心肌應(yīng)變的磁共振成像測(cè)量與臨床應(yīng)用

李俊超 程流泉 陳韻岱（綜述） 董 蔚（審校）

心肌應(yīng)變的磁共振成像測(cè)量與臨床應(yīng)用

李俊超1程流泉2陳韻岱1（綜述） 董 蔚1（審校）

磁共振成像；心室功能，左；心??；超聲心動(dòng)描記術(shù)；綜述

圖1 以乳頭肌層面（A）及四腔心（B）圖像為例，綠線描記心臟內(nèi)膜（室間隔側(cè)）及外膜（游離壁側(cè)）運(yùn)動(dòng)的3個(gè)空間方向：徑向、圓周及縱向，各方向相互垂直，其中短軸位的徑向和長(zhǎng)軸位的徑向相似

心肌應(yīng)變是評(píng)價(jià)心肌功能的定量測(cè)量參數(shù)，不同于室壁厚度、運(yùn)動(dòng)幅度、心肌收縮增厚率等視覺直視指標(biāo)。在心臟超聲領(lǐng)域，隨著斑點(diǎn)追蹤技術(shù)的推廣而廣泛應(yīng)用于各種心臟疾病的心肌功能評(píng)價(jià)；在心臟MRI領(lǐng)域，心肌標(biāo)記成像和相位偏移成像與超聲斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)類似，可以實(shí)現(xiàn)相同的心肌應(yīng)變測(cè)量。近年來(lái)，基于圖像特征識(shí)別處理的后處理技術(shù)可以利用常規(guī)自由穩(wěn)態(tài)進(jìn)動(dòng)序列（steady state free precession，SSFP）電影成像分析心肌應(yīng)變指標(biāo)，使得心肌應(yīng)變分析具備更好的可推廣性。本文將系統(tǒng)介紹心肌應(yīng)變的MRI測(cè)量及其臨床價(jià)值。

1 心肌應(yīng)變的定義

1.1 應(yīng)變的定義[1-2]應(yīng)變定義為初始形狀的變形能力。相對(duì)初始形狀的擴(kuò)張及收縮分別為應(yīng)變的負(fù)值和正值，應(yīng)變的時(shí)間導(dǎo)數(shù)即為應(yīng)變率。

1.2 心肌應(yīng)變的分析指標(biāo) 為了便于測(cè)量局部心功能分析指標(biāo)及描述三維心臟的變形能力，參考空間直角坐標(biāo)系引入了局部心臟坐標(biāo)系。心臟坐標(biāo)系包括心臟徑向、圓周和縱向3個(gè)相互垂直的軸線（圖1）。在心臟的周期性運(yùn)動(dòng)中，一般以舒張末期作為運(yùn)動(dòng)的起點(diǎn)，各個(gè)坐標(biāo)軸應(yīng)變及應(yīng)變率的計(jì)算見公式（1）、（2）。同時(shí)，可以計(jì)算每一個(gè)特征點(diǎn)的移動(dòng)位移和速度，位移的時(shí)間導(dǎo)數(shù)即速度，此位移的概念類似于傳統(tǒng)心功能測(cè)量的心肌運(yùn)動(dòng)幅度，差別在于前者是實(shí)際的位置變化，后者一般是輻輳方向的位置變化，并不完全一致。心肌應(yīng)變和位移在收縮末期達(dá)到峰值，但是不同心肌節(jié)段和不同疾病狀態(tài)下，心肌達(dá)到峰值的時(shí)間（time to peak，TTP）有所差別，峰值和TTP均是心肌應(yīng)變的直接測(cè)量參數(shù)（圖2）。作為應(yīng)變和位移的時(shí)間導(dǎo)數(shù)，應(yīng)變率和速度一般在快速排空期和快速充盈期達(dá)到峰值。不同的心內(nèi)膜和心外膜解剖層次有各自的測(cè)量數(shù)據(jù)。

其中，S是心肌應(yīng)變，L1為心肌變形后長(zhǎng)度，L0為舒張末期心肌長(zhǎng)度；SR為心肌應(yīng)變率，S1為心肌變形后應(yīng)變，S0為舒張末期心肌應(yīng)變，Δt為時(shí)間改變。

1.3 心肌應(yīng)變與解剖基礎(chǔ) 心肌細(xì)胞為長(zhǎng)約50～150 μm、直徑約10～20 μm的細(xì)長(zhǎng)圓柱形細(xì)胞，包括構(gòu)成竇房結(jié)、房室結(jié)、房室束、浦肯野纖維等具有自律性和傳導(dǎo)性的心肌細(xì)胞，以及一般的具有心房和心室收縮功能的心肌細(xì)胞。上述心肌細(xì)胞通過(guò)閏盤連接成肌纖維網(wǎng)，進(jìn)一步構(gòu)成心肌組織[3]。心臟由心肌組織——“心肌帶”從肺動(dòng)脈根部至主動(dòng)脈根部形成的基底螺旋環(huán)和尖端螺旋環(huán)組成。2個(gè)螺旋環(huán)使左心室形成“擰毛巾”樣運(yùn)動(dòng)，從而保證了心臟最有效的收縮射血功能[4-6]。心肌運(yùn)動(dòng)使心室腔變短、變窄或加長(zhǎng)、加寬，以及引起心室肌的扭轉(zhuǎn)[7-8]。心肌運(yùn)動(dòng)包括縱向縮短、徑向增厚及圓周旋轉(zhuǎn)，分別可以通過(guò)心肌縱向、徑向和圓周3個(gè)方向的運(yùn)動(dòng)速度、位移、應(yīng)變及應(yīng)變率來(lái)評(píng)價(jià)[9]。

2 心肌應(yīng)變的MRI測(cè)量

2.1 心肌應(yīng)變MRI測(cè)量分析方法 心肌應(yīng)變測(cè)量主要基于MRI電影成像。電影成像的方式有梯度回波序列（gradient echo，GRE）、梯度回波心肌標(biāo)記序列（Tagging）、諧波成像（harmonic phase，HARP）和SSFP[10-12]。Tagging序列應(yīng)用選擇性脈沖標(biāo)記心肌形成斑點(diǎn)，分析方法類似于超聲的斑點(diǎn)追蹤技術(shù)；Tagging序列分析方法通過(guò)不同研究中心及患者人群驗(yàn)證，作為測(cè)量的“金標(biāo)準(zhǔn)”[13-15]。HARP設(shè)置適當(dāng)?shù)腒空間，在最佳心血池對(duì)比框內(nèi)描繪心內(nèi)膜及心外膜的輪廓，諧波相位軟件計(jì)算應(yīng)變值[14]。應(yīng)用1.5T CMR掃描，標(biāo)記諧波相位衰減超出收縮早期，因此影響整個(gè)心動(dòng)周期的評(píng)價(jià)；應(yīng)用3.0T CMR掃描，其標(biāo)記的持久性更可靠[16-17]。GRE和SSFP序列均是在電影圖像上標(biāo)記追蹤心內(nèi)、外膜輪廓，得到各節(jié)段徑向應(yīng)變及圓周應(yīng)變[11]。GRE序列流動(dòng)質(zhì)子呈高信號(hào)，靜止質(zhì)子呈低信號(hào)，緩慢血流易受飽和效應(yīng)影響信號(hào)減弱，逐漸被SSFP序列替代[10]。SSFP序列具有良好的心血池對(duì)比和圖像信噪比，是心臟MRI檢查的必需序列，更有利于圖像后處理自動(dòng)識(shí)別。Hor等[12]應(yīng)用SSFP序列特征性追蹤分析方法類似于超聲心動(dòng)圖斑點(diǎn)追蹤，與Tagging序列分析方法這一“金標(biāo)準(zhǔn)”所測(cè)短軸數(shù)據(jù)相當(dāng)并高度相關(guān)，且無(wú)需額外的成像，采集時(shí)間相對(duì)縮短，不需要標(biāo)記，分析也比較簡(jiǎn)單。

2.2 MRI與心臟超聲測(cè)量的比較 超聲技術(shù)廣泛應(yīng)用于心肌應(yīng)變的研究，與MRI相比，超聲具有更高的時(shí)間分辨率和實(shí)時(shí)成像能力，在心律失常條件下比分段K空間采集的心臟電影成像更精確。MRI雖然具有更好的圖像對(duì)比度，但是時(shí)間分辨率低，每個(gè)竇性心動(dòng)周期周期24～30個(gè)心臟時(shí)相，且是多個(gè)心動(dòng)周期的平均，在心律失常時(shí)幾乎不適用。超聲以多普勒組織速度成像為基礎(chǔ)，受聲窗、角度限制，難以保證聲束與心肌方向完全一致，從而降低了測(cè)量結(jié)果的準(zhǔn)確性。三維超聲較二維超聲更能分析心肌面積應(yīng)變率，但其分辨率較二維超聲低?；赟SFP序列的特征追蹤技術(shù)評(píng)估常規(guī)心肌應(yīng)變和不同步性，不要求特定的標(biāo)記序列、掃描時(shí)間和復(fù)雜的后處理分析。驗(yàn)證了使用SSFP成像的新型半自動(dòng)化FTCMR軟件測(cè)量方法的可行性。在心肌明顯不同步的患者中，CMR-FT檢測(cè)到的徑向不同步與QRS寬度相一致，比斑點(diǎn)追蹤超聲檢測(cè)更精確。但該方法應(yīng)用于臨床預(yù)測(cè)CRT患者的預(yù)后，還有待進(jìn)一步研究[18]。MR具有較高的時(shí)間分辨率和空間分辨率，隨著屏氣心臟MR電影成像及相關(guān)測(cè)量分析軟件等新技術(shù)的應(yīng)用，MR監(jiān)測(cè)、定位和量化心肌運(yùn)動(dòng)，逐漸成為評(píng)價(jià)心肌應(yīng)變及應(yīng)變率的“金標(biāo)準(zhǔn)”[19]。

圖2 局部心功能常用分析指標(biāo)心動(dòng)周期內(nèi)的變化曲線。A為心動(dòng)周期內(nèi)速度與時(shí)間的關(guān)系曲線；B為心動(dòng)周期內(nèi)位移與時(shí)間的關(guān)系曲線；C為心動(dòng)周期內(nèi)應(yīng)變與時(shí)間的關(guān)系曲線；D為心動(dòng)周期內(nèi)應(yīng)變率與時(shí)間的關(guān)系曲線

3 MRI心肌應(yīng)變的臨床應(yīng)用

3.1 心肌缺血、心律失常 區(qū)域性相位（時(shí)間-峰值節(jié)段性收縮）是量化異步的方法之一，心尖橫向運(yùn)動(dòng)描述左心室局部功能時(shí)間上的不協(xié)調(diào)，具有評(píng)價(jià)左心室非同步性的功能[20]。心梗、心肌局部異常激動(dòng)及左束支傳導(dǎo)阻滯患者中，左心室局部運(yùn)動(dòng)非同步性在導(dǎo)致左心室功能障礙及心衰的過(guò)程中起著關(guān)鍵的作用。收縮不協(xié)調(diào)導(dǎo)致負(fù)荷的再分布，引起不均一重塑，無(wú)效做功[21]。定量評(píng)價(jià)心尖橫向運(yùn)動(dòng)可以檢測(cè)患者心肌局部功能異常及傳導(dǎo)異常，具有評(píng)價(jià)左心室非同步性的功能，對(duì)分析局部心肌的非同步性及選擇心臟再同步化治療（cardiac resynchronization therapy，CRT）適用患者具有指導(dǎo)意義，同時(shí)對(duì)進(jìn)一步評(píng)價(jià)CRT的效應(yīng)有廣闊的應(yīng)用前景。

3.2 心功能機(jī)制的研究 星狀神經(jīng)節(jié)導(dǎo)致左心室節(jié)段應(yīng)變均勻增加，左星狀神經(jīng)刺激導(dǎo)致顯著收縮反應(yīng)，左星狀神經(jīng)刺激具有一個(gè)主要變時(shí)效果。左右星狀神經(jīng)節(jié)的刺激導(dǎo)致左心室整體扭轉(zhuǎn)增加，左星狀神經(jīng)節(jié)及右星狀神經(jīng)節(jié)的心肌神經(jīng)支配作用，導(dǎo)致不同節(jié)段應(yīng)變的異質(zhì)性。通過(guò)局部心肌左右星狀神經(jīng)節(jié)支配的作用來(lái)了解整體及局部心功能[22]。有研究認(rèn)為心臟交感神經(jīng)刺激針能夠改善心肌收縮力，可以作為急性心力衰竭的潛在治療方法[23]。Hor等[24]通過(guò)心臟MR得到圓周應(yīng)變值評(píng)估單獨(dú)使用類固醇及類固醇合并ACEI/ARB對(duì)杜氏肌營(yíng)養(yǎng)不良相關(guān)性心臟病的療效，以確定更有效的治療方案。

3.3 其他 Sampath等[25]證實(shí)可以通過(guò)MR測(cè)量非人靈長(zhǎng)類心肌應(yīng)變來(lái)評(píng)價(jià)左心室功能。應(yīng)用特征性追蹤方法測(cè)量心臟MR電影序列左心房應(yīng)變?cè)u(píng)價(jià)降壓藥物對(duì)高血壓患者左心房的影響[26]，測(cè)量左心室應(yīng)變與左心室射血分?jǐn)?shù)相關(guān)，右心室應(yīng)變與右心室射血分?jǐn)?shù)相關(guān)，可用來(lái)評(píng)價(jià)大動(dòng)脈轉(zhuǎn)位患者的心功能[27]。有研究通過(guò)MR測(cè)量右心室應(yīng)變?cè)u(píng)價(jià)右心室心功能[28-29]。Kuetting等[30]研究早期心肌淀粉樣變患者，心肌未出現(xiàn)釓延遲增強(qiáng)時(shí)，可用應(yīng)變分析電影序列檢測(cè)收縮肌舒張功能是否受損。CMR結(jié)合形態(tài)、結(jié)構(gòu)和功能可以用于對(duì)心肌病及各種右心室疾病的診斷[31-32]。

綜上所述，心肌應(yīng)變的MRI測(cè)量技術(shù)用于心臟房室功能評(píng)價(jià)、心肌病的診斷、冠心病、心肌同步化治療方法的篩選和評(píng)價(jià)等，通過(guò)MRI測(cè)量心肌應(yīng)變相關(guān)指標(biāo)來(lái)評(píng)價(jià)心房、心室局部功能, 以及疾病的診斷及預(yù)后具有重要的指導(dǎo)價(jià)值。

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R445.2；R540.2

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.04.017

2016-09-11

2016-12-28

（本文編輯 張曉舟）

國(guó)家自然科學(xué)基金項(xiàng)目（81471660）；“十二五”國(guó)家科技支撐計(jì)劃課題（2011BAI11B10）。

1.解放軍總醫(yī)院心內(nèi)科 北京 100853；2.解放軍總醫(yī)院放射科 北京 100853

陳韻岱 E-mail: cyundai@vip.163.com