二維及三維心血管MR特征追蹤技術測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.廣州中醫藥大學深圳臨床醫學院，廣東 深圳 518000；2.深圳市龍崗中心醫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.廈門平安好醫醫學影像診斷中心影像科，福建 廈門 361015；5.廈門州信醫學影像診斷中心放射科，福建 廈門 361000；6.首都醫科大學宣武醫院放射與核醫學科，北京 100053)

心血管MR特征追蹤技術(cardiovascular MR feature tracking， CMR-FT)是基于MR穩態自由進動(steady-state free precession， SSFP)序列評價心功能的方法，無需掃描額外序列即可準確測量目標心肌位移，且組織分辨率較高，可得到整體或局部心肌形變參數，以評估左心室收縮及舒張功能[1]。傳統心臟MR心肌形變分析基于二維(two-dimensional， 2D)CMR-FT技術獨立分析心臟短軸和長軸電影圖像，被認為是定量評估心功能異常的可靠方法[2-3]。然而，近期研究[4]發現，左心室收縮時發生扭轉引起的節段平面外運動可加大肌肉縮短的感知程度，導致2D CMR-FT高估心肌運動幅度。三維(three-dimensional， 3D)CMR-FT技術可同時針對短軸和長軸SSFP電影圖像分析心肌形變[5]。本研究觀察2D和3D CMR-FT技術評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 研究對象 回顧性分析2013年1月—2020年6月于廈門州信醫學影像診斷中心接受CMR檢查的60例高血壓患者(高血壓組)，均符合文獻[6]診斷高血壓標準，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。本研究通過醫院倫理委員會審查批準(編號：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個長軸視角(兩腔、三腔和四腔)及1個短軸電影圖像，行心電觸發SSFP序列掃描，參數：TR 4.03 ms，TE 1.77 ms，FA 60°，FOA 310 mm×310 mm，層厚8 mm，層間距1 mm，矩陣224×224，每心動周期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年以上工作經驗的影像科醫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定義為舒張末期；采用基于閾值法自動分割左心室短軸圖像中的心內膜輪廓，并以點擊法手動勾畫短軸圖像中的心外膜輪廓及長軸圖像中的心內膜、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、下隔膜插入點處手動選取短軸參考點，生成局部和整體應變分析和極坐標圖。軟件于圖像均勻性或解剖特征信號引導下跟蹤心肌體素點，并自動繪制剩余心動周期的心肌內、外膜輪廓；若跟蹤不理想，可手動編輯；通過自動分析短軸和長軸電影圖像，獲得2D及3D整體徑向應變(global radial strain， GRS)、整體圓周應變(global circumferential strain， GCS)、整體縱向應變(global longitudinal strain， GLS)、收縮期峰值徑向/圓周/縱向應變率(peak systolic radial/circumferential/longitudinal stain rate， PSSR R/C/L)及舒張期峰值徑向/圓周/縱向應變率(peak diastolic radial/circumferential/longitudinal stain rate， PDSR R/C/L)。見圖1。以上參數每名醫師各測量1次，由其中1名醫師間隔1個月以上以隨機順序進行第2次分析。

1.4 統計學分析 采用SPSS 26.0統計分析軟件。以組內相關系數(intra-class correlation coefficient， ICC)、Bland-Altman一致性檢驗和變異系數(coefficient of variation， CV)評估觀察者內和觀察者間測量左心室心肌形變參數結果的一致性；ICC<0.40為重復性較差，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表示符合正態分布計量資料，基于第1名醫師首次測量數據行獨立樣本t檢驗，比較組間各參數差異。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

高血壓組年齡、體質量、收縮壓和舒張壓與正常組差異均具有統計學意義(t=9.074、3.063、16.565、9.676，P均<0.01)；組間身高差異無統計學意義(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)、長軸兩腔視圖(B)、三腔視圖(C)及四腔視圖(D)中勾畫心內膜輪廓(紅色)及心外膜輪廓(綠色)； E、F.勾畫短軸(E)和長軸(F)圖像左心室內、外膜后，軟件自動生成三維模式圖

2.1 重復性分析 2D CMR-FT觀察者內測量心肌整體應變及應變率的一致性極好(ICC：0.80～0.98，P均<0.05)；除PDSR R外(CV=19.36%)，其余參數的離散程度相對較小，CV最大為10.84%。3D CMR-FT觀察者內一致性極好(ICC：0.77～0.94，P均<0.05)；PDSR R、PSSR R及PSSR L測量結果變異度較高(CV=17.89%、18.64%、20.07%)，其余參數CV最大為14.54%。Bland-Altman一致性檢驗顯示，心肌形變參數測值多位于95%的一致性界限范圍內。

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觀察者間應變及應變率參數的離散程度相對較小(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觀察者間測量結果的離散程度相對較小，CV最大為10.98%。Bland-Altman一致性檢驗顯示，心肌形變參數測值多位于95%的一致性界限范圍內。

2.2 心肌形變參數 2D CMR-FT測得高血壓組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展的主要危險因素[7]。如能以簡單、準確的量化心肌應變和應變率方法早期發現高血壓患者亞臨床心功能障礙，可能對診斷心血管疾病、監測治療效果及評估預后具有重要意義。LIU等[8]采用CMR-FT技術定量評價原發性高血壓患者心肌變形程度，結果顯示應變測量值是早期發現心功能損傷的敏感指標；SAEED等[9]基于2D CMR-FT的研究結果表明，高血壓與GLS減低明顯相關，而與GCS無顯著相關。本研究結果與前述研究相符，以2D CMR-FT所測高血壓組GLS明顯低于正常組，而組間GCS無顯著差異；3D CMR-FT技術同樣能夠發現左心室功能異常，表現為高血壓組GLS和舒張期應變率較正常組明顯減低。

基于2D CMR-FT的心肌形變分析技術已被認為是早期發現心臟結構功能改變的有效方法；GCS為其重復性最佳且最穩定的測量參數，GLS及GRS次之[10-12]；本研究結果顯示，GCS觀察者內及觀察者間測量結果的一致性均極高，除心肌應變外，其他心肌形變參數包括收縮和舒張應變率的一致性也較好。ZHU等[13]通過動物研究發現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獲所測應變參數的一致性更高；本研究結果與其相符。HU等[14]利用2D和3D CMR-FT技術定量比較接受肺動脈下心室曠置術的患者及正常人應變參數，發現2D及3D應變參數的一致性均很好，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，可能影響測量應變結果，亦未進一步評估其測量收縮期和舒張期應變率的一致性。應變率可敏感地反映心室收縮、舒張功能異常和間質纖維化等相關異常，是預測穩定型心絞痛中冠狀動脈疾病和心血管事件的因子[15]。本研究結果進一步證實以2D和3D CMR-FT所獲舒張期和收縮期應變率參數均具有較高一致性。

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比較

綜上所述，采用2D和3D CMR-FT技術測量心肌應變和應變率均可較敏感地發現高血壓患者心功能異常改變，且二者所獲心肌形變測量值具有很高一致性。本研究的主要不足：①未分析測量左心室局部及節段2D和3D心肌應變和應變率結果的一致性；②對以不同特征追蹤后處理軟件所測心肌形變參數的一致性尚需進一步觀察。