磁共振T1-mapping 特征参数评价扩张型心肌病心肌纤维化及与射血分数的相关性

邵晓宁，孙英杰，靳雅楠，程敬亮

扩张型心肌病 （dilated cardiomyopathy，DCM）的主要表现为心肌细胞变性及细胞间质纤维化。成年人群中，男性的发病率高于女性。 心肌纤维化导致左心室和右心室心肌弹性变化，心肌纤维化与心脏功能相关[1]。 病理组织诊断证实，DCM 患者心肌纤维化呈弥漫状。 目前，延时钆增强（late gadolinium-enhanced，LGE）图像可显示心肌纤维化[2]。 然而LGE 对弥漫性心肌纤维化显示欠佳。 有研究表明[3，4]，T1-mapping 可以帮助评价心肌纤维化程度， 替代LGE 成为评价心肌功能的新方法。T1-mapping 技术有助于弥漫性心肌纤维化的诊断[5]。 笔者研究旨在分析T1-mapping 对扩张型心肌病心肌纤维化的诊断价值和T1-mapping 直方图参数与射血分数（ejection fractions，EF）的相关性。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选择2015 年3 月至2017 年7 月在郑州大学第一附属医院行CMR 检查的48 例DCM 患者（DCM组），其中男性38 例，女性10 例；年龄24 ～73 岁，平均年龄47.40 岁（标准差13.83 岁）；身高155 ～178 cm，平均身高169 cm（标准差8 cm）；体质量49 ～98 kg，平均体质量75.51 kg（标准差22.58 kg）。

选择标准： 按照体表面积计算左心室最小内径/体表面积>2.7 cm/m2；EF 值<45%。

排除标准： 与DCM 有相似临床表现的疾病，如冠心病、瓣膜病、先天性心脏病、全身系统性疾病、肺心病等。

同期选择24 例健康志愿者作为对照组， 其中男性14 例，女性10 例；年龄28 ～71 岁，平均年龄47.67岁（标准差13.15 岁）；身高155 ～179 cm，平均身高167 cm（标准差9 cm）；体质量55 ～85 kg，平均体质量69.21 kg（标准差12.49 kg）。志愿者均无相关病史、近半年来没有胸闷、气短、乏力等症状，心电图、心脏彩色超声无异常。

该研究经医院伦理委员会批准， 批号为2015-16。两组年龄、性别、身高、体质量比较，差异无统计学意义（P>0.05），具有可比性。

1.2 方法

受试者均行3.0 T 心血管磁共振（cardiovascular magnetic resonance，CMR）常规检查。

1.2.1 MRI 方案

CMR 成像设备为德国西门子Skyra 3.0 T MRI 仪。使用body 线圈（16 通道）成像。成像过程中在DCM 组患者右侧1、2 肋间及左侧5、6 肋间粘贴4 个磁共振兼容的电极片，采集受试者心电信号用于在特定时刻触发扫描。扫描序列有：①black-blood 序列；②bright-blood序列；③心脏电影，重复时间（repetitiontime，TR）=45.64ms，回波时间（echo time，TE）= 1.43 ms，Flip angle = 80°，slice thickness=8 mm，包括长轴两腔心、三腔心、四腔心层面及8 ～10 层短轴层面；④改进的Look-Locker反转恢复（modified Look-Locker inversion recovery，MOLLI）序 列，TR = 324.96 ms，TE = 1.12 ms，Flip angle =35°，slice thickness = 8 mm，T1- mapping 图像扫描6个层面，其中长轴3 个层面，分别为两腔心层面、三腔心层面、四腔心层面，短轴3 个层面，从基底部到心尖均匀分布； ⑤LGE 扫描， 采用相位敏感反转恢复序列，TR=643 ms，TE=2 ms，Flip angle=20°，slice thickness = 8 mm，反转时间（inversion time，TI） = 300 ms，对比剂为钆喷酸葡胺（Gadolinium-diethylene triaminepentaacetic acid，Gd-DTPA）， 剂量为0.2 mmol/kg，注射造影剂10 min 后逐层采集长轴及短轴层面。

对照组未注射对比剂，未进行LGE 扫描，仅扫描前4 项，方法同上。

1.2.2 直方图分析

将图像上传至工作站， 使用MATLAB 软件勾勒感兴趣区并计算直方图参数。 DCM 组根据LGE 图像是否有强化，将DCM 组分为LGE（+）亚组和LGE（-）亚组。 勾勒心肌心内膜及心外膜，提取出心肌部分每个像素点的T1值， 再根据T1值的分布计算出11 个直方图参数，包括5 个百分位数（P10、P25、P50、P75、P90）、最小值、均值、最大值、偏度系数（Skewness）、峰度系数（Kurtosis）和标准差（standard deviation，s）。

1.3 统计学方法

采用SPSS 20.0（IBM，阿蒙克，美国）软件进行统计分析。 采用卡方检验，比较DCM 组与对照组性别是否有差异。然后用双样本t 检验，对DCM 组与对照组特征参数直方图参数进行均值比较。多组间均值比较采用one-way ANOVA。 采用皮尔森相关系数，比较DCM 组T1-mapping 直方图参数与EF 的相关性。P<0.05 为差异有统计学意义，P<0.01 为差异有显著统计学意义。

2 结果

2.1 两组射血分数值比较

DCM 组EF 与对照组比较，差异有显著统计学意义[（21.75±9.31）%vs（55.22±7.39）%。t=15.34，P<0.01]。

2.2 DCM 亚组与对照组直方图参数比较

DCM 组分为LGE（+）亚组33 例和LGE（-）亚组15 例。 LGE（+）亚组和LGE（-）亚组均值、s、最大值及5 个百分位数（P10、P25、P50、P75、P90） 与对照组比较， 差异均有显著统计学意义（P<0.01）。 最小值、Kurtosis 和Skewness 差异无统计学意义 （P>0.05）。LGE（+）亚组最大值与LGE（-）亚组差异有统计学意义（t=2.00，P=0.03），其他参数差异无统计意义（P>0.05）。 LGE（+）亚组EF 和LGE（-）亚组EF 与对照组比较，差异有显著统计学意义（P<0.01），而LGE（+）亚组EF 与LGE （-） 亚组差异无统计学意义 （P >0.05）。 见表1、图1。

表1 DCM 亚组与对照组直方图参数及EF 比较Tab.1 Comparison of histogram parameters and EF between DCM subgroup and control group

图1 DCM 组与对照组T1-mapping 图像及直方图Fig.1 T1-mapping images and histograms of DCM group and control group

2.3 直方图参数与射血分数相关性

均数、s、 最大值及P10、P25、P50、P75、P90 与EF均呈负相关，相关系数依次为- 0.546（P < 0.05）、- 0.380 （P<0.05）、-0.580 （P<0.05）、-0.387 （P<0.05）、- 0.502（P < 0.05）、- 0.564（P < 0.05）、- 0.583（P < 0.05）、- 0.562 （P < 0.05）。 最小值、Kurtosis、Skewness 与EF 无相关性（P>0.05）。

3 讨论

心功能受损是DCM 的重要临床指标。CMR 在心脏病诊断中的应用越来越普遍，逐渐发展成EF 测量的金标准，并为心肌疾病的鉴别诊断提供帮助[6]。 EF作为最有代表性的心功能指标，在DCM 诊断中起到重要作用。MRI T1-mapping 技术在心脏疾病的检查中得到普及， 大量文献证明T1-mapping 技术对诊断弥漫性心肌纤维化有帮助[3，4，7，8]。医学图像倾向于不规则的纹理，不利于人类视觉系统观察[9]。直方图分析作为一种常用的纹理分析方法，能反映图像中不同灰度的分布规律，已在医学图像分析中发挥重要作用。 有研究表明，表观扩散系数（apparent diffusion coefficient，ADC）直方图可以用来评估直肠癌和乳腺癌的化学治疗效果[10，11]，还可用于前列腺癌分级宫颈癌分型[12]。T1-mapping 与T2-mapping 的定量分析，如纹理特征，可用来鉴别肝脏纤维化程度，也可用来筛查骨关节炎高风险人群[13，14]。 但笔者探讨DCM T1-mapping 直方图分析尚属首次，具有一定的创新性。

DCM 患者常见弥漫性心肌纤维化。 纤维化会造成心肌T1值的增加。DCM 患者T1均值随心肌纤维化程度增加而增加。 T1值与心肌纤维化程度正相关。DCM 组P10、P25 与对照组差异有统计学意义， 说明直方图参数具有鉴别轻度心肌纤维化的能力。 由于DCM 患者心肌纤维化呈弥散状，T1值分布较对照组分散，DCM 组s 显著增加。 LGE（+）亚组和LGE（-）亚组均值、 最大值、s 及P10、P25、P50、P75、P90 百分位数显著高于对照组。LGE（+）亚组最大值与LGE（-）亚组差异也有统计学意义（P=0.03），其他参数差异无统计学意义。 无论LGE 图像是否强化，DCM 组部分T1-mapping 直方图参数均能显示出与对照组的显著差异，说明T1-mapping 技术对心肌纤维化更为敏感，为不能注射造影剂的患者提供了一种新的诊断思路。

心肌纤维化程度与心肌收缩和舒张运动能力相关[15]。笔者研究结果显示，LGE（+）亚组EF 和LGE（-）亚组EF 与对照组值差异有统计学意义，LGE（+）亚组EF 与LGE（-）亚组差异无统计学意义，与NeilanTG 等[16]研究结果一致。笔者研究结果显示，均值、s、最大值及P10、P25、P50、P75、P90 与EF 值均呈负相关。 提示DCM 患者EF 的降低主要由弥漫性心肌纤维化引起，而受局灶性纤维化影响较小。

笔者研究局限性在于， 心肌组织T1值在造影剂注射前后会有较大改变， 未分析造影剂注射后T1值的变化及DCM 组与对照组的差异。DCM 在不同时期有不同表现，并且表征与其他心脏疾病相类似，笔者未进行比较鉴别，今后的工作中会进一步研究。

综上所述，T1-mapping 技术有助于诊断DCM 心肌纤维化， 尤其是弥漫性心肌纤维化，T1-mapping 参数与EF 呈负相关。