李夢露，席曉旭，程流泉

解放軍總醫(yī)院放射診斷科，北京 100853； *通訊作者 程流泉 cheng_liuquan@139.com

左心室內(nèi)血流動力學是心功能的重要病理生理參數(shù)，血流是心臟做功的直接結(jié)果，但是由于流體的參數(shù)表達很復雜，很難進行準確的定量和定性描述[1]。心臟磁共振成像早期即使用相位對比血流成像法（phase contrast，PC）顯示大血管的血流，隨著技術的進步，部分研究開始嘗試使用動態(tài)三維PC技術（又稱為4D-Flow）進行大血管的血流動力學研究[2-3]。左心室內(nèi)復雜的血流動力學特征如何進行準確測量、表達并與常規(guī)心功能參數(shù)建立相關性，仍然值得深入研究。在課題組前期研究的基礎上，本研究擬探索正常人左心室內(nèi)血流動力學特征的表達參數(shù)，為左心室內(nèi)血流的病理生理功能研究奠定基礎。

1 資料與方法

1.1 研究對象 經(jīng)解放軍總醫(yī)院醫(yī)院倫理委員會批準征集健康志愿者，所有受檢者均無心臟疾病病史、無重大疾病史和系統(tǒng)性疾病史，檢查前測量收縮壓90～120 mmHg（1 mmHg=0.133 kPa）、舒張壓60～90 mmHg，心率60～90次/min，心律整齊；MRI檢查后經(jīng)研究者閱片評估心臟形態(tài)功能正常，左心室射血分數(shù)55%～65%；排除MRI檢查期間存在心律不齊、疑似存在異常或圖像質(zhì)量不達標者。共納入23名健康志愿者，其中男12名，女11名；年齡24～33歲，平均（28.3±3.3）歲。檢查前按照心臟MRI檢查要求訓練呼氣末屏氣以配合檢查。

1.2 圖像采集 使用 Philips 1.5T Multiva MR 掃描儀，8通道相控陣心臟線圈，心電向量觸發(fā)，采用實時交互式成像定位心臟的短軸位、水平長軸位（四腔心層面）、垂直長軸位（兩腔心層面）和左心室流出道位（LVOT，又稱為三腔心層面），用平衡穩(wěn)態(tài)快速梯度回波序列完成常規(guī)的電影成像檢查后，采用二維PC電影序列選取左心室短軸位的心底、中部和心尖3個層面和LVOT層面進行成像。短軸位成像參數(shù)為心電向量觸發(fā)，每個RR周期劃分24個相位，TR 5.5 ms，TE 3.3 ms，脈沖角120°，流速編碼預設值100 cm/s，流動方向為垂直成像平面，視野320 mm×280 mm，矩陣160×132，平面內(nèi)分辨率2 mm×2.1 mm，層厚8 mm；LVOT成像參數(shù)：流速編碼預設值100 cm/s，流動方向為成像平面內(nèi)，其余參數(shù)與短軸位相同。

1.3 圖像處理 將 DICOM 圖像導入 Segment 2.2 R6435軟件（http://www.medviso.com）。啟動PC流動分析模塊，在經(jīng)過渦流補償校正和血流方向調(diào)整后，在短軸位以左心室基底、中部和心尖3個水平的垂直血流為對象勾畫感興趣區(qū)（ROI）（圖1）。為了驗證測量的準確性和可重復性，優(yōu)選準確反映心功能參數(shù)的指標，本研究設計了3個不同大小的ROI（圖2），ROI-A>ROI-B>ROI-C，ROI-C盡量準確勾畫血流-心肌界面；ROI-A>ROI-C，包括全部血流及不可避免的肌小梁；ROI-B

其中，ρ是血液密度，取值1.06 g/ml；V 是體積（ml）。

1.4 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 19.0軟件，非正態(tài)分布的數(shù)據(jù)采用中位數(shù)（四分位數(shù)間距）表示。采用Pearson相關分析分別計算ROI-A和ROI-B與ROI-C的組內(nèi)相關系數(shù)，以ROI-C測量值為橫坐標，ROI-A和ROIB的測量值為縱坐標做相關性散點分布圖，比較不同大小ROI測量的一致性，分析測量誤差。完成可重復性測量驗證后，以3個ROI的平均值作為有效值納入統(tǒng)計，計算血流速度、血流量和SKE的峰值與達峰時間（time to peak，TTP），TTP包括收縮期和舒張期，結(jié)合視覺分析總結(jié)不同層面心室內(nèi)血流的特征。

圖1 短軸位左心室基底部（A）、中部（B）和心尖（C）3個成像層面及ROI勾畫，ROI范圍內(nèi)不可避免地包括肌小梁或少量附壁血流被遺漏

圖2 ROI勾畫的重復性。粉紅色為ROI-C，盡量與血池邊界一致；黃色為ROI-A，圓形或橢圓形，略大于ROI-C，包含少量乳頭肌和肌小梁；淺綠色為ROI-B，圓形或橢圓形，略小于ROI-C，少量附壁血竇被排除在外

2 結(jié)果

2.1 不同大小 ROI測量的可重復性比較 3個ROI測量的速度、血流量和 SKE的散點分布見圖3，Pearson相關系數(shù)為0.664～1.000，差異有統(tǒng)計學意義（P<0.05）。SKE的分布與參照線Y=X吻合良好，相關系數(shù)R值接近1，提示ROI的大小對測量結(jié)果影響較??；速度和血流量的分布受ROI的大小影響存在系統(tǒng)誤差，不同程度偏離Y=X參照線，提示ROI的大小影響測量結(jié)果的精度。

圖3 不同ROI測量的速度、血流量和SKE分布。ROI-C為橫坐標，ROI-A和ROI-B分別為左側(cè)藍色縱坐標和右側(cè)綠色縱坐標，紅色直線為參照線Y=X，藍線和綠線與紅線吻合提示測量一致。flow_t：總血流量；flow_ps：正向血流量；flow_ng：負向血流量；v_avg：平均速度；v_max：正向最大速度；v_min：負向最大速度；v-sd：速度標準差；ske：定向動能

2.2 左心室血流的定量評價 心底、中部、心尖3個平面的速度、流量和SKE曲線見圖4，其峰值、TTP見表1。SKE有穩(wěn)定的收縮達峰時間0.24（0.17，0.24）RR和舒張達峰時間0.63（0.63，0.70）RR，變異系數(shù)??；SKE曲線在心尖水平接近0，在中部和基底部存在梯度差異，達峰時間一致。

圖4 基底、中部和心尖3個層面的血流速度、血流量和SKE的統(tǒng)計曲線?？v坐標代表各參數(shù)值，橫坐標代表心動周期的時相。A：平均速度；B：最大正向速度；C：最大負向速度；D：凈流量；E：射出流量；F：充盈流量；G：SKE

表1 21名健康人心底、中部、心尖3個平面的SKE峰值與達峰時間[中位數(shù)（四分位數(shù)間距）]

2.3 心室內(nèi)血流特征的定性評價 圖5為心底、中部和心尖3個層面和LVOT的血流速度彩色編碼圖，圖6為同一志愿者的速度、流量和SKE曲線。由圖5可見，心底層面整個心動周期均可見雙向血流，收縮期流出道射血占優(yōu)勢，舒張期流入道血流占優(yōu)勢，對應地在 LVOT層面上心底水平的流入道和流出道血流分界明確，在流量曲線（圖6E）上表現(xiàn)為正向和負向血流共存。

圖5 流速彩色編碼圖。橙色和紅色代表射出血流方向，藍色代表充盈血流方向。A、B、C、D分別為心底水平、中部水平、心尖水平和LVOT層面

圖6 1名健康志愿者的左心室血流各參數(shù)曲線

3 討論

左心室心肌收縮、舒張運動的直接效應是驅(qū)動血液循環(huán)，將血液從左心房吸入左心室并射入主動脈，由此實現(xiàn)全身的血液供應，心室內(nèi)血流動力學的變化是心肌做功的直接結(jié)果。近年在MRI領域開始使用 4D-flow研究心室內(nèi)的血流動力學狀態(tài)，4D-flow 成像[4-5]提供了血流方向的空間特征，對于理解血流動力學狀態(tài)具有非常直觀的效果，但是采集時間長、檢查效率低，檢查期間受到心律不齊的限制而導致很多誤差，而最終的定量分析及流速、流量、方向、管壁剪切力、壓力梯度和血流模式等大多數(shù)指標[6]均需要回歸到二維的表達[7]。因此，本研究采用二維成像研究血流在平面的特征參數(shù)，選擇左心室基底部、中部和心尖3個典型層面，對血流速度、流量和SKE參數(shù)在二維水平進行比較。

速度是二維磁共振成像相位對比血流成像（twodimensional phase-contrast flow imaging，2D-PC）序列的元數(shù)據(jù)，也是研究血流動力學的元數(shù)據(jù)之一，后續(xù)的血流量和 SKE均是基于速度的衍生數(shù)據(jù)。超聲基于速度構(gòu)建等速線，計算渦流的密度、長徑、短徑、壓力梯度和血流剪切力等參數(shù)[8-9]。從測量數(shù)據(jù)看，左心室內(nèi)的血流分布狀態(tài)極其復雜，使用ROI測量的平面內(nèi)平均速度、正向射血速度和負向充盈速度的曲線在個體間存在差異，在速度曲線上表現(xiàn)為測量的標準差范圍很大。從解剖學角度上，左心室的形態(tài)很復雜，并非簡單的錐形，心內(nèi)膜面有不規(guī)則的肌小梁改變血流的狀態(tài)，使得錐體內(nèi)不同部位的血流質(zhì)點的速度混雜不一致，ROI勾畫很難實現(xiàn)肌小梁與血流準確分離，不可回避的乳頭肌-肌小梁以及附壁的緩慢血竇，均可能對測量結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，很難用單一的速度曲線準確表達心室內(nèi)復雜的血流速度分布，對復雜的平面內(nèi)血流的理解尚需要借助二維血流速度彩色編碼圖提供的定性觀察。血流量是速度和時間的乘積在ROI面積的積分[10]，可以回避ROI范圍內(nèi)速度分布異質(zhì)性的影響，故血流量曲線比速度曲線具有更好的規(guī)律性，但同樣不可避免地受ROI大小的影響，缺乏測量的可重復性。

根據(jù)公式SKE=1/2×mV2，經(jīng)質(zhì)量-密度（m=ρV）換算后為SKE=1/2×ρV3，顯著改變了速度在SKE中的權(quán)重。由本研究不同大小 ROI測量的可重復性可見，速度和血流量受ROI大小的影響顯著，而SKE幾乎不受影響，推測ROI范圍內(nèi)的小面積的低速血流和心肌所形成的SKE與快速血流形成的SKE，其差別在10-3，對SKE曲線的測量結(jié)果影響很小，因而忽略了緩慢血流和ROI內(nèi)少量心肌的影響，獲得的曲線比速度和流量曲線具有更好的可重復性和操作性。本課題組在預備試驗中取小范圍 ROI的心肌作為對象其SKE值幾乎接近于0也證實了這一點。不同個體之間的SKE收縮峰值（正向）、舒張峰值（負向）、達峰時間以及不同短軸層面的峰值差別（梯度）均具有良好的可重復性。

對于心室內(nèi)血流動能（kinetic energy，KE）的研究始于4D-flow技術的開發(fā)[11]，左心室的KE綜合了血流速度和流量的信息，SKE是速度和流量的綜合表現(xiàn)。與流量曲線相比，SKE曲線也明顯地呈現(xiàn)舒張期的3個波峰曲線，準確反映了心室充盈的不同狀態(tài)，與 Garg 等[12]和 Stoll等[13]的研究一致。Wong等[14]和Theophilou等[15]的研究均表明，SKE的動態(tài)變化與左心室射血分數(shù)變化直接相關。Crandon等[11]研究認為，隨著年齡的增長，舒張期的KE縮小，而收縮期的KE保持不變。Garg等[12]使用 4D-flow技術研究心肌梗死，結(jié)果發(fā)現(xiàn)除KE顯著降低外，血栓形成時還伴有KE的A波降低延遲。

與其他KE研究不同，本研究賦予SKE以正向和負向的矢量特征，構(gòu)建了能量矢量即SKE，這樣能更好地區(qū)分收縮期和舒張期的變化。由于四維研究可以獲取3個方向的血流信息，無法賦予簡單的正、負矢量方向，構(gòu)建左心室內(nèi)的整體KE變化曲線。本研究選定心底、中部和心尖3個層面測量垂直成像平面的SKE，可以比較不同心室層面的SKE變化特征，如峰值梯度和 TTP，這種峰值和TTP的差異反映心室射出與充盈，與M型超聲的E/A峰反映的心室充盈狀態(tài)具有相似性。除峰值外，TTP以及各TTP之間的差距將是十分有意義的指標[14,16]。針對正常志愿者的研究表明，心底、中部和心尖的 SKE存在梯度差異，射血TTP與充盈TTP各自具有同步性，在本課題組初步研究的擴張型心肌病患者中，這種峰值梯度存在缺失和紊亂，TTP也不同步。

總之，用 2D-PC方式獲取的左心室內(nèi)血流動力學參數(shù)中，SKE綜合了速度、流量和方向3個方面的信息，測量簡單，具有很好的可重復性，不同層面的峰值和TTP可以作為簡單的心室內(nèi)血流動力學指標，值得進一步研究。