4D flow心脏MRI测量左心室血流动力学参数的可靠性

马丽荣,郭家璇,李文玲,马 丽,郑 琰,张怀瑢,朱 力*

(1.宁夏医科大学临床医学院,宁夏 银川 750004;2.宁夏医科大学总医院放射科,宁夏 银川 750004)

心脏血流动力学变化可引起心脏重构而影响心血管疾病发生、发展;精准分析心脏血流对预防及评估心血管疾病具有重要意义[1-2]。新兴的四维血流分析(4D flow)心脏MRI(cardiac MRI, CMRI)利用相位对比技术基于3个空间方向获得流速编码数据,通过三维可视化形式描述血流变化,定量分析血流速度、压力阶差及心腔容积[3-5]。本研究观察CMRI局部区域性4D flow及全心4D flow技术测量左心室血流动力学参数的可靠性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性对2022年3月—5月宁夏医科大学总医院31名健康体健者行心脏超声检查并采集CMRI;31名中,男16名、女15名,年龄20～30岁、平均(26.1±1.6)岁;体质量指数(body mass index, BMI)20.59～23.95 kg/m2、平均(22.17±1.68)kg/m2。纳入标准：于接受心脏超声检查后1个月内采集CMRI;心电图及心脏超声均无明显异常;无心脑血管疾病、甲状腺疾病、糖耐量异常、肾功能不全及血液系统疾病。排除标准：定期服用药物或检查前24 h内服用药物;吸烟史;MR检查禁忌证;妊娠;呼吸不稳定,无法配合检查。本研究经院伦理委员会批准(KYLL-2023-0486);受检者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

1.2.1 心脏超声 采用Philips IE33彩色多普勒超声仪,选用频率1～5 MHz S5-1相控阵探头。嘱受检者左侧卧,由1名具有10年以上工作经验的超声科医师于标准左心室二腔心、四腔心及五腔心切面测量左心室功能参数[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 ventricular end-systolic volume, LVESV)、左心室射血分数(left ventricular ejection fraction, LVEF)、左心室每搏输出量(left ventricular stroke volume, LVSV)、心输出量(cardiac output, CO)]及左心室血流动力学参数[主动脉瓣上/瓣下峰值流速、二尖瓣舒张早期(E)/晚期(A)峰值流速及主动脉瓣上/瓣下压力][6]。见图1。

图1 男性,26岁 A、B.于二维超声五腔心切面测得收缩期主动脉瓣上(A)、瓣下(B)峰值流速分别为160、131 cm/s; C.于二维超声四腔心切面测得舒张期二尖瓣E峰、A峰流速分别为106、50.7 cm/s; D、E.4D flow CMR三腔心切面(D)及全心(E)血流伪彩图示血液流经二尖瓣及主动脉瓣 (由红至蓝代表血流速度由快至慢)

1.2.2 4D flow CMRI 采用Philips Ingenia 3.0T MR仪、8通道心脏专用阵列线圈。嘱患者仰卧,于左心室长轴、流入流出道、四腔心及短轴采集电影图像。基于左心室流入流出道层面采集三腔心切面4D flow CMRI,TE 1.5～2.5 ms,TR 2.5～3.5 ms,FA 8°,FOV 300 mm×300 mm,体素1.56 mm×1.56 mm×2.5 mm,层厚10 mm,层间距0,采集相位为100,重建相位数量为20,速度编码值(velocity encoded cine, Venc)200 cm/s;针对全心及主动脉采集4D flow CMRI,TE 1.5～2.5 ms,TR 2.5～3.5 ms,FA 8°,FOV 300 mm×300 mm×200 mm,体素2.5 mm×2.5 mm×2.5 mm,层厚10 mm,层间距0,采集相位为100,重建相位数量为20,Venc 200 cm/s。

1.3 图像后处理 由2名具有1年及以上工作经验的放射科医师采用CVI 42(5.14.2)后处理软件分析图像。于左心室短轴电影图像中避开乳头肌勾画左心室心内膜及心外膜轮廓,软件自动生成左心室功能参数,包括LVEDV、LVESV、LVEF、LVSV及CO。将4D flow CMRI数据导入分析模块进行偏移校正及信号混叠校正,利用3D渲染技术分别生成三腔心切面及全心4D flow三维容积图像;分别基于轴位、矢状位及冠状位图像,使测量平面垂直于血流方向并处于主动脉瓣上、瓣下及二尖瓣瓣口水平,获取血流峰值速度-时间曲线图,记录左心室收缩期主动脉瓣上、瓣下,以及舒张期二尖瓣E峰、A峰流速;测量2次,取平均值;以简化伯努利方程计算主动脉瓣上、瓣下压力。见图1。

1.4 统计学分析 采用SPSS 26.0统计分析软件。以±s表示符合正态分布的计量资料,行t检验。以组内相关系数(intra-class correlation coefficient, ICC)评估3种方法所测左心室功能参数及血流动力学参数的一致性,并行观察者内与观察者间一致性检验：ICC>0.75为一致性良好、0.40～0.75为一致性中等、<0.4为一致性较差。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 左心室功能参数 观察者内与观察者间测量左心室功能参数及血流动力学参数的一致性均良好(ICC均>0.75)。心脏超声与CMRI所测LVEF、LVSV及CO的一致性良好(ICC均>0.75),所测LVEDV及LVESV具有中等一致性(ICC分别为0.695及0.724)。见表1。

表1 心脏超声与CMRI测量31名健康人左心室功能参数一致性比较

2.2 左心室血流动力学参数 心脏超声与三腔心4D flow CMRI所测收缩期主动脉瓣上/瓣下峰值流速、舒张期二尖瓣E峰流速、主动脉瓣上/瓣下压力及主动脉瓣跨瓣压差的一致性均良好(ICC均>0.75),所测舒张期二尖瓣A峰流速具有中等一致性(ICC为0.718);心脏超声与全心4D flow CMRI所测收缩期主动脉瓣上/瓣下峰值流速、舒张期二尖瓣A峰流速及主动脉瓣上/瓣下压力的一致性均良好(ICC均>0.75),所测舒张期二尖瓣E峰流速及主动脉瓣跨瓣压差均具有中等一致性(ICC分别为0.600及0.628);三腔心4D flow CMRI与全心4D flow CMRI测量上述指标结果均具有良好一致性(ICC均>0.75)。见表2。

表2 心脏超声、三腔心及全心4D flow CMRI测量31名健康人左心室血流动力学参数一致性比较

三腔心4D flow CMRI及全心4D flow CMRI所测不同性别受检者舒张期二尖瓣E峰流速差异有统计学意义(P均<0.05),其余指标差异均无统计学意义(P均>0.05);心脏超声所测不同性别受检者上述指标差异均无统计学意义(P均>0.05)。见表3。

表3 心脏超声、三腔心及全心4D flow CMRI所测31名不同性别健康人左心室血流动力学参数比较

3 讨论

心导管检查为评估心腔内血流动力学的金标准,但因有创而临床应用受限。4D flow CMRI无辐射,能可视化心动周期内血流变化,还可获得扫描时间内各节点、层面或整个区域的血流数据,可作为替代心导管检查的理想方法[7-10]。

既往研究[11-15]发现,4D flow CMRI与心脏超声及心导管检查用于评价瓣膜反流及主动脉峰值压力梯度具有良好一致性。本研究基于左心室流入流出道层面获得三腔心4D flow CMRI,观察单一层面局部区域性4D flow CMRI、全心4D flow CMRI测量左心室血流动力学参数与常规超声测量结果的一致性,发现三腔心4D flow CMRI及全心4D flow CMRI所测收缩期主动脉瓣峰值流速及主动脉瓣压力均与常规超声测量结果具有良好一致性,所测舒张期二尖瓣峰值流速及主动脉瓣跨瓣压差常规超声测量结果具有中等或良好一致性,且4D flow CMRI测量结果更接近中国成人超声心动图正常参考值[6],提示局部区域性4D flow CMRI与全心4D flow CMRI所测左心室血流动力学参数较为可靠。

CMRI中,全心4D flow序列针对整个心腔进行全容积扫描,可获取更多具有潜在临床应用价值的参数,如壁剪切力、湍流动能、涡量及脉搏波速度等[16],但扫描时间较长;对于无法配合长时扫描者,可考虑扫描时间更短的三腔心4D flow检查。本研究结果显示,三腔心4D flow CMRI与全心4D flow CMRI所测左心室血流动力学参数的一致性均良好(ICC均>0.75),且观察者内与观察者间一致性良好,提示二者均适用于测量瓣膜血流速度且可重复性好。

RUTKOWSKI等[17]利用4D flow技术测量健康成人心脏血流动力学参数,发现女性主动脉瓣峰值流速高于男性。本研究基于4D flow CMRI所测舒张期二尖瓣E峰流速存在性别差异(P<0.05),而其余参数差异均无统计学意义(P>0.05)。

综上所述,局部区域性4D flow与全心4D flow CMRI测量左心室血流动力学参数结果可靠,且与心脏超声具有良好一致性。但本研究样本量小,纳入年龄段有限,且缺乏心导管检查测量结果,有待后续扩大样本量进一步完善。

利益冲突：全体作者声明无利益冲突。

作者贡献：马丽荣研究实施、数据分析、撰写和修改文章;郭家璇研究设计、数据分析;李文玲审阅文章;马丽图像处理;郑琰和张怀荣研究实施、数据分析;朱力研究设计、审阅文章。