研究背景随着社会经济的发展及全球人口老龄化趋势越渐加重,冠状动脉粥样硬化性心脏病及其导致的心肌梗死的发病率越来越高,已成为当前严重危害人类生命安全的健康杀手。据WHO发布的《2011年世界卫生统计》中指出在全球每年因心脏病、糖尿病和癌症等非传染性疾病而死亡人数约有3500万人,占全球人口死亡总数的三分之二；其中中国地区的冠心病死亡人数已位列世界第二位。因此,早期诊断,早期防治,才能有效减少冠心病的发病率及降低其死亡率。常规冠状动脉造影虽然是冠状动脉疾病诊断与治疗的主要检查技术,但其不能直接检测心肌微循环血管损伤和显示病变心肌微观灌注变化情况。因此,要提高冠心病的临床诊治水平,除了要准确判断冠状动脉狭窄程度、有否并发心肌梗死、继发心肌形态变化等情况以外,还需鉴别心肌活性、掌握心功能变化的状况。这样对于治疗方案的选择、疗效和预后的判断均十分重要。心肌灌注是目前临床评价心肌组织微循环功能状况,鉴别心肌活性的主要方法。正常功能的心肌细胞在负荷状态下,心肌灌注量、心肌代谢和心肌收缩功能之间能保持动态平衡；但缺血性心脏病则多表现为心肌灌注量减少,继发心肌代谢、功能、灌注的失衡；CT心肌灌注比较其它的影像学检查手段,具有极高的时间、空间分辨率,能在一次冠状动脉CTA成像的同时,既获得冠状动脉形态学数据,也获取了左心室功能评价的数据。尽管多层螺旋CT(multi-slice spiral CT,MSCT)心肌灌注应用于评价冠心病心肌微循环状态及存活心肌鉴别方面具有良好的发展前景,但目前仍处于临床研究阶段,缺乏公认的参考依据和标准,甚至还存在诸多的矛盾和争议。本文尝试利用320排螺旋CT心肌灌注结合心肌负荷扫描探讨MSCT心肌灌注技术及结合心肌负荷试验方法在一站式心脏检查,获得心脏综合信息的可行性；即一次心脏扫描,同时获得冠状动脉、心功能评价的数据,甚至还能依据相同的数据资料进行梗死心肌和存活心肌的鉴别,对心肌微循环的功能状态进行定量分析,评价心肌活性状态。并通过对冠心病缺血心肌的应用分析,了解MSCT心肌灌注技术在冠心病缺血心肌综合应用的价值。1研究目的1.1探讨利用320排螺旋CT心肌灌注技术结合心肌负荷试验在一次心脏检查获得全部心脏影像学资料的可行性；即不仅可获得冠状动脉解剖形态信息,也同时获得左心室功能评价指标的数据,并能对心肌微循环的功能状态进行量化分析。1.2探讨320排螺旋CT心肌灌注技术在评价冠心病缺血心肌的综合应用价值。2研究方法2.1临床资料搜集2011.4～2011.12期间使用本院320排螺旋CT进行心脏灌注扫描的冠心病患者24例,其中男性13人,女性11人；年龄从37～72岁,中位数年龄52.5±3.2岁,以及正常成人对照组13例,男性9人,女性4人；平均年龄43.7岁。24例冠心病人均行核素心肌灌注显像证实心肌节段性灌注缺损(均为左心室壁灌注缺损),提示存在可逆性心肌缺血；其中16例有典型心绞痛发作的症状,8例出现疑似胸闷不适。13例正常人对照组受检者入选标准是：①既往及当前均无冠心病的临床症状及体征；②既往无高血压临床症状及体征；③既往无其他先天性或后天性心脏器质性病变；④无其他心脏功能性及传导性阻滞相关的病变；⑤无药物过敏史及心肝肺肾等功能衰竭病变；⑥既往心电图检查示正常；⑦心脏体格检查指标均正常；⑧对负荷用药(多巴酚丁胺)无不良反应。实验组与正常人对照组所有受检者均无碘对比剂过敏史、无β受体阻断剂使用禁忌证、无心电传导障碍、无心功能不全或心肾功能障碍、无不可控制的高血压,静息状态下血压≤190/120mmHg；无呼吸运动障碍、意识清醒能配合检查实施。CT扫描前所有受检者均进行宣教,告知试验的目的、方法,和相关不良反应以及相应处理措施,并让所有受检者在知情同意书上签字确认,知情同意书内容及格式如表1-1所示。2.2心脏冠状动脉CTA成像及心肌CT灌注扫描前准备检查前受检者需禁食禁水4-6h,检查前12小时内禁止摄入含咖啡因、或可乐的食物,冠心病受检者还需在检查前24h停用p-受体阻滞剂。扫描前常规测量心率,对心率高于80次/min的受检者,使用倍他乐克25～50mg,控制心率在60～75次/min范围内。测量受检者的基础血压、体重、身高,并计算相应BMI数值(BMI=体重(kg)/身高(m)的平方),并根据BMI值设定对应的管电压、管电流数值。对所有受检者检查前均进行呼吸指导训练,尽量要求病人在整个试验过程中保持浅慢、平静的呼吸状态。受检者采用仰卧位、脚先进,双臂上举于头两侧,连接心电导联线,同时在受检者右臂肘静脉放置18G-20G的静脉内套管针连接注射用双筒高压注射器。左上臂放置血压监测装置,间隔30sec自动测量血压、心率及平均压,设定HR≥150次/min,或者血压>190/120mmHg为阈值,当监测值超出此标准,则显示报警。2.3心脏冠状动脉成像及心肌灌注扫描方法2.3.1心脏冠状动脉CTA成像及静息心肌CT灌注扫描方法。全部检查采用Toshiba Aquilion one320排动态容积CT,采用前瞻性心电触发技术靶区间扫描模式(一般设定为心动周期75%),一切准备就绪后进行双定位像扫描,扫描范围为自气管分叉至心脏膈面下1.5cm左右,屏气扫描。首先进行冠状动脉钙化积分平扫,扫描参数：管电压100kV,管电流300～450mAs/rot(具体数值根据受检者相应BMI值及体型设定),层厚0.5mm,间隔0.5mm,视野(FOV)180～220mm。然后采用屏气ECG门控动态容积扫描模式下常规剂量连续采集扫描,应用双筒高压注射器经右侧肘前静脉以5ml/s流速注射优维显(370mgI/m1)50～60ml(注射量依据受检者体重指数BMI而定),注射完后再以相同的流率注射30ml生理盐水冲管,设定增强范围与平扫时一致,扫描参数：管电压120kV,管电流350～450mAs/rot。应用Sure Star软件智能触发扫描系统选取胸主动脉近端为CT值监测的感兴趣区,当兴趣区内密度达到预设值(一般设为180Hu)时自动启动冠状动脉及静息心肌灌注扫描,扫描过程中同步记录心电图。分别设定自心肌灌注扫描启动时间起间隔10sec、20sec及30sec行延迟静息扫描,采用前瞻性心电触发技术靶区间扫描心脏,扫描参数管电压100kV,管电流300～400mAs/rot。2.3.2心肌多巴酚丁胺负荷试验采用5%葡萄糖注射液20ml稀释的盐酸多巴酚丁胺注射液20ml用微泵连接受检者左前臂肘静脉内置管进行滴注,启动滴注速率为15μg/kg·min,每隔3min增加速率5μg/kg·min,最大限值设定为30μg/kg·min;同时每隔1min启动血压监测装置密切观察受检者的血压、心率等监测指标变化以及精神、症状表现；当到达试验监测心率目标值{即0.85x(220-年龄)}；或出现心率、血压变动幅度过大(例如心率≥130次/min、收缩压>200mmHg或平均血压变化幅度>20mmHg等)、或者试验过程中受检者出现不能继续耐受负荷的症状(例如：出现心绞痛、心律失常、胸闷、胸痛等不适或出现头晕眼花、口干、面色苍白或四肢乏力等症状)即可终止负荷试验,启动后续的负荷心肌CT灌注扫描。2.3.3负荷心肌CT灌注扫描方法。心肌多巴酚丁胺负荷试验结束后,启动负荷后心肌灌注扫描,扫描范围与静息心肌灌注扫描一致；采用屏气ECG门控动态容积扫描模式下常规剂量连续采集扫描,应用双筒高压注射器经右侧肘前静脉以5ml/s流速注射优维显(370mgI/ml)30ml,注射完后再以相同的流率注射30ml生理盐水冲管。应用Sure Star软件智能触发扫描系统选取胸主动脉近端为CT值监测的感兴趣区,当兴趣区内密度达到预设值(一般亦设为180Hu)时自动启动负荷心肌灌注扫描,扫描过程中同步记录心电图。然后设定自心肌灌注扫描启动时间起间隔10sec、20sec及30sec行延迟负荷扫描,采用前瞻性心电触发技术靶区间扫描全心脏,扫描参数管电压100kV,管电流300-350mAs/rot,其余扫描参数同前。2.4心肌灌注扫描心肌强化CT值的测量采集与评价方法以及心肌时间-密度强化曲线的绘制方法。在副机工作站图像浏览窗浏览工作站自动计算机自动重建10个心动周期图像,选择心动周期中心脏运动伪影最少的时相,使用多平面重建软件(MPR)三维显示心脏及心形态；其中冠心病缺血心肌组受检者对应其心肌核素灌注显像提示心肌异常灌注的影像,选定心肌CT值测量的层面及放置感兴趣区(ROI),分别测量并记录心肌在静息状态下灌注期、延迟10sec、20sec、30sec以及负荷状态后灌注期、延迟10sec、20sec、30sec图像的心肌CT密度值,同时调节图像的色阶,叠加根据CT值高低的伪彩色阶图于三维平面展示的心脏图像上,以便直观清楚辨认心肌灌注异常区域的分布及相对严重度。另外,分别根据正常对照组、冠心病缺血心肌组各组内静息、负荷后灌注期、延迟10sec、20sec、30sec各期测量的心肌密度CT值绘制心肌时间密度曲线,以扫描时间为横坐标,心肌CT密度测量值为纵坐标；再对比正常对照组、冠心病缺血心肌组对应的静息、负荷的心肌时间密度曲线,观察正常心肌、缺血心肌在不同状态下的强化差别。2.5MSCT心功能分析及测量方法将采集的静息、负荷CT心肌灌注原始资料以层厚1.0mm,重叠0.5mm,间隔10%重建出10组心动周期数据,分别将两组重建数据导入Toshiba Vitreal2工作站,应用心功能分析(Cardial Functional CT)软件包,采用MPR技术获取左心室长、短轴切面图像,选择左心室腔最宽的长轴切面调整心尖方向,使心尖与左心室长轴处于同一直线上,由计算机自动勾画心内膜、外膜轮廓线,然后采用人工手动方法分别调整10个时相左心室壁内、外膜轮廓线(室间隔、肉柱及乳头肌不纳入计算范围)。逐期观察各时相取左心室腔面积最小的设定为收缩末期,面积最大的时相设定为舒张末期,然后输入受检者身高、体重、心率等资料,由计算机根据Simpson公式自动计算出各测量标值,包括左心室舒张末期容积(end-diastolic volume, EDV)、收缩末容积(end-systolic volume, ESV)、每搏输出量(stroke volume, SV)(SV=EDV-ESV)和射血分数(ejection fraction, EF)(EF=(EDV-ESV)/EDV)等数值；记录以上数值并进行统计学分析。2.6MSCT静息、多巴酚丁胺负荷心肌灌注透壁灌注比率(TPR)的测量及其对应冠状动脉病变评价方法在副机工作站图像浏览窗浏览工作站自动计算机自动重建10个心动周期图像,选择心动周期中心脏运动伪影最少的时相,同时排除有否存在运动和射线硬化伪影,在副机工作站Clincal Tools界面启动心肌灌注后处理软件‘"Myocardial Analysis application",分别在静息、负荷数据分析选项导入所选择的心动周期时相数据,分别在静息、负荷图像设定窗中设置左心室感兴趣区范围(Set LV ROI)(如图3-1所示),调整图像使左心室最大切面能恰好对应心脏短轴、垂直长轴和水平长轴方向,确保感兴趣区内能包括静息、负荷的左心室整体；然后由计算机自动勾画出左心室内壁和外壁轮廓,(其中心内壁轮廓线呈绿色,心外壁轮廓线呈红色),人工手动法逐层对左心室心内、外壁轮廓线进行修正,确保需灌注分析的左心室心肌壁位于取样范围内,其中心内膜下乳头肌不算入心内壁,以及不包括左心室流出道；确定需纳入计算分析的左心室心肌壁范围(即确定数据分析从心室壁什么地方开始,到哪里结束),最后把选定的心肌范围输入计算机自动分析出左心室壁各节段的透壁灌注比值(transmural perfusion ratio, TPR)图及其自动色阶调整灌注图,在图像颜色管理窗选择黑白灰阶显示,并在Basic Value(HU)的设定上手动输入基础阈值,即心肌在强化前的本底密度值。左心室壁各节段划分参考美国心脏协会ACC/AHA标准,将左心室划分为垂直于心室长轴的基底部、中部及心尖部三等份共16个节段显示(心尖部节段可划分为第17段,但一般不纳入数据分析),其中基底部是从二尖瓣延伸至舒张末期乳头肌尖,呈牛眼圈的外环,包括6个肌段：S1(前基底段)、S2(前隔基底段)、S3(下隔基底段)、S4(下基底段)、S5(下侧基底段)、S6(前侧基底段)；中部为中环包括乳头肌全长,其包括6个肌段：S7(前中段)、S8(前隔中段)、S9(下隔中段)、S10(下中段)、S11(下侧中段)及S12(前侧中段)；心尖部为内环,是乳头肌远端至心腔的末端,其包括4个肌段：S13(前尖段)、S14(隔尖段)、S15(下尖段)及S16(侧尖段)。各肌段与对应冠状动脉各支供血关系如下：①左侧冠状动脉前降支：S1、S2、S7、S8、S13、S14和不纳入分析的S17；②左侧冠状动脉回旋支：S5、S6、S11、S12、S16；③右侧冠状动脉：S3、S4、S9、S10、S15。最后,对照核素心肌灌注提示可逆性灌注异常的区域,并记录相应左心室壁节段透壁灌注比率(TPR)。2统计学方法所有资料均使用SPSS17.0版本的统计软件包进行统计学分析,数据均以x±s表示,当P<0.05时,认为统计学有差异或相关性具有统计学意义。2.1对正常对照组、冠心病缺血心肌各组内的静息、负荷对应的灌注期、延迟10sec、20sec、30sec各期的心肌密度CT测量值进行配对t检验。同时,对正常对照组、冠心病缺血心肌组两组间相对应的静息、负荷下灌注期、延迟10sec、20sec、30sec各期心肌密度CT测量值使用独立样本t检验分析。2.2对正常对照组、冠心病缺血心肌组内的静息、多巴酚丁胺负荷灌注前后对应ESV、EDV、SV、EF等测量值进行配对t检验。对正常对照组、冠心病缺血心肌组间的静息灌注、多巴酚丁胺负荷灌注对应ESV、EDV、SV、EF等测量值进行独立样本t检验分析。2.3对正常对照组、冠心病缺血心肌组组内静息、多巴酚丁胺负荷后透壁灌注比率分别进行配对t检验,对正常对照组、冠心病缺血心肌组组间对应静息、多巴酚丁胺负荷后透壁灌注比率进行独立样本t检验。3研究结果3.1正常人在静息和负荷下各对应点心肌密度CT测量值之间差异均未有显著统计学意义。冠心病缺血心肌组在静息和负荷状态下各对应点的心肌密度CT测量值差异均有显著统计学意义,其中以延迟10sec、20sec和30sec期统计学差异性最为显著。发现冠心病缺血心肌组和正常对照组之间除了在静息下延迟30sec这两期扫描的心肌密度CT测量值差异无显著统计学意义,其余两组间静息、负荷下各期的心肌密度CT测量值之间差异均有显著统计学意义。3.2正常组在静息、多巴酚丁胺负荷后心功能指标除EF外,其余(ESV、EDV、SV)值差异均有显著统计学意义,冠心病缺血心肌组除EF值有差异性外,其余心功能指标在静息、负荷下差异无显著统计学意义。正常组和冠心缺血心肌组在静息、负荷下各对应心功能指标测量差异均有显著统计学意义。3.3发现正常人透壁灌注比率TPR值在静息、负荷后对比差异无显著统计学意义；而冠心病缺血心肌组静息、多巴酚丁胺负荷后透壁灌注比率TPR值对比差异有显著统计学意义。并且正常对照组与冠心病缺血心肌组组间对应静息、多巴酚丁胺负荷后透壁灌注比率TPR值对比差异均具有显著统计学意义。结论1、多巴酚丁胺负荷的多排螺旋CT心肌灌注能应用于正常心肌和缺血心肌的鉴别,结合心肌时间强化密度曲线更能直观反映冠心病缺血心肌病变范围与程度。2、利用多巴酚丁胺负荷CT心肌灌注扫描不仅可了解冠心病冠状动脉病变形态学变化及其影响的心肌范围,还能结合射血分数(EF)及其它心功能指标数据综合判断冠心病缺血心肌冠脉及相应心功能受损程度,为下一步的选择治疗方案或动态观察治疗效果提供全面可靠的依据。3、应用320排螺旋CT ECG门控动态容积扫描心肌负荷灌注技术,结合心肌透壁灌注比率TPR值不但能通过TPR彩色色阶灌注图直观检测、判断心室壁肌层异常灌注的存在与范围,更可以根据TPR值精确到病变心肌段定量评价异常灌注的心肌病变程度及性质。