左心功能評(píng)價(jià)影像學(xué)研究進(jìn)展

蔣 健，牛娟琴，葉建軍，劉光耀，韓月東，馬強(qiáng)華

（1.蘭州軍區(qū)蘭州總醫(yī)院影像診斷科，甘肅 蘭州 730050；2.蘭州大學(xué)第二臨床醫(yī)學(xué)院，甘肅 蘭州 730000）

隨著膳食結(jié)構(gòu)和健康模式的改變，人均壽命的延長(zhǎng)，心臟疾病的社會(huì)負(fù)擔(dān)正在不斷加重。通過(guò)現(xiàn)有影像學(xué)方法，早期、無(wú)創(chuàng)、準(zhǔn)確的評(píng)估心臟功能，對(duì)指導(dǎo)臨床治療及預(yù)后有重要意義。計(jì)算機(jī)軟件和硬件技術(shù)的快速發(fā)展，使得多種影像學(xué)方法可以在獲得心臟形態(tài)結(jié)構(gòu)的同時(shí)，獲取心室容積（Ventricular volume，VV）、射血分?jǐn)?shù)（Ejection fraction，EF）等心功能指標(biāo)，為臨床提供更多有參考價(jià)值的診斷信息。

1 常用左心功能評(píng)價(jià)指標(biāo)及意義

左室收縮功能 （Left ventricular systolic function（SFx））指標(biāo)：左心室容積（Left ventricular volume，LVV）、左室射血分?jǐn)?shù)（Left ventricular ejection fraction，LVEF）是評(píng)估左室收縮功能的指標(biāo)。其中，LVV包括左室舒張末期容積（Left ventricular end-diastolic volume，LVEDV）、左室收縮末期容積（Left ventricular end-systolic volume，LVESV），兩者都是評(píng)價(jià)左心室形態(tài)功能最基本的指標(biāo)，也是獲得其它重要指標(biāo)的基礎(chǔ)，如EF、每搏輸出量（Stroke volume，SV）、心輸出量（Cardiac output，CO）等。在很多心臟疾病中左室收縮功能異常較其它左心功能指標(biāo)異常出現(xiàn)早，如冠心病、先心病、心臟瓣膜病及高血壓心臟病、糖尿病心肌病等[1]。盡管LVV及EF的改變并不與臨床癥狀、運(yùn)動(dòng)耐力、心肌耗氧量水平完全一致，但卻為臨床提供了重要的預(yù)后信息。

時(shí)間相關(guān)性指標(biāo)及時(shí)間-容積曲線：高峰充盈率（Peak filling rate，PFR）、高峰收縮率（Peak ejection rate，PER）、高峰充盈時(shí)間（Time to peak filling，TTPF）等是時(shí)間相關(guān)性指標(biāo)。PFR是心室舒張階段容積變化的最大速率，用EDV/s表示，作為瞬間動(dòng)態(tài)指標(biāo)，反映心臟的整體舒張功能，是心肌缺血最敏感的指標(biāo)之一。PER是心室收縮階段容積變化的最大速率，用ESV/s表示，PER不如PFR敏感，臨床不常用[2]。時(shí)間相關(guān)性指標(biāo)可以早期發(fā)現(xiàn)心室射血和充盈異常，便于區(qū)分單純收縮、舒張功能障礙或者聯(lián)合功能障礙。由于ESV、EDV、EF等指標(biāo)是由左室輪廓在心動(dòng)周期的兩個(gè)關(guān)鍵期相 （收縮末期、舒張末期）的變化決定的，僅能反映這兩個(gè)期相VV的變化，而時(shí)間-容積曲線可以反映整個(gè)心動(dòng)周期中連續(xù)的LVV變化，對(duì)左室功能可以進(jìn)行更詳細(xì)的定量分析，對(duì)疾病演變、治療反應(yīng)等進(jìn)行更準(zhǔn)確的判斷[3]。

SV是指一個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)心室射出的血液量，是反映心肌收縮強(qiáng)度和速度的重要指標(biāo)，SV=EDV-ESV。CO：心室每分鐘射出的血液量，CO=SV×HR。

2 左心功能評(píng)價(jià)的影像學(xué)方法及其應(yīng)用

根據(jù)創(chuàng)傷程度，將評(píng)估心室功能的影像學(xué)方法分為有創(chuàng)性和無(wú)創(chuàng)性檢查。其中，傳統(tǒng)X線心血管造影、經(jīng)食管超聲心動(dòng)圖等屬于有創(chuàng)性檢查，而經(jīng)胸超聲心動(dòng)圖、心臟MRI（CMR）、心血管核素顯像以及CT心血管成像（CCTA）等屬于無(wú)創(chuàng)性檢查。其中傳統(tǒng)X線心血管造影和經(jīng)胸超聲心動(dòng)圖臨床應(yīng)用最廣泛。

心臟CT及MRI檢查采用心電觸發(fā)及門(mén)控技術(shù)。由于前瞻性心電門(mén)控不能覆蓋收縮及舒張末期，不適用于心功能評(píng)價(jià)。回顧性心電門(mén)控使用R波反向門(mén)控，數(shù)據(jù)采集的同時(shí)對(duì)心電圖進(jìn)行記錄，可顯示心動(dòng)周期內(nèi)所有動(dòng)態(tài)過(guò)程，已成為現(xiàn)今心血管成像常用的心電門(mén)控技術(shù)[4]。

2.1 多排及雙源CT評(píng)價(jià)左心功能

目前64排CT設(shè)備仍然是臨床行CT冠狀動(dòng)脈成像（CT coronary angiography，CTCA）檢查的主流機(jī)型[5]。有學(xué)者[6-8]研究發(fā)現(xiàn)64排CT與MRI評(píng)價(jià)左心功能指標(biāo)有良好的相關(guān)性（EF：bias±SD，-0.22%±4.18，r=0.97；EDV：-0.59 mL±15.21，r= 0.98；ESV：1.09 mL±10.61，r=0.99），而且EF測(cè)值與超聲心動(dòng)圖（r=0.87，P<0.0001）和SPECT（r=0.91，P<0.0001）相關(guān)性很好。CT和CMR測(cè)量EF標(biāo)準(zhǔn)差顯著小于超聲心動(dòng)圖、SPECT（P<0.005）。64排CT心臟電影的圖像質(zhì)量顯著低于CMR，說(shuō)明其時(shí)間空間分辨率仍較低，即使應(yīng)用了節(jié)段重建算法，依然不夠理想。一項(xiàng)針對(duì)MDCT與CMR的Mate分析也證實(shí)MDCT對(duì)收縮末期心室容積的高估，導(dǎo)致EF的減低[9]。

320排CT擁有16 cm寬探測(cè)器，可以單次掃描一個(gè)心動(dòng)周期獲取全心圖像，明顯減少屏氣時(shí)間，減少呼吸偽影、軸向階梯偽影。盡管單圈掃描320排CT的時(shí)間分辨率（175 ms）較雙源CT（83 ms）長(zhǎng)，但是相對(duì)于z軸的掃描，320排CT獲得了更高的空間分辨率和時(shí)間一致性，達(dá)到了心室各節(jié)段各時(shí)同性、各向同性。Nasis等[10]以二維超聲心動(dòng)圖為參照，用320排CT對(duì)可疑和已知冠心病患者的心功能進(jìn)行評(píng)價(jià)，發(fā)現(xiàn)兩者在評(píng)估 EDV （r2=0.88，P<0.001）、ESV （r2=0.95，P< 0.001）及EF（r2=0.90，P<0.001）時(shí)有顯著的相關(guān)性，測(cè)得LVV較二維超聲測(cè)值稍大。

雙源CT單扇區(qū)時(shí)間分辨率為83 ms，使用多節(jié)段重建算法可達(dá)42 ms，可以在不控制心率的情況下完成CTCA。由于采用螺旋掃描和回顧性心電門(mén)控技術(shù)，影像數(shù)據(jù)是連續(xù)無(wú)間斷地采集，故利用雙源CTCA的原始數(shù)據(jù)可以進(jìn)行心功能的評(píng)估。Brodoefel等[3]用雙源CT與CMR對(duì)照評(píng)估整個(gè)心動(dòng)周期中左室收縮功能和時(shí)間相關(guān)性指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)兩種檢查方法的收縮功能指標(biāo)具有很高的相關(guān)性：EDV （r=0.98）、ESV （r= 0.99）及EF（r=0.95），EF測(cè)量系統(tǒng)誤差<1%，同時(shí)時(shí)間相關(guān)性指標(biāo)也有較好的相關(guān)性：PER（r=0.79）、PFR（r=0.84），而射血峰值時(shí)間、TTPF兩者僅有中等相關(guān)性（r=0.68、r=0.64）。研究還發(fā)現(xiàn)雙源CT存在對(duì)EDV、ESV的輕微高估，并指出雙源CT時(shí)間分辨率的不足不是導(dǎo)致兩種檢查方法測(cè)得EDV和ESV差異的原因。

在CCTA檢查中，心肌和血池間對(duì)比度不同，CT勾畫(huà)心內(nèi)膜時(shí)由于部分容積效應(yīng)，會(huì)將靠近心腔的部分心肌勾畫(huà)入內(nèi)，造成對(duì)ESV及EDV的高估。與CMR相比，時(shí)間分辨率對(duì)評(píng)估的準(zhǔn)確性有很大影響，時(shí)間分辨率不足，導(dǎo)致收縮末期捕捉不完整。研究認(rèn)為，時(shí)間分辨率≤50 ms是定量評(píng)價(jià)心功能的理想值[3]。

CCTA檢查中，輻射劑量受到廣泛關(guān)注。管電流調(diào)制技術(shù)的使用，可以有效減小輻射劑量，但也會(huì)導(dǎo)致CT圖像質(zhì)量下降。使用心電門(mén)控（ECG-gated）可使劑量減少47%[11]。多中心研究表明[3]，16排、64排和雙源CT的CCTA中位有效劑量是12 mSv（8～18 mSv。CCTA輻射劑量的獨(dú)立影響因素有患者的體重、心律、管電流調(diào)制技術(shù)、管電壓、前瞻性心電門(mén)控掃描模式、檢查技師的經(jīng)驗(yàn)、每月患者數(shù)量和CT機(jī)型。由此可見(jiàn)，除了硬件設(shè)備和CT技術(shù)以外，技師的經(jīng)驗(yàn)和熟練程度也是影響CCTA輻射劑量的重要因素。

為了降低運(yùn)動(dòng)偽影的影響，減少記錄心動(dòng)周期的數(shù)量，從而降低輻射劑量，可以使用β受體阻滯劑等減慢心率。320排CT及64排CT在檢查時(shí)均需控制患者心率，320排CT在患者心率在70 bpm以下、80 bpm以上時(shí)成功率較高，圖像質(zhì)量較佳，介于兩者之間的患者需要回顧性掃描的次數(shù)更多[10]。但是人為降低心率也會(huì)改變心功能參數(shù)，從而不能反映真實(shí)的心臟運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及心功能[12]。此外，不同呼吸-屏氣方式對(duì)心率也有影響[13]，檢查前對(duì)病人進(jìn)行呼吸訓(xùn)練，采用最能減低心率的呼吸-屏氣方式平均可以減慢心率5 bpm，當(dāng)然，注射造影劑時(shí)患者情緒波動(dòng)、團(tuán)注導(dǎo)致的應(yīng)激及造影劑副作用可能會(huì)影響患者平穩(wěn)心率的保持。

2.2 超聲心動(dòng)圖評(píng)價(jià)左心功能

超聲心動(dòng)圖是目前最常用的評(píng)估心功能的檢查方法。二維超聲心動(dòng)圖基于幾何假設(shè)進(jìn)行計(jì)算，方法的局限及單層面成像影響了評(píng)估的準(zhǔn)確性。三維超聲心動(dòng)圖 （Three dimensional echocardiography，3DE）顯示整個(gè)心室的立體三維結(jié)構(gòu)，不依賴幾何形狀的假設(shè)評(píng)價(jià)心功能。實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖 （Real-time 3-dimensional echocardiographic，RT-3DE）用于評(píng)價(jià)心功能的同時(shí)，在檢測(cè)缺血性心肌病和室壁運(yùn)動(dòng)異常中也得到應(yīng)用[14]。多項(xiàng)研究證實(shí)3DE較二維超聲心動(dòng)圖更準(zhǔn)確，與金標(biāo)準(zhǔn)CMR的一致性更高，可重復(fù)性也近似于CMR[15]。Mor-Avi等[16]的多中心研究表明3DE獲得的LVV與CMR有顯著的相關(guān)性（EDV：r=0.91，ESV：r=0.93），但總體來(lái)說(shuō)約有26%～29%的測(cè)值較CMR低，偏倚程度與檢查者的經(jīng)驗(yàn)呈反比。Sugeng等[17]研究發(fā)現(xiàn)3DE較CT評(píng)估VV和EF更準(zhǔn)確，3DE連續(xù)觀察可以識(shí)別LVV的細(xì)微變化，盡管CCTA在測(cè)量LVV時(shí)有很高的重復(fù)性，但是測(cè)值明顯大于CMR測(cè)值。RT-3DE的LVV測(cè)值與CCTA相比，雖然有較高的變異度，但是與CMR測(cè)值的相關(guān)性更高。3DE測(cè)量LVV時(shí)，由于部分患者心內(nèi)膜顯示欠佳，不能準(zhǔn)確勾畫(huà)出心內(nèi)膜輪廓，導(dǎo)致測(cè)量誤差。van der Heide等[18]對(duì)比了應(yīng)用超聲造影劑前后測(cè)量LVV的準(zhǔn)確性，發(fā)現(xiàn)使用造影劑有利于勾畫(huà)心內(nèi)膜輪廓，但同時(shí)也指出造影后測(cè)得的LVV較未用造影劑的測(cè)值顯著增大，說(shuō)明目前超聲造影劑的使用并不能提高LVV測(cè)量的重復(fù)性。超聲造影、聲學(xué)定量、組織多普勒、負(fù)荷超聲等超聲心動(dòng)圖新技術(shù)與RT-3DE相結(jié)合，有助于改善圖像質(zhì)量，但在技術(shù)方面仍有待完善。

2.3 MRI評(píng)價(jià)左心功能

由于CMR有較高的空間時(shí)間分辨率、良好的圖像對(duì)比度、較少的偽影，已成為評(píng)估左室收縮功能的重要方法，臨床上CMR常用于識(shí)別缺血性和非缺血性心肌病[19]。采用心電門(mén)控多時(shí)相采集電影回放的MRI技術(shù)測(cè)量心臟功能有多次屏氣法、單次屏氣法和非屏氣法，以多次屏氣法最常用，對(duì)于不能配合的患者，可以選擇非屏氣法。應(yīng)用非屏氣法和多次屏氣法電影MRI評(píng)價(jià)左心功能的研究表明[20]，非屏氣法所得圖像的信噪比稍差于屏氣法，但輪廓仍清楚，不影響觀察描記，兩者測(cè)量指標(biāo)間無(wú)明顯差異。Vandsburger等[21]對(duì)心肌梗死后患者和實(shí)驗(yàn)鼠的收縮末期及舒張末期CMR圖像對(duì)比研究表明，CMR可以直觀地反映臨床和臨床前實(shí)驗(yàn)中室壁增厚和左室功能的變化。

MRI心功能測(cè)量的時(shí)間分辨率與總成像時(shí)間相互制約。由于CMR掃描時(shí)間長(zhǎng)，對(duì)心律失常患者成像困難；勾畫(huà)心內(nèi)膜至心尖或心底時(shí)產(chǎn)生的部分容積效應(yīng)影響勾畫(huà)的準(zhǔn)確性；屏氣時(shí)心臟位置的輕微變化及收縮期心室的跨平面運(yùn)動(dòng)等對(duì)測(cè)量精度的影響，使它金標(biāo)準(zhǔn)的地位尚有缺憾[22-23]。另外，心電門(mén)控中應(yīng)用的ECG設(shè)備存在多種干擾MR系統(tǒng)在心動(dòng)周期中同步采集數(shù)據(jù)的因素。心音心臟觸發(fā)（ACT）可以作為一種替代技術(shù)。Becker等[24]對(duì)正常志愿者進(jìn)行初步研究，結(jié)果較為理想，但是目前對(duì)心臟瓣膜病患者、胎兒等尚難使用。7.0T CMR[25]的應(yīng)用初具端倪，但是由于使用安全性等尚未明確，有待于技術(shù)的發(fā)展。

2.4 核素心功能顯像

核素心功能顯像是臨床了解患者心功能的重要方法。它不僅可以定量分析各種心功能參數(shù)，還可以形象、直觀地顯示心室局部和整體的收縮、舒張運(yùn)動(dòng)情況，觀察心肌活性。設(shè)備主要有正電子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層 （Positron emission tomography，PET）、單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層（Single-photon emission computed tomography，SPECT）等。SPECT顯像過(guò)程繁瑣，操作流程較長(zhǎng)（2～4 h），存在衰減偽影并可能低估缺血的嚴(yán)重程度，同時(shí)解釋病變?nèi)狈φf(shuō)服力[26]。而PET提高了時(shí)間空間分辨率，改善了圖像質(zhì)量，通過(guò)精確地衰減校正提高了診斷精度，簡(jiǎn)化了操作流程，在心臟顯像方面較SPECT有明顯優(yōu)勢(shì)[27]。

門(mén)控FDG PET時(shí)間分辨率較低，存在小的系統(tǒng)性誤差，但是與CMR評(píng)估LVV和EF有良好的相關(guān)性（EDV：r=0.96，ESV：r=0.97，EF：r=0.95），而且門(mén)控FDG PET沒(méi)有低估EDV或高估ESV的明顯趨勢(shì)，但會(huì)低估EF值[28]。32幀門(mén)控SPECT在靜息狀態(tài)下測(cè)量PER、PFR和TTPF與CMR有良好的相關(guān)性，負(fù)荷狀態(tài)下，雖然兩者的一致性較好，但存在一定的變異度（20%～25%）；測(cè)量LVV方面，靜息與負(fù)荷狀態(tài)下兩者的一致性均較差（Bias：30%～40%）[29]。

對(duì)于性別、年齡、體重、體表面積等因素對(duì)左室收縮功能的影響，SPECT已有初步的研究[30]。EF值女性較男性高約8%，可能的原因是部分女性EF值較男性略大，另外由于女性心臟較小，部分容積效應(yīng)也會(huì)影響測(cè)值。Chung等[31]發(fā)現(xiàn)QGS（Quantitative Gated SPECT）算法會(huì)低估較小的心腔容積。Hacker等[32]也發(fā)現(xiàn)性別因素對(duì)所有左心功能指標(biāo)均有影響。

患者年齡、身高的影響雖有報(bào)道[30]，但作用及影響不確切。目前已知的是年齡、身高與EF無(wú)顯著相關(guān)性。另外女性的ESV顯著小于男性，包括經(jīng)體表面積標(biāo)準(zhǔn)化后的ESV，而標(biāo)準(zhǔn)化可能導(dǎo)致ESV變化的敏感性減低，最大可低估ESV約16%。

隨著影像技術(shù)在臨床應(yīng)用的逐步深入，影像學(xué)評(píng)估心功能的研究方向已經(jīng)向貼近臨床和分層研究轉(zhuǎn)變。已有對(duì)近期ST段抬高心肌梗死、先心病、冠狀動(dòng)脈粥樣硬化性心臟病、心肌梗死及梗死后心肌重塑等患者以及不同樣本量的健康人群進(jìn)行的心功能評(píng)價(jià)研究。對(duì)可疑和已知冠心病患者超聲和MDCT心功能的對(duì)比已有報(bào)道，但是對(duì)于可疑冠心病患者的MR及320排CT心功能評(píng)價(jià)研究仍較少。對(duì)于影響LVEF、LVESV等左室收縮功能指標(biāo)的因素研究，僅SPECT有初步報(bào)道，其它影像學(xué)方法未見(jiàn)相似研究。

多種影像學(xué)方法都能夠在觀察左心室解剖形態(tài)的同時(shí)，評(píng)估心室功能，為心臟疾病的診斷、治療提供參考信息，需要在臨床工作中依據(jù)各種檢查方法的特點(diǎn)合理使用。貼近臨床和分層研究是未來(lái)的趨勢(shì)，不斷細(xì)化研究方向，增強(qiáng)研究人群的針對(duì)性，有助于臨床工作以及經(jīng)驗(yàn)總結(jié)。

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