多模态磁共振评价左心功能及心肌组织结构的研究

摘要

第一部分磁共振对左心功能的评价研究
　　目的：
　　采用磁共振成像以及 Matlab影像工具箱所提供的影像轮廓界定函数的方法，对30名健康志愿者的左心房及左心室容积变化进行研究，并初步探讨左心生理状态下的各种功能参数及之间的相关性，进一步明确磁共振评价左心功能的潜在价值。
　　材料和方法:
　　30位健康的成年人志愿者，包括15位男性和15位女性。年龄分布由20到62岁，平均年龄32岁。并问卷调查各项基本资料，包括身高、体重、体表面积和心率。本实验采用1.5 T西门子磁共振完成图像数据采集，主要使用 Matlab影像工具箱(Image Toolbox)所提供的影像轮廓界定函数(imcontourm)进行轮廓界定，根据 Simpson’s rule计算左心房和左心室的容积和体积。通过与时间关系的运算得到体积时间关系曲线。将体积时间曲线对时间作微分，可以得到时间体积变化率图。通过心动周期内左心房、左心室体积变化率，计算左心房、左心室各功能参数。使用统计软件包 SPSS16.0分析左心房、左心室与身高、体重、体表面积、心率之间的相关性。首先将各参数(身高、体重、体表面积、心率)设为自变量，左心房、室功能参数设为因变量，进行多元回归分析。由分析结果我们可以得到每个左心房室功能参数和自变量的数学关系，使用t检验来测试回归方程式中各项系数是否会对因变量造成影响，如果没有影响则将该自变量予以剔除，简化方程式中自变数个数。利用最小子集回归分析在所有可能的自变量所建构出的模型中找出最适当的模型进行单因素回归和多因素回归分析，以P值＜0.05为有显著差异。
　　同时对比我们的实验方法的一致性和可靠性，包括：实际烧杯卡尺测量和软件界定、自动界定与手动界定、同一技师两次界定操作、同志愿者半年后重复扫描、两名技师界定操作的误差的对比研究。
　　结果:
　　1.通过左心室轮廓界定，获得30例健康志愿者左心房、左心室体积时间图和时间体积变化率图。并由此得到左心房、左心室各功能参数包括：LASV、PE、 CV、 LAPFR、LAPER、 LAmax、 LAmin、 CC、ME、 RV、 LAPFRt、LAPERt、CO、LVPER、LVPFR、LVPERt、LVPFRt、LVEDV、 LVESV、 LVSV、 EF、LVM的正常参考值，并评估其95％可信区间。
　　2.评估左心房和左心室功能参数的相关性结果证明，左心房功能参数CV、LAmin、LAPER与左心室各收缩舒张功能参数有显著相关性。
　　3.左心房和左心室功能参数(LVM，CO，LAmin，LAmax，RV，LVPFRt，LAPERt)和体表面积、体重、身高、心率等参数均存在不同程度的相关性。
　　4.烧杯卡尺测量和界定、自动界定与手动界定、同一技师两次界定操作、同志愿者半年后重复扫描、两名技师界定操作的误差的对比结果显示了较低的误差率，这说明我们的方法具有良好的一致性和可靠性。
　　结论:
　　本研究成功的建立起一种心脏磁共振影像采集、轮廓界定和功能参数分析的方法，并且验证了左心房和左心室功能参数的相关性以及左心房、左心室功能参数和体表面积、体重、身高、心率等参数存在的相关性。
　　第二部分多模态磁共振对左心心肌组织结构和类型的研究
　　目的：
　　本研究旨在使用MRI分析力量项目运动员、耐力项目运动员与健康对照组间心脏结构形态、泵血功能、心肌组织排列与心肌本质的差异程度，探讨磁共振在评价心脏结构形态、心脏泵血功能、心肌组织排列等方面的价值。
　　材料和方法:
　　对18位志愿者进行1.5 T核磁共振(Signa, GE)检查，其中包括6名举重或健美运动员（力量项目组），6名长跑运动员（耐力项目组）及6名非体育运动专业健康学生（对照组）。建立心电门控，在心电图中RR波间隔视为一次心动周期，如此可确保每次心动周期所取得的数据都是相同的心电相位。以定位影像(localizers)采集心脏四腔室(four-chamber view)与短轴(short-axis view)影像。以四腔室与短轴影像平面做连续成像(cine imaging)，所得连续影像经分析后可得心脏结构形态与泵血功能的相关影像参数。所得心脏影像分别使用MASS（GE Medical System, Milwaukee, WI）软体分析左心室腔短轴影像，并使用分析模式处理软件diffusion tensor imaging进行影像处理。弥散张量数据也使用MASS（GE Medical System, Milwaukee, WI）分析左心室腔短轴影像，取得舒张期心肌质量、心舒张末期容积(EDV)、心收缩末期容积(ESV)、射血分数(EF)、最高射血率(PER)与最高填充率(PFR)。使用Cardiac DTI分析方法取得心肌组织排列与心肌本质情况。使用SPSS16.0统计软件包单因素分析耐力项目组、力量项目组和对照组三组之间心肌形态结构、心脏泵血功能及心肌结构各参数相关性，并以志愿者的体表面积校正并评价其相关性，组间差异使用方差分析，以P值＜0.05有显著性差异。
　　结果:
　　1.耐力项目组、力量项目组以及对照组三组的年龄、身高、体重与体表面积均无显著性差异。
　　2.对耐力项目组、力量项目组以及对照组心脏结构形态各参数进行统计分析后发现，力量项目组和耐力项目组舒张末期质量显著高于对照组。力量项目组和耐力项目组左心室尖端、中层与基底部的心舒张末期侧壁与室间隔厚度显著高于对照组。力量项目组和耐力项目组左心室中层与基底部收缩末期侧壁厚度显著高于对照组。力量项目组和耐力项目组左心室中层在心收缩末期室间隔厚度显著高于对照组。在基底部位仅有耐力项目组显著厚于对照组，且于左心室尖端部位则是力量项目组显著厚于对照组。
　　3.对上述形态学参数进行了体表面积校正后发现：力量项目组和耐力项目组舒张末期质量指数显著高于对照组。力量项目组与耐力项目组左心室心尖部、中部或基底部的心舒张末期侧壁厚度显著厚于对照组。力量项目组与耐力项目组左心室心尖部、中层或基底部在心舒张末期室间隔厚度显著高于对照组。对于心收缩末期侧壁厚度，耐力项目组在左心室中层与基底部厚度显著高于对照组，而力量项目组仅在左心室基底部显著厚于对照组。对于心收缩末期室间隔厚度，耐力项目组在左心室心尖、中层与基底部均显著厚于对照组;力量项目组左心室心尖和中层显著厚于对照组。
　　4.对比耐力项目组、力量项目组以及对照组泵血功能各参数经统计分析后发现力量项目组和耐力项目组舒张末期容积显著高于对照组，并且耐力项目组显著高于力量项目组。力量项目组与耐力项目组的心收缩末期容积(ESV)显著高于对照组。经体表面积校正后，在心舒张末期容积(EDV)、心收缩末期容积(ESV)、心舒张末期容积(EDV)方面，力量项目组与耐力项目组皆显著高于对照组。力量项目组与耐力项目组心收缩末期容积(ESV)均显著高于对照组。力量项目组与耐力项目组最高射血率显著高于对照组。力量项目组和耐力项目组最高填充率显著高于对照组。耐力项目组的每搏输出量显著高于力量项目组与对照组。在射血分数方面，三组间并未有显著性差异存在。
　　5.对比耐力项目组、力量项目组与对照组的心肌弥散张量影像，发现所有数据经由统计分析后，获得结果发现耐力项目组与力量项目组螺旋形肌束比例均显著高于对照组。力量项目组与耐力项目组环状肌束比例则是显著低于对照组。力量项目组与耐力项目组在心尖部位螺旋形肌束比例显著高于对照组;而在环状肌束比例中则是显著低于对照组，力量项目组与耐力项目组于左心室中层螺旋形肌束比例显著高于对照组;而在环状肌束比例中则是显著低于对照组。上述所有指标两组运动组间则没有显著差异。在心肌纤维本质的部分，示踪 ADC与各向异性分数(FA)的数据经统计分析发现三组受试者间并无显著差异。
　　结论:
　　本研究发现运动员经专业训练可以促使心肌结构与心脏泵血功能产生适应性变化。耐力运动员的心舒张末期容积(EDV)与每搏输出量(SV)优于另外两组，左心室壁厚度增厚是其主要因素，此结果符合其运动训练的特点；力量运动员虽心舒张末期容积(EDV)有显著提升，但每搏输出量(SV)并未呈现增加趋势，因此增加心舒张末期容积(EDV)以补偿室壁向心增厚所压缩的室腔空间。此外，心肌组织再分布的比例，并不受运动训练的类型所影响，主要变化均是增加螺旋形肌束比例，以及降低环状肌束比例，这可能成为提升心脏泵血效率的重要基础；本研究结论为健康个体经力量或耐力运动训练，对其心脏结构、泵血功能与心肌组织排列具可出现不同程度改善。

目录

英汉缩略语名词对照

第一部分 磁共振影像分析健康成年人左心功能参数

前言

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

结论

参考文献

第二部分 多模态磁共振对左心心肌组织结构和类型的研究

前言

1 材料与方法

2 结果

3 讨论

结论

参考文献

附图及说明

文献综述:3T 磁共振对心肌灌注的研究进展

致谢

发表论文等攻读学位期间发表的学术论文目录发表文章