體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像技術(shù)診斷陳舊性心肌梗死的初步研究

相世峰，張學(xué)強(qiáng)，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(guó)其發(fā)病率呈逐年增高趨勢(shì)，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(jī)械活動(dòng)和電活動(dòng)發(fā)生改變，最終導(dǎo)致病人心力衰竭，嚴(yán)重可致死亡，所以心肌纖維化的檢測(cè)對(duì)于臨床制定治療策略起著重要作用。近年來(lái)，心臟磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)延遲強(qiáng)化(late gadolinium enhancement，LGE)已成為評(píng)估心肌梗死后心肌纖維化的金標(biāo)準(zhǔn)[1-2]，然而有相當(dāng)一部分病人由于造影劑過(guò)敏、腎纖維化等原因不能進(jìn)行心臟增強(qiáng)掃描。

擴(kuò)散加權(quán)成像(diffusion-weighted imaging，DWI)是一種真正的定量檢測(cè)方法，目前在臨床上已廣泛應(yīng)用于全身各系統(tǒng)中，Le Bihan 等[3]提出體素內(nèi)不相干運(yùn)動(dòng)成像(the intravoxel incoherent motion，IVIM)理論，利用雙指數(shù)模型多b值擴(kuò)散加權(quán)成像獲得的定量參數(shù)，可以準(zhǔn)確地評(píng)價(jià)活體組織的擴(kuò)散及微血管灌注信息，而且不需要對(duì)比劑。目前已應(yīng)用于頭頸部、肝臟、椎體等病變[4]，但由于心臟的不間斷運(yùn)動(dòng)，IVIM技術(shù)應(yīng)用于心臟在實(shí)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(cè)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(kuò)散系數(shù)(D值)、灌注系數(shù)(D＊值)和灌注分?jǐn)?shù)(f值)，對(duì)其定量值進(jìn)行分析比較，為將來(lái)陳舊性心肌梗死研究提供參考指標(biāo)。

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(wú)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(biāo)準(zhǔn)：有明確的心肌梗死病史，梗死時(shí)間≥6個(gè)月；全部病例均行磁共振增強(qiáng)(contrast-enhanced magnetic resonance imaging，CE-MRI)檢查。病人排除標(biāo)準(zhǔn)：有嚴(yán)重心律不齊或無(wú)法配合病人；無(wú)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(shū)。

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(mén)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(xué)檢查，所有受試者均行心肌灌注及心肌延遲增強(qiáng)序列。行心臟短軸的7個(gè)b值DWI序列掃描，擴(kuò)散敏感梯度場(chǎng)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(fù)時(shí)間為2 200 ms，回波時(shí)間67 ms，層厚為8 mm， 層間隔為1.5～3.5 mm，激勵(lì)次數(shù)為8.00次，局部勻場(chǎng)，使用心電門(mén)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(yáng)性節(jié)段。IVIM參數(shù)圖的計(jì)算采用該序列自帶的后重建算法進(jìn)行重建，在該實(shí)驗(yàn)中采用了大多數(shù)研究者通常采用的“分步式”進(jìn)行參數(shù)計(jì)算。由于D＊效應(yīng)明顯大于D效應(yīng)，所以當(dāng)b值大于1/D＊時(shí)，灌注效應(yīng)對(duì)信號(hào)強(qiáng)度的衰減就會(huì)變得非常小。因此，在較高的b值時(shí)候，雙指數(shù)衰減模型變化為：Sb=S0(1-f)exp(-bD) 。在該實(shí)驗(yàn)中，首先利用大于170 s/mm2的b值簡(jiǎn)化單指數(shù)模型計(jì)算D值，并把該模型擬合出來(lái)的曲線進(jìn)行延伸，其截距Sint與b值等于0時(shí)的信號(hào)強(qiáng)度S0公式：f=( S0-Sint)/ S0計(jì)算灌注分?jǐn)?shù)f，最后利用計(jì)算出來(lái)的D和f部分約束非線性擬合(partially constrained nonlinear fit)方法計(jì)算D＊。之后把IVIM序列所得參數(shù)圖傳至Syngo.via工作站進(jìn)行測(cè)量，參照短軸LGE陽(yáng)性圖像選取感興趣區(qū)測(cè)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(cè)量部位為室間隔前部、后部及側(cè)壁各選取1個(gè)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(gè)b值DWI原始圖像，b值為0 s/mm2時(shí)，心腔血流信號(hào)呈高信號(hào)，心肌信號(hào)呈稍高信號(hào)，隨著b值增加，心腔血流信號(hào)減低逐漸變?yōu)闊o(wú)信號(hào)，心肌信號(hào)亦逐漸減低，b值為600 s/mm2時(shí)心肌信號(hào)最低。35例陳舊性心肌梗死病人中LGE陽(yáng)性節(jié)段96個(gè)(典型病例見(jiàn)圖1)，隨著b值增加，梗死心肌信號(hào)增高，周圍正常心肌信號(hào)減低形成明顯對(duì)比(見(jiàn)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(jiàn)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(jì)學(xué)意義(P<0.05)。詳見(jiàn)表1。

圖1 短軸位延遲強(qiáng)化圖(箭頭示LGE陽(yáng)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(jì)學(xué)意義(Z值分別為-5.028、-5.582、-5.257，P<0.05)。詳見(jiàn)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(jiàn)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(píng)價(jià)心肌的應(yīng)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(guò)MRI信號(hào)與b值之間單一的單指數(shù)關(guān)系計(jì)算出的表觀擴(kuò)散系數(shù)(apparent diffusion coefficient，ADC)值不能完全體現(xiàn)組織生理學(xué)行為，并未對(duì)組織內(nèi)水分子的不同運(yùn)輸模式加以區(qū)分。基于IVIM理論用雙指數(shù)模型通過(guò)多個(gè)b值(4個(gè)以上)的DWI成像，能計(jì)算D值、D＊值和f值等相關(guān)參數(shù)，達(dá)到無(wú)創(chuàng)性反映組織內(nèi)灌注情況的目的，能較準(zhǔn)確反映心肌血流灌注和水分子擴(kuò)散情況[6-8]。而且IVIM技術(shù)不需要注射對(duì)比劑，避免了對(duì)比劑過(guò)敏的風(fēng)險(xiǎn)及釓對(duì)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(jìn)行掃描，b值的選擇非常重要。b值越高對(duì)水分子擴(kuò)散運(yùn)動(dòng)越敏感，然而擴(kuò)散梯度持續(xù)時(shí)間內(nèi)水分子移位較大，導(dǎo)致信號(hào)丟失嚴(yán)重，b值越高信號(hào)丟失越明顯，圖像變形失真，影響測(cè)量的準(zhǔn)確性[9-12]。隨著磁共振軟硬件技術(shù)的發(fā)展和呼吸導(dǎo)航技術(shù)、心電門(mén)控技術(shù)與DWI序列的兼容，這一難點(diǎn)正在逐漸被克服。本研究采用7個(gè)b值心臟短軸DWI成像，其中6個(gè)為0～200 s/mm2的低b值，1個(gè)最高b值為600 s/mm2，并且減小掃描視野及局部勻場(chǎng)，掃描圖像質(zhì)量較為穩(wěn)定，感興趣區(qū)的參數(shù)值測(cè)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(hào)未見(jiàn)明顯丟失，且心肌輪廓清晰，臨床應(yīng)用中可重復(fù)性和臨床價(jià)值較高。

3.2 正常人體心肌IVIM研究 國(guó)際上首篇關(guān)于IVIM技術(shù)在心臟中應(yīng)用的文章在2003年報(bào)道，Callot 等[13]在犬類動(dòng)物的心臟中進(jìn)行成像，證實(shí)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(cè)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(cè)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(yàn)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(jì)學(xué)意義，結(jié)果表明前降支、右冠狀動(dòng)脈與回旋支的心肌灌注血流量不同。目前國(guó)際上通用左室“17個(gè)節(jié)段分析法”，左心室不同節(jié)段分別由左冠狀動(dòng)脈前降支、回旋支及右冠狀動(dòng)脈供血，大多數(shù)中國(guó)人以冠狀動(dòng)脈右優(yōu)勢(shì)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(dòng)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(dòng)脈血流量常大于左旋支血流量，因此，本試驗(yàn)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(jìn)行心臟掃描，研究表明擴(kuò)散加權(quán)成像檢測(cè)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(shí)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(jì)學(xué)意義，推測(cè)可能與缺血性壞死、梗死心肌組織內(nèi)血流減少而導(dǎo)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(wú)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(hào)，當(dāng)b為0 s/mm2時(shí)，心腔血池信號(hào)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(hào)，b值越高梗死心肌纖維化與正常心肌對(duì)比越明顯，對(duì)梗死心肌纖維化的診斷越容易。

3.4 IVIM技術(shù)對(duì)診斷心肌缺血或梗死的意義 對(duì)陳舊性心肌梗死纖維化進(jìn)行定量檢測(cè)是評(píng)估左心室功能損傷程度和發(fā)展到心力衰竭的一個(gè)重要參數(shù)[18]。目前延遲強(qiáng)化為診斷陳舊性心肌梗死纖維化的金標(biāo)準(zhǔn)，但檢查需要注射對(duì)比劑、掃描時(shí)間較長(zhǎng)，且不能得到定量指標(biāo)，而IVIM技術(shù)可以在不使用含釓對(duì)比劑的情況下使心肌纖維化得以顯示并進(jìn)行定量檢測(cè)，其精確度已經(jīng)在實(shí)驗(yàn)中被部分研究所證實(shí)[19-20]。本研究結(jié)果表明，在對(duì)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(píng)價(jià)梗死心肌纖維化的范圍及程度。因此，IVIM技術(shù)對(duì)提示陳舊性梗死心肌纖維化的血流灌注和水分子擴(kuò)散情況具有一定價(jià)值。

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

IVIM技術(shù)掃描無(wú)須使用對(duì)比劑，掃描時(shí)間明顯縮短，能夠提示心肌灌注與擴(kuò)散信息，對(duì)心肌梗死的診斷具有重要價(jià)值。