4D flow心臟MRI測量左心室血流動力學參數的可靠性

馬麗榮,郭家璇,李文玲,馬 麗,鄭 琰,張懷瑢,朱 力*

(1.寧夏醫科大學臨床醫學院,寧夏 銀川 750004;2.寧夏醫科大學總醫院放射科,寧夏 銀川 750004)

心臟血流動力學變化可引起心臟重構而影響心血管疾病發生、發展;精準分析心臟血流對預防及評估心血管疾病具有重要意義[1-2]。新興的四維血流分析(4D flow)心臟MRI(cardiac MRI, CMRI)利用相位對比技術基于3個空間方向獲得流速編碼數據,通過三維可視化形式描述血流變化,定量分析血流速度、壓力階差及心腔容積[3-5]。本研究觀察CMRI局部區域性4D flow及全心4D flow技術測量左心室血流動力學參數的可靠性。

1 資料與方法

1.1 研究對象 前瞻性對2022年3月—5月寧夏醫科大學總醫院31名健康體健者行心臟超聲檢查并采集CMRI;31名中,男16名、女15名,年齡20～30歲、平均(26.1±1.6)歲;體質量指數(body mass index, BMI)20.59～23.95 kg/m2、平均(22.17±1.68)kg/m2。納入標準：于接受心臟超聲檢查后1個月內采集CMRI;心電圖及心臟超聲均無明顯異常;無心腦血管疾病、甲狀腺疾病、糖耐量異常、腎功能不全及血液系統疾病。排除標準：定期服用藥物或檢查前24 h內服用藥物;吸煙史;MR檢查禁忌證;妊娠;呼吸不穩定,無法配合檢查。本研究經院倫理委員會批準(KYLL-2023-0486);受檢者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法

1.2.1 心臟超聲 采用Philips IE33彩色多普勒超聲儀,選用頻率1～5 MHz S5-1相控陣探頭。囑受檢者左側臥,由1名具有10年以上工作經驗的超聲科醫師于標準左心室二腔心、四腔心及五腔心切面測量左心室功能參數[左心室舒張末期容積(left ventricular end-diastolic volume, LVEDV)、左心室收縮末期容積(left ventricular end-systolic volume, LVESV)、左心室射血分數(left ventricular ejection fraction, LVEF)、左心室每搏輸出量(left ventricular stroke volume, LVSV)、心輸出量(cardiac output, CO)]及左心室血流動力學參數[主動脈瓣上/瓣下峰值流速、二尖瓣舒張早期(E)/晚期(A)峰值流速及主動脈瓣上/瓣下壓力][6]。見圖1。

圖1 男性,26歲 A、B.于二維超聲五腔心切面測得收縮期主動脈瓣上(A)、瓣下(B)峰值流速分別為160、131 cm/s; C.于二維超聲四腔心切面測得舒張期二尖瓣E峰、A峰流速分別為106、50.7 cm/s; D、E.4D flow CMR三腔心切面(D)及全心(E)血流偽彩圖示血液流經二尖瓣及主動脈瓣 (由紅至藍代表血流速度由快至慢)

1.2.2 4D flow CMRI 采用Philips Ingenia 3.0T MR儀、8通道心臟專用陣列線圈。囑患者仰臥,于左心室長軸、流入流出道、四腔心及短軸采集電影圖像?；谧笮氖伊魅肓鞒龅缹用娌杉恍那忻?D flow CMRI,TE 1.5～2.5 ms,TR 2.5～3.5 ms,FA 8°,FOV 300 mm×300 mm,體素1.56 mm×1.56 mm×2.5 mm,層厚10 mm,層間距0,采集相位為100,重建相位數量為20,速度編碼值(velocity encoded cine, Venc)200 cm/s;針對全心及主動脈采集4D flow CMRI,TE 1.5～2.5 ms,TR 2.5～3.5 ms,FA 8°,FOV 300 mm×300 mm×200 mm,體素2.5 mm×2.5 mm×2.5 mm,層厚10 mm,層間距0,采集相位為100,重建相位數量為20,Venc 200 cm/s。

1.3 圖像后處理 由2名具有1年及以上工作經驗的放射科醫師采用CVI 42(5.14.2)后處理軟件分析圖像。于左心室短軸電影圖像中避開乳頭肌勾畫左心室心內膜及心外膜輪廓,軟件自動生成左心室功能參數,包括LVEDV、LVESV、LVEF、LVSV及CO。將4D flow CMRI數據導入分析模塊進行偏移校正及信號混疊校正,利用3D渲染技術分別生成三腔心切面及全心4D flow三維容積圖像;分別基于軸位、矢狀位及冠狀位圖像,使測量平面垂直于血流方向并處于主動脈瓣上、瓣下及二尖瓣瓣口水平,獲取血流峰值速度-時間曲線圖,記錄左心室收縮期主動脈瓣上、瓣下,以及舒張期二尖瓣E峰、A峰流速;測量2次,取平均值;以簡化伯努利方程計算主動脈瓣上、瓣下壓力。見圖1。

1.4 統計學分析 采用SPSS 26.0統計分析軟件。以±s表示符合正態分布的計量資料,行t檢驗。以組內相關系數(intra-class correlation coefficient, ICC)評估3種方法所測左心室功能參數及血流動力學參數的一致性,并行觀察者內與觀察者間一致性檢驗：ICC>0.75為一致性良好、0.40～0.75為一致性中等、<0.4為一致性較差。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 左心室功能參數 觀察者內與觀察者間測量左心室功能參數及血流動力學參數的一致性均良好(ICC均>0.75)。心臟超聲與CMRI所測LVEF、LVSV及CO的一致性良好(ICC均>0.75),所測LVEDV及LVESV具有中等一致性(ICC分別為0.695及0.724)。見表1。

表1 心臟超聲與CMRI測量31名健康人左心室功能參數一致性比較

2.2 左心室血流動力學參數 心臟超聲與三腔心4D flow CMRI所測收縮期主動脈瓣上/瓣下峰值流速、舒張期二尖瓣E峰流速、主動脈瓣上/瓣下壓力及主動脈瓣跨瓣壓差的一致性均良好(ICC均>0.75),所測舒張期二尖瓣A峰流速具有中等一致性(ICC為0.718);心臟超聲與全心4D flow CMRI所測收縮期主動脈瓣上/瓣下峰值流速、舒張期二尖瓣A峰流速及主動脈瓣上/瓣下壓力的一致性均良好(ICC均>0.75),所測舒張期二尖瓣E峰流速及主動脈瓣跨瓣壓差均具有中等一致性(ICC分別為0.600及0.628);三腔心4D flow CMRI與全心4D flow CMRI測量上述指標結果均具有良好一致性(ICC均>0.75)。見表2。

表2 心臟超聲、三腔心及全心4D flow CMRI測量31名健康人左心室血流動力學參數一致性比較

三腔心4D flow CMRI及全心4D flow CMRI所測不同性別受檢者舒張期二尖瓣E峰流速差異有統計學意義(P均<0.05),其余指標差異均無統計學意義(P均>0.05);心臟超聲所測不同性別受檢者上述指標差異均無統計學意義(P均>0.05)。見表3。

表3 心臟超聲、三腔心及全心4D flow CMRI所測31名不同性別健康人左心室血流動力學參數比較

3 討論

心導管檢查為評估心腔內血流動力學的金標準,但因有創而臨床應用受限。4D flow CMRI無輻射,能可視化心動周期內血流變化,還可獲得掃描時間內各節點、層面或整個區域的血流數據,可作為替代心導管檢查的理想方法[7-10]。

既往研究[11-15]發現,4D flow CMRI與心臟超聲及心導管檢查用于評價瓣膜反流及主動脈峰值壓力梯度具有良好一致性。本研究基于左心室流入流出道層面獲得三腔心4D flow CMRI,觀察單一層面局部區域性4D flow CMRI、全心4D flow CMRI測量左心室血流動力學參數與常規超聲測量結果的一致性,發現三腔心4D flow CMRI及全心4D flow CMRI所測收縮期主動脈瓣峰值流速及主動脈瓣壓力均與常規超聲測量結果具有良好一致性,所測舒張期二尖瓣峰值流速及主動脈瓣跨瓣壓差常規超聲測量結果具有中等或良好一致性,且4D flow CMRI測量結果更接近中國成人超聲心動圖正常參考值[6],提示局部區域性4D flow CMRI與全心4D flow CMRI所測左心室血流動力學參數較為可靠。

CMRI中,全心4D flow序列針對整個心腔進行全容積掃描,可獲取更多具有潛在臨床應用價值的參數,如壁剪切力、湍流動能、渦量及脈搏波速度等[16],但掃描時間較長;對于無法配合長時掃描者,可考慮掃描時間更短的三腔心4D flow檢查。本研究結果顯示,三腔心4D flow CMRI與全心4D flow CMRI所測左心室血流動力學參數的一致性均良好(ICC均>0.75),且觀察者內與觀察者間一致性良好,提示二者均適用于測量瓣膜血流速度且可重復性好。

RUTKOWSKI等[17]利用4D flow技術測量健康成人心臟血流動力學參數,發現女性主動脈瓣峰值流速高于男性。本研究基于4D flow CMRI所測舒張期二尖瓣E峰流速存在性別差異(P<0.05),而其余參數差異均無統計學意義(P>0.05)。

綜上所述,局部區域性4D flow與全心4D flow CMRI測量左心室血流動力學參數結果可靠,且與心臟超聲具有良好一致性。但本研究樣本量小,納入年齡段有限,且缺乏心導管檢查測量結果,有待后續擴大樣本量進一步完善。

利益沖突：全體作者聲明無利益沖突。

作者貢獻：馬麗榮研究實施、數據分析、撰寫和修改文章;郭家璇研究設計、數據分析;李文玲審閱文章;馬麗圖像處理;鄭琰和張懷榮研究實施、數據分析;朱力研究設計、審閱文章。