二维及三维心血管MR特征追踪技术测量高血压患者左心室心肌形变

2022-02-15李更晓娄明武高艺源周珊珊谢佳楠骆美辰赵之伟李坤成

中国医学影像技术 2022年1期

李更晓，娄明武,2，张振,2，高艺源，周珊珊，谢佳楠，骆美辰，赵之伟，赵军*，李坤成,5,6

(1.广州中医药大学深圳临床医学院，广东深圳 518000；2.深圳市龙岗中心医院博士后科研工作站，广东深圳 518116；3.加拿大圆心血管影像有限公司，加拿大卡尔加里 T2P 3T6；4.厦门平安好医医学影像诊断中心影像科，福建厦门 361015；5.厦门州信医学影像诊断中心放射科，福建厦门 361000；6.首都医科大学宣武医院放射与核医学科，北京 100053)

心血管MR特征追踪技术(cardiovascular MR feature tracking， CMR-FT)是基于MR稳态自由进动(steady-state free precession， SSFP)序列评价心功能的方法，无需扫描额外序列即可准确测量目标心肌位移，且组织分辨率较高，可得到整体或局部心肌形变参数，以评估左心室收缩及舒张功能[1]。传统心脏MR心肌形变分析基于二维(two-dimensional， 2D)CMR-FT技术独立分析心脏短轴和长轴电影图像，被认为是定量评估心功能异常的可靠方法[2-3]。然而，近期研究[4]发现，左心室收缩时发生扭转引起的节段平面外运动可加大肌肉缩短的感知程度，导致2D CMR-FT高估心肌运动幅度。三维(three-dimensional， 3D)CMR-FT技术可同时针对短轴和长轴SSFP电影图像分析心肌形变[5]。本研究观察2D和3D CMR-FT技术评估高血压患者心功能的可行性及其一致性。

1 资料与方法

1.1 研究对象回顾性分析2013年1月—2020年6月于厦门州信医学影像诊断中心接受CMR检查的60例高血压患者(高血压组)，均符合文献[6]诊断高血压标准，男、女各30例，年龄30～79岁，平均(55.1±10.4)岁；平均身高(163.64±8.03)cm，平均体质量(69.09±11.34)kg；平均血压(147.40±10.32)mmHg/(88.63±9.47)mmHg。排除罹患心血管疾病或可能影响心功能的疾病(如脑卒中、甲状腺功能亢进等)者。同期纳入60名于本中心接受体检的健康人(正常组)，男、女各30名，年龄21～63岁，平均(38.6±9.6)岁；平均身高(166.35±7.56)cm，平均体质量(62.76±11.30)kg；平均血压(112.00±12.95)mmHg/(70.17±11.35)mmHg。本研究通过医院伦理委员会审查批准(编号：ChiECRCT20190198)。检查前受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法采用GE 1.5T MR扫描仪，16通道心脏相控阵表面线圈。嘱患者仰卧，采集心脏3个长轴视角(两腔、三腔和四腔)及1个短轴电影图像，行心电触发SSFP序列扫描，参数：TR 4.03 ms，TE 1.77 ms，FA 60°，FOA 310 mm×310 mm，层厚8 mm，层间距1 mm，矩阵224×224，每心动周期30帧，扫描范围为左心室基底部(房室瓣水平)至心尖。

1.3 图像分析将图像上传至CVI42version 5.12.1后处理软件，由2名具有3年以上工作经验的影像科医师采用盲法分析心肌形变，将短轴图像中左心室血池面积最大时定义为舒张末期；采用基于阈值法自动分割左心室短轴图像中的心内膜轮廓，并以点击法手动勾画短轴图像中的心外膜轮廓及长轴图像中的心内膜、心外膜轮廓，乳头肌和腱索包含于血池中；于左心室及右心室上、下隔膜插入点处手动选取短轴参考点，生成局部和整体应变分析和极坐标图。软件于图像均匀性或解剖特征信号引导下跟踪心肌体素点，并自动绘制剩余心动周期的心肌内、外膜轮廓；若跟踪不理想，可手动编辑；通过自动分析短轴和长轴电影图像，获得2D及3D整体径向应变(global radial strain， GRS)、整体圆周应变(global circumferential strain， GCS)、整体纵向应变(global longitudinal strain， GLS)、收缩期峰值径向/圆周/纵向应变率(peak systolic radial/circumferential/longitudinal stain rate， PSSR R/C/L)及舒张期峰值径向/圆周/纵向应变率(peak diastolic radial/circumferential/longitudinal stain rate， PDSR R/C/L)。见图1。以上参数每名医师各测量1次，由其中1名医师间隔1个月以上以随机顺序进行第2次分析。

1.4 统计学分析采用SPSS 26.0统计分析软件。以组内相关系数(intra-class correlation coefficient， ICC)、Bland-Altman一致性检验和变异系数(coefficient of variation， CV)评估观察者内和观察者间测量左心室心肌形变参数结果的一致性；ICC<0.40为重复性较差，0.40≤ICC<0.60为一致性中等，0.60≤ICC<0.75为一致性良好，ICC≥0.75为一致性极好。以±s表示符合正态分布计量资料，基于第1名医师首次测量数据行独立样本t检验，比较组间各参数差异。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

高血压组年龄、体质量、收缩压和舒张压与正常组差异均具有统计学意义(t=9.074、3.063、16.565、9.676，P均<0.01)；组间身高差异无统计学意义(t=-1.902，P=0.600)。

图1 患者男，50岁，高血压 A～D.分别于CMR左心室短轴图像(A)、长轴两腔视图(B)、三腔视图(C)及四腔视图(D)中勾画心内膜轮廓(红色)及心外膜轮廓(绿色)； E、F.勾画短轴(E)和长轴(F)图像左心室内、外膜后，软件自动生成三维模式图

2.1 重复性分析 2D CMR-FT观察者内测量心肌整体应变及应变率的一致性极好(ICC：0.80～0.98，P均<0.05)；除PDSR R外(CV=19.36%)，其余参数的离散程度相对较小，CV最大为10.84%。3D CMR-FT观察者内一致性极好(ICC：0.77～0.94，P均<0.05)；PDSR R、PSSR R及PSSR L测量结果变异度较高(CV=17.89%、18.64%、20.07%)，其余参数CV最大为14.54%。Bland-Altman一致性检验显示，心肌形变参数测值多位于95%的一致性界限范围内。

2D与3D CMR-FT观察者间一致性均极好(ICC：0.75～0.97，P均<0.05)。2D CMR-FT观察者间应变及应变率参数的离散程度相对较小(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观察者间测量结果的离散程度相对较小，CV最大为10.98%。Bland-Altman一致性检验显示，心肌形变参数测值多位于95%的一致性界限范围内。

2.2 心肌形变参数 2D CMR-FT测得高血压组GLS、PSSR R、PSSR C及PDSR R/C/L均明显小于正常组(P均<0.05)；3D CMR-FT测得高血压组GLS及PDSR R/C/L均明显小于正常组(P均<0.05)，见表1。

3 讨论

高血压是心血管疾病发展的主要危险因素[7]。如能以简单、准确的量化心肌应变和应变率方法早期发现高血压患者亚临床心功能障碍，可能对诊断心血管疾病、监测治疗效果及评估预后具有重要意义。LIU等[8]采用CMR-FT技术定量评价原发性高血压患者心肌变形程度，结果显示应变测量值是早期发现心功能损伤的敏感指标；SAEED等[9]基于2D CMR-FT的研究结果表明，高血压与GLS减低明显相关，而与GCS无显著相关。本研究结果与前述研究相符，以2D CMR-FT所测高血压组GLS明显低于正常组，而组间GCS无显著差异；3D CMR-FT技术同样能够发现左心室功能异常，表现为高血压组GLS和舒张期应变率较正常组明显减低。

基于2D CMR-FT的心肌形变分析技术已被认为是早期发现心脏结构功能改变的有效方法；GCS为其重复性最佳且最稳定的测量参数，GLS及GRS次之[10-12]；本研究结果显示，GCS观察者内及观察者间测量结果的一致性均极高，除心肌应变外，其他心肌形变参数包括收缩和舒张应变率的一致性也较好。ZHU等[13]通过动物研究发现2D和3D CMR-FT所获GCS和GLS的一致性良好甚至极好；且与3D相比，2D CMR-FT获所测应变参数的一致性更高；本研究结果与其相符。HU等[14]利用2D和3D CMR-FT技术定量比较接受肺动脉下心室旷置术的患者及正常人应变参数，发现2D及3D应变参数的一致性均很好，且3D GLS具有高度临床适用性；但该研究样本量较小，且未采集三腔心图像，可能影响测量应变结果，亦未进一步评估其测量收缩期和舒张期应变率的一致性。应变率可敏感地反映心室收缩、舒张功能异常和间质纤维化等相关异常，是预测稳定型心绞痛中冠状动脉疾病和心血管事件的因子[15]。本研究结果进一步证实以2D和3D CMR-FT所获舒张期和收缩期应变率参数均具有较高一致性。