超声、CT和MRI测定局部心肌应变的研究进展

韩 勇（综述） 陈 明（审校）

超声、CT和MRI测定局部心肌应变的研究进展

韩 勇1（综述） 陈 明2（审校）

心肌应变；超声心动描记术；斑点追踪成像；体层摄影术，X线计算机；磁共振成像；综述

心脏的舒缩功能对临床各种心血管疾病的诊治及预后具有重要意义[1]，局部心肌收缩异常与多种疾病相关[2]。射血分数是临床评估心脏收缩功能的常用指标，但仅1项指标无法反映局部心肌功能的变化[3]。目前测定局部心肌应变的无创性影像学技术主要有超声、CT和MRI。本文总结超声、CT和MRI测定局部心肌应变的现状，并对3种技术的优缺点作一综述。

1 超声、CT和MRI测定局部心肌应变的基础

应变是指物体上任意两点间距离发生的相对变化，属形变的直接反映。心肌应变为形变的多维测量值，受心肌局部收缩和前后负荷等因素影响。目前常用的应变有两种，一种为Lagrangian应变，常用于标记MRI和斑点追踪技术；另一种为Eulerian应变，多用于组织多普勒超声技术[4]。当应变值为5%～10%时，Lagrangian应变值和Eulerian应变值近似相等。心肌收缩为三维模式，尚无可以用于临床分析的最佳应变参数。此外，左、右心室收缩方式不同，应变参数对判断局部心肌障碍的敏感度亦不相同，使用时应考虑心肌纤维的走向[5]。

2 超声分析局部心肌应变

超声在心血管疾病中应用广泛，在心肌运动评价方面具有较佳的可操作性[6]。组织多普勒超声仅能测量声束方向上的心肌运动速度，在分析心肌三维运动方面局限性较大；而斑点追踪技术利用射频信号或二维动态图像分析心肌应变，具有非角度依赖性、数据运算快等优点[7]。采用相位声学特征、亮度信息和斑点统计等方法追踪心内、外膜边界，当确定心内、外膜边界后，即可以对相应心肌节段进行应变评价[8]。

三维斑点追踪技术基于实时全容积扫描，将心肌整体区域的回声离散为心肌像素斑点，在三维空间上构建全容积数据并以心肌像素斑点为单位予以追踪[9]，不但可以获得斑点运动位移信息，还可以获得心肌的三维图像，从而在极短时间内全面评估心肌功能（图1）。超声图像中包含均匀分布于心肌内的像素斑点，这些自然声学斑点与组织运动同步，在相邻两帧图像间形状无明显变化；斑点追踪方法基于像素密度的心肌块匹配，即在一帧图像中定义一个方形图像模块，然后在下一帧图像中寻找与其匹配最佳的方形图像模块，其匹配标准通常基于相似测量值，如平方差、互相关或交互信息等；当模块足够大（20～40个像素）时可以避免错误匹配。实时三维斑点追踪技术使用矩阵探头，可以获取扇形容积内的心肌真实立体图像，无需图像重建即可以还原心脏解剖结构，更好地评价心肌局部功能。

图1 三维斑点追踪技术分析左心室应变图像。A、B分别为左心室收缩期和舒张期的纵向斑点追踪图；C、D、E分别为在左心室短轴心尖、乳头肌和基底水平的径向斑点追踪图；F.左心室各心肌节段应变曲线

目前，国内外斑点追踪技术分析局部心肌应变应用领域较为广泛，包括冠心病早期诊断[10,11]、高血压心肌肥厚左心室局部应变[12,13]、心肌淀粉样变性局部心肌应变[14]、化疗药物心肌毒性检测[15]、肥厚性心肌病心肌纤维化和心脏事件的间接预测[16]、糖尿病局部心肌功能评价[17]及心脏再同步化治疗的疗效研究[18]等。

总之，三维斑点追踪技术与其他超声检查技术相比，在评价心肌局部功能方面具有一定的优势，但也存在一些缺陷，如分辨率低于二维斑点追踪，图像质量欠佳时无法识别心内膜，影响诊断准确性；对于具有呼吸系统疾病、心率过快的患者，追踪往往失败；扫描角度较窄，需要采集连续心动周期组合出全容积图像；对于持续屏气不能配合的患者，无法进行该项检查等。超声分析心肌局部应变技术应着力于提高图像的分辨率，增加扫描角度，实现单个心动周期采集理想图像。

3 CT分析局部心肌应变

CT在提高瞬时、空间分辨率和减少辐射剂量等方面已取得较大进步[19,20]，对部分心动周期选择性显像可以大幅减少辐射剂量。完成冠状动脉造影的辐射剂量为5～10 mSv，而CT扫描仅需1～3 mSv即可实现冠状动脉图像的采集[21,22]。

CT自动化软件实用性较强，分析心肌整体功能速度较快[23]。CT图像由于无法显示心肌组织的固有结构，因而在评价局部心肌功能方面仍有一定难度。随着造影剂的研发，基于碘对比剂在心肌内分布的研究，双源CT对心肌结构的辨识度有了较大的提高[24]。

运用多模式组织追踪（multimodality tissue tracking, MTT）算法，CT可以通过自动化的方式细致分析局部心肌功能[25]。该方法与超声斑点追踪技术类似，可以识别多个追踪点（小的像素模块代表组织轮廓）。利用二维插值算法，由序列帧确定每个追踪点的运动矢量（图2）。MTT方法测量的径向应变值同标记性MRI所获取的径向应变值相关性好，但该方法仅为二维空间的计算模式，目前尚不能准确测量心室基底部和心尖部的应变。

利用CT分析局部心肌应变可以评估心力衰竭的心脏同步化治疗（cardiac resynchronization therapy, CRT）效果[26]。CRT可以降低轻微（II级）心力衰竭和进展性(III～IV级)心力衰竭的病死率，降低心力衰竭事件的风险，促进左心室良性逆转性重塑，并减缓心力衰竭进程。然而，10.8%～50.0%的患者对CRT无应答[27]，心肌应变分析可以为预测CRT提供依据[28]。

图2 多模态组织追踪示意图。A～C分别示多源CT分析心肌梗死患者左心室短轴切面前壁、侧壁和后壁。心肌内膜、中层和心外膜均以绿点示意。通过追踪每个追踪点的方形模块图像（10 mm× 10 mm）计算多个追踪点的非角度依赖性运动向量，再在下一帧寻找最佳像素匹配模式。由心肌内膜、心外膜的追踪点计算径向应变。第1～8帧为从舒张末期至收缩末期逐帧追踪并选择一系列后壁节段，包括非梗死性和梗死性心肌。摘自参考文献[25]

4 MRI分析局部心肌应变

MRI分析局部心肌应变的方法有标记MRI、相位对比MRI、位移编码和应变编码MRI[29,30]，其中标记MRI成像方法是无创性地评价心脏结构及功能的“金标准”[31]，但该方法具有相对同质性，不能直接提供复杂的运动信息。

标记MRI通过射频预脉冲破坏既定平面的所有自旋，并产生迭合于心脏图像的可追踪性黑线或标记。通过应用预脉冲倍数时间，在标记MRI上获取平行线条或网格[32]（图3）。舒张早期T1弛豫致标记消退，限制了舒张弛豫的评估价值。标记MRI图像需要独立的分析工具提取局部心肌应变参数，常用的分析方法有特征追踪法、谐波相位法、光学流法和形变模式法等。特征追踪法已用于心肌MRI的分析[33,34]，利用该算法可以在较短时间内获取局部心肌的应变信息。国内外利用MRI分析心肌局部应变的研究并不多见，但该技术有着广泛的临床应用前景，有望为临床医师提供更准确的信息。

图3 标记MRI分析左心室环向应变示意图。A、B分别为同一患者在收缩末期水平和垂直方向的标记性互补磁化空间调制图像。摘自参考文献[32]

5 3种成像方法在分析局部心肌应变方面的比较

超声具有费用相对低廉、操作简便等优点，已成为当前应用最广泛的心肌应变成像技术之一，但该方法受检查者个人经验、仪器设置和声窗等因素影响较大。此外，各种分析软件有待统一，以便测量值在不同机型间交互使用。对某些患者的心脏扫查平面而言，其声窗受限，不适于右心室的应变评估。CT扫描速度快，不受心脏几何形态的影响，且有金属植入物者亦可行该检查，其在心肌应变方面的研究及应用日益广泛[35]。但CT成像过程受时间分辨率限制，且系统误差及运动伪影对其成像有较大影响。此外，虽然CT的信噪比优于其他成像技术，但对体型肥胖者应用也受限。在识别心肌结构特征方面，MRI的可靠性和重复性均较佳。MRI虽然是无创性分析心肌应变的“金标准”[31]，但尚无统一规范的操作方法，缺乏评价局部应变的临床实验，且分析过程相对复杂，门控难度偏大，费用高昂；此外，幽闭恐惧症患者、心内植入物患者均不能行该项检查，故在日常临床工作中推广尚存在一定难度。3种应变技术在重复性、检查时间、费用和分辨率等方面有各自的特点，见表1[36]。

表1 3种成像技术分析局部心肌应变比较

6 结语

超声、CT和MRI心脏成像技术在评价局部心肌应变和运动方面仍需深入研究；利用超声分析心肌局部应变的标准化问题仍有待解决。CT对局部心肌运动分析的研究刚刚起步，目前尚无获取局部心肌应变的标准化分析方法，其主要应用于科研工作中；相信CT分析心肌应变软件的研发与应用将会不断推进。标记MRI测定局部室壁运动较标准，但因其费用昂贵，检查时间长，尚未在临床广泛应用，期待有更先进的技术手段来克服此种局限性。

总之，上述3种影像学技术在分析心肌应变方面依然需要进一步深入研究，通过各技术之间的取长补短，为心肌应变的测定提供依据。

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R445；R322.1+1

2013-08-30

2013-10-21

（责任编辑 唐 洁）

1.内蒙古医科大学病理生理教研室 内蒙古呼和浩特 010110；2.同济大学附属东方医院心脏医学部上海 200120

陈 明 E-mail: mingchen1283@vip.163.com

10.3969/j.issn.1005-5185.2014.03.020