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基于CT特征追踪技术心肌应变在心功能评估的研究进展

2025-08-19 86 上传者：管理员

摘要：心肌应变是评估心功能的早期敏感指标，较传统的射血分数能更早反映心肌功能异常，是心肌疾病的早期标志物。基于CT特征追踪(CT feature tracking, CT-FT)技术的心肌应变分析因其高空间分辨率和图像质量稳定等优势，正成为心肌功能评估的重要方法。本研究综述了CT特征追踪技术在心肌应变分析中的基本原理、图像后处理方法、临床应用价值及研究现状，为CT特征追踪技术在心肌功能评估中的临床应用提供参考。

关键词：
CMR
X线计算机
体层摄影术
心肌应变
心血管疾病
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心血管疾病是导致我国城乡居民死亡的首要原因[1],准确评估心肌功能对心血管疾病的早期诊断､疗效监测及预后评估至关重要｡心肌应变通过量化心肌收缩过程中的形变程度,在早期识别心功能异常方面具有显著优势｡多项研究证实,心肌应变指标能够早于传统的左心室射血分数改变而出现异常,且应变值的降低与主要心血管不良事件的发生风险呈独立相关[2-5]｡超声心动图斑点追踪和心脏磁共振(cardiacmagneticreso⁃nance,CMR)特征追踪(featuretracking,FT)技术是心肌应变测量的常用方法,但前者易受图像质量及探头角度影响,后者检查耗时长､成本高,不适用于部分存在禁忌症的患者｡近年来,心脏CT凭借其高分辨率及灵活的后处理技术,在心肌应变分析中展现出独特的优势｡然而,CT应变成像的方法学尚待统一,临床应用证据亦有限｡本研究对心肌应变的概念､CT心肌应变的成像技术及临床应用现状进行综述｡

1、心肌应变的基本概念

心肌应变区别于单纯的心肌运动,是衡量心动周期内心肌在收缩和舒张过程中形变程度的指标｡根据心肌解剖特点,应变可分为三种主要类型:环向应变(circumferentialstrain,CS)､纵向应变(longitudinalstrain,LS)和径向应变(radialstrain,RS)｡其中CS反映心肌短轴切面的环向收缩,主要由心肌中层环向纤维控制;LS反映心肌长轴方向的变形,主要由心内膜下纤维功能决定,对早期心肌病变最敏感;RS反映心肌向心室腔中心方向的增厚程度｡心肌纤维排列呈特殊的螺旋结构,从心内膜下逆时针方向逐渐过渡到心外膜下顺时针方向｡在收缩期,纵向和环向应变表现为负值(缩短),径向应变为正值(增厚)｡心肌的扭转运动则源于心外膜和心内膜纤维的对抗性收缩,表现为心底部顺时针旋转和心尖部逆时针旋转[6]｡这种多维度的应变分析能够早期发现心肌功能异常,为临床诊断和预后评估提供重要依据｡

2、CT心肌应变成像技术

2.1CT特征追踪技术随着CT技术的发展,基于CT特征追踪(CTfeaturetracking,CT-FT)技术的应变分析逐渐成为研究热点｡该技术需使用回顾性心电门控的冠状动脉CT血管成像,经过图像重建,重组出CT心脏电影序列,在心脏短轴面以及长轴面勾画收舒末期的心内膜和心外膜,借助专门的后处理软件自动进行三维重建和点追踪,得出整体及节段应变[7]｡该过程需由有经验的影像医师､技师操作,必要时进行手动调整｡图像质量和勾画准确性是影响应变值可靠性的关键因素｡现有研究基于CT的心肌应变分析在扫描协议及图像后处理方面尚不统一｡扫描仪的特定时间分辨率从60~175毫秒不等｡管电压通常根据患者体型选择80~120千伏,并配合心电门控剂量调制｡对比剂注射方案以单次注射为主,对比剂浓度在320~400mgI/mL之间,采用追踪技术启动扫描｡由于扫描参数的差异,辐射剂量范围较大(2.8~15.8mSv)｡图像重建方面,一般在心动周期内每间隔5%~10%进行一次重建,重建层厚0.5~0.75毫米,层间距0.4~1.0毫米｡后处理软件主要有两类:一类是研究者自主开发的心肌标志点和点追踪工具,另一类是应用更为广泛的商业化应变分析软件[8],这些不同的软件选择进一步增加了CT心肌应变分析的多样性｡

2.2与超声､CMR心肌应变成像对比超声心动图斑点追踪成像是心肌应变测量的经典方法,分为二维斑点追踪成像和三维斑点追踪成像两种｡二维斑点追踪成像通过追踪超声图像中的声学斑点来评估心肌运动,不受声束角度限制,可评估整体及节段心肌变形参数[9]｡但该技术仅能观察单一切面的心肌运动,且对图像质量要求严格,需要患者心率整齐并能屏息配合,这限制了其在心律失常和呼吸系统疾病患者中的应用[10]｡三维斑点追踪成像能实时追踪心肌斑点的立体空间位置,提供更全面的心肌运动信息,然而,由于其帧频较低,图像的时间和空间分辨力欠佳｡此外,该技术需要手动修正边界,操作者依赖性强,且要求连续多个稳定的心动周期,这在某些临床情况下难以实现[11]｡CMR软组织对比好,可明确心肌边界,不受声窗限制是评估心肌应变的无创检查金标准[12]｡传统上采用标记线技术,近年来特征追踪(featuretracking,FT)逐渐兴起,通过内外膜轮廓追踪计算应变｡FT技术具有良好的重复性,可应用于标准CMR电影稳态自由进动(steady-Statefreeprecession,SSFP)序列,无需专门的采集和复杂的后处理即可测量心肌变形[6]｡多中心研究证实,在缺血性和非缺血性扩张型心肌病中,基于CMR-FT的应变分析在预测主要不良心脏事件方面,优于左室射血分数和延迟钆增强[13-14]｡但CMR空间分辨率低于CT,时间分辨率受限于心动周期的覆盖程度,且检查耗时长,费用高,不能评估有金属植入物物患者的心功能,故无法成为最常用的检查方法｡

2.3应变参数的一致性比较不同成像方法测得的心肌应变参数是否具有可比性备受关注｡目前多项研究对CT心肌应变与超声心动图､CMR进行了对比分析｡在心血管疾病筛查[15]､主动脉瓣狭窄[16]及心力衰竭患者[17]中,CT与超声心动图测得的应变值均显示出良好相关性｡WANG等[18]通过对44例心力衰竭患者的研究发现,CT左心室整体应变与CMR结果具有高度相关性(3D-GRS,r=0.89;3D-GCS,r=0.86;3D-GLS,r=0.79,均P<0.001),其中3D-GLS与CMR测量结果无显著差异且偏差较小(0.3%),证实了CT心肌应变分析的可靠性｡

3、CT心肌应变的临床应用

3.1缺血性心脏病缺血性心脏病(ischemicheartdisease,IHD)是心肌应变研究最多的领域,心肌节段功能与代谢状态是缺血性心脏病预后评估的重要指标[19]｡HAN等[5]对76例左前降支(leftanteriordescendingartery,LAD)狭窄患者及32例健康对照者进行CT-FT评估,结果显示,LAD狭窄组心肌应变较对照组显著降低,且与狭窄程度呈正相关｡在此基础上,周晶晶等[20]进一步证实,冠心病患者随着冠脉狭窄支数及程度增加,左心室整体及节段心肌应变参数绝对值呈减低趋势,以LS最为敏感｡LI等[21]发现基于CT特征追踪技术测得的心肌整体应变与CAD-RADS(coro⁃naryarterydisease-reportinganddatasystem)评分呈负相关,且整体纵向应变是阻塞性冠心病的独立预测因素,可作为评估冠心病严重程度的新指标｡此外,CT心肌应变能够通过量化局部心肌的力学改变,辅助识别缺血或梗死区域｡研究表明,基于CT的三维最大主应变与MRI测得的收缩期壁增厚(%SWT)显著相关(r=0.55),在心肌梗死诊断中具有较高准确性(AUC=0.90,敏感度81%,特异度86%)｡

3.2瓣膜性心脏病主动脉瓣狭窄是CT心肌应变的又一研究热点｡在主动脉瓣狭窄患者中,CT应变分析可提供超越常规临床和超声心动图检查的预后信息｡FUKUI等[22]通过分析431例接受经导管主动脉瓣置换术(transcatheteraorticvalvere⁃placement,TAVR)治疗的主动脉瓣狭窄患者资料发现,双源CT技术评估左心室整体纵向应变(globalLS,GLS)具有97%的可行性和良好的重复性,基线CT应变降低与更高的术后死亡风险和心力衰竭住院率显著相关,且基线CT应变无改善预示预后不良｡MARWAN等[23]对25名经导管主动脉瓣植入(transcatheteraorticvalveimplantation,TAVI)患者进行术前和术后3~6个月CT检查,发现术后患者的GLS和主应变参数较术前明显改善,证实了CT心肌应变在评估TAVI手术效果方面的可行性｡此外,该应用也正在扩展到经导管二尖瓣置换和经导管三尖瓣置换前的右心室评估,显示出广阔的临床应用前景｡

3.3非缺血性心肌病非缺血性心肌病(non-is⁃chemiccardiomyopathy,NICM)是指由非冠状动脉粥样硬化病变引起的心肌疾病,其临床特征包括心脏扩大､心律失常和心力衰竭,严重时可导致猝死｡目前报道的CT心肌应变在NICM中的应用相对较少｡在肥厚型心肌病(hypertrophiccardiomyopathy,HCM)的研究中,HOSOKAWA等[24]证实HCM患者的左心房应变明显低于非HCM患者｡BERNHARD等[25]以99mTc-DPD闪烁显像作为参考标准,对263名TAVI术前患者进行四维心脏CT检查,发现CT应变参数可以有效识别合并转甲状腺素淀粉样变性心肌病｡虽然CT-FT技术在NICM领域显示出一定应用价值,但目前研究数量有限,样本量较小,未来研究可进一步探索CT心肌应变在其他类型NICM中的诊断和预后评估价值｡

3.4其他领域应用相比于广泛开展的左心室应变研究,左心房应变正受到越来越多的关注｡HIRASAWA等[26]探讨了基于CT-FT技术测量的左心房峰值纵向应变(peakleftatriumLS,PALS)在预测TAVI术后长期生存中的价值,结果表明PALS与TAVI术后全因死亡独立相关,可用于预测患者长期预后｡除此之外,在先天性心脏病领域,XIE等[27]研究通过纳入43例先天性心脏病术后患者,对比分析了CT与经胸超声心动图(tran⁃sthoracicechocardiography,TTE)测量左心房应变和容积的可行性,结果表明CT测量结果与TTE具有良好的相关性和高重复性,证实CT可作为评估先天性心脏病儿童左心房功能的互补检查方法｡

3.5CT应变成像的局限性尽管CT心肌应变在心肌功能评估中展现了诸多优势,但其局限性不容忽视｡首先,CT成像技术伴随着电离辐射的风险｡同时,CT对高心率敏感,容易因运动伪影导致应变分析失败｡因此被试者往往需要提前服用β阻滞剂控制心率｡此外,目前CT心肌应变评估尚无统一标准,各研究采用的扫描参数､重建方法不尽相同,加之后处理软件仍需不断优化,限制了多中心研究之间的可比性｡

4、展望与结论

基于CT-FT的心肌应变分析在心血管疾病的评估中展现出独特优势,能够实现结构与功能的一体化评估｡研究表明,其在冠心病､瓣膜病及部分心肌病中具有较高的诊断及预后价值｡然而,辐射暴露､心率敏感性及方法学异质性仍是其临床应用的主要限制｡随着CT新技术的进步,在维持优质图像的同时大幅降低辐射剂量已成为可能｡未来需建立标准化的操作指南,并推动多中心合作,验证技术稳定性｡通过技术标准化和人工智能辅助的应用,CT心肌应变分析有望为心血管疾病的早期筛查､个体化诊疗和疗效评价开辟新途径｡

参考文献:

[1]CHINATWCOTROCHADI.中国心血管健康与疾病报告2021概要[J].中国循环杂志,2022,37(6):553⁃578.

[20]周晶晶,唐雪培,喻思思,等.基于ct特征追踪技术评估冠心病患者左心室心肌应变的初步研究[J].中华放射学杂志,2022,56(4):392⁃397.

基金资助:河南省医学科技攻关计划省部共建项目(SB201901097);

文章来源:王莹,葛英辉,郭智萍.基于CT特征追踪技术心肌应变在心功能评估的研究进展[J].医药论坛杂志,2025,46(15):1677-1680.