放射性核素门控单光子发射型计算机断层成像在左室收缩不同步评估中的应用∗

庞泽堃 李剑明

左室收缩不同步(left ventricular dyssynchrony,LVD)定义为左室(left ventricle,LV)不同节段之间的机械性收缩或舒张时机上的差异,可以分别影响心动周期中的收缩期和舒张期,也可以同时影响二者,导致收缩期和(或)舒张期LV 收缩和(或)舒张不同步,继而引起LV 收缩和(或)舒张功能降低。收缩期和舒张期LVD 可能有着不同的潜在机制和决定因素[1－2],但都可能与不良预后有关[3－4]。目前对LVD 最常用的治疗方式是进行心脏再同步化治疗(cardiac resynchronization therapy,CRT),但CRT 专业性强、操作相对复杂,而且价格昂贵。与此同时,CRT 后无应答及效果不佳的患者仍较多。因此,准确筛选出真正合适CRT 的患者、提高治疗的有效率就显得十分重要。为此,笔者就放射性核素门控单光子发射计算机断层成像(gated-single photon emission computed tomography,G-SPECT)心肌灌注成像(myocardial perfusion imaging,MPI)对左室机械性收缩性同步性评估的基本原理、临床应用价值及其最新相关技术的研究进展做一综述。

1 基本原理与评价参数

由于G-SPECT MPI可以反映左室从舒张末期到收缩末期各室壁运动的一系列时相信息,通过计算机技术创建与心动周期中的时间点相对应的一系列LV 三维图像,确定LV 各节段分别在收缩期或舒张期的系列时相变化,用来反映收缩期和舒张期的心室壁机械性运动情况,这项技术被称为相位分析[5]。它是以部分容积效应为基础,该效应表明G-SPECT MPI中的LV 区域最大计数与同一区域的心肌壁厚度近似成正比。这种线性关系表明,整个心动周期中区域最大计数的变化代表相同区域的心室壁厚度的改变。相位分析使用傅里叶谐波函数来估算这种变化,以测定心室机械收缩的开始(onset of mechanical contraction,OMC),输入项是G-SPECT MPI短轴图像,对图像的每个时间帧进行三维搜索,获得区域最大计数。一旦从所有时间帧获得了区域样本,就获得了整个心动周期中区域最大计数的变化。然后,使用一次谐波傅里叶函数近似区域壁增厚曲线以计算区域相位,该区域相位与区域开始收缩的时间间隔有关。在LV 重复傅里叶分析获得OMC 位相分布,并对其均匀性或异质性进行定量评估。

相位分析可以得到以下参数:①相位标准差(phase standard deviation,PSD):机械收缩开始时的不均匀程度,即相位的分布范围;②直方图带宽(phase histogram bandwidth,PHB):相位分布的95%宽度;③相位峰值:频率最高的相位;④相位直方图偏度和相位直方图陡度。其中PSD和PHB最具临床意义,并与组织多普勒和斑点跟踪超声心动图等对LVD 的评估结果一致性良好[10]。

2 相位分析技术评价LVD的优势

目前LV 同步性评价釆用QRS波时限和影像学方法如组织多普勒超声心动图(tissue Doppler imaging,TDI)、门控心血池显像、心脏磁共振成像(cardiac magnetic resonance,CMR)以及G-SPECT MPI等。与其他影像学方法相比,GSPECT MPI相位分析技术的优势在于:①高度自动化测量,结果可靠、且重复性好是优于TDI的一大特点[7];②单次扫描即可获得多种参数(心室同步性、心肌血流灌注、LV 功能及容量等);③采用连续谐波傅里叶函数近似区域壁增厚曲线获取室壁运动及增厚率,时间分辨率高,优于CMR 检查;④可以分别评价心室收缩期和舒张期同步性;⑤可检测心肌疤痕的位置、范围和严重程度,以确定和优化心衰患者CRT装置的安放位置[8];⑥信息参数可通过后处理获得,便于分析和研究。

3 临床应用

3.1 心力衰竭 CRT 是中晚期心力衰竭(简称心衰)的重要治疗方法,可以逆转心室重构,恢复心室同步性,改善生活质量,提高心功能分级,减少住院率及死亡率等。由于QRS波时限决定的电非同步化不一定代表真正的机械非同步化,所以并不是CRT 的最佳预测指标[9]。与此同时,CRT 后无应答或效果不佳的患者仍较多。因此,需要对心脏机械非同步化运动进行评估,以便更准确地选择那些能从CRT 中长久获益的患者。G-SPECT MPI利用部分容积效应可以在检测放射性计数的基础上定量分析局部心室壁增厚[10]。同时,G-SPECT MPI还结合了心肌血流灌注和功能的测量,所获取的参数如PSD 和PHB,已被证明可以评价心室运动情况,优化CRT 患者的选择,甚至可以预测CRT 的预后[11]。Henneman等[12]利用G-SPECT MPI相位分析研究了42例严重心衰患者,发现对CRT 应答者与无应答者之间无论是PHB(175°±63°vs 117°±51°,P＜0.01)还是PSD(56.3°±19.9°vs 37.1°±14.4°,P＜0.01)都存在显著差异。类似的结果从Boogers等[13]的研究结果中也可以获得。最近一项对行CRT 后的患者研究显示,G-SPECT MPI虽然还不能预测CRT 时起搏装置放置的准确位点,但其测量的PSD 值的变化可以预测CRT 后的心室运动状况[14]。这些结果都支持G-SPECT MPI相位分析可以优化CRT 患者的筛查。

目前G-SPECT 相位分析LVD 还仅限于设备植入前筛查适合CRT 的患者。由于采集时间较长,限制了在设备植入后即刻进行重复测量以实现优化起搏参数的过程。碲锌镉(cadmium-zinc-telluride,CZT)SPECT 的出现很好地解决了这一临床实际问题。Gimelli等[15]的研究显示,CZT SPECT 与传统SPECT 测量出的标准PHB 和PSD 值相关性良好。而Wu 等[16]对59 名心衰患者的研究表明,CZT SPECT 与传统SPECT 相比,在心室同步性测量方面具有很好的一致性,同时在测量左室瘢痕、功能等方面也具有良好的可比性,优势在于可以大大缩短显像时间。

3.2 冠状动脉粥样硬化性心脏病(cardiac artery disease,CAD) TDI研究显示,CAD 患者的收缩期和舒张期LVD的患病率都很高,并且在冠状动脉多支病变的患者中更为普遍,表明心肌缺血对CAD 患者LVD 的发病机制有显著影响。Wang等[17]的研究也表明,LVD 在CAD 患者中普遍存在,收缩期LVD 会导致CAD 患者运动能力的下降,且独立于既往心肌梗死或局部心室壁功能异常的病史。

TDI、CMR 和G-SPECT MPI等都已对LVD 进行了相关研究,前两种显像方法主要是通过测定LV 功能参数[如舒张未期容积(EDV)、收缩未期容积(ESV)及左室射血分数(LVEF)]来评估心室同步性。近年来,G-SPECT MPI相位分析技术已经成为一种检测LVD 的重要手段,它可以做到同时评价心室同步性、心肌血流灌注及LV 功能及心室容积,并且其结果与门控心血池显像、CMR 的结果一致性良好[18]。Gimelli等[19]在对657名可疑或确诊CAD 的患者进行的G-SPECT MPI研究结果表明,LV 血流灌注参数[如负荷总积分(SSS)、差值总积分(SDS)]及心室功能[如LVEF、ESV、EDV 及峰值充盈率(PFR)]与LVD 评价参数(如PSD、PHB)相关性良好,LVD 组中上述参数与对照组相比均具有显著差异,并且LVD 的存在和严重程度与CAD的病变程度相关。同时,心肌血流灌注的不均一性与LVD相互作用也已被揭示出来[20]。Sharma等[21]对CAD 患者的队列研究表明,G-SPECT 检测到的LVD 与全因死亡率和心血管死亡率有较强的相关性,而与电活动不同步无关。

既往研究显示LVD 是LV 功能障碍的指标,先于任何局部室壁运动的改变或收缩和(或)舒张功能明显异常,在临床上对LVD 的检测和评估对那些存在高风险因素但尚未进展为CAD 的患者尤为关键[22]。因此,对CAD 患者的心室功能进行早期、全面的评估对进行及时的医学干预及其预后都至关重要。

4 最新技术进展

4.1 舒张期LVD 的检测 上述文章所涉及的“LVD”基本上均是收缩期检测的。值得注意的是,目前大量的研究还主要集中在收缩期心室非同步化运动,只有很少的研究分析了舒张期的心室运动情况,原因可能是人们对收缩期LVD 可对CRT 患者进行筛选,并且舒张期LVD 检测的技术难度相对更大。最近,Fudim 等[23]分析了舒张期心室非同步化运动发现舒张期LVD 比收缩期LVD 具有更强的预后意义。G-SPECT 作为一种无创检查技术可以用来评估舒张期心室同步化运动及心室舒张功能,常用的参数有同步性参数(如PSD、PHB)及舒张功能参数(如高峰充盈率、1/3 平均充盈率、高峰充盈时间与RR 间期时间的比值等)。Bonow 等[24]的研究发现,G-SPECT 检测到的LVD 与心室整体和(或)局部舒张功能下降程度有关,而LVD 的改善与整体舒张期心室充盈率的提高有关,与收缩功能的提高无关。这说明舒张期LVD 似乎是早期左室功能障碍的一个指标,以其为治疗目标可改善患者的临床预后,同时可对CRT 患者舒张功能的改善进行评估。

既往的研究表明,收缩期LVD 的患者具有较高的心脏不良事件的风险[25],而舒张期LVD 在心衰患者中同样普遍存在[26]。在心衰患者中,左束支传导阻滞可引起舒张期LVD,通过降低LV 舒张期充盈率,延长等容收缩期和舒张期时间等,引起明显的LV 舒张功能异常,可能进一步危害心衰患者的血流动力学功能[25]。Alexanderson-Rosas等[27]利用G-SPECT MPI对160名接受CRT 患者的手术前后对比分析发现,心室舒张期同步性及舒张功能均有显著差异,表明CRT 可改善舒张期LVD 从而提高心室舒张功能,达到改善心衰的效果。

4.2 CZT SPECT 评价LVD CZT 固态半导体心脏专用SPECT 的推出代表了SPECT 技术的重大发展,与传统SPECT 相比具有灵敏度高、空间分辨率高、采集时间短等优势,很好地解决了降低辐射剂量和缩短扫描时间的两个传统SPECT 的重要技术问题。CZT SPECT MPI临床应用广泛,如检测心衰、缺血性心脏病、扩张性心肌病及束支传导阻滞等因素导致的心室运动不同步,同时还可以评估心肌血流灌注及心室收缩功能等。Pazhenkottil等[28]将CZT SPECT 与传统SPECT 采集的数据进行了对比,他们设定CZT SPECT的采集时间为5 min,而传统的双探头SPECT 的采集时间为10～20 min,利用相位分析技术分别得到了46位患者的PSD 和PHB值,从而对心室同步性进行分析。与传统双探头SPECT 获取的数据相比,CZT SPECT 采集得到的数据的敏感度、特异性、阳性预测值和阴性预测值分别为89%、100%、100%和97%,两种方法所得到的数据的一致性为98%,CZT SPECT 所测得的心功能参数与MRI结果也有较好的一致性[18]。CZT SPECT 在不影响数据质量的情况下,使得总采集时间减少了三分之二,这为传统SPECT 因采集时间较长而无法实现设备植入后患者重复测量以实现起搏参数最优化这一问题提供了解决方案。近期,孙琦婷等[29]对343例行CZT SPECT MPI患者的回顾性研究表明,左室EDV 及ESV 越大,收缩功能(LVEF)受损越重,机械收缩同步性越差,表现为PSD 越大,PHB 越宽等。因此,CZT SPECT MPI是一种可以同时检测LVD,心肌血流灌注及心室收缩功能的超快速方法。

5 总结

心室机械非同步化运动与早期心室功能障碍密切相关。放射性核素G-SPECT MPI是一项很有前途的无创影像手段用于早期检测心室收缩期和舒张期机械性非同步化运动,并有可能通过相位分析评估达到最优化筛选CRT 患者的目的。此外,CZT SPECT 的出现为低剂量、快速,同时检测LVD、心肌血流灌注和心室收缩功能的“一站式”评价提供了技术保障,预计有重要的临床应用前景。