正常青年人左心室长轴心肌应变特征的MRI研究

李梦露，席晓旭，程流泉*，李俊超，董蔚，陈韵岱，智光

1.解放军总医院放射诊断科，北京 100853；2.解放军总医院心内科，北京 100853；

利用特征追踪（feature tracking，FT）技术测量心肌应变参数已经广泛应用于心动超声检查。测量心肌纵向应变对于评价心功能、研究疾病的发生及发展具有重要作用。随着 FT分析技术应用于心脏MRI电影成像，利用 MRI层面标准化和组织对比度优势进行心肌应变分析变得更加具有临床实用价值[1-2]。目前，超声和MRI的心肌应变测量主要是基于长轴的整体应变。理论上更加精准的应变测量应基于心肌的特定平面或节段分析，从而为缺血性心肌病等的评价奠定基础[3-4]。本研究基于心脏MRI长轴图像观察应变参数的特征，分析不同长轴层面和心肌节段的应变特点，并试图建立心肌纵向应变参数的参考值范围。

1 资料与方法

1.1 研究对象 经医院伦理委员会审核批准，征集31例健康志愿者并签署知情同意书。其中2例因MRI检查后判为异常而剔除。纳入研究的29例健康志愿者医疗健康记录明确，无系统性疾病、心脑血管疾病以及心脏相关不适或记录。记录受试者的身高、体重、血压等基本资料。不同性别受试者各临床指标组间比较，差异无统计学意义（P>0.05），且与体重指数无显著相关性（r=0.37，P>0.05）。见表1。

表1 29例健康志愿者基本资料（±s）

表1 29例健康志愿者基本资料（±s）

项目数值男/女 15/14年龄（岁）27.71±2.43身高（cm） 167.29±8.31体重（kg）61.00±11.06体重指数（kg/m2） 21.67±2.71收缩压（mmHg）120.84±12.14舒张压（mmHg） 75.23±10.11心率（次/min）74.74±12.05

1.2 心脏MRI图像采集 采用Philips Multiva 1.5T MRI扫描仪，16通道Torso相控阵线圈，胸前导联心电向量触发。采集左心室长轴3个层面，即左心室垂直长轴位（平行室间隔经过二尖瓣中点与心尖连线的平面，简称“两腔心层面”，2CH）、左心室水平长轴位（二尖瓣中点、三尖瓣中点与心尖连线平面，简称“四腔心层面”，4CH）和左心室流出道长轴位（主动脉瓣中点、二尖瓣中点和心尖连线平面，简称“三腔心层面”，3CH或LVOT）。电影成像采用平衡稳态进动序列（bSSFP序列），最小TR 3.7 ms，最小TE 1.87 ms，反转角60°，每个RR周期采集24个心脏时相，时间单位按照RR%计算。视野32 cm×28 cm，矩阵228×194，层厚8 mm。分次呼气末屏气15~18 s完成扫描。

1.3 图像后处理 将 DICOM 图像导入心肌运动追踪分析软件（TOMTEC Imaging Systems，2D Cardiac Performance Analysis MR，Munich，Germany），人工引导自动识别进行心内膜和心外膜描记，并经人工校正，直到心动周期中每一帧均能够准确描记心内膜。按照美国心脏协会（AHA）/美国心脏病学会（ACC）标准17段划分方式，测量心内膜心肌应变运动参数，包括横向、纵向应变，运动位移的峰值及各参数的达峰时间（time to peak，TTP）。

1.4 统计学方法 应用Microsoft Excel和SPSS 19软件分析各参数在不同心肌节段之间、心尖-中部-心底不同水平之间、2CH-3CH-4CH不同成像平面之间的规律（图1）。计量资料以x—±s表示。不同节段、平面各应变参数比较采用方差分析。P<0.05表示差异有统计学意义。

图1 长轴二腔心（A）、三腔心（B）和四腔心（C）平面，数字标识为AHA心肌节段，→示横向运动，↔示纵向运动，虚线为心尖-中部-心底的分隔

2 结果

2.1 应变与位移的 TTP 纵向应变和纵向位移的TTP在各节段间比较，差异无统计学意义（纵向应变F=0.906，P>0.05；纵向位移F=0.596，P>0.05），其平均 TTP为（41.25±17.83）% RR间期。在横向上，横向应变的TTP在各节段间比较，差异无统计学意义（F=1.075，P>0.05），其达峰时间为（41.09±11.45）% RR间期。而横向位移在各节段间比较，差异有统计学意义（F=3.011，P<0.05）。横向和纵向应变及纵向位移的TTP比较，差异无统计学意义（P>0.05），平均值为（41.24±12.51）% RR间期。见表2。

表2 不同节段与不同平面之间的位移、应变的峰值与TTP（±s）

表2 不同节段与不同平面之间的位移、应变的峰值与TTP（±s）

节段/应变（%）位移（mm）层面/纵向峰值纵向达峰时横向峰值横向达峰时纵向峰值纵向达峰时横向峰值横向达峰时水平间间间间1 -14.69±10.17 40.09±19.24 43.35±18.60 36.21±8.85 8.89±3.56 41.38±10.44 11.54±2.46 37.07±4.90 2-21.89±13.39 43.60±12.24 19.07±14.86 42.26±20.09 10.06±2.90 41.22±6.55 4.16±4.09 44.35±15.05 3 -17.86±15.09 38.22±19.39 21.30±16.10 43.68±14.11 8.70±4.62 38.36±13.25 4.54±3.07 45.69±11.00 4-23.70±15.47 41.38±10.74 41.55±21.08 44.11±12.53 7.43±3.79 40.66±6.46 10.36±2.47 40.95±4.73 5 -27.85±11.72 39.58±12.29 41.32±18.94 42.86±10.26 6.10±3.92 43.45±20.59 9.43±2.68 40.33±6.22 6-19.01±10.38 41.67±13.22 43.39±26.38 39.37±10.60 7.40±4.05 38.36±15.41 10.55±3.57 41.09±5.20 7 -25.89±10.27 37.64±10.82 38.32±21.46 38.51±7.93 7.75±3.48 40.52±8.40 5.06±1.78 39.94±5.40 8-22.81±11.14 41.96±10.39 27.03±19.20 44.05±15.00 6.23±3.91 40.33±16.28 4.62±2.43 43.45±8.74 9 -17.21±11.40 37.36±14.28 22.38±14.33 40.09±9.14 6.61±3.92 40.37±13.82 4.26±1.58 44.25±9.67 10-12.85±8.88 42.39±15.87 36.38±15.94 38.36±8.80 6.20±3.98 41.95±13.13 6.67±1.60 38.94±4.76 11 -16.99±10.48 45.98±16.22 37.96±14.32 40.77±6.55 3.32±2.22 37.65±21.56 7.12±1.98 39.88±5.00 12-18.82±11.25 41.38±16.21 34.31±18.85 42.10±6.99 6.38±4.05 42.82±18.90 6.11±2.18 41.52±4.79 13 -29.24±13.07 39.25±7.26 32.02±17.65 41.67±10.88 2.39±2.24 46.35±24.78 3.54±1.96 43.57±6.78 14-27.95±13.84 41.81±10.36 32.47±19.26 40.95±12.30 2.66±2.05 40.52±21.62 4.19±1.78 42.96±10.27 15 -31.38±14.60 43.53±8.15 34.33±14.27 40.52±7.71 2.79±1.88 42.96±22.52 6.30±2.14 39.37±6.06 16-23.55±11.92 41.01±12.77 28.76±17.25 41.37±12.69 2.58±2.11 39.47±23.25 4.91±2.25 40.13±5.60 F值 6.44 0.91 5.42 1.08 20.18 0.60 36.45 3.01 P值＜0.05 0.56＜0.05 0.38＜0.05 0.88＜0.05＜0.05 2CH -22.98±4.74 40.95±12.58 37.53±9.87 39.42±9.98 5.93±1.96 41.71±15.38 7.20±1.01 39.94±5.83 3CH -23.14±4.75 41.29±12.63 30.79±10.22 42.78±13.35 5.04±1.75 41.57±20.37 5.82±0.97 41.91±8.71 4CH -21.28±4.35 40.59±14.39 30.80±9.56 41.14±10.64 5.77±1.85 40.42±17.78 5.62±0.85 42.67±8.22 F值1.44-4.46-1.86-23.90-P值 ＞0.05 - ＜0.05 - ＞0.05 - ＜0.05 -心尖部-27.48±7.95 41.09±14.29 31.38±10.00 41.25±11.24 2.56±0.89 42.51±23.38 4.57±1.18 41.62±7.20中间部 -19.05±5.05 40.75±14.84 32.86±8.77 40.62±9.53 6.09±2.03 40.62±15.73 5.65±0.84 41.33±6.89基底部F值-20.78±6.28 13.46 40.99±10.06-35.15±6.89 1.40 41.40±13.33-8.07±2.05 74.19 40.55±13.00-8.48±1.18 101.42 41.57±9.03-P值＜0.05-＞0.05-＜0.05-＜0.05平均 -22.44±3.48 40.94±13.21 33.13±7.40 41.09±11.45 5.57±1.38 41.23±17.90 6.23±0.85 41.51±7.75

2.2 纵向位移与应变 图2A显示16个节段的纵向位移曲线，组间16个节段峰值比较，差异有统计学意义（F=20.18，P<0.05）。图2B按照心尖-中部-心底 3个水平归类统计，纵向位移的峰值表现为心尖（2.56±0.89）mm<中部（6.09±2.03）mm<心底（8.07±2.05）mm（F=74.186，P<0.05）；图2C按照2CH-3CH-4CH归类统计，提示3个扫描层面间的峰值组间比较，差异无统计学意义（F=1.863，P>0.05），平均峰值（5.58±4.11）mm。图2D显示16个节段纵向应变曲线，各个节段的纵向应变峰值大小不一致（F=6.435，P<0.05）。图2E按照心尖-中部-心底归类统计，纵向应变的峰值心尖较大（-27.48±7.95）%，心底（-20.78±6.28）%和中部（-19.05±5.05）%比较接近（F=13.463，P<0.05）。图2F按照2CH-3CH-4CH归类统计，3个平面间峰值差异无统计学意义（F=1.441，P>0.05），平均峰值（-22.46±13.19）%。

2.3 横向位移与应变 图3A显示16个节段的横向位移曲线，16个节段之间的峰值差异有统计学意义（F=36.450，P<0.05）。图3B按照心尖-中部-心底归类统计，横向位移的峰值表现为心尖（4.57±1.18）mm<中部（5.65±0.84）mm<心底（8.48±1.18）mm，差异有统计学意义（F=101.422，P<0.05）。图3C按照2CH-3CH-4CH归类统计，3个平面间差异有统计学意义（F=23.902，P<0.05）。图3D为16个节段横向应变曲线，各个节段的横向应变峰值大小不一致（F=5.423，P<0.05）。图3E按照心尖-中部-心底归类统计，横向应变的峰值在 3个层面组间差异无统计学意义（F=1.395，P>0.05），平均值33.06±19.35。图3F按照2CH-3CH-4CH归类统计，横向应变差异有统计学意义（F=4.457，P<0.05）。

图2 纵向位移与应变图。A~C为纵向位移曲线，D~F为纵向应变曲线，分别按照第1~16节段、心底-中部-心尖水平、2CH-3CH-4CH层面进行统计；横轴为时间单位（1/24×RR间期），纵轴为幅度值，曲线的最高或最低点为峰值，峰值对应的时间为TTP

图3 横向位移与应变图。A~C为横向位移曲线，D~F为横向应变曲线，分别为1~16节段、心底-中部-心尖水平、2CH-3CH-4CH层面进行统计；横轴为时间单位（1/24×RR间期），纵轴为幅度值，曲线的最高或最低点为峰值，峰值对应的时间为TTP

3 讨论

3.1 纵向位移与应变峰值 本研究结果提示纵向的位移在各个节段间存在差异。总体的分布趋势是心尖<中部<心底，3CH和4CH的位移可能受到室间隔运动限制的影响，其纵向位移小于2CH。上述测量结果与视觉观察到的心脏纵向运动特征基本一致，即心脏的纵向收缩是心尖相对不动而房室沟向心尖方向运动，室间隔的纵向移动小于游离壁。Augustine等[3]也研究发现纵向位移基底部>中间部>心尖部的规律，与本研究结果一致。与纵向位移不同，纵向应变的峰值心尖>中部>心底，与纵向位移相反；而纵向应变的峰值和TTP在2CH、3CH和4CH的长轴位测量具有一致性，组间差异无统计学意义（P>0.05）。3个平面测量获得纵向应变峰值（-22.44±3.48）%，与Vo等[5]针对正常人心肌应变的Meta分析结果均相近，且心肌应变变化与年龄、性别、软件、序列、射血分数、左心室大小无相关性，整体纵向应变的可重复性较好，且受样本量影响最小，3个层面结合分析能够更精确地显示整体心肌的形变。刘红等[6]研究发现收缩期纵向应变峰值为（-15.2±2.3）%，且存在性别差异。因而整体长轴应变具有更好的参考价值，广泛用于各种心肌疾病的评价[7-8]。尽管不同长轴层面间纵向应变无显著差异，但Weigand等[9]对肌钙蛋白阳性的心肌炎心肌应变研究显示，4CH测量的纵向应变能够更敏感地反映延迟强化和肌钙蛋白的缺失；但该研究并未发现2CH和4CH测量的纵向应变存在显著差异，而是提出4CH与2CH的纵向变形的纤维来源不同，4CH的纵向变形可能更多地依赖心外膜斜纤维的贡献，2CH纵向变形可能更依赖于心内膜的垂直纵向纤维，但尚未证实[10]。本研究认为，长轴位测量的左心室整体应变峰值以及 TTP作为左心室整体功能的指标具有良好的可重复性和参考价值，可以有效控制不同层面的测量差别。在分析疾病的长轴应变时，建议全面分析3个层面，这种分析方式可能有利于发现节段性的功能异常。

3.2 横向位移与应变峰值 横向位移与应变在理论上与短轴位测量的径向位移与应变具有一致性。但从长轴上测量的横向位移与应变是节段的纵向平均，而短轴位测量的径向位移与应变是该节段的环向平均。横向位移存在心底>中部>心尖的规律，与视觉观察到的几何形变一致，但是横向应变在心底、中部和心尖的差别并不明显；不同平面间的横向位移和应变均不一致。从测量结果分析，横向的应变峰值和位移在3CH和4CH的测量值小于2CH。可能受到室间隔运动限制的影响，2CH不含室间隔节段，而3CH、4CH均存在室间隔的平均。这一点与在短轴测量的径向位移和应变有相同的规律，即室间隔<游离壁。这可能与室间隔不同的心肌纤维走行不同有关。Torrent Guasp的心肌带模型指出室间隔心肌缺乏环向纤维[11]。鉴于长轴测量的横向位移和应变与短轴中的径向测量有类似的规律，可以考虑用短轴的径向应变代替长轴的横向应变测量，两者的优劣尚有待进一步比较研究。

3.3 位移、应变的峰值与TTP 位移是视觉可观察到的变量；应变指心肌的变形能力，非直视可以观察到。视觉上，心底的位移大于心尖，但应变却是心尖大于心底。不同平面测量的纵向位移有差异，但是应变在各平面间无差异，这是长轴测量的纵向应变可以作为左心室整体功能参数指标的依据。横向位移在心尖-中部-心底间有差异；而横向应变尽管存在差异，但差异幅度较小。与纵向的峰值不同，应变的TTP反映心肌各节段运动的同步性。本研究的纵向应变、纵向位移、横向应变的 TTP在各节段间均匀一致，即在（41.24±12.51）%R R间期达到峰值，实现不同层面、不同节段之间、不同个体之间的比较。统一的TTP值提示各节段心肌在同一时间内达到收缩末期，这比较符合心脏泵功能的射血要求，而疾病状态的 TTP会出现改变，表现为不同步。心肌运动的同步性与心脏的血流动力学密切相关，具有良好的应用潜力[11-12]。

总之，本研究结果表明，在长轴位测量的左心室长轴整体纵向应变峰值和TTP值具有良好的一致性，可以作为左心室功能指标的参考值；而纵向位移具有平面和节段依赖性。横向应变和位移在不同节段之间、不同水平之间、不同测量层面之间存在差异，亟待与短轴的测量进行比较优化。

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