ECT测量心肪梗塞面积及方位
作者：梅铁民 陈宪英 曲直
单位：梅铁民(沈阳工业学院自控系，沈阳110015)；陈宪英(沈阳陆军总医院，沈阳110015)；曲直(中国医科大学生物物理教研室，沈阳110001)
关键词：ECT；心梗面积
基础医学与临床000112
摘要：本文提出一种利用ECT成像技术测量心梗面积及方位的方法。并给出了根据ECT实测数据计算心梗面积和方位的计算公式，临床对比研究表明，这种方法是可行的，计算公式简单可靠。
中图分类号：R542.2 文献标识码：A
文章编号：1001-6325(2000)01-0045-03
The clinic study on the detection of myocardial infarct size and location with ECT system
, 百拇医药
MEI Tie-min，CHEN Xian-ying，QU Zhi
(Shenyang Institute of Technology,Shenyang, 110015)(The General Hospital of Shenyang Millitary Region. Shenyang, 110015)(Department of Biophysics,China Medical University Shenyang,110001, China)
Abstract:A new method and a set of formulae have been proposed to measure and calculate myocardial infarct size and its location with ECT system,and clinic control study has been performed.The results showed that it is simple and effective in the detection of the size and location of myocardial infarction.
, 百拇医药
Key words: ECT ； myocardial infarct size
心肌梗塞面积的测量在临床上具有重要意义。心梗面积及方位对心梗病人，尤其是急性期或超急性期的心梗病人的预后有着重要的影响，并对确定临床治疗方案也有重要的指导作用。在非损伤情况下，对心梗面积和心梗方位的准确测量是很困难的。目前对心梗面积的测量不外乎酶学方法，心电测量方法及各种CT技术，其中包括本文提到的ECT技术。
在文献中，一般是利用ECT技术测量心梗区域的体积或梗塞区心肌的重量。这种测量方法，根据动物实验结果是比较可靠的[1]。但是在临床上，对缺血性或损伤性心肌梗塞，心肌梗塞面积的确定更具有意义。这里提到的心肌梗塞面积指的是梗塞区边界线所围的平面(或近似为平面) 的面积。这一平面通常称为梗塞面。梗塞区的方位指的是梗塞面的法线方向。这种梗塞面积的定义方式正好与曲直教授提出的心电计测心梗的数学模型中的定义相一致[2]。在本文中正是利用文献[2]中提出的心电测量心梗面积的方法来验证文中提出的ECT测量心梗面积的计算公式。文献[2]中提出的心电法测量心梗面积的数学模型经动物实验验证是可靠的[3]。
, 百拇医药
1 ECT测量心肌梗塞面积的原理
经MIBI标记的放射性同位素99mTc主要分布于正常心肌组织。如果心脏某一局部发生梗塞，则梗塞区不吸收放射性同位素或吸收量减少(冷区显影)。经ECT 系统进行数据采集与图像重建，在断层图像上可见梗塞区缺损或亮度减低，直观显示梗塞部位和梗塞区大小。
经ECT系统内部校正，ECT系统根据心脏横轴，长轴，短轴三互相垂直方向重建断层图像。如图1。
一般情况下，可在三互相垂直方向上的断层图像上显示梗塞区。在各方向断层图像上可分别测得三个梗塞面积分量Sx、Sy、 Sz，总的心梗面积经Sx、Sy、 Sz综合得到。
下面以Y方向上的断层图像为例来说明测量各方向心梗面积分量的方法。
, 百拇医药
如图(2)所示，为Y方向上重建的断层图像示意图。
图中阴影区域为梗塞区。设断层厚度为d，则Y方向上梗塞面积分量Sy计算方法如下。
Sy=(A1B1+A2B2)×d/2+(A2B2+A3B3)×d/2+… … (1)
以这种方式，在三方向的断层图像上测得的三个心梗面积分量与总的心梗面积之间有如下关系。
如图(3)所示。平面ABC代表梗塞面S，其方位角为(a, b,γ)。沿X轴方向进行断层。图中△HNG和△DME分别表示X轴方向某一断层的两个侧面。
图中：EE'⊥NG
, 百拇医药
EQ⊥GH
E'Q⊥GH；∠EQE'=a
所以EQ=EE'/sina…………………………(2)
按前述方法，在断层DEGH上所测得的面积Sx为：
SX=(DE+GH)×EE'/2……………(3)
在断层DEGH上我们所定义的梗塞面积：
S=(DE+GH)×EQ/2 ……………(4)
由(2)，(3)，(4)式得：
S=Sx/sina …………………………(5)
, 百拇医药
同理可得Sy，Sz与S的关系：
S=Sy/sinb …………………………(6)
S=Sz/sinγ ……………………… (7)
由(5)，(6)，(7)及关系式cos2a+cos2b+cos2γ=1可得：
……………………(8)
以及：
a=sin-1(Sx/S)………………………(9)
, 百拇医药
b=sin-1(Sy/S)………………………(10)
γ=sin-1(Sz/S)…………………………(11)
由此可见，ECT法既能定量测定梗塞面积，又能由梗塞面积的测定来确定梗塞方位。
事实上，在断层图像上，医生可以根据具体情况大致判断梗塞的方位。不过根据以上公式能更准确地确定心梗方位。
在本文中，既给出了由以上公式(9～11)所确定的心梗区的方位角，又给出了由医生直接根据ECT断层图像所确定的心梗方位。从表1可见，两者是一致的。
2 实验方法
2.1 病人选择
, 百拇医药
随机选取年龄在30～60岁之间的住院病人，排除心脏病并发症患者，如心律失常，高血压，束支传导阻滞等。共14例(12男，2女)。
2.2 ECT 数据采集与图像处理
经MIBI标记的放射性同位素经上肢静脉注入病人体内，给药后1.5～2.0h后用法国SOPHY公司生产的ECT系统进行数据采集。ECT探头从体轴的左后斜45度开始，到右前斜45度止，右转，扫描人体左侧180度范围。每隔5度采集一帧平面投影图像，共32帧，用于重建心脏断层图像。成像矩阵选择64×64(成像矩阵大小与分辨率有关)。在心脏的长轴，短轴，橫轴三方向上重建心脏断层图像。
重建断层图像后，即可以进行心梗面积和方位的测量。数据测量由有经验的医生来完成，并根据临床经验直接判断心肌梗塞方位。
2.3 心电图法测量心梗面积
, 百拇医药
在进行ECT测量的同时，采集病人的心电数据。根据文献[2]中的数学模型计算心梗面积。
3 实验结果
实验结果见表1。
在14例病人中有11例为缺血型心梗，3例为坏死型心梗。从实验结果看，心肌梗塞面积在较大的范围内(4～16cm2)两种方法的测量结果极显著正相关(r=0.91， P<0.01)。
用最小二乘法求得的拟合直线方程为：
Yt=1.50+0.93Xg(±1.39)…………………(12)
其中Yt为ECT法测得的心梗面积，Xg为心电图法测得的心梗面积。
, http://www.100md.com
两种方法的平均相对偏差为17.8%(即两种方法测量值相对偏差的平均值)。从表中还可以看出，由ECT 断层图像直接由医生确定的心梗方位与由公式(9～11)确定的心梗方位是一致的。这更进一步说明ECT法测量心梗面积的计算公式是正确的。
表1 实验结果
Table 1 Experiment results N0.
Sect(cm2)
Secg(cm2)
a
b
g
MI location
, 百拇医药
MI type
1
7.49
6.19
90
63
14
anterolateral
ischemia
2
15.59
11.13
34
, http://www.100md.com
90
52
anterolateral
ischemia
3
4.85
2.32
120
43
63
anterolateral
ischemia
4
, 百拇医药
7.68
6.39
42
66
57
anterolateral
ischemia
5
4.20
4.41
90
90
0
, 百拇医药
posteroinferior
ischemia-injured
6
5.94
5.94
163
65
90
anterior
ischemia-injured
7
7.50
, 百拇医药
3.61
80
90
0
anterolateral
ischemia
8
6.68
6.91
64
90
150
anterior
, 百拇医药
necrosis
9
9.74
10.95
26
109
73
posteroinferior
ischemia-injured
10
9.10
9.89
90
, 百拇医药
78
0
inferior
ischemia-injured
11
16.82
16.61
38
90
50
anterolateral
ischemia
12
, http://www.100md.com
1.90
1.53
180
90
90
anterolateral
ischemia-injured
13
6.53
7.15
130
90
153
, 百拇医药
anterolateral
nerosis
14
10.67
8.40
42
90
43
laterior
nerosis
4 讨论
在临床上利用ECT技术测量心梗面积和方位的方法，文献中很少提及。大多数文献都是利用ECT技术测量心梗区的体积或重量。但实际上，对缺血型或损伤型心梗病人来说，心梗面积的测量更具有临床意义。本文根据ECT成像原理，提出的测量心梗面积和方位的方法以及从数学角度提出的这套计算心梗面积和方位的公式，从实验结果来看，这个方法是可行的。
, 百拇医药
图1 ECT 图像重建坐标系统
Fig 1 ECT image rebuilding coordinate system
图2 Y方向上重建的断层图像示意图
Fig 2 Illustrating the measurement of Sy
图3 梗塞面积计算原理示意图
Fig 3 Illustrating the calculation of S
基金项目：国家自然科学基金项目子课题，批准号：28970227
, 百拇医药
[1]Samuel E Lewis， et al.Measurement of infart size in acute caninemyocardial infarction by single photon emission computed tomography withTechnetium-99m pyrophosphecte[J].Am J cardiol，1984；54:193-199.
[2] 曲直.心肌梗塞面积无损计测数学模型[J].生物物理学报，1991；7(3)：277-280.
[3] 牛晓飞.一种新的心梗面积测量方法及实验验证[J].生物物理学报，1991；7(3)：271-276.
收稿日期：1998-01-16；修订日期：1998-07-20, http://www.100md.com
单位：梅铁民(沈阳工业学院自控系，沈阳110015)；陈宪英(沈阳陆军总医院，沈阳110015)；曲直(中国医科大学生物物理教研室，沈阳110001)
关键词：ECT；心梗面积
基础医学与临床000112
摘要：本文提出一种利用ECT成像技术测量心梗面积及方位的方法。并给出了根据ECT实测数据计算心梗面积和方位的计算公式，临床对比研究表明，这种方法是可行的，计算公式简单可靠。
中图分类号：R542.2 文献标识码：A
文章编号：1001-6325(2000)01-0045-03
The clinic study on the detection of myocardial infarct size and location with ECT system
, 百拇医药
MEI Tie-min，CHEN Xian-ying，QU Zhi
(Shenyang Institute of Technology,Shenyang, 110015)(The General Hospital of Shenyang Millitary Region. Shenyang, 110015)(Department of Biophysics,China Medical University Shenyang,110001, China)
Abstract:A new method and a set of formulae have been proposed to measure and calculate myocardial infarct size and its location with ECT system,and clinic control study has been performed.The results showed that it is simple and effective in the detection of the size and location of myocardial infarction.
, 百拇医药
Key words: ECT ； myocardial infarct size
心肌梗塞面积的测量在临床上具有重要意义。心梗面积及方位对心梗病人，尤其是急性期或超急性期的心梗病人的预后有着重要的影响，并对确定临床治疗方案也有重要的指导作用。在非损伤情况下，对心梗面积和心梗方位的准确测量是很困难的。目前对心梗面积的测量不外乎酶学方法，心电测量方法及各种CT技术，其中包括本文提到的ECT技术。
在文献中，一般是利用ECT技术测量心梗区域的体积或梗塞区心肌的重量。这种测量方法，根据动物实验结果是比较可靠的[1]。但是在临床上，对缺血性或损伤性心肌梗塞，心肌梗塞面积的确定更具有意义。这里提到的心肌梗塞面积指的是梗塞区边界线所围的平面(或近似为平面) 的面积。这一平面通常称为梗塞面。梗塞区的方位指的是梗塞面的法线方向。这种梗塞面积的定义方式正好与曲直教授提出的心电计测心梗的数学模型中的定义相一致[2]。在本文中正是利用文献[2]中提出的心电测量心梗面积的方法来验证文中提出的ECT测量心梗面积的计算公式。文献[2]中提出的心电法测量心梗面积的数学模型经动物实验验证是可靠的[3]。
, 百拇医药
1 ECT测量心肌梗塞面积的原理
经MIBI标记的放射性同位素99mTc主要分布于正常心肌组织。如果心脏某一局部发生梗塞，则梗塞区不吸收放射性同位素或吸收量减少(冷区显影)。经ECT 系统进行数据采集与图像重建，在断层图像上可见梗塞区缺损或亮度减低，直观显示梗塞部位和梗塞区大小。
经ECT系统内部校正，ECT系统根据心脏横轴，长轴，短轴三互相垂直方向重建断层图像。如图1。
一般情况下，可在三互相垂直方向上的断层图像上显示梗塞区。在各方向断层图像上可分别测得三个梗塞面积分量Sx、Sy、 Sz，总的心梗面积经Sx、Sy、 Sz综合得到。
下面以Y方向上的断层图像为例来说明测量各方向心梗面积分量的方法。
, 百拇医药
如图(2)所示，为Y方向上重建的断层图像示意图。
图中阴影区域为梗塞区。设断层厚度为d，则Y方向上梗塞面积分量Sy计算方法如下。
Sy=(A1B1+A2B2)×d/2+(A2B2+A3B3)×d/2+… … (1)
以这种方式，在三方向的断层图像上测得的三个心梗面积分量与总的心梗面积之间有如下关系。
如图(3)所示。平面ABC代表梗塞面S，其方位角为(a, b,γ)。沿X轴方向进行断层。图中△HNG和△DME分别表示X轴方向某一断层的两个侧面。
图中：EE'⊥NG
, 百拇医药
EQ⊥GH
E'Q⊥GH；∠EQE'=a
所以EQ=EE'/sina…………………………(2)
按前述方法，在断层DEGH上所测得的面积Sx为：
SX=(DE+GH)×EE'/2……………(3)
在断层DEGH上我们所定义的梗塞面积：
S=(DE+GH)×EQ/2 ……………(4)
由(2)，(3)，(4)式得：
S=Sx/sina …………………………(5)
, 百拇医药
同理可得Sy，Sz与S的关系：
S=Sy/sinb …………………………(6)
S=Sz/sinγ ……………………… (7)
由(5)，(6)，(7)及关系式cos2a+cos2b+cos2γ=1可得：
……………………(8)以及：
a=sin-1(Sx/S)………………………(9)
, 百拇医药
b=sin-1(Sy/S)………………………(10)
γ=sin-1(Sz/S)…………………………(11)
由此可见，ECT法既能定量测定梗塞面积，又能由梗塞面积的测定来确定梗塞方位。
事实上，在断层图像上，医生可以根据具体情况大致判断梗塞的方位。不过根据以上公式能更准确地确定心梗方位。
在本文中，既给出了由以上公式(9～11)所确定的心梗区的方位角，又给出了由医生直接根据ECT断层图像所确定的心梗方位。从表1可见，两者是一致的。
2 实验方法
2.1 病人选择
, 百拇医药
随机选取年龄在30～60岁之间的住院病人，排除心脏病并发症患者，如心律失常，高血压，束支传导阻滞等。共14例(12男，2女)。
2.2 ECT 数据采集与图像处理
经MIBI标记的放射性同位素经上肢静脉注入病人体内，给药后1.5～2.0h后用法国SOPHY公司生产的ECT系统进行数据采集。ECT探头从体轴的左后斜45度开始，到右前斜45度止，右转，扫描人体左侧180度范围。每隔5度采集一帧平面投影图像，共32帧，用于重建心脏断层图像。成像矩阵选择64×64(成像矩阵大小与分辨率有关)。在心脏的长轴，短轴，橫轴三方向上重建心脏断层图像。
重建断层图像后，即可以进行心梗面积和方位的测量。数据测量由有经验的医生来完成，并根据临床经验直接判断心肌梗塞方位。
2.3 心电图法测量心梗面积
, 百拇医药
在进行ECT测量的同时，采集病人的心电数据。根据文献[2]中的数学模型计算心梗面积。
3 实验结果
实验结果见表1。
在14例病人中有11例为缺血型心梗，3例为坏死型心梗。从实验结果看，心肌梗塞面积在较大的范围内(4～16cm2)两种方法的测量结果极显著正相关(r=0.91， P<0.01)。
用最小二乘法求得的拟合直线方程为：
Yt=1.50+0.93Xg(±1.39)…………………(12)
其中Yt为ECT法测得的心梗面积，Xg为心电图法测得的心梗面积。
, http://www.100md.com
两种方法的平均相对偏差为17.8%(即两种方法测量值相对偏差的平均值)。从表中还可以看出，由ECT 断层图像直接由医生确定的心梗方位与由公式(9～11)确定的心梗方位是一致的。这更进一步说明ECT法测量心梗面积的计算公式是正确的。
表1 实验结果
Table 1 Experiment results N0.
Sect(cm2)
Secg(cm2)
a
b
g
MI location
, 百拇医药
MI type
1
7.49
6.19
90
63
14
anterolateral
ischemia
2
15.59
11.13
34
, http://www.100md.com
90
52
anterolateral
ischemia
3
4.85
2.32
120
43
63
anterolateral
ischemia
4
, 百拇医药
7.68
6.39
42
66
57
anterolateral
ischemia
5
4.20
4.41
90
90
0
, 百拇医药
posteroinferior
ischemia-injured
6
5.94
5.94
163
65
90
anterior
ischemia-injured
7
7.50
, 百拇医药
3.61
80
90
0
anterolateral
ischemia
8
6.68
6.91
64
90
150
anterior
, 百拇医药
necrosis
9
9.74
10.95
26
109
73
posteroinferior
ischemia-injured
10
9.10
9.89
90
, 百拇医药
78
0
inferior
ischemia-injured
11
16.82
16.61
38
90
50
anterolateral
ischemia
12
, http://www.100md.com
1.90
1.53
180
90
90
anterolateral
ischemia-injured
13
6.53
7.15
130
90
153
, 百拇医药
anterolateral
nerosis
14
10.67
8.40
42
90
43
laterior
nerosis
4 讨论
在临床上利用ECT技术测量心梗面积和方位的方法，文献中很少提及。大多数文献都是利用ECT技术测量心梗区的体积或重量。但实际上，对缺血型或损伤型心梗病人来说，心梗面积的测量更具有临床意义。本文根据ECT成像原理，提出的测量心梗面积和方位的方法以及从数学角度提出的这套计算心梗面积和方位的公式，从实验结果来看，这个方法是可行的。
, 百拇医药
图1 ECT 图像重建坐标系统
Fig 1 ECT image rebuilding coordinate system
图2 Y方向上重建的断层图像示意图
Fig 2 Illustrating the measurement of Sy
图3 梗塞面积计算原理示意图
Fig 3 Illustrating the calculation of S
基金项目：国家自然科学基金项目子课题，批准号：28970227
, 百拇医药
[1]Samuel E Lewis， et al.Measurement of infart size in acute caninemyocardial infarction by single photon emission computed tomography withTechnetium-99m pyrophosphecte[J].Am J cardiol，1984；54:193-199.
[2] 曲直.心肌梗塞面积无损计测数学模型[J].生物物理学报，1991；7(3)：277-280.
[3] 牛晓飞.一种新的心梗面积测量方法及实验验证[J].生物物理学报，1991；7(3)：271-276.
收稿日期：1998-01-16；修订日期：1998-07-20, http://www.100md.com