心脏磁共振(cardiovascular magnetic resonance，CMR)可通过"一站式"无创检查一次性完成心脏结构与功能(包括冠状动脉显影、血流灌注、室壁运动、检测心肌活性等)的评价^[1]。目前CMR的检查模式日渐成熟，是用来评估心肌功能、测量心脏容积、检测梗死瘢痕心肌的金标准；并且已经成为了评估先天性心脏病，心力衰竭，心包疾病和冠状动脉疾病的不可或缺的诊断工具^[2]。近年来，评估心脏力学参数的组织追踪技术(tissue tracking technology，TT)被广泛地用于各种心脏疾病的临床研究和实践中。通过超声心动图和心脏磁共振对心脏的无创性检查，可以定量化评估心脏的运动以及形变的情况^[3]。最近，基于磁共振稳态自由进动梯度回波(steady state free precession，SSFP)电影序列的心脏磁共振组织追踪技术已经被证明在重度主动脉瓣狭窄^[4]、心脏淀粉样变^[5]、心力衰竭^[6]、致心律失常性右室发育不良、心肌病^[7]等心脏疾病中具有一定的临床应用价值。冠心病(coronary artery disease，CAD)在世界范围内发病率和病死率较高，并且仍然在上升，其并发症多，病死率高。CMR在冠心病中的应用之一就是心肌活性检查，包括常规CMR扫描、对比延迟增强扫描技术、药物负荷MRI检查。本研究基于常规CMR检查的SSFP电影序列组织追踪技术，对冠心病患者左心室心肌应变参数进行测量分析，以左心室射血分数以及心肌活性检查结果[延迟强化(late gadolinium enhancement，LGE)]作为诊断参考标准，讨论该技术定量化评价冠心病心肌梗死的诊断价值，与心脏功能改变的相关性，并探讨这种定量技术的可行性、可重复性，及诊断价值。

1　材料与方法

1.1　研究对象

       本研究分为冠心病组与健康人组。冠心病组：搜集2016年1月1日至2017年10月19日在本院确诊为冠心病并接受心脏磁共振检查的患者。冠心病组入组标准：经冠脉造影或冠脉CT血管成像(computed tomography angiography，CTA)检查并且经临床确诊为冠心病的患者。排除标准：具有瓣膜性心脏病、先天性心脏病、心肌病、严重心律失常、图像质量不合格等患者。最终纳入冠心病组23例，均接受心脏MR平扫+增强检查，并且图像符合后处理标准。其中有3支病变者6例，2支病变8例，单支病变9例。健康人组：选择同期于本院进行心电图、血生化检查、常规超声心动图检查、心脏磁共振检查未见异常的健康志愿者共16名。

1.2　研究仪器

       (1)Siemens magnetom verio 3.0 T TX多源发射磁共振仪[梯度场强为80 mT/m，梯度切换率为200 mT/(m•ms)]。(2) 12通道表面相控阵线圈。(3)MR兼容的无线蓝牙心电及呼吸门控板。

1.3　研究试剂

       (1)钆喷酸葡胺注射液G d-D T PA，规格469.01 mg/ml×15 ml。(德国拜尔，进口药品注册证号：H20080146，药品批准文号：国药准字J20080064)。(2) 0.9%氯化钠注射液(生理盐水)，规格4.5 g/500ml。(中国大冢制药有限公司，国药准字：H12020010)。

1.4　检查方法及扫面参数

       (1)定位扫描：患者取仰卧位。行轴位、冠状位及矢状位定位扫描；在以上切面的基础上，以心脏轴线为中心分别确定左心室两腔心、四腔心长轴切面、左室流入流出道、左心室短轴切面。(2)于呼气末采集图像获得各切面的SSFP电影序列；扫描参数：TR51.5 ms，TE 1.7 ms，FA 70°，FOV 340 mm×360 mm，采集矩阵256×192，左室短轴层厚8 mm采集8～10层。(3)钆对比延迟增强扫描：使用高压注射器经外周静脉注入对比剂钆喷酸葡胺注射液(规格469.01 mg/ml×15 ml)，剂量0.2 mmol/kg，注射速率4.0 ml/s，并以同等速度注射等量0.9%氯化钠注射液。注射后7 min开始采用心电门控屏气相位敏感性反转恢复序列(phase sensitive inversion recovery，PSIR)扫描；扫描参数：TR 750 ms，TE 2.6 ms，反转时间TI (根据心肌最黑层面实时确定)；FOV 340 mm×360 mm，采集矩阵256×192，左室短轴层厚8 mm采集8～10层；扫描切面同电影序列切面。

1.5　图像处理

       所有图像传入CVI42软件(Circle Cardiovascular Imaging，加拿大，卡尔加里)由1名放射科医师进行心功能以及心脏磁共振组织追踪技术(cardiovascular magnetic resonance tissue tracking technology，CMR-TT)后处理，并且医师不知道患者的基本病情。

       心功能参数：根据美国心血管磁共振委员会2013年发布的后处理标准^[8]，在短轴位电影序列舒张末期及收缩末期手动地勾画心内膜以及心外膜，获得左心室舒张末期容积(left ventricular enddiastolic 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)等参数。

       心肌应变参数：根据CVI42软件后处理标准，在左心室各切面电影序列舒张末期勾画心内膜及心外膜，通过软件自动跟踪心内膜及心外膜的位移来量化左心室心肌的运动情况。得到心肌整体以及节段的3D径向应变(radial strain，RS)，3D周向应变(circumferential strain，CS)、3D纵向应变(longitudinal strain，LS)等参数以及各个参数的应变曲线以及16节段牛眼图(2002美国心脏病协会^[9]) (图1，图2)。

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图1  冠心病组，男60岁。冠脉CTA示LAD重度狭窄，RCA中度狭窄。A：基底部前壁透壁强化；基底部前间隔壁线样强化；B：乳头肌水平前壁、下壁透壁强化；乳头肌水平下间隔壁斑片样强化；C：心尖部前壁、间隔壁、下壁、侧壁透壁强化。D～F为心肌应变参数牛眼图
图2  冠心病组，男，53岁。冠脉CTA示LAD轻度狭窄，RCA中度狭窄。A～C：未见明显延迟强化。D～F：为心肌应变参数牛眼图
Fig. 1  A 60-year-old male patient with CAD. Coronary CTA showed severe stenosis of LAD and moderate stenosis of RCA. A: Basal: anterior shows transmural enhancement.Anteroseptal and inferoseptal show a linear enhancement. B: Mid:anterior and interior show transmural enhancement. Patch-like enhancement seen on the inferoseptal. C: Apical: anterior, septal, inferior and lateral show transmural enhancement. D—F: RS, CS and LS of the bull's-eye map.
Fig. 2  A 53-year-old male patient with CAD. There is no noticeable delay enhancement in the A—C figure. E—F: RS, CS and LS of the bull's-eye map.

1.6　统计学分析

       全部数据采用SPSS 24.0 (IBM，美国，芝加哥)统计软件进行处理，连续变量用均数±标准差表示。根据参数分组情况选择不同统计学方法，独立样本间比较采用Shapiro-Wilk检验并根据是否满足正态分布选择独立样本t检验或者Wilcoxon秩和检验；不同测量者两次测量定量数据的一致性采用组内相关系数(ICC)分析；心功能与心肌应变参数采用Pearson相关性分析法，相关系数0.8～1.0为极强相关，0.6～0.8为强相关，0.4～0.6为中等程度相关，0.2～0.4为弱相关，0.0～0.2为极弱相关或无相关；采用Logistic回归模型和受试者工作特性(receiver operating characteristic，ROC)曲线来评价心肌应变参数的诊断效能。P<0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1　图像质量评估

       冠心病组23例，健康人组16例SSFP电影序列均符合CVI42软件后处理标准。左心室心肌节段经由2名经验丰富的放射科医师诊断，并根据2002年美国心脏病协会规定的16个心肌节段，得到72个延迟LGE阳性节段，296个延迟强化阴性节段。

2.2　可重复性检验

       从23例冠心病组中随机选取10名患者，由两名医师分别独立进行CMR-TT后处理，并且2名医师不知道对方的处理结果和患者的病情。对两名医师的测量值进行组内相关系数(ICC)分析。

       2名医师左心室整体3D径向应变、周向应变、纵向应变测量结果组内相关系数(ICC)见表1，所有的测量结果均表现较好的可重复性(ICC值均≥0.75)。

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表1  冠心病组CMR-TT 3D应变参数测量组内相关系数
Tab.1  Intra-class correlation coefficient of CMR-TT 3D strain parameters in CAD group

2.3　左心室各参数值正态性检验

       (1)通过对23例冠心病组及16例健康人射血分数，左心室整体3D径向、周向、纵向应变峰值进行Shapiro-Wilk检验：冠心病组LVEF 44.16%±18.97% (P=0.290)，径向应变30.35%±17.26% (P=0.353)，周向应变-13.92%±5.77% (P=0.263)，纵向应变-11.30%±4.75% (P=0.829)与正态分布差异无统计学意义，服从正态分布。健康人组径向应变45.46%±8.90% (P=0.210)，周向应变-19.34%±2.30% (P=0.480)，纵向应变-16.54%±2.40% (P=0.853)与正态分布差异无统计学意义，服从正态分布。(2)分别对72个LGE阳性心肌节段和296个LGE阴性心肌节段3D径向、周向、纵向应变峰值进行Shapiro-Wilk检验：LGE阴性节段周向应变-17.20%±5.86% (P=0.227)与正态分布差异无统计学意义，符合正态分布。径向应变41.42%±25.73% (P<0.001)，纵向应变-13.83%±8.85% (P<0.001)与正态分布差异有统计学意义，不服从正态分布。

       LGE阳性节段径向应变9.96%±9.61% (P=0.005)、周向应变-7.67%±4.07% (P=0.016)，纵向应变-6.67%±4.66% (P=0.001)与正态分布差异有统计学意义，不服从正态分布。

2.4　一般临床资料分析

       冠心病组与健康人组的一般临床资料结果如表2所示，冠心病组在年龄、LVEF%、LVEDV、LVESV上与健康人组差异具有统计学意义，在心率上差异无统计学意义。

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表2  冠心病组与健康人组临床资料比较
Tab. 2  Comparison of clinical data between CAD group and healthy volunteer group

2.5　冠心病左心室心肌整体各方向应变

       根据正态检验结果，对冠心病组与健康人组左心室心肌整体3D各方向应变峰值进行独立样本t检验。结果如表3所示，结合实际数据，可认为冠心病组左心室整体的径向应变、周向应变、纵向应变低于健康人组，差异具有统计学意义。

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表3  冠心病组与健康人组CMR-TT 3D应变参数差异分析
Tab. 3  Analysis of CMR-TT 3D strain parameters in CAD group and healthy volunteer group

2.6　冠心病左心室心功能与左心室心肌应变

       对23例冠心病组左心室射血分数(金标准)和左心室心肌应变参数进行散点图绘制(图3,图4,图5)和Pearson相关性分析：左心室射血分数与径向应变呈强相关(r=0.774，P<0.001)，与周向应变呈强相关(r=0.778，P<0.001)，与纵向应变呈极强相关(r=0.802，P<0.001)。

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图3～5  显示径向应变、周向应变、纵向应变与射血分数存在线性关系。随着心肌径向应变，周向应变以及纵向应变的减低，射血分数随之下降(正值表示心肌变厚和增长，负值表示心肌变薄和缩短)
Fig. 3—5  Show that there is a linear relationship between RS, CS, LS and LVEF. As myocardial RS, CS, LS decrease, the LVEF decreases. Positive values indicate thickening and growth of the myocardium, negative values indicate thinning and shortening of the myocardium.

2.7　延迟强化节段差异分析

       根据正态检验结果，对左心室72个LGE阳性心肌节段和296个LGE阴性心肌节段各个方向的3D应变峰值参数进行Wilcoxon秩和检验。结果如表4所示，结合实际数据，可认为冠心病组LGE阳性心肌节段径向应变、周向应变、纵向应变峰值低于LGE阴性心肌节段。

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表4  LGE阳性节段与LGE阴性节段差异分析
Tab. 4  Difference analysis between LGE-positive segment and LGE-negative segment

2.8　CMR-TT 3D应变参数对于冠心病心肌节段梗死的诊断价值评价

       单因素ROC分析：根据LGE结果作为心肌梗死的诊断标准，LGE阳性节段72个(32个节段透壁程度>50%)，LGE阴性节段296个。将LGE阳性作为因变量Y，先对径向应变、周向应变、纵向应变三个诊断指标独立用Logistic回归模型进行单因素ROC分析。由表5可知，在本试验中，心肌径向应变(AUC=0.914)、周向应变(AUC=0.911)在诊断冠心病心肌节段梗死时具有较高的诊断价值；纵向应变(AUC=0.819)具有一定的诊断价值。在本试验中，当心肌径向应变截断值为16.83%时，诊断准确度较高(Youden指数=0.7399)；当周向应变截断值为11.44%时，诊断准确度较高(Youden指数=0.7511)；纵向应变在截断值为9.41%时，诊断准确度较低(Youden指数=0.5552)。

       多指标联合诊断ROC分析：将LGE阳性作为因变量Y，将上述三个指标作为自变量X，根据Logistic回归结果计算个体预测概率P并进行多指标联合诊断ROC分析。由表6及回归方程可知，最终Logistic回归模型纳入了径向应变(P<0.001)和周向应变(P<0.001)两个变量，该Logistic回归模型认为纵向应变(P=0.261)在多指标联合诊断中无预测意义。由表6及图6可知，使用径向应变和周向应变联合诊断冠心病心肌节段梗死时，AUC和特异度较各指标独立诊断时提高。

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图6  CMR-TT 3D应变参数独立或联合诊断冠心病心肌节段梗死ROC曲线图。空心圆为与Youden指数对应的截断值标记点
Fig. 6  CMR-TT 3D strain parameter independent or combined diagnosis of CAD myocardial segmental ROC curves. Open circles are cut-off point points corresponding to the Youden index.

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表5  CMR-TT 3D应变参数诊断冠心病心肌节段梗死单因素和联合诊断ROC分析
Tab. 5  CMR-TT 3D strain parameter diagnosis of myocardial segmental infarction in CAD by single factor and combined ROC analysis

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表6  联合诊断Logistic回归方程中的变量^a
Tab. 6  Variable in Logistic regression equation of combined diagnosis^a

3　讨论

3.1　CMR组织追踪技术临床应用的可行性及可重复性

       心肌应变是一种针对心肌变形的定量测量方式，用来评估心肌段长度变化，应变是一个矢量，正值表示心肌延长增厚，负值表示心肌缩短变薄，通常以百分比表示^[10]。目前，几项研究表明，计算心肌应变的组织追踪技术在超声心动图以及心脏磁共振中具有一定的临床应用价值和较好的可重复性^[11,12]。CMR组织追踪技术是一种基于SSFP电影序列的后处理技术，可以半自动地追踪心内膜和心外膜在心动周期的位置，通过软件的自动分析得到心肌三个方向的应变、应变率、扭转率、位移和位移速度等量化参数。

       本研究测量冠心病组应变参数经可重复性检验，由2名不同的放射科医师测量随机选出的相同10例患者。径向应变、周向应变、纵向应变参数在组内相关系数(ICC)检验中均表现较好的相关性，提示CMR组织追踪技术具有良好的可行性及可重复性。

3.2　CMR组织追踪技术参数值与冠心病左心室功能参数的相关性

       左心室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)定义为左心室每搏量与左心室舒张末期的比值，它是心功能评价中最基本、最核心的评价指标，也是临床医师较为关注的指标。现在，CMR左室射血分数计算已经成为目前所有左心功能检查技术的金标准^[13]。

       本研究将CMR左室射血分数作为金标准，与冠心病组应变参数进行相关性分析，得出左心室射血分数与应变参数有较强的相关性(径向应变r=0.774，周向应变r=0.778，纵向应变r=0.802)。这与Reant等^[14]超声心动图组织追踪参数与左心室射血分数相关性分析得出的结论相似(径向应变r=0.84，周向应变r=0.83，纵向应变r=0.70)。这说明心肌径向、周向、纵向应变与射血分数有关。

3.3　CMR组织追踪技术定量化诊断心肌梗死的诊断价值

       心内膜和心外膜纤维方向是不同的，这两者与心肌形变的程度和方向有关。心内膜纤维的收缩导致心肌纵向缩短，而心外膜纤维的收缩导致心肌周向缩短，这两方面都有助于心肌径向增厚^[15]。冠心病属于缺血性心肌病，由于冠状动脉解剖的特殊性，心内膜成为了各支冠状动脉最远端的供血区域，冠心病的心肌缺血一般从心内膜心肌开始，逐渐累及到心外膜。所以冠心病早期心肌缺血时主要是纵向应变的减低，并且通过周向应变以及径向应变的代偿增加，使得射血分数保持在正常范围以内^[15]。Ng等^[16]使用小剂量多巴酚丁胺超声心动图测量冠心病患者应变参数，得到结论为纵向应变在识别存活心肌具有较好的准确度。

       磁共振钆对比延迟增强扫描技术是目前检测梗死心肌的金标准^[17]，提示心肌细胞死亡，细胞间质容积增加，对比剂排出时间延长。本研究将冠心病72段延迟强化心肌与296段未延迟强化的心肌进行差异分析并进行ROC分析，得到结论为冠心病组LGE阳性心肌节段径向应变、周向应变、纵向应变峰值低于LGE阴性心肌节段，这说明冠心病LGE阳性梗死心肌相对于冠心病LGE阴性缺血存活心肌和正常心肌，三个方向的应变参数均减低。在诊断价值方面，结论为心肌径向应变、周向应变对梗死心肌节段诊断价值较高，并得出了相应的节段值，并且径向应变、周向应变联合诊断可以提高诊断效能，而纵向应变诊断价值有限。这与Oda等^[18]在检测心脏淀粉样变疾病LGE阳性节段中心肌应变具有较高的诊断价值的结论相似。这可能是因为在冠心病梗死心肌相对于冠心病缺血存活心肌或正常心肌来说，病变已累及心外膜，故三个方向的应变参数均减低；由于缺血存活心肌和梗死心肌纵向应变均减低，故纵向应变在识别冠心病梗死心肌时，诊断价值有限，而径向应变、周向应变差异较明显，故诊断价值较高。

3.4　研究局限性

       本研究为对冠心病心肌形变单中心、小样本的研究；并未对应变参数评价心肌梗死的程度进行探讨；只对心肌三个方向的形变参数进行探讨，并未对扭转率以及位移、位移速度等参数进行分析；只对梗死心肌应变进行分析，未对缺血可逆心肌进行应变分析；并未对冠心病右室功能及应变进行分析。

       本研究应用基于常规CMR电影序列，通过对冠心病组以及健康人组心肌形变参数进行组织追踪测量分析，初步探讨这项技术定量评价冠心病心肌梗死的诊断价值，并探究此技术临床应用的可行性和可重复性。由本研究可得到以下结论：(1)心脏磁共振组织追踪技术在临床应用中具有较好的可行性及可重复性；(2)径向应变、周向应变、纵向应变与冠心病左心室功能参数具有较强的相关性；(3)径向应变、周向应变在诊断冠心病心肌节段梗死的诊断价值较高，纵向应变诊断价值有限。当使用径向应变和周向应变两项指标联合诊断时可提高诊断效能。这提示CMR-TT的应变分析在无需对比剂的情况下识别冠心病心肌梗死节段具有潜在的临床诊断价值。

       心脏磁共振组织追踪技术目前国内研究较少，未来需要大样本，大数据对各类心肌疾病进行分析，确定正常值以及诊断阈值，促进该技术对心肌病变的定性、定位、定量诊断。