二維及三維心血管MR特征追蹤技術(shù)測(cè)量高血壓患者左心室心肌形變

李更曉，婁明武,2，張 振,2，高藝源，周珊珊，謝佳楠，駱美辰，趙之偉，趙 軍*，李坤成,5,6

(1.廣州中醫(yī)藥大學(xué)深圳臨床醫(yī)學(xué)院，廣東 深圳 518000；2.深圳市龍崗中心醫(yī)院博士后科研工作站，廣東 深圳 518116；3.加拿大圓心血管影像有限公司，加拿大 卡爾加里 T2P 3T6；4.廈門平安好醫(yī)醫(yī)學(xué)影像診斷中心影像科，福建 廈門 361015；5.廈門州信醫(yī)學(xué)影像診斷中心放射科，福建 廈門 361000；6.首都醫(yī)科大學(xué)宣武醫(yī)院放射與核醫(yī)學(xué)科，北京 100053)

心血管MR特征追蹤技術(shù)(cardiovascular MR feature tracking， CMR-FT)是基于MR穩(wěn)態(tài)自由進(jìn)動(dòng)(steady-state free precession， SSFP)序列評(píng)價(jià)心功能的方法，無(wú)需掃描額外序列即可準(zhǔn)確測(cè)量目標(biāo)心肌位移，且組織分辨率較高，可得到整體或局部心肌形變參數(shù)，以評(píng)估左心室收縮及舒張功能[1]。傳統(tǒng)心臟MR心肌形變分析基于二維(two-dimensional， 2D)CMR-FT技術(shù)獨(dú)立分析心臟短軸和長(zhǎng)軸電影圖像，被認(rèn)為是定量評(píng)估心功能異常的可靠方法[2-3]。然而，近期研究[4]發(fā)現(xiàn)，左心室收縮時(shí)發(fā)生扭轉(zhuǎn)引起的節(jié)段平面外運(yùn)動(dòng)可加大肌肉縮短的感知程度，導(dǎo)致2D CMR-FT高估心肌運(yùn)動(dòng)幅度。三維(three-dimensional， 3D)CMR-FT技術(shù)可同時(shí)針對(duì)短軸和長(zhǎng)軸SSFP電影圖像分析心肌形變[5]。本研究觀察2D和3D CMR-FT技術(shù)評(píng)估高血壓患者心功能的可行性及其一致性。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 回顧性分析2013年1月—2020年6月于廈門州信醫(yī)學(xué)影像診斷中心接受CMR檢查的60例高血壓患者(高血壓組)，均符合文獻(xiàn)[6]診斷高血壓標(biāo)準(zhǔn)，男、女各30例，年齡30～79歲，平均(55.1±10.4)歲；平均身高(163.64±8.03)cm，平均體質(zhì)量(69.09±11.34)kg；平均血壓(147.40±10.32)mmHg/(88.63±9.47)mmHg。排除罹患心血管疾病或可能影響心功能的疾病(如腦卒中、甲狀腺功能亢進(jìn)等)者。同期納入60名于本中心接受體檢的健康人(正常組)，男、女各30名，年齡21～63歲，平均(38.6±9.6)歲；平均身高(166.35±7.56)cm，平均體質(zhì)量(62.76±11.30)kg；平均血壓(112.00±12.95)mmHg/(70.17±11.35)mmHg。本研究通過醫(yī)院倫理委員會(huì)審查批準(zhǔn)(編號(hào)：ChiECRCT20190198)。檢查前受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE 1.5T MR掃描儀，16通道心臟相控陣表面線圈。囑患者仰臥，采集心臟3個(gè)長(zhǎng)軸視角(兩腔、三腔和四腔)及1個(gè)短軸電影圖像，行心電觸發(fā)SSFP序列掃描，參數(shù)：TR 4.03 ms，TE 1.77 ms，F(xiàn)A 60°，F(xiàn)OA 310 mm×310 mm，層厚8 mm，層間距1 mm，矩陣224×224，每心動(dòng)周期30幀，掃描范圍為左心室基底部(房室瓣水平)至心尖。

1.3 圖像分析 將圖像上傳至CVI42version 5.12.1后處理軟件，由2名具有3年以上工作經(jīng)驗(yàn)的影像科醫(yī)師采用盲法分析心肌形變，將短軸圖像中左心室血池面積最大時(shí)定義為舒張末期；采用基于閾值法自動(dòng)分割左心室短軸圖像中的心內(nèi)膜輪廓，并以點(diǎn)擊法手動(dòng)勾畫短軸圖像中的心外膜輪廓及長(zhǎng)軸圖像中的心內(nèi)膜、心外膜輪廓，乳頭肌和腱索包含于血池中；于左心室及右心室上、下隔膜插入點(diǎn)處手動(dòng)選取短軸參考點(diǎn)，生成局部和整體應(yīng)變分析和極坐標(biāo)圖。軟件于圖像均勻性或解剖特征信號(hào)引導(dǎo)下跟蹤心肌體素點(diǎn)，并自動(dòng)繪制剩余心動(dòng)周期的心肌內(nèi)、外膜輪廓；若跟蹤不理想，可手動(dòng)編輯；通過自動(dòng)分析短軸和長(zhǎng)軸電影圖像，獲得2D及3D整體徑向應(yīng)變(global radial strain， GRS)、整體圓周應(yīng)變(global circumferential strain， GCS)、整體縱向應(yīng)變(global longitudinal strain， GLS)、收縮期峰值徑向/圓周/縱向應(yīng)變率(peak systolic radial/circumferential/longitudinal stain rate， PSSR R/C/L)及舒張期峰值徑向/圓周/縱向應(yīng)變率(peak diastolic radial/circumferential/longitudinal stain rate， PDSR R/C/L)。見圖1。以上參數(shù)每名醫(yī)師各測(cè)量1次，由其中1名醫(yī)師間隔1個(gè)月以上以隨機(jī)順序進(jìn)行第2次分析。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。以組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient， ICC)、Bland-Altman一致性檢驗(yàn)和變異系數(shù)(coefficient of variation， CV)評(píng)估觀察者內(nèi)和觀察者間測(cè)量左心室心肌形變參數(shù)結(jié)果的一致性；ICC<0.40為重復(fù)性較差，0.40≤ICC<0.60為一致性中等，0.60≤ICC<0.75為一致性良好，ICC≥0.75為一致性極好。以±s表示符合正態(tài)分布計(jì)量資料，基于第1名醫(yī)師首次測(cè)量數(shù)據(jù)行獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)，比較組間各參數(shù)差異。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

高血壓組年齡、體質(zhì)量、收縮壓和舒張壓與正常組差異均具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=9.074、3.063、16.565、9.676，P均<0.01)；組間身高差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-1.902，P=0.600)。

圖1 患者男，50歲，高血壓 A～D.分別于CMR左心室短軸圖像(A)、長(zhǎng)軸兩腔視圖(B)、三腔視圖(C)及四腔視圖(D)中勾畫心內(nèi)膜輪廓(紅色)及心外膜輪廓(綠色)； E、F.勾畫短軸(E)和長(zhǎng)軸(F)圖像左心室內(nèi)、外膜后，軟件自動(dòng)生成三維模式圖

2.1 重復(fù)性分析 2D CMR-FT觀察者內(nèi)測(cè)量心肌整體應(yīng)變及應(yīng)變率的一致性極好(ICC：0.80～0.98，P均<0.05)；除PDSR R外(CV=19.36%)，其余參數(shù)的離散程度相對(duì)較小，CV最大為10.84%。3D CMR-FT觀察者內(nèi)一致性極好(ICC：0.77～0.94，P均<0.05)；PDSR R、PSSR R及PSSR L測(cè)量結(jié)果變異度較高(CV=17.89%、18.64%、20.07%)，其余參數(shù)CV最大為14.54%。Bland-Altman一致性檢驗(yàn)顯示，心肌形變參數(shù)測(cè)值多位于95%的一致性界限范圍內(nèi)。

2D與3D CMR-FT觀察者間一致性均極好(ICC：0.75～0.97，P均<0.05)。2D CMR-FT觀察者間應(yīng)變及應(yīng)變率參數(shù)的離散程度相對(duì)較小(CV：2.79%～10.41%)。除PSSR R、PSSR L、PDSR R及PDSR L外(CV=21.60%、20.86%、19.54%、19.38%)，其他3D CMR-FT觀察者間測(cè)量結(jié)果的離散程度相對(duì)較小，CV最大為10.98%。Bland-Altman一致性檢驗(yàn)顯示，心肌形變參數(shù)測(cè)值多位于95%的一致性界限范圍內(nèi)。

2.2 心肌形變參數(shù) 2D CMR-FT測(cè)得高血壓組GLS、PSSR R、PSSR C及PDSR R/C/L均明顯小于正常組(P均<0.05)；3D CMR-FT測(cè)得高血壓組GLS及PDSR R/C/L均明顯小于正常組(P均<0.05)，見表1。

3 討論

高血壓是心血管疾病發(fā)展的主要危險(xiǎn)因素[7]。如能以簡(jiǎn)單、準(zhǔn)確的量化心肌應(yīng)變和應(yīng)變率方法早期發(fā)現(xiàn)高血壓患者亞臨床心功能障礙，可能對(duì)診斷心血管疾病、監(jiān)測(cè)治療效果及評(píng)估預(yù)后具有重要意義。LIU等[8]采用CMR-FT技術(shù)定量評(píng)價(jià)原發(fā)性高血壓患者心肌變形程度，結(jié)果顯示應(yīng)變測(cè)量值是早期發(fā)現(xiàn)心功能損傷的敏感指標(biāo)；SAEED等[9]基于2D CMR-FT的研究結(jié)果表明，高血壓與GLS減低明顯相關(guān)，而與GCS無(wú)顯著相關(guān)。本研究結(jié)果與前述研究相符，以2D CMR-FT所測(cè)高血壓組GLS明顯低于正常組，而組間GCS無(wú)顯著差異；3D CMR-FT技術(shù)同樣能夠發(fā)現(xiàn)左心室功能異常，表現(xiàn)為高血壓組GLS和舒張期應(yīng)變率較正常組明顯減低。

基于2D CMR-FT的心肌形變分析技術(shù)已被認(rèn)為是早期發(fā)現(xiàn)心臟結(jié)構(gòu)功能改變的有效方法；GCS為其重復(fù)性最佳且最穩(wěn)定的測(cè)量參數(shù)，GLS及GRS次之[10-12]；本研究結(jié)果顯示，GCS觀察者內(nèi)及觀察者間測(cè)量結(jié)果的一致性均極高，除心肌應(yīng)變外，其他心肌形變參數(shù)包括收縮和舒張應(yīng)變率的一致性也較好。ZHU等[13]通過動(dòng)物研究發(fā)現(xiàn)2D和3D CMR-FT所獲GCS和GLS的一致性良好甚至極好；且與3D相比，2D CMR-FT獲所測(cè)應(yīng)變參數(shù)的一致性更高；本研究結(jié)果與其相符。HU等[14]利用2D和3D CMR-FT技術(shù)定量比較接受肺動(dòng)脈下心室曠置術(shù)的患者及正常人應(yīng)變參數(shù)，發(fā)現(xiàn)2D及3D應(yīng)變參數(shù)的一致性均很好，且3D GLS具有高度臨床適用性；但該研究樣本量較小，且未采集三腔心圖像，可能影響測(cè)量應(yīng)變結(jié)果，亦未進(jìn)一步評(píng)估其測(cè)量收縮期和舒張期應(yīng)變率的一致性。應(yīng)變率可敏感地反映心室收縮、舒張功能異常和間質(zhì)纖維化等相關(guān)異常，是預(yù)測(cè)穩(wěn)定型心絞痛中冠狀動(dòng)脈疾病和心血管事件的因子[15]。本研究結(jié)果進(jìn)一步證實(shí)以2D和3D CMR-FT所獲舒張期和收縮期應(yīng)變率參數(shù)均具有較高一致性。

表1 高血壓患者及健康人2D及3D CMR-FT左心室心肌形變參數(shù)比較

綜上所述，采用2D和3D CMR-FT技術(shù)測(cè)量心肌應(yīng)變和應(yīng)變率均可較敏感地發(fā)現(xiàn)高血壓患者心功能異常改變，且二者所獲心肌形變測(cè)量值具有很高一致性。本研究的主要不足：①未分析測(cè)量左心室局部及節(jié)段2D和3D心肌應(yīng)變和應(yīng)變率結(jié)果的一致性；②對(duì)以不同特征追蹤后處理軟件所測(cè)心肌形變參數(shù)的一致性尚需進(jìn)一步觀察。