正常青年人左心室扭轉(zhuǎn)特征的MRI研究

席曉旭，李夢露，程流泉1,*

1.解放軍醫(yī)學(xué)院，北京 100853；2.解放軍總醫(yī)院海南醫(yī)院放射診斷科，海南 三亞 572013；3.解放軍總醫(yī)院第六醫(yī)學(xué)中心放射診斷科，北京 100048； *通信作者 程流泉 cheng_liuquan@139.com

心臟功能評估在心臟疾病的診斷、風(fēng)險分層和療效評估中具有關(guān)鍵作用。超聲斑點(diǎn)追蹤[1-2]和MRI的特征追蹤（feature tracking，F(xiàn)T）技術(shù)可以測量左心室的徑向、縱向和環(huán)向應(yīng)變[3-5]，逐漸成為評估整體和局部心肌力學(xué)的常用工具，彌補(bǔ)了左心室射血分?jǐn)?shù)（left ventricle ejection fraction，LVEF）等傳統(tǒng)心功能參數(shù)的局限性[6-7]。此外，利用FT技術(shù)還可以測量左心室的扭轉(zhuǎn)參數(shù)，即心肌在短軸位以左心室中心為圓心旋轉(zhuǎn)的角度[8]。心肌扭轉(zhuǎn)和解旋是左心室收縮和舒張功能的基本機(jī)制，有研究表明高達(dá)40%的每搏輸出量是由收縮扭轉(zhuǎn)產(chǎn)生的[9]，舒張早期快速解旋是心肌恢復(fù)力的主要指標(biāo)，恢復(fù)力有助于舒張期的快速充盈[10-11]。在臨床工作中期望對左心室心肌的旋轉(zhuǎn)和解旋運(yùn)動進(jìn)行簡單、快速和可靠的量化[12]，本研究擬使用FT技術(shù)測量正常青年人的左心室心肌扭轉(zhuǎn)特征。

1 資料與方法

1.1 研究對象 經(jīng)醫(yī)院倫理委員會同意，征集31例健康志愿者參與研究，納入標(biāo)準(zhǔn)：無系統(tǒng)性疾病、無心腦血管疾病、無心臟相關(guān)不適或記錄。記錄受檢者的身高、體質(zhì)量，測量血壓，簽署MRI檢查知情同意書。2例因MRI檢查后判斷為異常或圖像質(zhì)量問題而剔除，最終納入29例志愿者，其中男15例，女14例；平均年齡（27.7±2.4）歲，體質(zhì)量指數(shù)（21.7±2.7）kg/m2。

1.2 心臟MRI圖像采集 采用Philips Multiva 1.5T MRI掃描儀，16通道Torso相控陣線圈，胸前導(dǎo)聯(lián)心電向量觸發(fā)。確定標(biāo)準(zhǔn)的短軸位層面后，選取與美國心臟協(xié)會/美國心臟學(xué)院（AHA/ACC）心肌標(biāo)準(zhǔn)分段的3個基本層面：左心室基底水平（舒張末期二尖瓣游離緣層面）、左心室中部水平（舒張末期乳頭肌中點(diǎn)層面）和心尖水平（舒張末期乳頭肌消失層面），對應(yīng)房室間溝-心尖五等分的中間3層（圖1），進(jìn)行平衡穩(wěn)態(tài)進(jìn)動電影成像序列（bSSFP序列），最小TR 3.7 ms，最小TE 1.87 ms，翻轉(zhuǎn)角600°，每個RR周期采集24個心臟時相，即將每個心動周期標(biāo)準(zhǔn)化為24個時間單位。視野32 cm×28 cm，矩陣228×194，層厚8 mm。分次呼氣末屏氣15～18 s完成掃描。

圖1 基本層面的定位。A為心臟標(biāo)準(zhǔn)水平長軸位，垂直于中心線（二尖瓣中心與心尖的連線），自房室溝-心尖（白色虛線）五等分，中間的3層分別對應(yīng)B左心室基底水平（紅色定位線，舒張末期二尖瓣游離緣層面）、左心室中部水平（藍(lán)色定位線，舒張末期乳頭肌中點(diǎn)層面）和心尖水平（綠色定位線，舒張末期乳頭肌消失層面）

1.3 圖像后處理 將DICOM圖像導(dǎo)入心肌運(yùn)動追蹤分析軟件（TOMTEC Imaging Systems，2D Cardiac Performance Analysis MR，Munich），人工引導(dǎo)自動識別進(jìn)行心內(nèi)膜和心外膜描記，并經(jīng)人工校正，直到心動周期中每一幀均能夠準(zhǔn)確描記心內(nèi)膜和心外膜。按照AHA/ACC標(biāo)準(zhǔn)17段劃分方式，測量每個節(jié)段的旋轉(zhuǎn)角度（單位：°）和旋轉(zhuǎn)角速度（單位：°/s），按照心底、中部和心尖3個水平取平均值。從心尖向心底觀察，左心室心尖部逆時針旋轉(zhuǎn)角度記錄為正值，心底部順時針旋轉(zhuǎn)角度記錄為負(fù)值；測量基底層面至心尖層面在舒張末期的間距D。計算心底層面與心尖層面的旋轉(zhuǎn)角度差，即扭角（單位：°）；左心室扭矩是心尖-心底扭角與間距的比值（單位：°/cm）。

1.4 統(tǒng)計學(xué)方法 采用Microsoft Excel和SPSS 19.0軟件，并繪圖表達(dá)各參數(shù)指標(biāo)在不同心肌節(jié)段及水平的規(guī)律，計算各指標(biāo)的峰值和達(dá)峰時間。符合正態(tài)分布的計量資料采用±s（95%CI）表示；不符合正態(tài)分布的計量資料以M（Qr）表示，兩組或多組數(shù)據(jù)比較采用非參數(shù)檢驗(yàn)，P<0.05表示差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 左心室心內(nèi)膜和心外膜在心底-中部-心尖水平的旋轉(zhuǎn)特征 圖2為心底、中部、心尖水平在收縮早期、收縮末期、快速舒張期和舒張中期的運(yùn)動矢量圖。左心室心內(nèi)膜和心外膜在左心室心底-中部-心尖水平的旋轉(zhuǎn)角度與速度曲線見圖3、4。表1為左心室各水平內(nèi)外膜旋轉(zhuǎn)角度的峰值和達(dá)峰時間。非參數(shù)檢驗(yàn)提示心內(nèi)膜和心外膜的心底與中部達(dá)峰時間差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05），心內(nèi)膜和心外膜的心底與中部最大旋轉(zhuǎn)角差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P>0.05）。心內(nèi)膜和心外膜在心底與心尖部、中部與心尖部的旋轉(zhuǎn)角度峰值及達(dá)峰時間差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05）。自心底向心尖部旋轉(zhuǎn)角度峰值依次增大，心底先達(dá)峰，心尖后達(dá)峰。

表1 左心室心內(nèi)膜和心外膜心底-中部-心尖的最大旋轉(zhuǎn)角和達(dá)峰時間[M（Qr）]

圖2 左心室心肌運(yùn)動矢量圖。A～D為心底、E～H為中部、I～L為心尖，A、E、I為收縮早期、B、F、J為收縮末期、C、G、K為快速舒張期、D、H、L為舒張中期。角度為運(yùn)動方向，長度為運(yùn)動速度。心肌各節(jié)段運(yùn)動方向差異很大，在收縮期和舒張中期心底和心尖的旋轉(zhuǎn)方向相反呈雙向運(yùn)動，快速解旋時為同向運(yùn)動

圖3 心動周期內(nèi)左心室心內(nèi)膜（A）和心外膜（B）在心底-中部-心尖水平的旋轉(zhuǎn)角度分布特征

圖4 心動周期內(nèi)左心室心內(nèi)膜（A）和心外膜（B）在心底-中部-心尖水平的旋轉(zhuǎn)速度（角速度）分布特征

2.2 左心室心內(nèi)膜和心外膜在心底-中部-心尖水平的扭轉(zhuǎn)特征 左心室心內(nèi)膜和心外膜在心底-中部-心尖水平的扭轉(zhuǎn)角度與扭矩及其峰值分布見圖5～8。因?yàn)闃颖玖枯^小采用Kolmogorov-Smirnov進(jìn)行正態(tài)性檢驗(yàn)，僅心尖-心底的扭角和扭矩符合正態(tài)分布，其余心尖-中部、中部-心底的數(shù)據(jù)均不符合正態(tài)分布。心尖-心底的最大扭角：心內(nèi)膜（13.44±7.18）°（95%CI1.63～29.13），心外膜（8.88±4.53）°（95%CI1.73～17.43）；心尖-心底的最大扭矩：心內(nèi)膜（1.84±0.99）°/cm（95%CI0.19～4.04），心外膜（1.21±0.63）°/cm（95%CI0.25～2.60）；心內(nèi)膜扭矩的達(dá)峰時間為（43.97±13.25）%RR，心外膜扭矩的達(dá)峰時間為（42.10±8.43）%RR，與心尖旋轉(zhuǎn)角度的達(dá)峰時間一致。

圖5 一個心動周期內(nèi)，左心室心內(nèi)膜（A）和心外膜（B）心肌扭轉(zhuǎn)角度的分布特征

圖6 一個心動周期內(nèi)，左心室心內(nèi)膜（A）和心外膜（B）心肌扭矩的分布特征

圖7 左心室心內(nèi)膜和心外膜扭轉(zhuǎn)峰值的分布特征。心尖-中部、中部-心底的扭轉(zhuǎn)峰值均出現(xiàn)異常值

圖8 左心室心內(nèi)膜和心外膜扭矩峰值的分布特征。心尖-中部、中部-心底的扭矩峰值均出現(xiàn)異常值

3 討論

3.1 心肌扭轉(zhuǎn)的解剖基礎(chǔ)與病理生理意義 心肌扭轉(zhuǎn)對于心臟射血具有重要作用[13]，扭轉(zhuǎn)使得15%的纖維縮短率提供了60%～70%的射血分?jǐn)?shù)。螺旋心肌帶是心肌扭轉(zhuǎn)運(yùn)動的解剖學(xué)基礎(chǔ)[14]。Torrent-Guasp等[15]通過一系列心肌帶研究顯示：心肌環(huán)由右手螺旋排列的心肌纖維構(gòu)成降段，而左手螺旋的心肌纖維構(gòu)成升段。環(huán)形心肌纖維則呈橫向走行，并構(gòu)成心底環(huán)的基底段，包括左心室段和右心室段，即心內(nèi)膜心肌呈右手螺旋排列，心外膜心肌呈左手螺旋排列。心肌升段收縮使左心逆時針扭轉(zhuǎn)，而降段收縮使左心順時針扭轉(zhuǎn)，使得左心室產(chǎn)生扭轉(zhuǎn)運(yùn)動。從心尖部觀察，心尖部于收縮期呈逆時針運(yùn)動，心底部呈順時針運(yùn)動，被形象地稱為擰毛巾運(yùn)動[16]。這一點(diǎn)在本研究中得到很好的定性驗(yàn)證。本研究選定的心底-中部和心尖3個典型層面，與Kowallick等[17]提出的最佳測量層面一致。Kowallick等[17]關(guān)于左心室扭轉(zhuǎn)運(yùn)動模式的研究中，關(guān)于特定的基底水平及心尖水平的選擇問題指出，應(yīng)選擇左心室最心尖與最基底（二尖瓣根部水平）距離的25%～75%作為心尖水平與基底水平進(jìn)行測量，該測量模式能夠區(qū)分靜息狀態(tài)與壓力狀態(tài)下扭轉(zhuǎn)的差異。在心底、心尖2個層面上，通過同步電影播放，可以直接觀察到這種擰毛巾的運(yùn)動方式。如果在一個個體中未能觀察到類似的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動，則提示心肌存在運(yùn)動障礙，需要進(jìn)行細(xì)致的病因分析。

3.2 心肌扭轉(zhuǎn)參數(shù)的定量特征 心肌旋轉(zhuǎn)角度可以隨年齡、性別和疾病狀態(tài)而改變。Lin等[18]研究發(fā)現(xiàn)，老年受試者舒張早期徑向位移峰值、徑向速度、環(huán)向應(yīng)變率顯著低于青年受試者，舒張晚期環(huán)向應(yīng)變率峰值顯著高于青年受試者。發(fā)生不同心肌疾病時，不同走向的心肌纖維排列發(fā)生改變后，扭轉(zhuǎn)運(yùn)動可能發(fā)生改變。Yoneyama等[19]應(yīng)用心臟磁共振成像標(biāo)記技術(shù)對無顯著心臟病患者（合并或不合并高血壓、肥胖、吸煙等心血管病危險因素）進(jìn)行研究，結(jié)果發(fā)現(xiàn)：隨著年齡增長，左心室舒張末期容積（left ventricular end-diastolic volume，LVEDV）、左心室收縮末期容積（left ventricle end systolic volume，LVESV）、搏出量、左心室質(zhì)量/容積比值均增大。經(jīng)校正傳統(tǒng)心血管危險因素后，扭轉(zhuǎn)隨年齡增長也呈增大趨勢，但進(jìn)一步用LVEDV校正后，扭轉(zhuǎn)隨年齡增長而增大的趨勢無統(tǒng)計學(xué)意義。女性患者的LVEDV和LVESV均低于男性，但搏出量未顯示出性別差異，經(jīng)校正傳統(tǒng)心血管危險因素和LVEDV后，女性患者的扭轉(zhuǎn)仍大于男性。與非高血壓患者相比，高血壓患者的左心室質(zhì)量和左心室質(zhì)量/容積比值增大，左心室扭轉(zhuǎn)更大。該研究推測，左心室扭轉(zhuǎn)可能是衰老和（或）高血壓患者心肌縮短的情況下維持心搏出量的代償方法之一。Przewlocka-Kosmala等[20]對合并1個及以上心衰危險因素（定義為高血壓、2型糖尿病、可能具有心臟毒性的化療、未進(jìn)展為心衰的心臟病病史或心衰家族史）的患者進(jìn)行隨訪研究（平均隨訪時間18.2個月），發(fā)現(xiàn)左心室心尖解旋減低可為預(yù)測新發(fā)心衰事件提供附加值。

3.3 心肌扭轉(zhuǎn)的定性特征 鑒于其他研究報道心肌應(yīng)變和扭轉(zhuǎn)容易受到年齡、性別、體質(zhì)量等因素影響，本研究選擇青年志愿者作為研究對象，基礎(chǔ)健康數(shù)據(jù)可靠，年齡、體質(zhì)量指數(shù)比較單一，未見性別和體質(zhì)量指數(shù)差異。然而，不同個體之間的心肌旋轉(zhuǎn)角度差異較大，并非呈正態(tài)分布。相對于旋轉(zhuǎn)角度的個體差異，心底與心尖的扭矩數(shù)據(jù)符合正態(tài)分布，表明經(jīng)過左心室長軸的校正，這種偏差可以得到有效的控制，也因此認(rèn)為左心室扭矩是一個相對恒定的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動指標(biāo)。然而不同研究對此有不同的認(rèn)識，認(rèn)為旋轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)和扭矩均受年齡、性別等因素的影響，這給扭轉(zhuǎn)參數(shù)的臨床應(yīng)用帶來很大挑戰(zhàn)。Augustine等[21]應(yīng)用心臟磁共振成像-特征追蹤研究發(fā)現(xiàn)，左心室基底段旋轉(zhuǎn)角度的絕對值與心尖部無顯著差異，與本研究及超聲相關(guān)研究結(jié)果不一致，推測與個體之間的數(shù)據(jù)變異大有關(guān)。通過本研究獲得的數(shù)據(jù)，可以得到以下定性分析結(jié)果：收縮期，從旋轉(zhuǎn)角度上看，心底旋轉(zhuǎn)角度小，心尖扭轉(zhuǎn)角度大；從旋轉(zhuǎn)速度上看，基底部先逆時針減速運(yùn)動，后沿順時針方向先加速后減速運(yùn)動，心尖部逆時針先加速后減速，心尖水平扭轉(zhuǎn)速率的絕對值較基底部大。基底部與心尖部的速度在方向和時間的共同作用下達(dá)到最大速度差，速度差最大時快速充盈，達(dá)到射血高峰；然后相對靜止達(dá)到最大位移差，使心臟產(chǎn)生最大扭轉(zhuǎn)，達(dá)到最大射血量；由基底部-中間部-心尖部扭轉(zhuǎn)的進(jìn)程有明顯的時序性，由基底部向心尖部扭轉(zhuǎn)依次達(dá)到同向最大位移后開始解旋。心肌扭轉(zhuǎn)自基底到心尖峰值逐漸增大，心底呈雙相扭轉(zhuǎn)-解旋，心尖呈單相扭轉(zhuǎn)解旋。心臟整體的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動主要表現(xiàn)在基底部與心尖部的相向扭轉(zhuǎn)運(yùn)動，這種運(yùn)動模式被形容為擰毛巾運(yùn)動，心尖與心底逆向旋轉(zhuǎn)，結(jié)合縱向縮短，由此達(dá)到擠壓心腔并顯著縮小心室容積的目的，同時心底和心尖的逆向運(yùn)動更容易實(shí)現(xiàn)平衡和運(yùn)動的穩(wěn)定性。

3.4 本研究的局限性 與類似的研究相比，本研究增加了左心室中部的旋轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)，目的是顯示由心底到心尖的數(shù)據(jù)梯度特征，但是對心底-心尖對直觀對比產(chǎn)生了一些干擾。測量過程也存在一些偶然誤差，這種偶然誤差來自內(nèi)膜的勾畫，乳頭肌的排除均為主觀判斷，尤其是心尖段，肌小梁較多，內(nèi)膜不及中段和基底段清晰，表現(xiàn)為數(shù)據(jù)的不穩(wěn)定與異常數(shù)據(jù)，此結(jié)果與Augustine等[21]、劉紅等[22]關(guān)于健康志愿者應(yīng)變測量研究中的結(jié)果一致。

總之，本研究利用FT技術(shù)探討正常青年人的左心室扭轉(zhuǎn)參數(shù)，定性描述了左心室心肌扭轉(zhuǎn)的特征，對心肌旋轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)和扭矩的定量測量和進(jìn)一步臨床應(yīng)用，尚需積累數(shù)據(jù)進(jìn)一步分析。