正电子发射断层扫描心肌代谢显像定量评价陈旧性心肌梗死患者左心室心肌重构程度的研究*

魏红星，马圆圆，段绍峰，田丛娜，田月琴，王道宇，姜楠，张宗耀，郭新华，张晓丽，单宝慈

正电子发射断层扫描心肌代谢显像定量评价陈旧性心肌梗死患者左心室心肌重构程度的研究*

魏红星，马圆圆，段绍峰，田丛娜，田月琴，王道宇，姜楠，张宗耀，郭新华，张晓丽，单宝慈

目的：采用自主开发的新软件和门控18F- 脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描（18F-FDG PET）心肌代谢显像对陈旧性心肌梗死患者的左心室心肌整体重构程度和局部重构程度进行无创性定量化评价。

方法：纳入33例在本院行99Tcm-甲氧基异丁基异腈单光子发射断层扫描（99Tcm-MIBI SPECT）心肌灌注显像和门控18F-FDG PET心肌代谢显像评价心肌存活性，并在两周内行磁共振成像（MRI）检查的陈旧性心肌梗死患者（包括21例左心室室壁瘤患者）进行回顾性分析。采用基于矩阵实验室编程语言开发一套新软件，获得评价左心室整体重构程度的球形指数（SI），并首次提出评价左心室局部重构程度的新指标：水平长轴“倒八字”程度指数（DPI）、短轴横径比和短轴纵径比。左心室重构整体重构程度以磁共振成像测定的左心室舒张末期容积（LVEDV），左心室收缩末期容积（LVESV）为“金标准”。有经验的专家对PET心肌代谢显像水平长轴和垂直长轴显示“倒八字”程度采用4分打分法。分别将SI值与磁共振成像获取的LVEDV、LVESV和左心室射血分数（LVEF）进行相关性分析；对DPI值、短轴横径比和短轴纵径比与专家对“倒八字”程度的打分结果进行相关性分析。

结果：SI值与磁共振成像获取的LVEDV和LVESV呈显著正相关（r分别为0.598和0.615，P均＜0.01），与LVEF呈显著负相关（r=-0.587，P＜0.01）。水平长轴左心室近前壁和中间段测定的DPI以及短轴测定的横径比与专家打分的结果呈显著正相关（r分别为0.763、0.709和0.722， P均＜0.01）。

结论：采用我们自主开发的新软件，通过对门控PET心肌代谢显像重建图像，可以较为客观地评价左心室整体的重构程度和局部的重构程度。

左心室重构程度；正电子发射断层扫描心肌代谢显像；定量分析

Methods: A total of 33 patients received99Tcm-MIBI SPECT and gated18F-FDG PET/CT imaging and MRI within 2 weeks in our hospital were retrospectively studied. There were 21 patients with LV aneurysm and 12 with old myocardial infarction. A new developed software based on Matrix laboratory language was used to quantitatively evaluate the degree of global LVRM by spherical index (SI), and first used an index for quantitatively evaluate the degree of local LVRM including the divergent pattern index (DPI) on the horizontal long-axis (HLA) and horizontal diameter ratio (HDR) on the

short axis. MRI measured left ventricular end-diastolic volume (LVEDV) and LVESV was defined as “golden standard”for evaluating the degree of global RM. The degree of “divergent pattern” was visually analyzed by 2 experienced experts with a 4 points scoring system (1-4 score) based on the long horizontal axis and the long vertical axis of PET imaging. The relationships between SI and MRI measured LVEDV, LVESV and LVEF were analyzed; meanwhile, the relationships between the experts visual scoring and DPI, HLA and HDR were studied.

Results: For global RM study, SI was positively related to LVEDV and LVESV (r=0.598, P＜0.01 and r=0.615, P＜0.01), negatively related to LVEF (r=-0.587, P＜0.01); for local RM study, the experts visual scoring was positively related to DPI of anterior-HLA (r= 0.763, P＜0.01), middle-HLA (r=0.709, P＜0.01) and HDR on short axis (r=0.722, P＜0.01).

Conclusion: Self developed new index of SI, DPI and HDR for PET myocardial metabolic imaging could evaluate both global and local degrees of LVRM in patients with old myocardial infarction.

(Chinese Circulation Journal, 2015,30:235.)

左心室重构是心肌梗死后左心室（包括梗死区和非梗死区）形状和大小发生改变，最终容易发生心力衰竭和心原性猝死[1-3]。如何简便、无创、准确判断有无左心室重构及其程度，对临床治疗方案的选择和预后估测有重要价值。多种影像学方法可以评价左心室整体重构程度，其中以磁共振成像（MRI）测定的左心室容积为“金标准”以及超声心动图测定的球形指数（SI）为主要代表[4]。核素心肌灌注和心肌代谢显像在提供心肌血流灌注、心肌存活性以及左心室功能信息的同时，可以提供一定的形态学信息。早期研究报道，心肌灌注显像显示心尖部心腔大于心底部心腔的异常的“倒八字”形态学，提示有左心室重构，对冠心病室壁瘤患者的诊断及预后估测有重要价值[5,6]，但是还没有对其定量化分析的研究报道。准确评价局部心室重构程度可以更早期检测冠心病患者病情的变化。但是，相关的研究报道甚少[7]。

本研究以陈旧性心肌梗死（部分合并左心室室壁瘤）患者为研究对象，采用以矩阵实验室（MATLAB）编程语言研发的新软件，对门控正电子发射断层扫描心肌代谢显像舒张末期断层图像进行处理，不仅获得评价左心室整体重构程度的SI，而且我们首次提出了定量评价左心室局部重构程度的新指标，包括水平长轴“倒八字”程度指数（DPI）、短轴横径比（HDR）和短轴纵径比（LDR），对其可靠性进行了初步评价和验证。

1 资料与方法

研究对象：纳入2009-09至2010-02期间在本院行99Tcm-甲氧基异丁基异腈单光子发射断层扫描（99Tcm-MIBI SPECT）和门控18F- 脱氧葡萄糖正电子发射断层扫描（18F-FDG PET）心肌代谢显像评价心肌存活性，并在两周内行MRI检查的33例陈旧性心肌梗死患者的图像资料进行回顾性分析。33例心肌梗死患者中，合并左心室前壁及心尖部室壁瘤者21例（男性16例，女性5例），平均年龄（56±11）岁。单纯心肌梗死患者12例（男性11例，女性1例），平均年龄（61±14）岁，其中左心室前壁心肌梗死8例，下后壁心肌梗死4例。

显像方法：PET心肌代谢显像采用德国西门子公司PET/CT仪（Truepoint Biography 64，Siemens Healthcare,Knoxville，TN）。患者在禁食状态下口服25～50 g葡萄糖，根据血糖水平静脉注射胰岛素，调节血糖至所需范围之后[8,9]，静脉注射111～185 MBq F-FDG，1 h后行门控PET心肌代谢显像，以心电图R波触发门电路同步采集10 min，每个心动周期采集8帧图像，能峰为511 keV。矩阵128×128，放大倍数为2.0。图像重建采用迭代法（迭代4次，子集数为8），获得左心室短轴、水平长轴和垂直长轴图像。门控图像采用QGS软件进行分析。

磁共振成像采用德国西门子公司 Magnetom Avanto 1.5T超导型磁共振成像仪，场强为40 mT/m，梯度切换率200 T/m，利用相控阵表面线圈和心电门控技术采集图像。True FISP cine序列扫描参数：翻转角为80°，矩阵256×256，视野350～400 mm，层厚8 mm，每个心动周期采集25帧图像。1名专业医生在不知道心肌代谢显像结果和临床资料的前提下，采用德国西门子公司的ARGUS软件半自动勾画左心室短轴舒张末期和收缩末期心内外膜边界，Simpson法计算左心室舒张末期容积（LVEDV）、左心室收缩末期容积（LVESV）和左心室射血分数（LVEF）。

评价心室重构程度的程序以及获取的半定量指标：采用基于矩阵实验室（MATLAB）编程语言开发

新软件，对患者门控PET心肌代谢显像舒张末期断层图像进行定量分析，过程如下：首先读取PET心肌代谢显像的图像数据（DICOM格式），分别选取垂直长轴、水平长轴和短轴的断层图像，提取心内膜和心外膜轮廓，之后剔除不属于心内膜轮廓的像素点，最后精确地勾画出心内膜边界。并通过公式获取以下三项指标：①SI：左心室垂直长轴断层图像显示的短轴与长轴之比（SI=S/L），反映左心室的整体重构程度。SI值越大，球形化程度越严重。②“倒八字”程度指数（DPI）：选取水平长轴显示的左心室间隔到侧壁的最长距离与左心室基底部间隔到侧壁距离之比为DPI（DPI=A/B）。该指标对于室壁瘤的探测与评价有重要意义。DPI值越大，“倒八字”程度越严重。③短轴横径比（HDR）和短轴纵径比（LDR）：选取所有短轴断层图像的横径值和纵径值，选取最大横径值为左心室最大横径长度，取最大的纵径值为左心室最大纵径长度。左心室最大横径长度与基底部的横径长度之比为HDR = 最长短轴横径值（H）/心基底短轴横径值（H base），而左心室最大纵径长度与基部的纵径长度之比为LDR = 最长短轴纵径值（L）/基底短轴纵径值（L base）。HDR和LDR分别反映了左心室中间段水平长轴和垂直长轴显示的“倒八字”程度，定量评价球形化程度和“倒八字”程度。

左心室重构程度指标的验证和评价：对左心室整体重构程度指标——SI的验证和评价以MRI测定的LVEDV、LVESV为标准。而对于代表左心室局部重构程度的DPI、短轴HDR和短轴LDR的验证和评价，由于国际上没有统一标准，我们以专家对垂直长轴和水平长轴断层图像的“倒八字”程度打分结果为参照标准。两位有经验的核医学专家通过肉眼对水平长轴图像“倒八字”的程度采用4分打分法：1分：形态学正常；2分：左心室间隔和侧壁平行；3分：呈现心尖段心腔大于基底段心腔的“倒八字”现象；4分：严重“倒八字”， 左心室基底段的间隔和侧壁连在一起。对于垂直长轴图像“倒八字”程度的分析：1分：形态学正常；2分：左心室前壁和下壁平行；3分：左心室前壁和下壁呈现“倒八字”现象；4分：严重“倒八字”，前壁基底段和下壁基底段连在一起。而1.5分、2.5分和3.5分则是核医学专家们根据多年读片的经验判断的中间状态。

短轴横径比和纵径比理论上反映的分别是左心室中间段水平长轴和垂直长轴“倒八字”程度，由于肉眼读片不容易对其进行打分，故以核医学专家分别对左心室中间段水平长轴和垂直长轴“倒八字”程度的打分为参照标准，对其可靠性进行验证和评价。

统计学分析：采用SPSS 13.0软件进行分析。将采用自编软件测定的所有参数（SI、DPI、短轴HDR和LDR）与各自的“金标准”进行Pearson相关性分析和回归分析，评价其可靠性，P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 评估不同半定量指标测定值的重复性

两位操作者分别对33例患者测量SI、DPI、短轴HDR和LDR，两位操作者所得出的结果的相关系数r分别为0.86、0.89、0.89和0.90（P均＜0.01）；同一操作者重复测量两次患者的SI、DPI、HDR和LDR四项指标，两次所得结果的相关系数r分别为0.90、0.91、0.93和0.91（P均＜0.01）。

2.2 对球形指数的验证QGS软件测定值比较

对19例患者采用我们的新软件测定的SI值分别与MRI测定的LVEDV、LVESV和LVEF进行相关性分析，发现SI与LVEDV和LVESV均呈显著正相关（r分别为0.598和0.615，P均＜0.01），并且与LVEF呈显著负相关（r = -0.587，P＜0.01）。图1

图1 球形指数与磁共振成像测定的左心室舒张末期容积、左心室收缩末期容积和左心室射血分数的相关性分析图

2.3 对水平长轴“倒八字”程度指标的验证

为评价不同部位“倒八字”程度的不同，对33例患者分别选取左心室近前壁、中间段和近下后壁水平长轴断层图像，测定各自的DPI值，分别与专家对相应部位图像的“倒八字”程度打分结果进行相关性分析。我们发现左心室近前壁 DPI值和中间段DPI值与专家打分均呈显著正相关（r值分别为0.763和0.709，P均＜ 0.01）。而近下后壁DPI值与专家打分呈弱正相关（r=0.41，P＜0.05）。图2

图2 左心室近前壁、中间段和近下后壁“倒八字”程度指数与“倒八字”程度专家打分的相关性分析

2.4 短轴横径比和短轴纵径比的验证

短轴横径比和短轴纵径比分别与专家对左心室水平长轴中间段和垂直长轴中间段“倒八字”程度的打分结果进行相关性分析，发现短轴横径比与专家对水平长轴左心室中间段打分结果呈显著正相关（r=0.722，P＜0.01）。而短轴纵径比与专家对垂直左心室中间段的打分无显著性相关（P＞0.05）。图3

图3 短轴横径比、短轴纵径比与专家左心室中间段打分相关性分析

3 讨论

目前，临床上主要评价左心室整体重构程度，但是并不能完全满足临床实践的需要。如果能够准确评价局部重构程度，可以更早期检测患者病情的变化。目前为止，国内外对评价左心室局部重构程度的相关研究报道甚少。为此，本研究以陈旧性心肌梗死和合并左心室室壁瘤患者为研究对象，采用自主研发的新软件，对门控心肌代谢PET图像进行定量分析，不仅获得反映左心室整体重构程度的SI，而且提出了定量评价左心室局部重构程度的新指标，包括水平长轴“倒八字”程度指标DPI值和短轴横径比，对左心室重构程度进行全面评价。

既往国内外研究证明左心室SI值可以准确反映左心室整体重构程度。Fukuchi等[10]和Abidov等[11]报道早期采用SPECT心肌灌注显像，对先天性肥厚性心肌病和充血性心力衰竭患者的研究表明，采用QGS软件勾画心内外膜轮廓，获取SI值，可以较好代表左心室整体重构程度。本研究中，我们用自编软件，采用门控舒张末期代谢垂直长轴图像测定的SI值与MRI测定的LVEDV、LVESV呈显著正相关，与LVEF呈显著负相关。

为了筛选出可以准确评价左心室局部重构程度的指标，我们分别选取水平长轴近前壁、中间段和近下后壁图像测定各自的DPI值，以及选取短轴图像分别测定短轴横径比和纵径比，与专家对“倒八字”程度的打分为“金标准”，进行相关性分析。发现水平长轴前壁DPI值和中间段DPI值与专家打分呈显著正相关，而下后壁DPI与专家打分不相关。分析原因，大量的临床研究证明心肌梗死多发生于

前壁，且易合并室壁瘤，导致前壁和心尖部室壁变薄，弯曲度增大，易发生梗死范围的扩展、左心室扩大和球形化，而下后壁心肌梗死范围较小，室壁弯曲度小且有膈肌保护不易发生梗死扩展和左室扩大，故下后壁水平长轴DPI值不能很好的代表下后壁重构程度。

短轴横径比和纵径比理论上可以代表左心室水平长轴中间段和垂直长轴中间段的“倒八字”程度。但是，由于在短轴图像上不同断层水平的横径长度和纵径长度的变化不明显，因此，通过专家肉眼不容易准确区别差异并进行打分，故以专家分别对水平长轴中间段和垂直长轴中间段断层图像的“倒八字”程度进行打分的结果为标准，对二者进行相关性分析。研究结果发现，短轴横径比与专家打分呈显著正相关，而短轴纵径比与专家打分则没有显著性相关。左心室重构后，虽然水平长轴和垂直长轴断层图像上均可观察到不同程度的“倒八字”现象，但是本研究通过对短轴横径比和短轴纵径比的验证，发现与垂直长轴断层图像“倒八字”程度相比，水平长轴断层图像的“倒八字”程度可以更准确评价左心室局部重构程度。

本研究存在一定的局限性，决定这些参数准确性的关键是对心内膜轮廓的准确勾画。然而，由于受到仪器分辨率所限，如何准确勾画心内膜和心外膜轮廓一直是影响核心脏病学技术诊断准确性且需要根本解决的问题。这是我们本研究选择门控心肌代谢显像而非门控心肌灌注显像的重要原因，同时也是大家认为影响门控心肌灌注和心肌代谢显像测定左心室容积的重要因素，但是到底影响程度如何，目前尚无系统研究的报道。为此，我们研究小组针对96例室壁瘤患者，以MRI测定的左心室功能参数为“金标准”，评价心肌灌注缺损范围对门控心肌灌注显像和门控心肌代谢显像测定左心室容积和左心室射血分数准确性的影响，结果发现后两种方法测定的心室容积与MRI测定的心室容积均有良好的相关性（r=0.81～0.86），因此，提示心内膜轮廓勾画问题不影响后两种方法用于临床评价左心室功能[12]。当然，今后的研究希望能够寻求到可以更加准确勾画心内膜和心外膜轮廓的方法。其次，本研究研发的程序只对小样本量患者的图像进行处理和验证，但需要通过对大样本的研究近一步来验证其可靠性。另外，通过对患者治疗前后测定指标的变化情况，以及通过长期随访结果，对冠心病心肌梗死患者治疗方案的选择和预后判断提供有价值的信息。

采用我们自主研发的软件对门控PET心肌代谢显像图像所提供的左心室形态学信息进行分析，获取的SI值、DPI值和短轴横径比用于评价左心室整体重构程度和局部重构程度，初步结果比较满意。

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Quantitative Evaluation of Left Ventricular Remodeling Using18F-FDG Photon Emission Tomography Imaging in Patients With Old Myocardial Infarction

WEI Hong-xing, MA Yuan-yuan, DUAN Shao-feng, TIAN Cong-na, TIAN Yue-qin, WANG Dao-yu, JIANG Nan, ZHANG Zong-yao,
GUO Xin-hua, ZHANG Xiao-li, SHAN Bao-ci.
Department of Nuclear Medicine, Cardiovascular Institute and Fu Wai Hospital, CAMS and PUMC, Beijing (100037), China Co-corresponding Authors: ZHANG Xiao-li, Email: xlzhang68@yahoo.com and SHAN Bao-ci, Email: shanbc@ihep.ac.cn

Objective: To quantitatively and non-invasively evaluate both global and local left ventricular remodeling (LVRM) in patients with old myocardial infarction by18F-FDG photon emission tomography (PET) imaging with self developed soft ware.

Left ventricular remodeling; Photon emission tomography/CT imaging; Quantitative analysis

2014-09-11）

（编辑：许 菁）

国家自然科学基金（81071177）；北京市科技计划首都临床特色应用研究（Z131107002213181）

100037 北京市，中国医学科学院 北京协和医学院 国家心血管病中心 阜外心血管病医院 核医学科（魏红星、田丛娜、田月琴、王道宇、姜楠、张宗耀、郭新华、张晓丽）；中国科学院高能物理研究所 核辐射与核能技术重点实验室 北京市射线成像技术与装备工程技术研究中心（马圆圆、段绍峰、单宝慈）

魏红星 主管技师 硕士 主要研究方向为核心脏病学 Email: weihongxing@263.net 通讯作者：张晓丽 Email: xlzhang68@yahoo.com单宝慈 Email: shanbc@ihep.ac.cn

R54

A

1000-3614（2015）03-0235-05 doi :10.3969/j.issn.1000-3614.2015.03.009