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多層螺旋CT心功能評(píng)價(jià)研究概況
【摘要】 多層螺旋CT以其多層螺旋容積掃描、縱向分辨率高、檢查方便快捷以及強(qiáng)大的圖像后處理功能等優(yōu)勢(shì)，已迅速發(fā)展成為心臟無創(chuàng)檢查的重要方法之一。已研究證實(shí)其在冠狀動(dòng)脈鈣化負(fù)荷積分、評(píng)價(jià)冠狀動(dòng)脈形態(tài)學(xué)和粥樣斑塊性質(zhì)等方面的應(yīng)用，還能一站式評(píng)價(jià)心功能。本文就多層螺旋CT評(píng)價(jià)心功能、室壁運(yùn)動(dòng)等功能方面的研究進(jìn)展予以綜述。
【關(guān)鍵詞】 體層攝影術(shù);X線計(jì)算機(jī); 多層螺旋CT;心室功能
Abstract：Multi-slice spiral Computed Tomography(MSCT)， with its spiral volume scanning， higher longitudinal resolution， convenient and rapid examination， powerful image post-processing technology and other advantages， has rapidly become one of the most important non-invasive imaging methods for the heart studies. It has been confirmed that it can not only be applied to coronary artery plaque calcification score， evaluation of coronary artery plaque morphology and character， but also can provide one-stop evaluation of cardiac function. In this paper， novel researches will be reviewed， including cardiac function， wall motion and other functional aspects evaluating by MSCT.
Key words：tomography; X-ray computed; multi-slice spiral CT(MSCT); ventricular function
近年來，冠心病的發(fā)病率及急性冠心病事件的發(fā)生率均呈逐年升高趨勢(shì)，準(zhǔn)確測(cè)定左心室功能是心臟疾病的診斷分期、制訂治療計(jì)劃和預(yù)后評(píng)價(jià)的基礎(chǔ)。MSCT作為一項(xiàng)無創(chuàng)檢查技術(shù)，對(duì)冠狀動(dòng)脈狹窄的顯示具有明顯優(yōu)勢(shì)，可利用一站式掃描所獲得的冠狀動(dòng)脈CT血管成像(CTA)原始數(shù)據(jù)，進(jìn)行冠脈血管重建，又能對(duì)心臟各時(shí)相心腔容積進(jìn)行測(cè)量，定量評(píng)價(jià)心功能，為MSCT對(duì)心臟疾病的診斷開拓了新領(lǐng)域、新方法。
?1 MSCT冠狀動(dòng)脈成像及心功能評(píng)價(jià)的技術(shù)因素
1.1 回顧性心電門控技術(shù)(Retrospective Electrocardiographically-gated ECG)
由于正常成人房室收縮的最短時(shí)間約0.1 s，即CT時(shí)間分辨率要在0.1 s以下，才能有效消除心臟運(yùn)動(dòng)偽影。研究證實(shí)，心率加快和心律不齊是導(dǎo)致心臟CT圖像偽影的主要原因。為此，在冠狀動(dòng)脈CTA數(shù)據(jù)采集過程中，采用心電門控技術(shù)，同步記錄被檢者的心電圖，同時(shí)獲得X線在時(shí)間和空間上衰減的信息，并可根據(jù)心電信號(hào)對(duì)所得數(shù)據(jù)進(jìn)行選擇性重建。一般采用QRS波群的R波作為重建起點(diǎn)，選擇在心臟運(yùn)動(dòng)最慢時(shí)相重建數(shù)據(jù)，使運(yùn)動(dòng)偽影最小，圖像質(zhì)量可以滿足評(píng)價(jià)心臟及冠脈疾病的需要。心電門控技術(shù)的正確應(yīng)用，是減少心臟運(yùn)動(dòng)偽影、保證圖像質(zhì)量的重要因素之一。
心電門控技術(shù)分為前瞻性和回顧性兩種，前瞻性門控只能獲得單一時(shí)相影像而不能用于心功能評(píng)價(jià);目前MSCT多采用回顧性心電門控技術(shù)，即采用螺旋連續(xù)掃描、同步記錄心電信號(hào)，心電信號(hào)對(duì)應(yīng)著相應(yīng)的掃描數(shù)據(jù)，采集的是整個(gè)心動(dòng)周期的信息，于是可以選擇任意R-R間期感興趣的“時(shí)-空”數(shù)據(jù)進(jìn)行圖像重建與分析，連續(xù)掃描可得到人體臟器實(shí)時(shí)動(dòng)態(tài)的四維影像。
1.2 時(shí)間和Z軸空間分辨率高
心臟及冠狀動(dòng)脈解剖結(jié)構(gòu)和生理功能的復(fù)雜性，要求非侵入性影像檢查有較高的時(shí)空分辨率，以獲得無心臟運(yùn)動(dòng)偽影的凍結(jié)圖像。1998年RSNA上首次推出4層螺旋CT，其創(chuàng)新在于探測(cè)器為二維陣列，即Z軸方向采用了多排探測(cè)器代替以往的單排，增加了Z軸方向的覆蓋范圍，從而實(shí)現(xiàn)了球管每旋轉(zhuǎn)一周，同時(shí)獲得探測(cè)器寬度范圍上的多層圖像。隨著掃描速度和層數(shù)不斷提高，全周掃描1次成像層數(shù)從4 層增至320 層，目前探測(cè)器覆蓋最寬可達(dá)160 mm，僅用0.35 s就能將整個(gè)器官立體動(dòng)態(tài)成像，還可在多圈掃描后即時(shí)顯示整個(gè)器官的活動(dòng)和血流情況。自16 層CT起實(shí)現(xiàn)了體素各向同性，X、Y和 Z軸三維等像素成像，使Z軸空間分辨率達(dá)0.31 mm，使心臟圖像非軸位重建、心腔容積及冠狀動(dòng)脈解剖測(cè)量與評(píng)估成為現(xiàn)實(shí)，為心功能評(píng)價(jià)提供了有力保證。
1.3 數(shù)據(jù)重建及圖像后處理軟件技術(shù)
薄層大范圍的CT掃描使數(shù)據(jù)驟增，優(yōu)化影像后處理技術(shù)的意義在于更加高效地處理龐大的數(shù)據(jù)流，不斷更新的后處理軟件，使CT診斷由二維平面模式向多維空間模式發(fā)展、由3-D靜態(tài)模式到4-D動(dòng)態(tài)模式遞進(jìn)、由形態(tài)學(xué)向功能學(xué)方面拓展。特別是心臟領(lǐng)域，應(yīng)用造影劑智能跟蹤技術(shù)、3-D處理軟件等可實(shí)現(xiàn)冠脈狹窄分析、冠脈鈣化評(píng)估、室壁運(yùn)動(dòng)、心功能分析及心肌活性檢測(cè)等。強(qiáng)大的后處理軟件聯(lián)合計(jì)算機(jī)輔助診斷(CAD)軟件，實(shí)現(xiàn)了定性和定量診斷，突破了以往的只能提供單一定性診斷或經(jīng)驗(yàn)型診斷模式。
?2 MSCT對(duì)心臟功能評(píng)估
MSCT應(yīng)用回顧性心電門控技術(shù)，一次增強(qiáng)掃描獲取整個(gè)心動(dòng)周期的動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)信息，可進(jìn)行任意R-R間期重建，其0～90%R-R間期數(shù)據(jù)中包含了舒縮期的全部數(shù)據(jù)，并利用多平面重組方法獲取舒縮時(shí)相心臟短、長(zhǎng)軸位面積及三維容積數(shù)據(jù)，對(duì)心臟整體和局部的功能進(jìn)行評(píng)價(jià)。
2.1 心功能評(píng)價(jià)方法
冠狀動(dòng)脈MSCTA所得的容積數(shù)據(jù)采用Simpson積分計(jì)算方法測(cè)量左心室體積，首先利用多平面重建分別重建出自心尖至心底的左室舒張和收縮末期短軸位圖像，然后逐層測(cè)量心室腔的橫截面積，累計(jì)后再乘以層厚，即可得到左心室舒張末期容積(left ventricular end diastolic volume，LVEDV)和左心室收縮末期容積(left ventricular end systolic volume，LVESV)。其計(jì)算公式：LVvol=?AN×S(LVvol 表示左室體積，A橫截面積，S層厚，N層數(shù))。目前自動(dòng)識(shí)別心肌和心腔尚不成熟，多需要人工標(biāo)記出心內(nèi)、外膜，系統(tǒng)再自動(dòng)計(jì)算所標(biāo)記區(qū)域的面積。
2.2 定量評(píng)價(jià)左心整體功能的指標(biāo)
2.2.1 心室舒縮容積
心室舒縮容積包括舒張末期容積(EDV)和收縮末期容積(ESV)，是評(píng)價(jià)心室形態(tài)功能最基本的指標(biāo)，也是獲得其它重要指標(biāo)的基礎(chǔ)。文獻(xiàn)報(bào)道，與傳統(tǒng)左室造影、心臟超聲及cMRI相比，MSCT所測(cè)EDV值比ESV值稍高， 但與三者均有較高的相關(guān)性，分別EDV(r> 0.91， P<0.05)、EDV(r> 0.94，P<0.05)，其中，與MRI相關(guān)性最高(r> 0.94，P < 0.05)。LVESV較LVEDV相關(guān)性稍差，尤其在心率增快時(shí)，其原因主要是受到時(shí)間分辨力的影響，當(dāng)心率>75 bpm時(shí)，收縮末期重建影像有輕度階梯狀偽影，影響了心內(nèi)外膜輪廓勾畫的準(zhǔn)確性。
2.2.2 每搏輸出量(stroke volume，SV)和射血分?jǐn)?shù)(eject fraction，EF)
SV和EF是反映心肌收縮強(qiáng)度和速度的重要指標(biāo)，也是評(píng)價(jià)心臟泵血功能的重要指標(biāo)。SV指一側(cè)心室每次搏動(dòng)所射出的血液量，即SV = EDV-ESV。EF是指SV占EDV的百分比，即EF=(SV/EDV)×100%。心肌收縮力越強(qiáng)，SV越多，EF就越大。但在左心功能減退，心室擴(kuò)大的情況下，SV雖與正常人無差別，但已不能與擴(kuò)大的EDV相適應(yīng)，EF明顯下降。EF不僅反映左心室整體功能，更是與CHD預(yù)后評(píng)估有價(jià)值的指標(biāo)，尤其是對(duì)慢性冠心病人非致死性心肌梗死的風(fēng)險(xiǎn)的判斷有較高的價(jià)值。MSCT測(cè)量EF值與左室造影、心臟超聲及MRI均有較高的相關(guān)性(r>0.8， P<0.05)。其中，與MRI相關(guān)性最高(r>0.9，P<0.05)。據(jù)報(bào)道,64層MSCT與MRI測(cè)定EF值亦具有高度相關(guān)性(r>0.959，P<0.001)，同國(guó)外研究基本一致。
2.2.3 心輸出量 (cardiac output，CO)和心指數(shù)(cardiac index，CI)
心輸出量是指一側(cè)心室每分鐘射出的血液量，心輸出量(CO)=每搏量(SV)×心率(HR)。左心輸出量隨機(jī)體代謝和活動(dòng)而變化，還受體表面積影響，因需考慮個(gè)體的體表面積，故不常用。CI是指在安靜或空腹?fàn)顟B(tài)下，每平方米體表面積的心輸出量，是分析不同個(gè)體心功能的常用指標(biāo)。
2.2.4 心肌質(zhì)量(Myocardial mass， MM)
MM的增加預(yù)示著心血管疾病的危險(xiǎn)性和致死率的提高，MM由心室腔的容積和厚度決定，計(jì)算方法：①根據(jù)室間隔的厚度計(jì)算;②根據(jù)心肌容積(Myocardial volume，MV)計(jì)算，以后者最為常用。它是通過對(duì)心室腔內(nèi)外膜容積差得出的。MV與心肌密度(Myocardial density， MD) (1.05 g/cm3)的乘積即為MM。Mahnken 等研究結(jié)果表明，采用MSCT和MRI測(cè)量MM，兩者之差小于3 g，相關(guān)性很高(r>0.9，P<0.01)。
2.2.5 最大充盈率(the peak filling rate， PFR)、 最大收縮率(the peak ejection rate， PER)
時(shí)間容積函數(shù)(Time-Volume function)指心動(dòng)周期中心室容積隨時(shí)間變化的曲線，包括PFR和PER。PFR是心室舒張階段容積變化的最大速率，單位EDV/s;PER是心室收縮階段容積變化的最大速率，單位ESV/s，PFR為一個(gè)動(dòng)態(tài)瞬間指標(biāo)，反映了心臟的整體舒張功能，是心肌缺血最敏感的指標(biāo)之一。一些心絞痛患者，雖然EF正常，但PFR已降低，故PFR有助于早期診斷冠心病。而PER敏感性較差，臨床上不常用。
2.3 局部室壁運(yùn)動(dòng)評(píng)估
室壁運(yùn)動(dòng)可以反映心肌舒縮的情況。心肌節(jié)段性室壁運(yùn)動(dòng)障礙是臨床診斷冠心病的主要依據(jù)，其程度與冠心病的危險(xiǎn)程度和預(yù)后密切相關(guān)。根據(jù)美國(guó)心臟學(xué)會(huì)(AHA)推薦，左室壁在短軸位3個(gè)層面上共分為16個(gè)節(jié)段，外加1個(gè)心尖頂部。這3個(gè)層面分別為基底部(6個(gè)節(jié)段)、中間部(6個(gè)節(jié)段)及心尖(4個(gè)節(jié)段)。心肌節(jié)段分析方法有3 種：定性分析、半定量分析和定量分析。定性分析是通過短軸位電影觀察各節(jié)段的室壁運(yùn)動(dòng)情況，一般分為4級(jí)：運(yùn)動(dòng)正常;運(yùn)動(dòng)減低;運(yùn)動(dòng)消失;矛盾運(yùn)動(dòng)。半定量分析需結(jié)合定性分析，對(duì)各節(jié)段的運(yùn)動(dòng)情況計(jì)分，運(yùn)動(dòng)正常1 分;運(yùn)動(dòng)減低2 分;運(yùn)動(dòng)消失3 分;矛盾運(yùn)動(dòng)4 分。此外，還可以計(jì)算室壁運(yùn)動(dòng)指數(shù)(Wall motion index，WMI)，即各節(jié)段的積分之和與所觀察的節(jié)段數(shù)的比值，正常為1，大于1時(shí)表明有室壁運(yùn)動(dòng)異常。定量分析：在收縮末期和舒張末期分別測(cè)量各節(jié)段的厚度，計(jì)算增厚率。Rumberger等認(rèn)為，局部心肌增厚率若<30%，則表明局部心肌運(yùn)動(dòng)功能降低，若為0%則表明局部心肌梗塞。已有研究表明MSCT在評(píng)估局部室壁運(yùn)動(dòng)積分與MRI具有很好的一致性(κ值0.791)，并且利用MSCT冠狀動(dòng)脈成像數(shù)據(jù)重建圖像觀察左心室室壁運(yùn)動(dòng)異常，可支持心肌梗死的診斷。R.C.Cury等研究提示：MSCT評(píng)估左心室壁節(jié)段運(yùn)動(dòng)異常，獲得的局部室壁運(yùn)動(dòng)(regional wall motion，RWM)與經(jīng)胸超聲心動(dòng)圖(transthoracic echocardiography，TTE)一致性較高(κ值0.79)。
?3 展望與結(jié)語(yǔ)
目前，MSCT進(jìn)行心功能評(píng)價(jià)尚處于部分臨床研究階段，其測(cè)量準(zhǔn)確性仍受時(shí)間和空間分辨率的影響;自動(dòng)及半自動(dòng)心內(nèi)外膜輪廓邊緣檢測(cè)的準(zhǔn)確性值得商榷;空間分辨率較低，對(duì)冠狀動(dòng)脈細(xì)小分支和心肌橋顯示尚有一定困難，但隨著寬探測(cè)器(如320 排)和4D電影模式的出現(xiàn)，將會(huì)進(jìn)一步提高圖像質(zhì)量和影像診斷;此外，由于時(shí)間分辨率還不能完全排除心率因素的影響，檢查前常用β受體阻滯劑來降低心率，其對(duì)心功能影響尚待進(jìn)一步研究，不過雙源CT(DSCT)以其極高的時(shí)間分辨率(83 ms)，有望實(shí)現(xiàn)不依賴患者的心率得到完全符合臨床要求的冠脈圖像。較高的時(shí)間分辨率使心臟瓣膜、心肌功能以及冠脈動(dòng)態(tài)重建成為可能。
總之， MSCT的出現(xiàn)對(duì)心臟成像有重大影響， 作為一項(xiàng)無創(chuàng)檢查技術(shù)，MSCT整合回顧性心電門控技術(shù)，單次增強(qiáng)掃描可一站式評(píng)估冠狀動(dòng)脈、心功能、室壁運(yùn)動(dòng)以及心肌灌注活性等，獲得豐富的臨床信息。通過對(duì)心臟形態(tài)學(xué)及功能學(xué)綜合分析，能夠?qū)θ毖孕呐K病作出更全面而準(zhǔn)確的評(píng)估，可作為冠心病篩查和介入及冠脈搭橋(CABG)等療效評(píng)價(jià)的有效手段。
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