0 引言

       心肌应变分析目前被用来量化心肌的形变^{[1, 2]}，包括心肌在舒缩过程中纵向、周向和径向的变化量和速率，为早期发现心肌损伤提供了可能性。基于心脏磁共振（cardiac magnetic resonance, CMR）的组织追踪技术（feature-tracking, FT）^[3]，直接利用心脏电影序列，通过专门的软件追踪心肌像素点的运动，获得心肌应变数据，不需要额外采集其他序列。目前，CMR-FT的心肌应变已经成为准确评估心室和心房心肌变形的可靠替代标志物^{[4, 5, 6]}。

       尽管常规分段采集电影序列（segmented cine sequence, Seg）是电影序列的“金标准”，但其扫描时间长，不利于心肺功能较差或病重患者的检查^[7]。基于压缩感知技术（compressed sensing，CS）的电影序列（CS-cine序列）可明显缩短扫描时间，提高了配合不佳受检者CMR检查的成功率^{[8, 9]}。然而CS加速技术以牺牲图像质量为代价，过低的图像质量不利于精确追踪像素点的运动，基于CS的电影序列能否用于心肌应变分析有待进一步论证。目前国内外已有少量利用CS-cine研究心肌应变的报道，但大多数侧重于讨论CS的不同加速因子、时空分辨率等对应变值的影响，这些序列为研究而设计，并未作为成熟的CS-cine序列应用于临床^{[10, 11]}。利用已在临床应用的CS序列探讨心肌应变的几篇报道中，所用序列几乎均为各种不同的单次激发CS-cine^{[12, 13]}，多次激发的CS-cine应变研究未见报道。因此，本研究利用目前在临床使用的西门子第一代单激发CS实时电影序列（single-shot CS real-time cine, RT-CS）和第二代两次激发CS电影序列（two shots CS cine, 2 shots-CS）获得的应变参数，与Seg扫描所得的应变值比较，全面探讨这两种序列在左心室应变评估中的可行性，为今后临床应用CS序列评价左心室应变提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象

       前瞻性收集2023年6月至2023年12月在皖南医学院弋矶山医院行CMR检查的患者125名。纳入标准：完成CMR检查的所有患者。排除标准：（1）患者屏气配合较差、心律不齐、伪影等原因造成图像质量差，无法满足诊断要求；（2）未能配合完成或拒绝完成三种电影序列检查的患者。本前瞻性研究方案遵守《赫尔辛基宣言》，得到皖南医学院弋矶山医院伦理委员会批准（批准文号：2021伦审研第26号），全体受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

       所有扫描均采用西门子3.0 T MR扫描仪（MAGNETOM VIDA，德国）完成。采用18通道体部线圈，胸前区粘贴电极片，训练患者呼气末屏气。所有电影序列均在注射对比剂前采集。每例均行Seg、2 shots-CS和RT-CS扫描，三组序列顺序随机，均包括覆盖整个左心室的短轴、长轴两腔、三腔及四腔心电影，记录三种序列的扫描时间。两种CS序列采用相同的迭代重建算法。具体扫描参数见表1。

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表1  三种CMR电影序列具体扫描参数
Tab. 1  Imaging parameters of three CMR cine sequences

1.3 图像质量评价

       所有图像质量的评价由两名有经验的放射科医师协商一致完成（医师1：3年工作经验，初级职称；医师2：15年工作经验，副高级职称）。首先行图像质量主观评价（5分标准^[14]）：5=极好，血池对比清晰且无伪影；4=优秀，无明显伪影；3=良好，有少量伪影，但不影响诊断；2=较差，心室周围伪影严重；1=极差，无诊断价值。其次使用欧洲CMR注册建立的标准化评分来评估图像伪影^[15]，1张切片上有伪影得1分，2张切片或≥3张切片上有伪影，分别得2分和3分，分数越高，伪影发生的频率越高。最后行图像边缘锐度定量分析^{[16, 17, 18]}，使用软件（ImageJ 2.3.0，NIMH）分别在三个序列的舒张末期四腔心电影上，沿室间隔和血池边界垂直做轮廓线，测得信号变化强度曲线的最大信号强度Imax和最小信号强度Imin，计算Imin+（Imax-Imin）×0.2和Imin+（Imax-Imin）×0.8对应点之间的距离（像素）的倒数ε。

1.4 左心室容积功能分析

       使用CMR专业软件CVI42（Circle Cardiovascular Imaging，加拿大，版本号5.14.2），根据2020版CMR学会的建议^[19]，在短轴电影中由软件自动识别左心室的内外膜轮廓，并手动适当调整，乳头肌和肌小梁包括在血池中，基底部收缩末期至少包括50%的左室心肌。左心室容积功能参数包括射血分数（ejection fraction, EF）、舒张末期容积（end-diastolic volume, EDV）、收缩末期容积（end-systolic volume, ESV）、每搏输出量（stroke volume, SV）及左室心肌质量（left ventricular mass, LVM）。

1.5 左心室应变分析

       将左心室短轴、长轴电影数据导入CVI42 strain模块，在舒张末期勾画左心室内、外膜，软件自动追踪心肌内、外膜的位移，得到左心室整体及区域（基底、中间、心尖）的应力变化值^{[1, 20]}。3D应变值参数包括整体及区域的径向应变（radial strain, RS）、周向应变（circumferential strain, CS）及纵向应变（longitudinal strain, LS）。

1.6 图像客观评价的一致性

       组内一致性由一名研究者（医师1）在2周后对随机选择的20例受试者再次进行左心室容积功能及应变测量后分析得出。组间一致性由另一位研究者（医师2）对上述20例受试者进行左心室容积功能及应变测量后分析得出。

1.7 统计学分析

       采用SPSS 25.0统计软件进行分析。定量数据采用Shapiro-Wilk进行正态性检验，符合正态分布用x¯±s表示，非正态分布用M（Q1，Q3）表示。三种方法的成像时间、图像质量和左心室容积功能定量参数采用多组相关样本的Friedman检验，若差异有统计学意义则进一步作两两比较。使用组内相关系数（intra-class correlation coefficient, ICC）评估组间及组内的一致性。结合ICC及Bland Altman图，评估CS与Seg获得的左心室容积功能及应变参数的一致性。ICC<0.50表示一致性差，0.50≤ICC<0.75表示一致性中等，ICC为0.75≤ICC<0.90表示一致性好，ICC≥0.90表示一致性极好^[21]。P<0.05认为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料

       最终本研究纳入64例患者，其中男20例，女44例，年龄（52.6±14.5）岁，心率（70.9±12.7）次/min。肥厚型心肌病9例、扩张型心肌病8例、高血压性心脏病6例、心肌炎2例、心脏瓣膜病3例、冠心病28例、心律失常6例、致心律失常性心肌病1例、心肌淀粉样变1例。

2.2 成像时间

       Seg、2 shots-CS及RT-CS的平均扫描时间分别为（271.72±87.74）、（62.19±33.09）、（29.39±20.60）s，差异具有统计学意义（χ²=124.125，P<0.001）。2 shots-CS（t=5.834，P<0.001）和RT-CS（t=11.137，P<0.001）的扫描时间显著短于Seg。

2.3 图像质量

       图像质量主观评价：Seg组所有图像得分均≥3分；2 shots-CS 组中有4例图像评分<3分，RT-CS组中有7例图像评分<3分；Seg与2 shots-CS组的评分差异无统计学意义（Z=1.547，P=0.122），但RT-CS组的评分低于Seg（Z=3.359，P=0.001），主要是因为图像模糊。图像伪影：RT-CS的伪影均低于Seg（Z=2.007，P=0.038）和2 shots-CS（Z=2.298，P=0.022），在心律失常病例中更为明显，但Seg和2 shots-CS间差异无统计学意义（Z=-0.221，P=0.825）。图像边缘锐度：2 shots-CS与Seg间差异无统计学意义（t=1.854，P=0.068），而RT-CS低于Seg（t=8.001，P<0.001），具体结果见表2。图1为1例心律正常的扩张型心肌病患者舒张期的三个电影序列的心脏短轴及应变彩图。

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图1  女，31岁，扩张型心肌病（LVEF：22.85%；HR：60 bpm）。Seg（1A）、2 shots-CS（1B）及RT-CS（1C）为短轴电影图像；Seg（1D~1F）、2 shots-CS（1G~1I）及RT-CS（1J~1L）为各序列应变彩图（1D、1G及1J为GRS；1E、1H及1K为GCS；1F、1I及1L为GLS）；1M（GRS）、1N（GCS）及1O（GLS）为应变曲线图。2 shots-CS图像质量与Seg相似，但RT-CS图像略模糊；与Seg相比，RT-CS应变值明显减低，2 shots-CS略低。LVEF：左心室射血分数；HR：心率；Seg：常规分段采集电影序列；2 shots-CS：两次激发压缩感知采集电影序列；RT-CS：单激发压缩感知实时采集电影序列；GRS：整体径向应变；GCS：整体周向应变；GLS：整体纵向应变。
Fig. 1  A 31 years old woman with dilated cardiomyopathy (LVEF: 22.85%; HR: 60 bpm). Seg (1A), 2 shots-CS (1B), and RT-CS (1C) are short-axis cine images; Seg (1D-1F), 2 shots-CS (1G-1I), and RT-CS (1J-1L) are strain maps for each sequence (GRS in 1D, 1G and 1J; GCS in 1E, 1H and 1K; GLS in 1F, 1I and 1L); 1M (GRS), 1N (GCS), and 1O (GLS) represent strain curves. The image quality of 2 shots-CS is comparable to that of Seg, while RT-CS images appear slightly blurred. Compared with Seg, RT-CS strain values are notably lower, with 2 shots-CS strain values being slightly reduced. LVEF: left ventricular ejection fraction; HR: heart rate; Seg: segmented cine sequences; 2 shots-CS: two-shots compressed sensing cine sequences; RT-CS: single-shot compressed sensing real-time cine sequences; GRS: global radial strain; GCS: global circumferential strain; GLS: global longitudinal strain.

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表2  三组CMR电影序列图像质量的评价
Tab. 2  Evaluation of image quality for three CMR cine sequences

2.4 左心室容积功能分析

       三种方法的心功能测量结果见表3。Seg获得的EDV、SV均大于2 shots-CS（P<0.001），而ESV（P=0.408）、EF（P=0.163）及LVM（P>0.999）与Seg间差异无统计学意义。RT-CS获得的EDV、ESV、SV、EF、LVM均低于Seg（P<0.05）。在所有左心室容积功能测量值中，两种CS序列与Seg一致性都极好（ICC≥0.919），具体结果见表4。

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表3  三组CMR电影序列下左心室容积参数的比较
Tab. 3  Comparison of left ventricular volume parameters among the three CMR cine sequences

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表4  三组CMR电影序列下左心室容积参数评估的一致性分析
Tab. 4  Consistency analysis of left ventricular volume parameter assessment across three CMR cine sequences

2.5 左室应变结果分析

       64名患者中仅有57例进行了应变分析，另7例由于图像模糊，无法满足图像后处理分析被排除。以Seg测量值为参考标准，无论整体或区域应变，2 shots-CS和RT-CS均不同程度地低估了应变值，RT-CS低估得更明显，差异具有统计学意义（P<0.05）。一致性检验结果表明，2 shots-CS和Seg、RT-CS和Seg的GCS和GLS一致性极好（ICC=0.891~0.950），GRS的一致性略低（ICC=0.844~0.866）。区域应变分析中，除心尖部RS外（ICC=0.559、0.529），2 shots-CS与Seg、RT-CS与Seg应变值均有好至极好的一致性（ICC=0.776~0.950、0.716~0.941）。2 shots-CS的应变参数ICC值整体高于RT-CS。ICC值的范围具体见表5。Bland-Altman图（图2）显示了2 shots-CS与Seg、RT-CS与Seg的95%置信区间。

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图2  三组电影序列应变结果示意图。2A：Seg与2 shots-CS间GRS的95%置信区间；2B：Seg与RT-CS间GRS的95%置信区间；2C：Seg与2 shots-CS间GCS的95%置信区间；2D：Seg与RT-CS间GCS的95%置信区间；2E：Seg与2 shots-CS间GLS的95%置信区间；2F：Seg与RT-CS间GLS的95%置信区间；2G：Seg、2 shots-CS及RT-CS总体均值柱状图。Bland Altman分析结果显示各参数测量中，均有95%以上在一致性范围内，可认为两两间电影测量结果一致性较好；柱状图表明2 shots-CS值比RT-CS更接近Seg。Seg：常规分段采集电影序列；2 shots-CS：两次激发压缩感知采集电影序列；RT-CS：单激发压缩感知实时采集电影序列；GRS：整体径向应变；GCS：整体周向应变；GLS：整体纵向应变。
Fig. 2  Diagram of strain results from three cine sequences. 95% confidence intervals (CIs) are illustrated for GRS between Seg and 2 shots-CS (2A), GRS between Seg and RT-CS (2B), GCS between Seg and 2 shots-CS (2C), GCS between Seg and RT-CS (2D), GLS between Seg and 2 shots-CS (2E), and GLS between Seg and RT-CS (2F). The bar chart (2G) displays overall mean values for Seg, 2 shots-CS, and RT-CS. Bland-Altman analysis shows that over 95% of measurements fall within the limits of agreement across all parameters, suggesting good consistency between cine measurement pairs. The bar chart indicates that values from 2 shots-CS are closer to those of Seg than RT-CS. Seg: segmented cine sequence; 2 shots-CS: two-shots compressed sensing cine sequences; RT-CS: single-shot compressed sensing real-time cine sequences; GRS: global radial strain; GCS: global circumferential strain; GLS: global longitudinal strain.

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表5  三组CMR电影序列下左心室整体及区域应变评估的一致性分析
Tab. 5  Consistency analysis of global and regional strain assessment of the left ventricle under three CMR cine sequences

2.6 观察者组内及组间一致性

       三种方法两名医师对各参数评价结果一致性极好，组内一致性ICC≥0.962；组间一致性ICC≥0.984。具体结果见表6。

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表6  整体及局部应变的组内及组间一致性
Tab. 6  Intra- and inter-observer reproducibility of global and regional strain

3 讨论

       CS-cine序列目前已经应用于不能耐受检查的危重症患者，虽然图像可以用来观察室壁运动，但能否可靠地测量心肌应变定量值仍值得探讨。本研究以标准的Seg电影序列为参考，同时比较了西门子单次激发CS-cine（RT-CS）和两次激发CS-cine（2 shots-CS）序列的扫描时间、图像质量、心功能和心肌应变定量值。研究结果表明，2 shots-CS和RT-CS，尤其RT-CS，明显缩短了扫描时间；Seg主观图像评分与2 shots-CS相当，优于RT-CS，图像满足临床诊断的病例数略高于2 shots-CS和RT-CS；但RT-CS的伪影低于Seg和2 shots-CS，在心律失常的患者中尤为突出；RT-CS的边缘锐度也同样低于2 shots-CS和Seg。心功能分析显示2 shots-CS轻度低估了部分定量值，RT-CS低估了所有定量值。以Seg为参考标准，RT-CS和2 shots-CS均不同程度地低估了应变值，且RT-CS低估的更明显。整体应变分析表明，GCS和GLS的一致性极好，GRS的一致性略低；区域应变分析中，除心尖部RS外，其余应变值一致性均为好至极好。本研究也说明了基于CS-cine序列应变值和Seg序列的应变值不能相互替代，特别是在随访患者应变值分析中，需要引起重视。

3.1 两种CS-cine序列对图像质量的影响

       本研究中所有Seg图像评分均大于3分，能满足诊断要求，而2 shots-CS（4例）、RT-CS（7例）中部分图像质量低于3分，CVI软件无法测量其应变值。CS采集会导致图像质量降低已在多数文献中被证实^[22]，因为稀疏采样和迭代重建会导致图像模糊。和标准电影序列比较，两种CS序列中均出现了少量非诊断性图像，提示临床在选择CS序列时还需慎重。CS的伪影评分，尤其是RT-CS，低于Seg，本研究发现这种情况主要出现在房颤等心律失常的病例中，说明CS可能会降低心律失常错误触发而导致的伪影^{[16, 23]}，因为RT-CS采集每层图像仅需1次心跳，而Seg需要8次心跳，当然这并非本研究的主要工作内容，今后需对更广泛的相关人群进行研究。本研究使用边缘锐度作为内在图像质量的定量评价指标，而并非信噪比，因为边缘锐度更适合非线性迭代重建和欠采样图像^[16]。结果显示RT-CS的边缘锐度较低，而2 shots-CS的边缘锐度和Seg无差异，2 shots-CS改善边缘锐度的原因是该序列每层图像采集了2次心跳，获得了更多填充K空间的数据，改善了边界轮廓。

3.2 两种CS-cine序列和Seg序列应变值的比较

       2017年，LANGTON等^[24]设计了一种采用稀疏采样和迭代重建加速技术的电影序列，并与标准电影序列比较，发现无论是志愿者还是临床患者，这两种序列短轴位左心室中部的CS及RS应变测量值都有显著性差异，但两者的相关性良好，这是关于CS-cine心肌应变最早的研究。和LANGTON等的研究结果不同，2021年KIDO等^[25]设计了一种前瞻性门控CS-cine，采集了超过1.5次心动周期的数据，和标准序列比较，发现两者的GCS和GCS率无显著差异，这种结果的差异可能跟选择了不同CS序列参数有关。本研究同时分析了左心室的总体和区域应变，发现除了CS、RS外，RT-CS和2 shots-CS序列同样也低估了LS，这部分与LANGTON等的研究结果类似。笔者认为CS-cine低估的主要原因是：首先，FT的算法高度依赖于心肌和血池间的对比度，CS-cine在重建过程中由于正则化，会在空间域对图像进行模糊和平滑，在时间域对小运动不敏感，从而降低心肌-血池间的对比度，导致心内、外膜的勾画不准，最终造成应变测量值的低估^{[12, 16]}；其次，CS的加速因子过高，欠采样加重，也会造成图像质量下降，不利于捕获心动周期的精细变化^[10]。本研究中RT-CS加速因子（10.3）高于2 shots-CS（8.5），可能是其应变测量值低于2 shots-CS的原因之一。最后，BACKHAUS等^[26]的研究表明，时间分辨率（phase数）和空间分辨率也会对应变测量值产生影响。虽然本研究三组序列都采用了25个phase，但RT-CS的空间分辨率低于2 shots-CS，导致左室壁厚度的像素点减少，故而RT-CS应变值低于2 shots-CS^[27]。

3.3 两种CS-cine序列总体及区域应变和Seg电影序列应变的一致性分析

       虽然CS-cine低估了应变值，但除心尖部RS外，其他应变值都与Seg有很好的一致性，说明对部分不能耐受CMR检查时间过长的患者，采用CS-cine方案研究左室应变是可行的。本研究结果与CHEN等^[28]部分类似，CHEN等选用1.5 T MR，设计了两种不同CS-cine，纳入30名健康志愿者，发现CS-cine左心室整体应变的一致性较好，但区域应变一致性较差。本研究选择常规检查的患者，不论是整体还是区域应变，均得出了更高的ICC值，这也间接说明CMR-FT高度依赖于图像的质量，因为3.0 T MR具有更高的信噪比。心尖部RS一致性差可能由于RS反应的是左心室心肌壁在心动周期内的厚薄变化，而心尖部心肌较薄，周期变化幅度较小，对于心内外膜轮廓微小差异很敏感；同时，由于收缩期心尖部的心室腔很小，无法准确区分心内膜和乳头肌，进一步造成心内膜勾画不准确。此外，和MILITARU等^[29]按照16节段评价区域应变的方法不同，本研究将区域应变仅分为基底部、中间部及心尖三部分，因为过于精细的节段划分，会增加分割难度，影响应变值测量的准确性，研究结果表明按照此种分割能获得更高的ICC值。

3.4 两种不同CS-cine序列之间应变值的比较

       近期有部分学者对几种已经在临床应用的单次激发RT-CS应变值进行了研究^[30]，但尚无多次激发CS-cine的相关报道。本研究首次分析了两次激发CS-cine的应变值，并和单激发CS-cine进行比较。结果发现2 shots-CS应变ICC值普遍高于RT-CS，除加速因子、时空间分辨率的影响外，主要原因是由于RT-CS仅采集了一个心动周期数据充填K空间，且时间分辨率固定，在心率变异的情况下，由于每层图像的phase数是不同的，为允许后处理，必须按照25 phase的插值计算，这种归一化的处理会造成了图像边界的模糊。2 shots-CS是利用两次心动周期采集数据充填K空间^[31]，能获得整个心动周期数据，尤其是舒张末期数据，此外该序列关闭部分傅里叶，提高图像边缘锐度^[8]。本研究对边缘锐度评价结果也表明2 shots-CS图像锐度优于RT-CS，进一步印证了该观点。

3.5 本研究的局限性

       本研究存在以下局限性：（1）由于样本量少，未对患者进行病种亚分组，亚病种的分类有利于说明不同的电影序列更适合具体哪种疾病的左心室应变分析；（2）本研究只使用了一种后处理软件，而最近HALFMANN等^[32]研究表明使用不同后处理软件测得的应变值结果有显著性差异，在未来的研究中还应考虑到不同后处理软件对空间分辨率和信号强度变化的敏感性；（3）应变参数很多，本研究尚未对应变率、达峰时间等进行分析，在后续研究中将逐步深入探讨；（4）为了保证两种CS-cine的时间分辨率接近，我们并没有将两者的加速因子修改到相同值^[33]。RT-CS的应变值低于2 shots-CS是采集方式、加速因子、时空分辨率及图像傅里叶转换等的综合结果。

4 结论

       综上所述，CS-cine与Seg的左心室应变结果有很好的一致性，尤其是2 shots-CS，可用于临床评估左心室应变。但是不同电影序列测得的应变值有所不同，2 shots-CS和RT-CS的测量值低于Seg，在慢性疾病的随访中应该选择同一种电影序列测量应变值。