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磁共振T1-mapping 特征参数评价扩张型心肌病心肌纤维化及与射血分数的相关性

2023-03-28邵晓宁孙英杰靳雅楠程敬亮

生物医学工程与临床 2023年1期
关键词:亚组标准差直方图

邵晓宁,孙英杰,靳雅楠,程敬亮

扩张型心肌病 (dilated cardiomyopathy,DCM)的主要表现为心肌细胞变性及细胞间质纤维化。成年人群中,男性的发病率高于女性。 心肌纤维化导致左心室和右心室心肌弹性变化,心肌纤维化与心脏功能相关[1]。 病理组织诊断证实,DCM 患者心肌纤维化呈弥漫状。 目前,延时钆增强(late gadolinium-enhanced,LGE)图像可显示心肌纤维化[2]。 然而LGE 对弥漫性心肌纤维化显示欠佳。 有研究表明[3,4],T1-mapping 可以帮助评价心肌纤维化程度, 替代LGE 成为评价心肌功能的新方法。T1-mapping 技术有助于弥漫性心肌纤维化的诊断[5]。 笔者研究旨在分析T1-mapping 对扩张型心肌病心肌纤维化的诊断价值和T1-mapping 直方图参数与射血分数(ejection fractions,EF)的相关性。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择2015 年3 月至2017 年7 月在郑州大学第一附属医院行CMR 检查的48 例DCM 患者(DCM组),其中男性38 例,女性10 例;年龄24 ~73 岁,平均年龄47.40 岁(标准差13.83 岁);身高155 ~178 cm,平均身高169 cm(标准差8 cm);体质量49 ~98 kg,平均体质量75.51 kg(标准差22.58 kg)。

选择标准: 按照体表面积计算左心室最小内径/体表面积>2.7 cm/m2;EF 值<45%。

排除标准: 与DCM 有相似临床表现的疾病,如冠心病、瓣膜病、先天性心脏病、全身系统性疾病、肺心病等。

同期选择24 例健康志愿者作为对照组, 其中男性14 例,女性10 例;年龄28 ~71 岁,平均年龄47.67岁(标准差13.15 岁);身高155 ~179 cm,平均身高167 cm(标准差9 cm);体质量55 ~85 kg,平均体质量69.21 kg(标准差12.49 kg)。志愿者均无相关病史、近半年来没有胸闷、气短、乏力等症状,心电图、心脏彩色超声无异常。

该研究经医院伦理委员会批准, 批号为2015-16。两组年龄、性别、身高、体质量比较,差异无统计学意义(P>0.05),具有可比性。

1.2 方法

受试者均行3.0 T 心血管磁共振(cardiovascular magnetic resonance,CMR)常规检查。

1.2.1 MRI 方案

CMR 成像设备为德国西门子Skyra 3.0 T MRI 仪。使用body 线圈(16 通道)成像。成像过程中在DCM 组患者右侧1、2 肋间及左侧5、6 肋间粘贴4 个磁共振兼容的电极片,采集受试者心电信号用于在特定时刻触发扫描。扫描序列有:①black-blood 序列;②bright-blood序列;③心脏电影,重复时间(repetitiontime,TR)=45.64ms,回波时间(echo time,TE)= 1.43 ms,Flip angle = 80°,slice thickness=8 mm,包括长轴两腔心、三腔心、四腔心层面及8 ~10 层短轴层面;④改进的Look-Locker反转恢复(modified Look-Locker inversion recovery,MOLLI)序 列,TR = 324.96 ms,TE = 1.12 ms,Flip angle =35°,slice thickness = 8 mm,T1- mapping 图像扫描6个层面,其中长轴3 个层面,分别为两腔心层面、三腔心层面、四腔心层面,短轴3 个层面,从基底部到心尖均匀分布; ⑤LGE 扫描, 采用相位敏感反转恢复序列,TR=643 ms,TE=2 ms,Flip angle=20°,slice thickness = 8 mm,反转时间(inversion time,TI) = 300 ms,对比剂为钆喷酸葡胺(Gadolinium-diethylene triaminepentaacetic acid,Gd-DTPA), 剂量为0.2 mmol/kg,注射造影剂10 min 后逐层采集长轴及短轴层面。

对照组未注射对比剂,未进行LGE 扫描,仅扫描前4 项,方法同上。

1.2.2 直方图分析

将图像上传至工作站, 使用MATLAB 软件勾勒感兴趣区并计算直方图参数。 DCM 组根据LGE 图像是否有强化,将DCM 组分为LGE(+)亚组和LGE(-)亚组。 勾勒心肌心内膜及心外膜,提取出心肌部分每个像素点的T1值, 再根据T1值的分布计算出11 个直方图参数,包括5 个百分位数(P10、P25、P50、P75、P90)、最小值、均值、最大值、偏度系数(Skewness)、峰度系数(Kurtosis)和标准差(standard deviation,s)。

1.3 统计学方法

采用SPSS 20.0(IBM,阿蒙克,美国)软件进行统计分析。 采用卡方检验,比较DCM 组与对照组性别是否有差异。然后用双样本t 检验,对DCM 组与对照组特征参数直方图参数进行均值比较。多组间均值比较采用one-way ANOVA。 采用皮尔森相关系数,比较DCM 组T1-mapping 直方图参数与EF 的相关性。P<0.05 为差异有统计学意义,P<0.01 为差异有显著统计学意义。

2 结果

2.1 两组射血分数值比较

DCM 组EF 与对照组比较,差异有显著统计学意义[(21.75±9.31)%vs(55.22±7.39)%。t=15.34,P<0.01]。

2.2 DCM 亚组与对照组直方图参数比较

DCM 组分为LGE(+)亚组33 例和LGE(-)亚组15 例。 LGE(+)亚组和LGE(-)亚组均值、s、最大值及5 个百分位数(P10、P25、P50、P75、P90) 与对照组比较, 差异均有显著统计学意义(P<0.01)。 最小值、Kurtosis 和Skewness 差异无统计学意义 (P>0.05)。LGE(+)亚组最大值与LGE(-)亚组差异有统计学意义(t=2.00,P=0.03),其他参数差异无统计意义(P>0.05)。 LGE(+)亚组EF 和LGE(-)亚组EF 与对照组比较,差异有显著统计学意义(P<0.01),而LGE(+)亚组EF 与LGE (-) 亚组差异无统计学意义 (P >0.05)。 见表1、图1。

表1 DCM 亚组与对照组直方图参数及EF 比较Tab.1 Comparison of histogram parameters and EF between DCM subgroup and control group

图1 DCM 组与对照组T1-mapping 图像及直方图Fig.1 T1-mapping images and histograms of DCM group and control group

2.3 直方图参数与射血分数相关性

均数、s、 最大值及P10、P25、P50、P75、P90 与EF均呈负相关,相关系数依次为- 0.546(P < 0.05)、- 0.380 (P<0.05)、-0.580 (P<0.05)、-0.387 (P<0.05)、- 0.502(P < 0.05)、- 0.564(P < 0.05)、- 0.583(P < 0.05)、- 0.562 (P < 0.05)。 最小值、Kurtosis、Skewness 与EF 无相关性(P>0.05)。

3 讨论

心功能受损是DCM 的重要临床指标。CMR 在心脏病诊断中的应用越来越普遍,逐渐发展成EF 测量的金标准,并为心肌疾病的鉴别诊断提供帮助[6]。 EF作为最有代表性的心功能指标,在DCM 诊断中起到重要作用。MRI T1-mapping 技术在心脏疾病的检查中得到普及, 大量文献证明T1-mapping 技术对诊断弥漫性心肌纤维化有帮助[3,4,7,8]。医学图像倾向于不规则的纹理,不利于人类视觉系统观察[9]。直方图分析作为一种常用的纹理分析方法,能反映图像中不同灰度的分布规律,已在医学图像分析中发挥重要作用。 有研究表明,表观扩散系数(apparent diffusion coefficient,ADC)直方图可以用来评估直肠癌和乳腺癌的化学治疗效果[10,11],还可用于前列腺癌分级宫颈癌分型[12]。T1-mapping 与T2-mapping 的定量分析,如纹理特征,可用来鉴别肝脏纤维化程度,也可用来筛查骨关节炎高风险人群[13,14]。 但笔者探讨DCM T1-mapping 直方图分析尚属首次,具有一定的创新性。

DCM 患者常见弥漫性心肌纤维化。 纤维化会造成心肌T1值的增加。DCM 患者T1均值随心肌纤维化程度增加而增加。 T1值与心肌纤维化程度正相关。DCM 组P10、P25 与对照组差异有统计学意义, 说明直方图参数具有鉴别轻度心肌纤维化的能力。 由于DCM 患者心肌纤维化呈弥散状,T1值分布较对照组分散,DCM 组s 显著增加。 LGE(+)亚组和LGE(-)亚组均值、 最大值、s 及P10、P25、P50、P75、P90 百分位数显著高于对照组。LGE(+)亚组最大值与LGE(-)亚组差异也有统计学意义(P=0.03),其他参数差异无统计学意义。 无论LGE 图像是否强化,DCM 组部分T1-mapping 直方图参数均能显示出与对照组的显著差异,说明T1-mapping 技术对心肌纤维化更为敏感,为不能注射造影剂的患者提供了一种新的诊断思路。

心肌纤维化程度与心肌收缩和舒张运动能力相关[15]。笔者研究结果显示,LGE(+)亚组EF 和LGE(-)亚组EF 与对照组值差异有统计学意义,LGE(+)亚组EF 与LGE(-)亚组差异无统计学意义,与NeilanTG 等[16]研究结果一致。笔者研究结果显示,均值、s、最大值及P10、P25、P50、P75、P90 与EF 值均呈负相关。 提示DCM 患者EF 的降低主要由弥漫性心肌纤维化引起,而受局灶性纤维化影响较小。

笔者研究局限性在于, 心肌组织T1值在造影剂注射前后会有较大改变, 未分析造影剂注射后T1值的变化及DCM 组与对照组的差异。DCM 在不同时期有不同表现,并且表征与其他心脏疾病相类似,笔者未进行比较鉴别,今后的工作中会进一步研究。

综上所述,T1-mapping 技术有助于诊断DCM 心肌纤维化, 尤其是弥漫性心肌纤维化,T1-mapping 参数与EF 呈负相关。

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