快速评估心脏MR左心室长轴应变及其与左心室整体纵向应变的相关性

蒋小凤，吴虹霖，李宏伟，方可薇，王 朗，朱 丽，雷丽程，刘 竣，杜 勇

(川北医学院附属医院放射科，四川 南充 637000)

近年来，心脏MR(cardiac magnetic resonance, CMR)已成为无创评估心脏结构和功能的金标准[1]。CMR特征追踪(feature tracking CMR, FT-CMR)技术是基于稳态自由进动序列(steady-state free precession, SSFP)，使用标准长轴及短轴电影，通过专用软件勾画心内外膜边界，计算获得心肌径向、纵向、周向应变及应变率，可真实反映局部心肌的收缩和舒张功能以及心肌运动的速度和速度差异[2]。左心室整体纵向应变(global longitudinal strain, GLS)是评价亚临床心脏功能障碍的早期指标之一，且是心血管事件的独立预测因子，鉴别轻微收缩功能异常较射血分数更敏感，对心血管疾病的诊断、治疗及预后评价具有重要意义[3]。临床上应用软件评估GLS比较耗时，且不同厂商之间的软件和计算方法尚需进一步标准化。有研究[4]认为，在CMR中，房室平面位移是心脏搏出量的主要改变因素，并与左心室功能最为相关。本研究探讨左心室长轴应变(long axis strain, LAS)的快速评估方法，并分析LAS与GLS的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2016年11月—2017年11月健康志愿者77名，男38名，女39名，年龄22～78岁，平均(49.8±16.4)岁；身高147～176 cm，平均(160.0±8.0)cm；体质量42～87 kg，平均(61.1±9.8)kg。纳入标准：①既往无心血管疾病危险因素及病史；②无其他器质性疾病，肝、肾功能正常；③血压<140 mmHg/90 mmHg；④体格检查无异常，心电图及超声心动图未见异常。排除标准：①急性或陈旧性心肌梗死；②有起搏器植入或其他体内金属植入物及MR检查禁忌证；③贫血；④经CMR检查心脏结构和功能异常。本研究经我院伦理委员会审议通过，所有受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Discovery 750 3.0T MR扫描仪，32通道体部线圈。采用呼吸门控和心电向量门控技术，扫描前对受检者进行呼吸训练，行呼气末屏气扫描。心脏电影成像采用SSFP序列，扫描范围覆盖整个心室(从二尖瓣瓣环到心尖心外膜)，采集二腔、四腔及短轴位电影。扫描参数：TR 3.41 ms，TE 1.53 ms，层厚10 mm，层间距0，翻转角50°，带宽125 kHz，FOV 380 mm×380 mm。每一心动周期采集20帧电影图像。

1.3 图像分析与后处理

1.3.1 左心室功能及应变分析 采用Circle Cardiovascular Imaging(CVI 42)V5.2.4软件，将左心室容积最大及最小时间定为舒张末期及收缩末期，通过手动绘制左心室心内膜和心外膜轮廓，由软件自动生成左心室心功能参数：左心室舒张末期容积(left ventricular end-diastolic volume, LVEDV)、左心室收缩末期容积(left ventricula end-systolic volume, LVESV)、每搏输出量(stroke volume, SV)、心输出量(cardiac output, CO)、左心室射血分数(left ventricular ejection fraction, LVEF)等。由软件自动追踪心动周期内心肌运动的形变，进行应变分析，获得左心室GLS(采用3D模型计算)；测量2次，取均值。

1.3.2 LAS在收缩末期和舒张末期，手动测量不同位点到心尖心外膜边缘的距离，并根据公式分别计算左心室LAS：①二尖瓣瓣环插入点连线中点与左心室心尖的心外膜边缘的距离(方法1，图1A)；②二尖瓣室间隔侧插入点与左心室心尖的心外膜边缘的距离(方法2，图1B)；③二尖瓣瓣环游离壁插入点与左心室心尖的心外膜边缘的距离(方法3，图1C)。计算LAS的百分比值，公式为[(收缩末期测量距离-舒张末期测量距离)/舒张末期测量距离]×100%。分别于二腔心和四腔心层面进行测量，取二者平均值。

1.3.3 一致性分析 由2名具有5年以上工作经验的MRI医师独立测量左心室心功能参数、GLS，并计算LAS。随机抽取20名受试者的图像，以评价2名医师测量上述参数的一致性；由其中1名医师于2周后再次测量上述参数，以评价观察者内的一致性。

1.4 统计学分析 采用SPSS 23.0统计分析软件。计量资料以±s表示，采用单因素方差分析比较3种方法LAS测值的差异。Shapiro-Wilk检验显示所有变量符合正态分布，采用直线相关分析3种方法LAS测值与GLS的相关性；取3种LAS值的均值，以Pearson相关性分析观察LAS、GLS与LVEF的相关性(|r|≤0.3相关性弱；0.3<|r|≤0.6相关性中度；0.6<|r|≤0.8相关性较好，|r|>0.8显著相关)；采用组内相关系数(intraclass correlation efficient, ICC)分析观察者间和观察者内的一致性(ICC≤0.4一致性差；0.40.75一致性好)。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

77名健康志愿者左心室LVEDV、LVESV、SV、CO、LVEF及GLS分别为(110.20±24.36)ml、(47.40±13.22)ml、64.34±13.92、4.50±1.06、(58.69±6.52)%及(-14.85±1.65)%。

采用方法1、方法2及方法3的LAS值分别为 (-14.44±2.12)%、(-13.94±2.39)%及 (-14.32±2.69)%，差异无统计学意义(F=0.97，P=0.41)。3种LAS值的均值为(-14.23±2.41)%。采用方法1的LAS值与GLS呈显著正相关(r=0.86，P<0.001)，方法2的LAS值与GLS呈中度正相关(r=0.57，P<0.001)，方法3的LAS值与GLS呈较好正相关(r=0.64，P<0.001；图2)。LAS及GLS与LVEF均呈中度负相关(r=-0.38、-0.42，P=0.04、0.02)。

2名观察者测量LVEDV(ICC=0.85)、LVESV(ICC=0.86)、SV(ICC=0.83)、CO(ICC=0.81)、LVEF(ICC=0.84)、GLS(ICC=0.86)、LAS(ICC=0.88)以及同一医师测量LVEDV(ICC=0.92)、LVESV(ICC=0.92)、SV(ICC=0.91)、CO(ICC=0.91)、LVEF(ICC=0.92)、GLS(ICC=0.93)、LAS(ICC=0.94)的一致性均好。

3 讨论

心肌应变是近年来CMR的研究热点，是反映心肌收缩的直接且客观的指标[1-2]，为定量评价心肌功能提供了新的参数和量化指标。本研究通过计算3个不同位点在心脏舒张和收缩末期相对位移的百分比，探讨一种可简便测量LAS的方法，发现采用方法1测得的LAS值与GLS呈显著正相关(r=0.86，P<0.001)，方法2的LAS值与GLS呈中度正相关(r=0.57，P<0.001)，方法3的LAS值与GLS呈较好正相关(r=0.64，P<0.001)，提示LAS可有效评价左心室纵向应变，且无需依赖后处理软件。既往研究[5-7]认为二尖瓣环位移是评价左心室收缩功能较为稳定的指标之一。Riffel等[8]比较二尖瓣环位移、LAS、LVEF诊断心肌病的效能，发现LAS的敏感度和特异度明显优于二尖瓣环位移及LVEF，分析原因，可能在于二尖瓣环位移只能测量绝对值，在评估纵向应变中未考虑左心室长度，而某些病理状态可能会影响其评估左心室应变的准确性。

图1 CMR舒张末期手动测量不同位点到心尖心外膜边缘的距离示意图 A.二尖瓣瓣环插入点连线中点与左心室心尖的心外膜边缘的距离； B.二尖瓣室间隔侧插入点与左心室心尖的心外膜边缘的距离； C.二尖瓣瓣环游离壁插入点与左心室心尖的心外膜边缘的距离 图2 采用方法1(A)、方法2(B)及方法3(C)的LAS测值分别与GLS的线性相关散点图

本研究中，77名健康志愿者左心室LVEDV、LVESV、SV、CO、LVEF及GLS分别为(110.20±24.36)ml、(47.40±13.22)ml、64.34±13.92、4.50±1.06、(58.69±6.52)%及(-14.85±1.65)%，与既往研究[2,8-9]测量欧洲人群的结果存在差异，原因可能与纳入人群种族、性别及年龄组成不同有关[10]。Riffel等[11]观察LAS评估非缺血性扩张型心肌病(non-ischemic dilated cardiomyopathy, NIDCM)患者预后的价值，发现LAS降低与心脏不良事件相关，且LVEF、对比剂延迟强化联合LAS有助于改善NIDCM的危险分层。Arenja等[12]认为LAS是NIDCM患者生存的独立预测指标，提示LAS有助于为临床决策提供参考依据。

研究[1,13]表明，LVEF降低会导致左心室径向、纵向、周向应变和应变率下降。本研究中，LAS及GLS与LVEF均呈中度负相关(r=-0.38、-0.42，P=0.04、0.02)，可能原因在于：①心脏收缩时，心肌纤维既有环形收缩，又有长轴和短轴与心室各层心肌的扭转，呈一种非常复杂的三维力学模型，而CMR-FT技术借鉴物理学中力的分解合成原理，可分别观察不同方向(长轴、短轴、环向)的力矩改变[14]；②GLS是在心脏3D模型的基础上，通过特性追踪和测量心肌位移而计算得出，可更准确地评价心肌局部和整体功能；③LAS是利用心室整体相对位移计算左心室应变功能，不如GLS精确，但方法简单，且两者相关性强，故有望成为临床快速评价左心室应变的方法。

本研究通过在标准SSFP序列上计算3个不同位点在舒缩过程中相对位移的百分比，无需特殊的CMR序列或附加软件工具而快速计算LAS值，且观察者内和观察者间一致性均好(ICC均>0.75)。与评估应变的其他方式相比，本研究提出的方法可快速评估参数、预测整体纵向功能，有望用于临床常规快速分析左心室应变。

本研究的不足：①与CMR-FT相比，LAS不能提供关于应变率、周向和径向应变的信息，而CMR-FT在某些情况下可更好地反映心脏功能[15]；②LAS鉴别心肌病的敏感度和特异度尚待进一步研究证实；③未探讨LAS与年龄和性别的相关性，研究[8-9]显示男性LAS平均值明显低于女性(P<0.000 1)，且LAS随年龄增长而降低(P<0.001)。

综上所述，通过计算不同位点在心脏舒张和收缩末期相对位移的百分比，可简便测量LAS，且后者与GLS呈正相关，无需依赖后处理软件，即可有效评估左心室纵向应变。