超聲、CT和MRI測定局部心肌應(yīng)變的研究進(jìn)展

韓 勇（綜述） 陳 明（審校）

超聲、CT和MRI測定局部心肌應(yīng)變的研究進(jìn)展

韓 勇1（綜述） 陳 明2（審校）

心肌應(yīng)變；超聲心動描記術(shù)；斑點追蹤成像；體層攝影術(shù)，X線計算機(jī)；磁共振成像；綜述

心臟的舒縮功能對臨床各種心血管疾病的診治及預(yù)后具有重要意義[1]，局部心肌收縮異常與多種疾病相關(guān)[2]。射血分?jǐn)?shù)是臨床評估心臟收縮功能的常用指標(biāo)，但僅1項指標(biāo)無法反映局部心肌功能的變化[3]。目前測定局部心肌應(yīng)變的無創(chuàng)性影像學(xué)技術(shù)主要有超聲、CT和MRI。本文總結(jié)超聲、CT和MRI測定局部心肌應(yīng)變的現(xiàn)狀，并對3種技術(shù)的優(yōu)缺點作一綜述。

1 超聲、CT和MRI測定局部心肌應(yīng)變的基礎(chǔ)

應(yīng)變是指物體上任意兩點間距離發(fā)生的相對變化，屬形變的直接反映。心肌應(yīng)變?yōu)樾巫兊亩嗑S測量值，受心肌局部收縮和前后負(fù)荷等因素影響。目前常用的應(yīng)變有兩種，一種為Lagrangian應(yīng)變，常用于標(biāo)記MRI和斑點追蹤技術(shù)；另一種為Eulerian應(yīng)變，多用于組織多普勒超聲技術(shù)[4]。當(dāng)應(yīng)變值為5%～10%時，Lagrangian應(yīng)變值和Eulerian應(yīng)變值近似相等。心肌收縮為三維模式，尚無可以用于臨床分析的最佳應(yīng)變參數(shù)。此外，左、右心室收縮方式不同，應(yīng)變參數(shù)對判斷局部心肌障礙的敏感度亦不相同，使用時應(yīng)考慮心肌纖維的走向[5]。

2 超聲分析局部心肌應(yīng)變

超聲在心血管疾病中應(yīng)用廣泛，在心肌運(yùn)動評價方面具有較佳的可操作性[6]。組織多普勒超聲僅能測量聲束方向上的心肌運(yùn)動速度，在分析心肌三維運(yùn)動方面局限性較大；而斑點追蹤技術(shù)利用射頻信號或二維動態(tài)圖像分析心肌應(yīng)變，具有非角度依賴性、數(shù)據(jù)運(yùn)算快等優(yōu)點[7]。采用相位聲學(xué)特征、亮度信息和斑點統(tǒng)計等方法追蹤心內(nèi)、外膜邊界，當(dāng)確定心內(nèi)、外膜邊界后，即可以對相應(yīng)心肌節(jié)段進(jìn)行應(yīng)變評價[8]。

三維斑點追蹤技術(shù)基于實時全容積掃描，將心肌整體區(qū)域的回聲離散為心肌像素斑點，在三維空間上構(gòu)建全容積數(shù)據(jù)并以心肌像素斑點為單位予以追蹤[9]，不但可以獲得斑點運(yùn)動位移信息，還可以獲得心肌的三維圖像，從而在極短時間內(nèi)全面評估心肌功能（圖1）。超聲圖像中包含均勻分布于心肌內(nèi)的像素斑點，這些自然聲學(xué)斑點與組織運(yùn)動同步，在相鄰兩幀圖像間形狀無明顯變化；斑點追蹤方法基于像素密度的心肌塊匹配，即在一幀圖像中定義一個方形圖像模塊，然后在下一幀圖像中尋找與其匹配最佳的方形圖像模塊，其匹配標(biāo)準(zhǔn)通?；谙嗨茰y量值，如平方差、互相關(guān)或交互信息等；當(dāng)模塊足夠大（20～40個像素）時可以避免錯誤匹配。實時三維斑點追蹤技術(shù)使用矩陣探頭，可以獲取扇形容積內(nèi)的心肌真實立體圖像，無需圖像重建即可以還原心臟解剖結(jié)構(gòu)，更好地評價心肌局部功能。

圖1 三維斑點追蹤技術(shù)分析左心室應(yīng)變圖像。A、B分別為左心室收縮期和舒張期的縱向斑點追蹤圖；C、D、E分別為在左心室短軸心尖、乳頭肌和基底水平的徑向斑點追蹤圖；F.左心室各心肌節(jié)段應(yīng)變曲線

目前，國內(nèi)外斑點追蹤技術(shù)分析局部心肌應(yīng)變應(yīng)用領(lǐng)域較為廣泛，包括冠心病早期診斷[10,11]、高血壓心肌肥厚左心室局部應(yīng)變[12,13]、心肌淀粉樣變性局部心肌應(yīng)變[14]、化療藥物心肌毒性檢測[15]、肥厚性心肌病心肌纖維化和心臟事件的間接預(yù)測[16]、糖尿病局部心肌功能評價[17]及心臟再同步化治療的療效研究[18]等。

總之，三維斑點追蹤技術(shù)與其他超聲檢查技術(shù)相比，在評價心肌局部功能方面具有一定的優(yōu)勢，但也存在一些缺陷，如分辨率低于二維斑點追蹤，圖像質(zhì)量欠佳時無法識別心內(nèi)膜，影響診斷準(zhǔn)確性；對于具有呼吸系統(tǒng)疾病、心率過快的患者，追蹤往往失??；掃描角度較窄，需要采集連續(xù)心動周期組合出全容積圖像；對于持續(xù)屏氣不能配合的患者，無法進(jìn)行該項檢查等。超聲分析心肌局部應(yīng)變技術(shù)應(yīng)著力于提高圖像的分辨率，增加掃描角度，實現(xiàn)單個心動周期采集理想圖像。

3 CT分析局部心肌應(yīng)變

CT在提高瞬時、空間分辨率和減少輻射劑量等方面已取得較大進(jìn)步[19,20]，對部分心動周期選擇性顯像可以大幅減少輻射劑量。完成冠狀動脈造影的輻射劑量為5～10 mSv，而CT掃描僅需1～3 mSv即可實現(xiàn)冠狀動脈圖像的采集[21,22]。

CT自動化軟件實用性較強(qiáng)，分析心肌整體功能速度較快[23]。CT圖像由于無法顯示心肌組織的固有結(jié)構(gòu)，因而在評價局部心肌功能方面仍有一定難度。隨著造影劑的研發(fā)，基于碘對比劑在心肌內(nèi)分布的研究，雙源CT對心肌結(jié)構(gòu)的辨識度有了較大的提高[24]。

運(yùn)用多模式組織追蹤（multimodality tissue tracking, MTT）算法，CT可以通過自動化的方式細(xì)致分析局部心肌功能[25]。該方法與超聲斑點追蹤技術(shù)類似，可以識別多個追蹤點（小的像素模塊代表組織輪廓）。利用二維插值算法，由序列幀確定每個追蹤點的運(yùn)動矢量（圖2）。MTT方法測量的徑向應(yīng)變值同標(biāo)記性MRI所獲取的徑向應(yīng)變值相關(guān)性好，但該方法僅為二維空間的計算模式，目前尚不能準(zhǔn)確測量心室基底部和心尖部的應(yīng)變。

利用CT分析局部心肌應(yīng)變可以評估心力衰竭的心臟同步化治療（cardiac resynchronization therapy, CRT）效果[26]。CRT可以降低輕微（II級）心力衰竭和進(jìn)展性(III～I(xiàn)V級)心力衰竭的病死率，降低心力衰竭事件的風(fēng)險，促進(jìn)左心室良性逆轉(zhuǎn)性重塑，并減緩心力衰竭進(jìn)程。然而，10.8%～50.0%的患者對CRT無應(yīng)答[27]，心肌應(yīng)變分析可以為預(yù)測CRT提供依據(jù)[28]。

圖2 多模態(tài)組織追蹤示意圖。A～C分別示多源CT分析心肌梗死患者左心室短軸切面前壁、側(cè)壁和后壁。心肌內(nèi)膜、中層和心外膜均以綠點示意。通過追蹤每個追蹤點的方形模塊圖像（10 mm× 10 mm）計算多個追蹤點的非角度依賴性運(yùn)動向量，再在下一幀尋找最佳像素匹配模式。由心肌內(nèi)膜、心外膜的追蹤點計算徑向應(yīng)變。第1～8幀為從舒張末期至收縮末期逐幀追蹤并選擇一系列后壁節(jié)段，包括非梗死性和梗死性心肌。摘自參考文獻(xiàn)[25]

4 MRI分析局部心肌應(yīng)變

MRI分析局部心肌應(yīng)變的方法有標(biāo)記MRI、相位對比MRI、位移編碼和應(yīng)變編碼MRI[29,30]，其中標(biāo)記MRI成像方法是無創(chuàng)性地評價心臟結(jié)構(gòu)及功能的“金標(biāo)準(zhǔn)”[31]，但該方法具有相對同質(zhì)性，不能直接提供復(fù)雜的運(yùn)動信息。

標(biāo)記MRI通過射頻預(yù)脈沖破壞既定平面的所有自旋，并產(chǎn)生迭合于心臟圖像的可追蹤性黑線或標(biāo)記。通過應(yīng)用預(yù)脈沖倍數(shù)時間，在標(biāo)記MRI上獲取平行線條或網(wǎng)格[32]（圖3）。舒張早期T1弛豫致標(biāo)記消退，限制了舒張弛豫的評估價值。標(biāo)記MRI圖像需要獨立的分析工具提取局部心肌應(yīng)變參數(shù)，常用的分析方法有特征追蹤法、諧波相位法、光學(xué)流法和形變模式法等。特征追蹤法已用于心肌MRI的分析[33,34]，利用該算法可以在較短時間內(nèi)獲取局部心肌的應(yīng)變信息。國內(nèi)外利用MRI分析心肌局部應(yīng)變的研究并不多見，但該技術(shù)有著廣泛的臨床應(yīng)用前景，有望為臨床醫(yī)師提供更準(zhǔn)確的信息。

圖3 標(biāo)記MRI分析左心室環(huán)向應(yīng)變示意圖。A、B分別為同一患者在收縮末期水平和垂直方向的標(biāo)記性互補(bǔ)磁化空間調(diào)制圖像。摘自參考文獻(xiàn)[32]

5 3種成像方法在分析局部心肌應(yīng)變方面的比較

超聲具有費用相對低廉、操作簡便等優(yōu)點，已成為當(dāng)前應(yīng)用最廣泛的心肌應(yīng)變成像技術(shù)之一，但該方法受檢查者個人經(jīng)驗、儀器設(shè)置和聲窗等因素影響較大。此外，各種分析軟件有待統(tǒng)一，以便測量值在不同機(jī)型間交互使用。對某些患者的心臟掃查平面而言，其聲窗受限，不適于右心室的應(yīng)變評估。CT掃描速度快，不受心臟幾何形態(tài)的影響，且有金屬植入物者亦可行該檢查，其在心肌應(yīng)變方面的研究及應(yīng)用日益廣泛[35]。但CT成像過程受時間分辨率限制，且系統(tǒng)誤差及運(yùn)動偽影對其成像有較大影響。此外，雖然CT的信噪比優(yōu)于其他成像技術(shù)，但對體型肥胖者應(yīng)用也受限。在識別心肌結(jié)構(gòu)特征方面，MRI的可靠性和重復(fù)性均較佳。MRI雖然是無創(chuàng)性分析心肌應(yīng)變的“金標(biāo)準(zhǔn)”[31]，但尚無統(tǒng)一規(guī)范的操作方法，缺乏評價局部應(yīng)變的臨床實驗，且分析過程相對復(fù)雜，門控難度偏大，費用高昂；此外，幽閉恐懼癥患者、心內(nèi)植入物患者均不能行該項檢查，故在日常臨床工作中推廣尚存在一定難度。3種應(yīng)變技術(shù)在重復(fù)性、檢查時間、費用和分辨率等方面有各自的特點，見表1[36]。

表1 3種成像技術(shù)分析局部心肌應(yīng)變比較

6 結(jié)語

超聲、CT和MRI心臟成像技術(shù)在評價局部心肌應(yīng)變和運(yùn)動方面仍需深入研究；利用超聲分析心肌局部應(yīng)變的標(biāo)準(zhǔn)化問題仍有待解決。CT對局部心肌運(yùn)動分析的研究剛剛起步，目前尚無獲取局部心肌應(yīng)變的標(biāo)準(zhǔn)化分析方法，其主要應(yīng)用于科研工作中；相信CT分析心肌應(yīng)變軟件的研發(fā)與應(yīng)用將會不斷推進(jìn)。標(biāo)記MRI測定局部室壁運(yùn)動較標(biāo)準(zhǔn)，但因其費用昂貴，檢查時間長，尚未在臨床廣泛應(yīng)用，期待有更先進(jìn)的技術(shù)手段來克服此種局限性。

總之，上述3種影像學(xué)技術(shù)在分析心肌應(yīng)變方面依然需要進(jìn)一步深入研究，通過各技術(shù)之間的取長補(bǔ)短，為心肌應(yīng)變的測定提供依據(jù)。

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R445；R322.1+1

2013-08-30

2013-10-21

（責(zé)任編輯 唐 潔）

1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)病理生理教研室 內(nèi)蒙古呼和浩特 010110；2.同濟(jì)大學(xué)附屬東方醫(yī)院心臟醫(yī)學(xué)部上海 200120

陳 明 E-mail: mingchen1283@vip.163.com

10.3969/j.issn.1005-5185.2014.03.020