顯著差異。類似的結(jié)果從Boogers等[13]的研究結(jié)果中也可以獲得。最近一項(xiàng)對行CRT 后的患者研究顯示,G-SPECT MPI雖然還不能預(yù)測CRT 時(shí)起搏裝置放置的準(zhǔn)確位點(diǎn),但其測量的PSD 值的變化可以預(yù)測CRT 后的心室運(yùn)動(dòng)狀況[14]。這些結(jié)果都支持G-SPECT MPI相位分析可以優(yōu)化CRT 患者的篩查。

目前G-SPECT 相位分析LVD 還僅限于設(shè)備植入前篩查適合CRT 的患者。由于采集時(shí)間較長,限制了在設(shè)備植入后即刻進(jìn)行重復(fù)測量以實(shí)現(xiàn)優(yōu)化起搏參數(shù)的過程。碲鋅鎘(cadmium-zinc-telluride,CZT)SPECT 的出現(xiàn)很好地解決了這一臨床實(shí)際問題。Gimelli等[15]的研究顯示,CZT SPECT 與傳統(tǒng)SPECT 測量出的標(biāo)準(zhǔn)PHB 和PSD 值相關(guān)性良好。而Wu 等[16]對59 名心衰患者的研究表明,CZT SPECT 與傳統(tǒng)SPECT 相比,在心室同步性測量方面具有很好的一致性,同時(shí)在測量左室瘢痕、功能等方面也具有良好的可比性,優(yōu)勢在于可以大大縮短顯像時(shí)間。

3.2 冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病(cardiac artery disease,CAD) TDI研究顯示,CAD 患者的收縮期和舒張期LVD的患病率都很高,并且在冠狀動(dòng)脈多支病變的患者中更為普遍,表明心肌缺血對CAD 患者LVD 的發(fā)病機(jī)制有顯著影響。Wang等[17]的研究也表明,LVD 在CAD 患者中普遍存在,收縮期LVD 會(huì)導(dǎo)致CAD 患者運(yùn)動(dòng)能力的下降,且獨(dú)立于既往心肌梗死或局部心室壁功能異常的病史。

TDI、CMR 和G-SPECT MPI等都已對LVD 進(jìn)行了相關(guān)研究,前兩種顯像方法主要是通過測定LV 功能參數(shù)[如舒張未期容積(EDV)、收縮未期容積(ESV)及左室射血分?jǐn)?shù)(LVEF)]來評估心室同步性。近年來,G-SPECT MPI相位分析技術(shù)已經(jīng)成為一種檢測LVD 的重要手段,它可以做到同時(shí)評價(jià)心室同步性、心肌血流灌注及LV 功能及心室容積,并且其結(jié)果與門控心血池顯像、CMR 的結(jié)果一致性良好[18]。Gimelli等[19]在對657名可疑或確診CAD 的患者進(jìn)行的G-SPECT MPI研究結(jié)果表明,LV 血流灌注參數(shù)[如負(fù)荷總積分(SSS)、差值總積分(SDS)]及心室功能[如LVEF、ESV、EDV 及峰值充盈率(PFR)]與LVD 評價(jià)參數(shù)(如PSD、PHB)相關(guān)性良好,LVD 組中上述參數(shù)與對照組相比均具有顯著差異,并且LVD 的存在和嚴(yán)重程度與CAD的病變程度相關(guān)。同時(shí),心肌血流灌注的不均一性與LVD相互作用也已被揭示出來[20]。Sharma等[21]對CAD 患者的隊(duì)列研究表明,G-SPECT 檢測到的LVD 與全因死亡率和心血管死亡率有較強(qiáng)的相關(guān)性,而與電活動(dòng)不同步無關(guān)。

既往研究顯示LVD 是LV 功能障礙的指標(biāo),先于任何局部室壁運(yùn)動(dòng)的改變或收縮和(或)舒張功能明顯異常,在臨床上對LVD 的檢測和評估對那些存在高風(fēng)險(xiǎn)因素但尚未進(jìn)展為CAD 的患者尤為關(guān)鍵[22]。因此,對CAD 患者的心室功能進(jìn)行早期、全面的評估對進(jìn)行及時(shí)的醫(yī)學(xué)干預(yù)及其預(yù)后都至關(guān)重要。

4 最新技術(shù)進(jìn)展

4.1 舒張期LVD 的檢測 上述文章所涉及的“LVD”基本上均是收縮期檢測的。值得注意的是,目前大量的研究還主要集中在收縮期心室非同步化運(yùn)動(dòng),只有很少的研究分析了舒張期的心室運(yùn)動(dòng)情況,原因可能是人們對收縮期LVD 可對CRT 患者進(jìn)行篩選,并且舒張期LVD 檢測的技術(shù)難度相對更大。最近,Fudim 等[23]分析了舒張期心室非同步化運(yùn)動(dòng)發(fā)現(xiàn)舒張期LVD 比收縮期LVD 具有更強(qiáng)的預(yù)后意義。G-SPECT 作為一種無創(chuàng)檢查技術(shù)可以用來評估舒張期心室同步化運(yùn)動(dòng)及心室舒張功能,常用的參數(shù)有同步性參數(shù)(如PSD、PHB)及舒張功能參數(shù)(如高峰充盈率、1/3 平均充盈率、高峰充盈時(shí)間與RR 間期時(shí)間的比值等)。Bonow 等[24]的研究發(fā)現(xiàn),G-SPECT 檢測到的LVD 與心室整體和(或)局部舒張功能下降程度有關(guān),而LVD 的改善與整體舒張期心室充盈率的提高有關(guān),與收縮功能的提高無關(guān)。這說明舒張期LVD 似乎是早期左室功能障礙的一個(gè)指標(biāo),以其為治療目標(biāo)可改善患者的臨床預(yù)后,同時(shí)可對CRT 患者舒張功能的改善進(jìn)行評估。

既往的研究表明,收縮期LVD 的患者具有較高的心臟不良事件的風(fēng)險(xiǎn)[25],而舒張期LVD 在心衰患者中同樣普遍存在[26]。在心衰患者中,左束支傳導(dǎo)阻滯可引起舒張期LVD,通過降低LV 舒張期充盈率,延長等容收縮期和舒張期時(shí)間等,引起明顯的LV 舒張功能異常,可能進(jìn)一步危害心衰患者的血流動(dòng)力學(xué)功能[25]。Alexanderson-Rosas等[27]利用G-SPECT MPI對160名接受CRT 患者的手術(shù)前后對比分析發(fā)現(xiàn),心室舒張期同步性及舒張功能均有顯著差異,表明CRT 可改善舒張期LVD 從而提高心室舒張功能,達(dá)到改善心衰的效果。

4.2 CZT SPECT 評價(jià)LVD CZT 固態(tài)半導(dǎo)體心臟專用SPECT 的推出代表了SPECT 技術(shù)的重大發(fā)展,與傳統(tǒng)SPECT 相比具有靈敏度高、空間分辨率高、采集時(shí)間短等優(yōu)勢,很好地解決了降低輻射劑量和縮短掃描時(shí)間的兩個(gè)傳統(tǒng)SPECT 的重要技術(shù)問題。CZT SPECT MPI臨床應(yīng)用廣泛,如檢測心衰、缺血性心臟病、擴(kuò)張性心肌病及束支傳導(dǎo)阻滯等因素導(dǎo)致的心室運(yùn)動(dòng)不同步,同時(shí)還可以評估心肌血流灌注及心室收縮功能等。Pazhenkottil等[28]將CZT SPECT 與傳統(tǒng)SPECT 采集的數(shù)據(jù)進(jìn)行了對比,他們設(shè)定CZT SPECT的采集時(shí)間為5 min,而傳統(tǒng)的雙探頭SPECT 的采集時(shí)間為10～20 min,利用相位分析技術(shù)分別得到了46位患者的PSD 和PHB值,從而對心室同步性進(jìn)行分析。與傳統(tǒng)雙探頭SPECT 獲取的數(shù)據(jù)相比,CZT SPECT 采集得到的數(shù)據(jù)的敏感度、特異性、陽性預(yù)測值和陰性預(yù)測值分別為89%、100%、100%和97%,兩種方法所得到的數(shù)據(jù)的一致性為98%,CZT SPECT 所測得的心功能參數(shù)與MRI結(jié)果也有較好的一致性[18]。CZT SPECT 在不影響數(shù)據(jù)質(zhì)量的情況下,使得總采集時(shí)間減少了三分之二,這為傳統(tǒng)SPECT 因采集時(shí)間較長而無法實(shí)現(xiàn)設(shè)備植入后患者重復(fù)測量以實(shí)現(xiàn)起搏參數(shù)最優(yōu)化這一問題提供了解決方案。近期,孫琦婷等[29]對343例行CZT SPECT MPI患者的回顧性研究表明,左室EDV 及ESV 越大,收縮功能(LVEF)受損越重,機(jī)械收縮同步性越差,表現(xiàn)為PSD 越大,PHB 越寬等。因此,CZT SPECT MPI是一種可以同時(shí)檢測LVD,心肌血流灌注及心室收縮功能的超快速方法。

5 總結(jié)

心室機(jī)械非同步化運(yùn)動(dòng)與早期心室功能障礙密切相關(guān)。放射性核素G-SPECT MPI是一項(xiàng)很有前途的無創(chuàng)影像手段用于早期檢測心室收縮期和舒張期機(jī)械性非同步化運(yùn)動(dòng),并有可能通過相位分析評估達(dá)到最優(yōu)化篩選CRT 患者的目的。此外,CZT SPECT 的出現(xiàn)為低劑量、快速,同時(shí)檢測LVD、心肌血流灌注和心室收縮功能的“一站式”評價(jià)提供了技術(shù)保障,預(yù)計(jì)有重要的臨床應(yīng)用前景。