当缺血性、放射性因素造成心肌损伤时，虽未发生器质性改变，但部分患者已经出现了心肌功能的改变^[1-4]。心电门控4DCT(ECG 4DCT)强化扫描图像通过获得完整心电周期内的心脏动态图像，可客观展现造影剂在心腔及左心肌内的分布变化情况，追踪这些变化情况可评估心脏的心肌功能状态^[5]。影像组学技术通过挖掘图像的深层信息，可以更好地揭示图像特征的变化。影像组学技术结合ECG 4DCT图像在评估和量化左心室肌肉功能状态中具有巨大的应用潜力^[6-8]。但是要将二者结合应用于心脏疾病诊疗，首要要完成的关键一步是筛选出不随心动周期变化、不受解剖位置的影响、具有较好重复性的影像组学特征。本研究通过影像组学技术结合ECG 4DCT图像，对左心室肌不同时相的稳定影像组学特征进行筛选，并量化分析这些特征在心动周期不同时相间的变化。

1.一般资料：回顾性收集山东省肿瘤防治研究院2015年3月至2017年8月女性患者14例，均无心脏器质性改变，年龄35~46岁，中位年龄41岁。所有患者均无放疗禁忌症。

2.图像获取：所有患者均使用德国西门子双源CT(SOMATOM Definition Flash)进行吸气屏气末状态下的心电门控4DCT扫描。以5%时相为间隔，重建0~95%共20个时相的图像，其中收缩期为5%时相，舒张期为45%时相。重建层厚0.75 mm，重建间隔0.5 mm。

3.心腔感兴趣区域及左心室肌的勾画：在20个时相上进行心腔感兴趣区域(ROI)勾画，心腔ROI是在左心腔内造影剂充盈完好区域，以13 mm为直径勾画一个立体球形(研究造影剂对影像组学特征提取的影响，筛选稳定特征)；勾画左心室肌(left ventricular muscle，LVM)，勾画范围由左心室顶层面至心尖，内侧以造影剂为界不包含乳头肌，外侧以心包内面为界。所有时相逐一勾画(量化分析心跳周期中LVM影像组学特征的变化情况)。所有勾画均由两名放射科医生共同完成。流程图见图 1。

图 1 试验流程 Figure 1 Flow chart

4.特征提取：使用3Dslicer软件分别对20个时相上的心腔ROI及LVM进行影像组学特征提取，所有特征包括18个一阶特征(firstorder)，23个灰度共生矩阵(gray level co-occurrence matrix，GLCM)，14个灰度依赖矩阵(gray level dependence matrix，GLDM)，16个灰度游程矩阵(gray level run length matrix，GLRLM)，16个灰度区域大小矩阵(Gray Level Size Zone Matrix，GLSZM)及5个邻域差异灰度矩阵(neighbor gray tone difference matrix，NGTDM)，共92个特征。

5.统计学处理：利用SPSS 19.0软件对数据进行分析。经过方差齐性检验，对心腔ROI所有特征进行单因素方差分析，以不同时相作为单一差异因素，得出差异不具有统计学意义的稳定特征；将得出的稳定特征对LVM进行相同方法的单因素方差分析；对变化率达到99%以上的LVM特征不同时相上最大值与最小值进行每两组间的Wilcoxon秩和检验，P < 0.05为差异有统计学意义。分析心腔ROI及LVM的CT值在20个时相上的分布情况，并分析所得特征的变化范围。

1.心腔ROI影像特征分析：心腔ROI的CT平均值变化率较小，仅为9.23%(384.76±41.69)，其中5%时相相对于其他时相，平均CT值较高，达到了415.91 HU。其余时相的平均CT值分布在377.51~394.83 HU之间(图 2)。

图 2 心腔感兴趣区平均CT值分布 Figure 2 Average CT value distribution of cardiac ROI

对心腔ROI的92个特征分析中，有36个特征在不同时相之间差异均无统计学意义(P>0.05)，分别分布在Firstorder 9个，GLCM 5个，GLDM 6个，GLRLM 7个，GLSZM 7个及NGTDM 2个。

2. LVM影像特征分析：LVM的平均CT值变化相对于心腔ROI变化更为显著，变化率为17.88%(82.27±10.03)，其中最大CT值同ROI一样都出现在5%时相，为89.25 HU，其余时相的最大CT值变化范围在73.29~89.12 HU(图 3)。

图 3 左心室肌平均CT值分布 Figure 3 Average CT value distribution of LVM

对初步筛选得到的36个稳定特征在LVM上进行分析，得到Firstorder、GLDM、GLRLM分别有4个，GLSZM有6个，NGTDM有2个特征，差异均具有统计学意义(F=1.641~6.206，P < 0.05)。

在LVM上差异有统计学意义的20个特征，变化率均较大，变化范围在78.32%~123.67%之间，其中变化率最大的是Firstorder中的变化率达到了123.67%，变化率最小的是Firstorder中的90Percentile(平均为78.32%)。有6个特征变化率达到了99%以上，分别是Firstorder：Mdian(平均为-103.96%)、Mean(平均为123.67%)；GLDM：Gray Level Non Uniformity(平均为99.81%)；GLRLM：Gray Level Non Uniformity(平均为99.60%)；GLSZM：Large Area High Gray Level Emphasis(平均为99.99%)；NGTDM：Strength(平均为99.91%)，并且每个特征在不同时相上最大值与最小值间的差异均具有统计学意义(Z=-3.921~-3.173, P < 0.05)。详见图 4，表 1。

图 4 LVM不同矩阵特征值变化  A.一阶特征；B.灰度依赖矩阵；C.灰度游程矩阵；D.灰度区域大小矩阵；E.邻域差异灰度矩阵 Figure 4 Change of eigenvalues of different LVM matrices  A. Firstorder; B. GLDM; C. GLRLM; D. GLSZM; E. NGTDM

表 1(Table 1)

表 1 差异显著特征不同时相最大值与最小值间的比较(x±s) Table 1 A comparison between the maximum and minimum values of different phases(x±s) 矩阵 特征值 最大/最小值 Z值 P值 firstorder 中值 -3.92 < 0.05   最大值 114.15±73.38   最小值 61.85±25.05 均值 -3.92 < 0.05   最大值 119.56±73.05   最小值 51.43±52.61 GLDM 灰度非均匀性 -3.92 < 0.05   最大值 55 059.64±19 076.65   最小值 11 011.98±6 171.95 GLRLM 灰度非均匀性 -3.92 < 0.05   最大值 28 638.23±6 537.76   最小值 6 638.37±3 124.73 GLSZM 大区域高灰度因子 -3.92 < 0.05   最大值 687 616 806.42±444 827 432.93   最小值 17 535 331.08±13 336 787.72 NGTDM 强度 -3.17 < 0.05   最大值 0.16±0.14   最小值 0.52±2.19

表 1 差异显著特征不同时相最大值与最小值间的比较(x±s) Table 1 A comparison between the maximum and minimum values of different phases(x±s)

部分心脏疾病患者(如放射性心脏损伤)患者心脏在发生器质性改变之前，可能已经发生了功能性改变，主要体现在左心室肌灌注下降，心肌供血功能下降等。以往研究在判断左心室肌功能障碍时，大多运用心肌灌注的方法，主要通过心肌的收缩、舒张功能或供血情况来判断^[9]。心肌灌注显像包括单光子发射体(SPECT)及正电子发射体心肌灌注显像，后者由于设备及检查费用高，目前临床尚未普及^[10]，而SPECT心肌灌注显像检查分负荷试验与静息试验2种，目前的负荷试验多以运动试验为主，虽然做此检查的患者都已经医生的慎重选择，但运动可诱发心绞痛、心肌梗死、严重的心律失常甚至猝死等并发症^[11]。当患者出现临床症状时往往已经属于晚期，且心肌灌注受心跳影响较大。据报道，缺血性心脏病的诊断率较低，不同成像方式之间的定义差别较大，目前并没有真正的诊断标准^[12-13]。此外，静态CT一般只是获取某一个瞬间的心脏图像进行分析，鲜有动态图像分析的研究。

随着心电门控4DCT强化扫描技术的发展，可以利用心电门控4DCT强化图像更好地反应出心脏在整个心动周期中的动态灌注情况。CT影像组学技术可以提取肉眼无法观察到的影像特征，可以更好地揭示疾病的发生、发展规律，因此在评估组织、器官结构及功能的变化方面具有潜在优势。Cunliffe等^[14]建立的基于强度和纹理特征与辐射剂量之间的变化模型，可以用于放射性肺炎的早期诊断及鉴别；Pota等^[7]基于CT影像组学和模糊分类的方法对放射治疗诱发的腮腺萎缩和毒性进行了早期预测，结果表明对放射治疗治疗12个月后腮腺萎缩并出现口干的患者具有较高的预测精度。心电门控4DCT强化扫描图像结合CT影像组学技术为量化左心室肌灌注功能变化提供了一个可行方法。而通过影像组学稳定、重复性好特征的提取与筛选，会更加有利于早期发现及动态追踪左心室肌中的心肌功能变化及障碍。

本研究中对CT值的统计分析发现，心腔ROI的平均CT值变化较平缓，变化率仅为9.23%；而在LVM上平均CT值变化较大，变化率为17.88%，这表明在心跳周期中造影剂对左心室密度的影响非常显著。影像组学提取特征的方法，主要是通过对CT影像的CT值特征进行提取分析，受CT值影响较大，而心电门控4DCT强化扫描图像的CT值在LVM上与患者心肌的供血功能状态息息相关。这是因为心电门控4DCT强化扫描图像的造影剂在LVM种的分布不同造成的，也说明患者LVM的毛细血管在心脏收缩、舒张时对造影剂的分布产生了显著差异。心腔ROI及LVM的最大平均CT值均出现在5%时相，进一步证实在心脏舒张期，心肌细胞间压力降低，毛细血管扩张，造影剂注入增多，平均CT值增高，而收缩期则恰恰相反。

对ROI影像组学特征的初步筛选中，得出92个特征中有36个特征不随CT值变化而变化，且不受解剖位置的影响，具有较好的重复性，差异均无统计学意义，可用为稳定特征进行下一步分析；而对初步筛选得到的36个稳定特征在LVM上进一步分析，其中有20个特征却具有统计学差异。这些特征随心动周期的量化结果表明，其变化可以为心肌功能评估、监测提供参考。进一步对LVM上有差异的20个特征进行分析，发现所有特征的变化率均超过75%，最高达到了123.67%，其中有6个特征的变化率达到了99%以上，远大于CT值的宏观变化。这些特征可能是由于心跳过程中，收缩或舒张对左心室肌内的毛细血管的压力不同，而引起毛细血管的舒张或关闭，造成了造影剂在整个左心室肌内单位体积内的浓度、分布等发生微小变化。影像组学技术放大心肌功能影像差异表现，为观察心肌功能变化提供可行方法，这种方法可能对于早期心脏灌注功能障碍的检测会更具有意义。

综上所述，心电门控动态4D-CT可以客观反映左心室肌肉内造影剂随心跳周期的变化情况，而影像学组方法的应用可以进一步放大这种效应，可以发现并量化左心室肌肉灌注的微观变化，为心左心室肌功能的评估提供可行方法。

利益冲突  本人与本人家属、其他研究者，未因进行该研究而接受任何不正当的职务或财务利益，在此对研究生的独立性和科学性予以保证

作者贡献声明  苏铭负责收集和统计数据、结果分析及论文撰写；尹勇负责课题设计及学术建议；韩柱君、仇清涛负责参与数据收集及病例选择；邱小平和巩贯忠负责指导论文撰写及修改