4D flow心臟MRI測(cè)量左心室血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的可靠性

馬麗榮,郭家璇,李文玲,馬 麗,鄭 琰,張懷瑢,朱 力*

(1.寧夏醫(yī)科大學(xué)臨床醫(yī)學(xué)院,寧夏 銀川 750004;2.寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院放射科,寧夏 銀川 750004)

心臟血流動(dòng)力學(xué)變化可引起心臟重構(gòu)而影響心血管疾病發(fā)生、發(fā)展;精準(zhǔn)分析心臟血流對(duì)預(yù)防及評(píng)估心血管疾病具有重要意義[1-2]。新興的四維血流分析(4D flow)心臟MRI(cardiac MRI, CMRI)利用相位對(duì)比技術(shù)基于3個(gè)空間方向獲得流速編碼數(shù)據(jù),通過(guò)三維可視化形式描述血流變化,定量分析血流速度、壓力階差及心腔容積[3-5]。本研究觀察CMRI局部區(qū)域性4D flow及全心4D flow技術(shù)測(cè)量左心室血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的可靠性。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 前瞻性對(duì)2022年3月—5月寧夏醫(yī)科大學(xué)總醫(yī)院31名健康體健者行心臟超聲檢查并采集CMRI;31名中,男16名、女15名,年齡20～30歲、平均(26.1±1.6)歲;體質(zhì)量指數(shù)(body mass index, BMI)20.59～23.95 kg/m2、平均(22.17±1.68)kg/m2。納入標(biāo)準(zhǔn)：于接受心臟超聲檢查后1個(gè)月內(nèi)采集CMRI;心電圖及心臟超聲均無(wú)明顯異常;無(wú)心腦血管疾病、甲狀腺疾病、糖耐量異常、腎功能不全及血液系統(tǒng)疾病。排除標(biāo)準(zhǔn)：定期服用藥物或檢查前24 h內(nèi)服用藥物;吸煙史;MR檢查禁忌證;妊娠;呼吸不穩(wěn)定,無(wú)法配合檢查。本研究經(jīng)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)(KYLL-2023-0486);受檢者均簽署知情同意書(shū)。

1.2 儀器與方法

1.2.1 心臟超聲 采用Philips IE33彩色多普勒超聲儀,選用頻率1～5 MHz S5-1相控陣探頭。囑受檢者左側(cè)臥,由1名具有10年以上工作經(jīng)驗(yàn)的超聲科醫(yī)師于標(biāo)準(zhǔn)左心室二腔心、四腔心及五腔心切面測(cè)量左心室功能參數(shù)[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 ventricular end-systolic volume, LVESV)、左心室射血分?jǐn)?shù)(left ventricular ejection fraction, LVEF)、左心室每搏輸出量(left ventricular stroke volume, LVSV)、心輸出量(cardiac output, CO)]及左心室血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)[主動(dòng)脈瓣上/瓣下峰值流速、二尖瓣舒張?jiān)缙?E)/晚期(A)峰值流速及主動(dòng)脈瓣上/瓣下壓力][6]。見(jiàn)圖1。

圖1 男性,26歲 A、B.于二維超聲五腔心切面測(cè)得收縮期主動(dòng)脈瓣上(A)、瓣下(B)峰值流速分別為160、131 cm/s; C.于二維超聲四腔心切面測(cè)得舒張期二尖瓣E峰、A峰流速分別為106、50.7 cm/s; D、E.4D flow CMR三腔心切面(D)及全心(E)血流偽彩圖示血液流經(jīng)二尖瓣及主動(dòng)脈瓣 (由紅至藍(lán)代表血流速度由快至慢)

1.2.2 4D flow CMRI 采用Philips Ingenia 3.0T MR儀、8通道心臟專(zhuān)用陣列線圈。囑患者仰臥,于左心室長(zhǎng)軸、流入流出道、四腔心及短軸采集電影圖像。基于左心室流入流出道層面采集三腔心切面4D flow CMRI,TE 1.5～2.5 ms,TR 2.5～3.5 ms,FA 8°,FOV 300 mm×300 mm,體素1.56 mm×1.56 mm×2.5 mm,層厚10 mm,層間距0,采集相位為100,重建相位數(shù)量為20,速度編碼值(velocity encoded cine, Venc)200 cm/s;針對(duì)全心及主動(dòng)脈采集4D flow CMRI,TE 1.5～2.5 ms,TR 2.5～3.5 ms,FA 8°,FOV 300 mm×300 mm×200 mm,體素2.5 mm×2.5 mm×2.5 mm,層厚10 mm,層間距0,采集相位為100,重建相位數(shù)量為20,Venc 200 cm/s。

1.3 圖像后處理 由2名具有1年及以上工作經(jīng)驗(yàn)的放射科醫(yī)師采用CVI 42(5.14.2)后處理軟件分析圖像。于左心室短軸電影圖像中避開(kāi)乳頭肌勾畫(huà)左心室心內(nèi)膜及心外膜輪廓,軟件自動(dòng)生成左心室功能參數(shù),包括LVEDV、LVESV、LVEF、LVSV及CO。將4D flow CMRI數(shù)據(jù)導(dǎo)入分析模塊進(jìn)行偏移校正及信號(hào)混疊校正,利用3D渲染技術(shù)分別生成三腔心切面及全心4D flow三維容積圖像;分別基于軸位、矢狀位及冠狀位圖像,使測(cè)量平面垂直于血流方向并處于主動(dòng)脈瓣上、瓣下及二尖瓣瓣口水平,獲取血流峰值速度-時(shí)間曲線圖,記錄左心室收縮期主動(dòng)脈瓣上、瓣下,以及舒張期二尖瓣E峰、A峰流速;測(cè)量2次,取平均值;以簡(jiǎn)化伯努利方程計(jì)算主動(dòng)脈瓣上、瓣下壓力。見(jiàn)圖1。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 26.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。以±s表示符合正態(tài)分布的計(jì)量資料,行t檢驗(yàn)。以組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(intra-class correlation coefficient, ICC)評(píng)估3種方法所測(cè)左心室功能參數(shù)及血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的一致性,并行觀察者內(nèi)與觀察者間一致性檢驗(yàn)：ICC>0.75為一致性良好、0.40～0.75為一致性中等、<0.4為一致性較差。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 左心室功能參數(shù) 觀察者內(nèi)與觀察者間測(cè)量左心室功能參數(shù)及血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的一致性均良好(ICC均>0.75)。心臟超聲與CMRI所測(cè)LVEF、LVSV及CO的一致性良好(ICC均>0.75),所測(cè)LVEDV及LVESV具有中等一致性(ICC分別為0.695及0.724)。見(jiàn)表1。

表1 心臟超聲與CMRI測(cè)量31名健康人左心室功能參數(shù)一致性比較

2.2 左心室血流動(dòng)力學(xué)參數(shù) 心臟超聲與三腔心4D flow CMRI所測(cè)收縮期主動(dòng)脈瓣上/瓣下峰值流速、舒張期二尖瓣E峰流速、主動(dòng)脈瓣上/瓣下壓力及主動(dòng)脈瓣跨瓣壓差的一致性均良好(ICC均>0.75),所測(cè)舒張期二尖瓣A峰流速具有中等一致性(ICC為0.718);心臟超聲與全心4D flow CMRI所測(cè)收縮期主動(dòng)脈瓣上/瓣下峰值流速、舒張期二尖瓣A峰流速及主動(dòng)脈瓣上/瓣下壓力的一致性均良好(ICC均>0.75),所測(cè)舒張期二尖瓣E峰流速及主動(dòng)脈瓣跨瓣壓差均具有中等一致性(ICC分別為0.600及0.628);三腔心4D flow CMRI與全心4D flow CMRI測(cè)量上述指標(biāo)結(jié)果均具有良好一致性(ICC均>0.75)。見(jiàn)表2。

表2 心臟超聲、三腔心及全心4D flow CMRI測(cè)量31名健康人左心室血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)一致性比較

三腔心4D flow CMRI及全心4D flow CMRI所測(cè)不同性別受檢者舒張期二尖瓣E峰流速差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均<0.05),其余指標(biāo)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05);心臟超聲所測(cè)不同性別受檢者上述指標(biāo)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)。見(jiàn)表3。

表3 心臟超聲、三腔心及全心4D flow CMRI所測(cè)31名不同性別健康人左心室血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)比較

3 討論

心導(dǎo)管檢查為評(píng)估心腔內(nèi)血流動(dòng)力學(xué)的金標(biāo)準(zhǔn),但因有創(chuàng)而臨床應(yīng)用受限。4D flow CMRI無(wú)輻射,能可視化心動(dòng)周期內(nèi)血流變化,還可獲得掃描時(shí)間內(nèi)各節(jié)點(diǎn)、層面或整個(gè)區(qū)域的血流數(shù)據(jù),可作為替代心導(dǎo)管檢查的理想方法[7-10]。

既往研究[11-15]發(fā)現(xiàn),4D flow CMRI與心臟超聲及心導(dǎo)管檢查用于評(píng)價(jià)瓣膜反流及主動(dòng)脈峰值壓力梯度具有良好一致性。本研究基于左心室流入流出道層面獲得三腔心4D flow CMRI,觀察單一層面局部區(qū)域性4D flow CMRI、全心4D flow CMRI測(cè)量左心室血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)與常規(guī)超聲測(cè)量結(jié)果的一致性,發(fā)現(xiàn)三腔心4D flow CMRI及全心4D flow CMRI所測(cè)收縮期主動(dòng)脈瓣峰值流速及主動(dòng)脈瓣壓力均與常規(guī)超聲測(cè)量結(jié)果具有良好一致性,所測(cè)舒張期二尖瓣峰值流速及主動(dòng)脈瓣跨瓣壓差常規(guī)超聲測(cè)量結(jié)果具有中等或良好一致性,且4D flow CMRI測(cè)量結(jié)果更接近中國(guó)成人超聲心動(dòng)圖正常參考值[6],提示局部區(qū)域性4D flow CMRI與全心4D flow CMRI所測(cè)左心室血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)較為可靠。

CMRI中,全心4D flow序列針對(duì)整個(gè)心腔進(jìn)行全容積掃描,可獲取更多具有潛在臨床應(yīng)用價(jià)值的參數(shù),如壁剪切力、湍流動(dòng)能、渦量及脈搏波速度等[16],但掃描時(shí)間較長(zhǎng);對(duì)于無(wú)法配合長(zhǎng)時(shí)掃描者,可考慮掃描時(shí)間更短的三腔心4D flow檢查。本研究結(jié)果顯示,三腔心4D flow CMRI與全心4D flow CMRI所測(cè)左心室血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)的一致性均良好(ICC均>0.75),且觀察者內(nèi)與觀察者間一致性良好,提示二者均適用于測(cè)量瓣膜血流速度且可重復(fù)性好。

RUTKOWSKI等[17]利用4D flow技術(shù)測(cè)量健康成人心臟血流動(dòng)力學(xué)參數(shù),發(fā)現(xiàn)女性主動(dòng)脈瓣峰值流速高于男性。本研究基于4D flow CMRI所測(cè)舒張期二尖瓣E峰流速存在性別差異(P<0.05),而其余參數(shù)差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P>0.05)。

綜上所述,局部區(qū)域性4D flow與全心4D flow CMRI測(cè)量左心室血流動(dòng)力學(xué)參數(shù)結(jié)果可靠,且與心臟超聲具有良好一致性。但本研究樣本量小,納入年齡段有限,且缺乏心導(dǎo)管檢查測(cè)量結(jié)果,有待后續(xù)擴(kuò)大樣本量進(jìn)一步完善。

利益沖突：全體作者聲明無(wú)利益沖突。

作者貢獻(xiàn)：馬麗榮研究實(shí)施、數(shù)據(jù)分析、撰寫(xiě)和修改文章;郭家璇研究設(shè)計(jì)、數(shù)據(jù)分析;李文玲審閱文章;馬麗圖像處理;鄭琰和張懷榮研究實(shí)施、數(shù)據(jù)分析;朱力研究設(shè)計(jì)、審閱文章。