多層螺旋CT評價左心室功能的研究進(jìn)展

張春紅，梁立華，吳菊芳，梁 濤

(廣東醫(yī)學(xué)院附屬深圳市第四人民醫(yī)院影像科，廣東 深圳 518033)

左心室功能的評價對冠脈疾病、心肌梗塞、左室功能障礙、心律失常和慢性瓣膜反流等疾病的診斷分期、療效判定和預(yù)后估計具有十分重要的指導(dǎo)意義。隨著MSCT在心血管中的廣泛應(yīng)用，其對心臟形態(tài)、冠脈及心功能評價的一站式檢查也逐漸受到重視，成為心臟疾病臨床實踐中必不可少的檢查方法。

1 心功能影像學(xué)檢查方法概述

目前評估左心室功能的影像學(xué)方法有很多種，每種方法各有優(yōu)缺點(diǎn)：①超聲心動圖是臨床評價心功能的常用影像學(xué)方法，因其具有無創(chuàng)、經(jīng)濟(jì)、方便、可重復(fù)性、一般無禁忌證等多種優(yōu)點(diǎn)廣泛用于臨床，但它重建能力欠佳、診斷準(zhǔn)確性有限。另外二維超聲心動圖在定量評價左心室整體功能指標(biāo)時對心室?guī)缀渭僭O(shè)依賴性很大。與二維超聲心動圖比實時三維超聲心動圖在準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性上有實質(zhì)性的改進(jìn)，但其操作復(fù)雜、費(fèi)時，對操作者依賴性大，無法定量分析且易產(chǎn)生偽影。②X線心血管造影是一種有創(chuàng)性檢查方法，需應(yīng)用碘化造影劑，且患者要直接暴露于電離輻射。和二維超聲心動圖一樣，X線心血管造影的測量結(jié)果也受心臟幾何形態(tài)的影響。由于這原因，X線心血管造影在觀察和定量測量局部室壁異常運(yùn)動方面受到限制。③盡管心電門控單光子發(fā)射計算體層攝影術(shù)(SPECT)及其自動化分析軟件包相對于其他影像方法更被認(rèn)可，但嚴(yán)重心肌灌注不足、出現(xiàn)衰減偽影及患者心臟形態(tài)的差異都會影響SPECT診斷的準(zhǔn)確性[1]。此外，測量結(jié)果更大的差異是在Tl～201和Tc-99m放射性不同同位素之間。④心臟磁共振成像不受心室?guī)缀渭僭O(shè)的影響且無放射性損害，能準(zhǔn)確地評價心臟整體和局部功能。因此，它被認(rèn)為是評估左心室整體和局部功能新的無創(chuàng)性參考標(biāo)準(zhǔn)[2]。盡管有這些優(yōu)勢，但其檢查費(fèi)用高昂、檢查耗時長、不能對植入金屬裝置的患者進(jìn)行。

2 應(yīng)用MSCT評估左心室功能

近年來MSCT技術(shù)發(fā)展迅速，從開始的4排CT到目前的雙源CT、320排動態(tài)容積CT及256排CT等。MSCT以覆蓋范圍廣、掃描速度快、時間分辨率高及強(qiáng)大的圖像后處理功能等優(yōu)勢，已迅速發(fā)展成為心臟無創(chuàng)檢查的重要方法之一。能應(yīng)用冠脈動脈CT血管成像時所獲得數(shù)據(jù)，進(jìn)行冠狀動脈重建的同時也能用于評價心臟功能。但仍需通過技術(shù)創(chuàng)新優(yōu)化時間分辨率，減低輻射劑量。

2.1 患者準(zhǔn)備 超聲心動圖檢查不需要做任何準(zhǔn)備，而MSCT心臟造影成功的關(guān)鍵是適當(dāng)?shù)目刂苹颊叩男穆?。在做檢查前，要認(rèn)真的詢問患者是否有過敏史、肝腎功能不全等情況。觀察患者的心率，一般而言，安靜狀態(tài)下心率控制在60次/min較合適，特別是需要評價冠狀動脈時，因為當(dāng)前時間分辨率的限制，在心率過快或心律不齊時會產(chǎn)生心臟運(yùn)動偽影，降低圖像質(zhì)量。雖然雙源CT、256層CT具有更高的時間分辨率，允許檢查者有相對較高的心率或有心律不齊。在不考慮掃描模式的情況下，患者在整個掃描期間的呼吸控制對減少呼吸和運(yùn)動偽影也起到關(guān)鍵作用。因此，在檢查前要對患者進(jìn)行適當(dāng)?shù)挠?xùn)練，因為圖像質(zhì)量很大程度上依靠患者的合作。

2.2 數(shù)據(jù)采集 MSCT評價心臟功能是通過應(yīng)用心電門控技術(shù)實現(xiàn)的，它是減少心臟運(yùn)動偽影、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相影像而不能用于心功能評價，故主要采用回顧性心電門控技術(shù)。心室容積測量和局部心功能評價的準(zhǔn)確性主要依賴于時間分辨率和空間分辨率水平及心室適度的對比增強(qiáng)?？臻g分辨率有兩部分組成：經(jīng)軸(X-Y平面)分辨率和縱向(Z軸)分辨率。Z軸空間分辨的主要的影響因素是MSCT探測器陣列的設(shè)計、層厚、重建程序、患者運(yùn)動和螺距。應(yīng)用MSCT診斷心臟疾病的關(guān)鍵是要提高時間分辨率。MRI研究表明要充分的評價心室壁運(yùn)動，需要80～90 ms的時間分辨率，雖然要真正得到?jīng)]有偽影的圖像時間分辨率應(yīng)≤19.1 ms[3]?，F(xiàn)在的DSCT掃描技術(shù)時間分辨率能夠達(dá)到掃描架旋轉(zhuǎn)時間的四分之一即83 ms，只依賴患者的心率而不用求助于多節(jié)段重建[4]；還有，256層CT機(jī)加速度達(dá)到270 ms，探測器覆蓋范圍8 cm，最高時間分辨率可達(dá)到34 s[5]。臨床實踐應(yīng)用顯示，這些技術(shù)的出現(xiàn)大大提高了對冠狀動脈、心臟瓣膜、心肌和左室整體功能的影像學(xué)診斷價值，特別是在患者心率過快或心律不規(guī)則時。另外一個影響所得圖像的關(guān)鍵因素是在掃描過程中左室腔適時、充分和同質(zhì)的對比增強(qiáng)。在大多數(shù)情況下，用于冠狀動脈評估的注射方案可用于心臟功能成像。在對比不明顯的情況下，心內(nèi)膜輪廓勾畫以及自動分段計算都會受到嚴(yán)重影響。一般1 g/s外周小靜脈碘流量，能得到最佳的對比增強(qiáng)效果(250～300 HU)[6]。不論采用那種類型的對比劑或給藥方案，造影劑通過感興趣的區(qū)域和數(shù)據(jù)的采集兩者之間最佳的同步是保證CT成像成功的關(guān)鍵所在。醫(yī)源性或疾病本身所致的每搏輸出量的變化都會直接影響到這一過程。在心輸出量低時，造影劑會積聚在心室腔導(dǎo)致對比增強(qiáng)；而在心輸出量高時造影劑會被沒強(qiáng)化的血液快速的稀釋，而致對比減弱。目前最常用的快速注射定時技術(shù)是造影劑跟蹤術(shù)，這方法能達(dá)到最佳的均勻強(qiáng)化效果。

2.3 圖像重建 多層螺旋CT掃描時是連續(xù)采集數(shù)據(jù)，因此可以在心動周期的任何時相進(jìn)行心電門控圖像重建，與5%及10%R-R間期間隔重組測定的左心功能各指標(biāo)之間有高度相關(guān)性，差異無統(tǒng)計學(xué)意義[7]。一般，在整個R-R間期按10%間隔重建圖像，分別可以得到10個期相的圖像，其中包括收縮末期圖像和舒張末期圖像。舒張末期一般在20%～30%之間，而收縮末期一般在70%～90%R-R間期。此外，將10個期相的圖像順序循環(huán)播放就可以動態(tài)觀察心臟的收縮和舒張運(yùn)動，以用于評估局部室壁運(yùn)動。在不考慮掃描方法的情況下，可以重建得到無時間-空間間隔重疊和運(yùn)動偽影的不同的相位數(shù)目，取決于機(jī)器的時間分辨力和患者的在掃描過程的心率。重建更多的相位對MSCT評價左室功能的準(zhǔn)確性是否有作用尚無定論。不依賴于序列重建適當(dāng)?shù)倪x擇最佳的舒張末期和收縮末期相位方法，有待進(jìn)一步的研究。

2.4 圖像分析 各種影像學(xué)方法定量評價左心功能主要基于心腔容積、心肌厚度的測量以及節(jié)段性室壁運(yùn)動的分析[8]。左心室容積和質(zhì)量的測量方法目前主要有面積-長度法、Simpson's法、基于閾值的體素計算法。而定量評價左室功能指標(biāo)主要應(yīng)用Simpson's方法，因為它優(yōu)于面積-長度法。由于心臟為復(fù)雜的多邊型且心臟在胸腔內(nèi)與人體成一定的角度，故心臟橫軸位或長軸位均不能做垂直心臟某一軸線的斷面，心肌厚度及心功能測量值欠準(zhǔn)確，國內(nèi)外的研究表明，心臟短軸位可以清晰的顯示心室各壁，而且測量更準(zhǔn)確[9]。盡管心低和心尖短軸層面是可明確的，但左心室輪廓仍然是主觀確定的。心室腔輪廓的不準(zhǔn)確勾畫會導(dǎo)致所得容積指標(biāo)有誤，尤其是在心低層，由于它很大程度上決定了左室整體容積。左室腔內(nèi)有乳頭肌，這是使在后處理中所測的心室容積出現(xiàn)錯誤的另一原因。因此，即使是應(yīng)用半自動辨別和分析軟件，二維短軸面積法仍費(fèi)時，需依賴操作者，且易受系統(tǒng)誤差影響特別是在重建短軸平面、勾畫心內(nèi)膜輪廓和決定重要的心低和心尖平面時。而基于閾值的體素算法是以心內(nèi)膜與血池之間的密度對比為基礎(chǔ)，自動或半自動的勾勒出閾值以上的體素既左心室的輪廓，必要時調(diào)整心底部的位置，在長軸位上將輪廓線調(diào)至二尖瓣瓣環(huán)水平，以更準(zhǔn)確的勾勒出二尖瓣水平。64排CT、雙源CT的容積采集實現(xiàn)體素的各向同性，使基于閾值的體素計算法所測值更接近于左心室的真實形態(tài)和容積，因此這種方法應(yīng)該更可靠、更準(zhǔn)確。

2.5 多層螺旋CT評價左心室功能的準(zhǔn)確性和重現(xiàn)性 左室整體收縮功能指標(biāo)如每搏量(SV)、左室射血分期(LVEF)可以容易的從應(yīng)用Simpson's法或基于閾值的體素計算法所計算的收縮末期容積和舒張末期容積中獲得。如果左室容積從具有足夠時間分辨率的連續(xù)重建相位中計算得到的，就能夠得到時間容積曲線，可以評價更多的時間依賴左室收縮和舒張功能指標(biāo)。應(yīng)用美國心臟協(xié)會推薦的左室17分段法可以定性、半定量和定量的評價左心室的局部功能。很多研究已經(jīng)報道了MSCT在評估左室整體和局部功能中的應(yīng)用，并與其他成像方法進(jìn)行比較研究如超聲心動圖[11-15]、冠脈造影(CAG)[16-17，21]、門控單光子發(fā)射型計算機(jī)斷層顯像術(shù)(SPECT)[10]、心臟 MRI[4，18-19]。目前，MSCT的適應(yīng)范圍擴(kuò)大到不僅用于有冠脈疾病的患者，也用于先天性心臟病、2型糖尿病、早期心肌梗塞、嚴(yán)重心律失常[20]和心力衰竭的患者。研究相關(guān)分析結(jié)果顯示MSCT評價的左室整體功能指標(biāo)和通過其他各種方法所計算的結(jié)果之間具有很高的相關(guān)性，不相關(guān)性或不可接受性并沒有在這些研究中得到。在與經(jīng)胸超聲心動圖比較研究時，一些結(jié)果顯示其過高的評價LVEF[12]，部分顯示左心室舒張末期容積(LVEDV)、左心室收縮末期容積(LVESV)被高估[13，15]，而其他的研究并沒有顯示差異有統(tǒng)計學(xué)意義[11，14]。MSCT與MRI測定的左室各功能指標(biāo)具有高度相關(guān)性，優(yōu)于超聲心動圖檢查(Echo)與MRI的相關(guān)性及一致性[18]。CAG的一些研究顯示LVEF被低估[16，21]。還有些研究顯示左心室收縮功能的下降與冠狀動脈狹窄程度有關(guān)，冠狀動脈狹窄的支數(shù)越多，狹窄程度越重，左心室功能損害越大[22]。隨著MSCT探測器排數(shù)的增加及研究的不斷增多，發(fā)現(xiàn)MSCT和MRI之間左室整體功能指標(biāo)的平均差異減小?；陂撝档捏w素計算法和Simpson's法所計算的變量間有很好的相關(guān)性，而且具有不同操作者間的差異減小及分析時間縮短的優(yōu)點(diǎn)。應(yīng)用美國心臟協(xié)會的17分段模型，MSCT評估左心室局部功能的敏感性和準(zhǔn)確性，可以與超聲心動圖、CAG、SPECT和MRI媲美。多數(shù)研究報道其準(zhǔn)確性高(＞80%)而且與標(biāo)準(zhǔn)方法相關(guān)性好[23]，而其他的則顯示其敏感性差、相關(guān)性差或有明顯的偽影[11，24]。時間分辨率的進(jìn)一步提高，是解決應(yīng)用MSCT評估局部室壁運(yùn)動中那些差異的關(guān)鍵。對64排CT及雙源CT(DSCT)應(yīng)用技術(shù)水平的進(jìn)一步研究，使其在適當(dāng)?shù)牟蛔兊臅r間分辨率下不依賴心率能夠得到高質(zhì)量的圖像，并期望能夠提供更被認(rèn)可及跟超聲心動圖及MRI更一致的結(jié)果。

2.6 MSCT的局限性 由于時間分辨率的局限性，系統(tǒng)誤差和運(yùn)動偽影對心臟MSCT成像都有很大的影響，特別是在患者心率過快或心率不齊時。空間分辨率有待進(jìn)一步的提高以更好的顯示小的心臟結(jié)構(gòu)。雖然MSCT的信噪比明顯優(yōu)于其成像技術(shù)，但對過胖的患者也無能為力。另外，心肌室壁運(yùn)動的評估，對現(xiàn)在更快更先進(jìn)的設(shè)備而言仍是個巨大的挑戰(zhàn)。不像心臟冠狀動脈CT造影，許多專家并不主張在心臟功能成像時應(yīng)用β-受體阻滯劑，因為它們潛在的作用可能影響左室功能指標(biāo)的準(zhǔn)確性[25]。盡管探測器Z-軸覆蓋范圍明顯增加，但心電門控影像數(shù)據(jù)仍需從一系列心動周期中得到，在一些情況下需應(yīng)用心電編輯工具來校正異位或不規(guī)則心率。當(dāng)然，掃描時所產(chǎn)生的輻射也不容忽視，實施方案應(yīng)該使輻射量控制在最低水平。減少輻射暴露或許是目前推動MSCT技術(shù)更廣泛應(yīng)用而首先應(yīng)該考慮的問題。增加螺距將最終減少輻射暴露，但如果應(yīng)用多節(jié)段重建會減低時間分辨率。以前希望增加探測器的數(shù)量能減少輻射，但目前還沒能有效的減少輻射劑量，因為應(yīng)用64排CT并沒有比16排CT減少輻射量。自動心電門控管電流調(diào)節(jié)技術(shù)是目前減少輻射劑量最大的進(jìn)步，而且該技術(shù)能有效避免心臟運(yùn)動偽影、提高圖像的質(zhì)量。不足的是，當(dāng)在采集數(shù)據(jù)時出現(xiàn)心率不齊或早搏，這種技術(shù)就不能正常的應(yīng)用，需推出新的技術(shù)以期更有效的減少輻射劑量。

3 結(jié) 論

綜上所述，目前MSCT已成為評價心臟功能的重要方法之一。MSCT具有時間和空間分辨率高、掃描速度快、不受心臟幾何形態(tài)的影響、能夠?qū)χ踩虢饘傺b置的患者進(jìn)行檢查等優(yōu)勢。盡管有這些優(yōu)點(diǎn)，但輻射曝露程度和需要注射碘對比劑將可能阻礙多層螺旋CT成為心臟功能評價的首選方法。但相信隨著影像學(xué)技術(shù)的不斷進(jìn)步，MSCT在心臟功能評價方面的應(yīng)用會越來越廣泛。

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