大鼠心肌梗死模型中暗血型心肌梗死（LGE）定量方法的组织学验证：一项3.0T磁共振成像（CMR）研究

《Magnetic Resonance Imaging》：Histological validation of dark-blood LGE quantification methods in rat myocardial infarction models: A 3.0?T CMR study

心肌纤维化定量评估方法学验证及与组织学一致性研究。采用3.0T dark-blood LGE技术对SD大鼠心肌梗死模型进行不同后处理方法（手动、2SD、3SD、5SD、FWHM）的纤维化定量分析，结合Masson染色组织学验证，结果显示手动划界方法与组织学ICC达0.926，显著优于自动阈值方法，其中FWHM和5SD次优。该研究为小型动物心肌纤维化影像定量提供方法学参考。

　　这项研究探讨了在小鼠心肌梗死（MI）模型中使用3.0?T磁共振成像（MRI）进行暗血LGE成像的可行性，并系统地评估了多种后处理方法在量化心肌纤维化方面的可靠性、一致性及与组织学标准的符合度。研究团队由来自昆明医科大学第二附属医院放射科的多位研究人员组成，包括刘佩、赵晓英、袁晓东、王璐静、宋雨娇、陈思文、陈明天和赵新湘。他们的目标是为活体评估小鼠心肌梗死模型中的心肌纤维化提供方法学参考，并为未来临床研究中优化定量分析策略提供实验和理论支持。

心肌梗死是一种严重的心血管疾病，是全球范围内导致死亡的主要原因之一。当发生心肌梗死时，心肌细胞死亡会破坏心脏组织结构，而心肌纤维化则是心肌组织修复过程中的关键环节。纤维化通过激活心肌纤维细胞来维持心脏形态，防止心脏破裂，并促进纤维疤痕的形成。尽管纤维化有助于保持心脏结构的完整性，但它会显著降低心肌组织的同质性。由于纤维化区域缺乏收缩能力，它们不仅通过异常的心肌壁运动影响整体心脏功能，还会通过破坏电传导建立促心律失常的基质，从而显著增加心律失常的风险。因此，准确评估纤维化范围和残留心肌功能对于指导心肌梗死后患者的个性化治疗和预后评估至关重要。

心血管磁共振晚期钆增强（CMR-LGE）是一种已被广泛验证的MRI技术，能够精确地可视化梗死心肌。它被认为是识别心肌疤痕区域的首选方法，并已被广泛应用于各种心血管疾病的诊断和评估中。研究表明，基于相位敏感反转恢复（PSIR）序列的暗血LGE技术能够增强疤痕组织的对比度，而无需额外的磁化准备。这种方法通过调整左心室血液池的反转时间（TI）来实现，已在人类和大型动物模型中得到了有效验证，显示出良好的适用性和成像一致性。然而，目前尚无相关研究在小动物模型中验证这一技术。

常见的CMR-LGE后处理方法包括手动勾画、标准差阈值法（如2SD、3SD、5SD）和全宽度半最大值（FWHM）方法。手动勾画涉及经验丰富的医生手动勾画纤维化区域的边界，这种方法虽然直观，但具有较强的主观性，且在重复性方面存在一定的不足。标准差阈值法则通过使用“远端正常心肌的平均信号强度 + n×标准差”作为阈值，以实现自动化评估。然而，这种方法的结果高度依赖于阈值的选择，可能会导致量化结果的波动。FWHM方法则使用梗死区域中最大信号强度的一半作为阈值，从而减少对远端参考区域选择的依赖。此外，自动化聚类或Otsu方法也被用于LGE图像的分析，但在临床实践中仍较为少见。因此，不同的后处理方法会导致量化结果的差异，每种方法在估计梗死范围和组织学一致性方面各有其优缺点。

本研究的目标是利用暗血LGE CMR技术评估SD大鼠心肌梗死模型中的心肌纤维化，并将五种后处理方法（手动勾画、2SD、3SD、5SD和FWHM）与组织学标准进行比较。研究团队希望借此评估不同LGE后处理方法在量化心肌梗死区域方面的可靠性和准确性，并确定最合适的定量方法。通过这种方式，不仅能够为活体评估心肌梗死提供有效的技术手段，还能为未来在小动物模型中的研究提供方法学依据。

为了实现这一目标，研究人员采用了一种严格的方法。首先，选择了20只SPF雄性SD大鼠，其中5只作为对照组，15只用于建立心肌梗死模型。心肌梗死模型通过开放胸腔结扎左前降支冠状动脉来创建。在建立模型四周后，对这些大鼠进行了3.0?T暗血LGE扫描。扫描后，研究人员对心脏进行了解剖，并制备了连续的4–6?μm石蜡切片。这些切片通过Masson三色染色来确定胶原体积分数，作为组织学标准。LGE图像则通过CVI42软件进行分析，研究人员使用了手动勾画、2SD、3SD、5SD和FWHM方法来获取定量结果。为了评估这些方法与组织学标准的一致性，研究团队采用了组内相关系数（ICC）、一致性相关系数（CCC）、皮尔逊相关分析和Bland–Altman分析等多种统计方法。

研究结果表明，五种LGE后处理方法与组织学标准之间的符合度存在显著差异（P < 0.05）。其中，手动勾画方法在组内和组间观察者一致性方面表现出色（ICC > 0.95），并且显著优于所有自动化方法。Lin的一致性相关系数和皮尔逊相关分析的结果进一步支持了这一结论，手动方法与组织学标准之间的符合度最高（CCC = 0.895，95?% CI: 0.745–0.958；r = 0.926，P < 0.001），超过了所有基于标准差的阈值方法。相关分析的结果也确认了手动方法与组织学标准之间存在强一致性，与CCC结果一致。在自动化方法中，FWHM和5SD方法表现出相对较高的符合度和稳定性，而3SD和2SD方法则显示出较差的符合度。Bland–Altman分析的结果进一步支持了这一趋势：手动方法表现出最小的系统偏差（平均偏差 = ?1.00）和最窄的95?%一致性限（?5.88到+3.88）。在自动化方法中，5SD方法的偏差最小（平均偏差 = +0.18），而2SD方法的偏差最大（平均偏差 = +5.96）且一致性限最宽。

这些结果表明，在3.0?T暗血LGE成像条件下，手动勾画方法在量化梗死组织方面表现出最高的与组织学结果的一致性。这不仅意味着手动方法在实际应用中具有更高的准确性，也说明它在小动物模型中的研究中具有重要的参考价值。在自动化方法中，FWHM和5SD方法在与组织学标准的符合度方面表现较为理想，显示出较高的稳定性和一致性。这些方法为活体评估心肌梗死提供了有效的数据支持，也为未来在临床研究中优化定量分析策略提供了实验和理论依据。

此外，研究还探讨了小鼠模型中暗血LGE成像的可行性。暗血LGE成像技术基于PSIR序列，能够在不使用额外磁化准备的情况下，有效增强心肌疤痕的对比度。这种技术已在人类和大型动物模型中得到了广泛验证，但在小动物模型中尚未有充分的研究。因此，本研究的意义在于填补这一空白，为小动物模型中的暗血LGE成像提供科学依据。同时，研究团队还对实验过程中使用的动物模型进行了详细描述，包括实验动物的来源、饲养条件和实验流程。这些信息为实验的可重复性和科学性提供了保障。

在组织学分析方面，Masson三色染色结果显示，纤维化主要分布在左心室的前壁、侧壁和下壁。这种分布模式为评估LGE图像与组织学结果的一致性提供了基础。研究人员通过比较不同后处理方法的定量结果，发现手动方法在与组织学标准的符合度方面显著优于其他方法。这说明在小动物模型中，手动勾画方法能够更准确地反映组织学上的纤维化情况。相比之下，自动化方法虽然在操作上更加便捷，但在精确度方面存在一定的局限性。

这项研究的意义不仅在于方法学的验证，还在于其对临床研究的潜在贡献。通过比较不同后处理方法的性能，研究人员能够为未来的临床研究提供参考，帮助优化定量分析策略。例如，在实际应用中，选择合适的后处理方法可以提高图像分析的准确性和可靠性，从而更好地指导临床决策。此外，研究团队还指出，尽管自动化方法在某些情况下具有优势，但在小动物模型中，手动方法仍然是最可靠的选择。因此，对于需要高精度评估的研究，手动勾画方法可能仍然是不可或缺的。

在实验过程中，研究人员采用了严格的动物伦理标准，确保实验的科学性和伦理性。实验动物的饲养条件符合相关动物福利规定，包括适宜的温度、湿度和光照周期。这些条件有助于保持实验动物的健康状态，从而减少实验误差。此外，实验过程中使用的MRI设备为3.0?T，这一设备在临床和研究环境中较为常见，因此具有较高的可推广性。然而，目前大多数关于CMR-LGE的研究仍基于7.0?T设备，这可能限制了研究结果的临床应用。因此，本研究的意义在于验证3.0?T设备在暗血LGE成像中的可行性，为临床研究提供新的思路和方法。

在数据处理方面，研究人员使用了CVI42软件对LGE图像进行分析，并通过手动勾画和不同阈值方法获取定量结果。这种多方法比较不仅能够评估不同后处理方法的性能，还能够揭示不同方法在量化心肌纤维化方面的优缺点。例如，手动方法虽然在操作上较为繁琐，但其结果的准确性和一致性较高，能够更精确地反映组织学上的变化。相比之下，自动化方法虽然在操作上更加便捷，但在阈值选择和图像质量方面可能存在一定的不确定性。因此，研究人员需要在实验设计中权衡这些因素，选择最适合当前研究目的的后处理方法。

此外，研究团队还讨论了不同后处理方法在实际应用中的局限性。例如，手动方法需要经验丰富的操作者进行勾画，这可能会影响实验的效率和可重复性。而自动化方法虽然能够提高效率，但其结果可能受到阈值选择的影响，导致量化结果的波动。因此，研究人员需要在实验过程中结合多种方法，以确保结果的准确性和可靠性。同时，研究团队还指出，虽然自动化方法在某些情况下具有优势，但在小动物模型中，手动方法仍然是最可靠的选择。因此，对于需要高精度评估的研究，手动勾画方法可能仍然是不可或缺的。

综上所述，这项研究通过系统的实验设计和严谨的数据分析，验证了在小鼠心肌梗死模型中使用3.0?T暗血LGE成像的可行性，并比较了不同后处理方法的性能。研究结果表明，手动勾画方法在与组织学标准的符合度方面显著优于其他方法，显示出更高的准确性和一致性。这不仅为活体评估心肌纤维化提供了有效的技术手段，也为未来在临床研究中优化定量分析策略提供了实验和理论支持。此外，研究团队还强调了实验过程中遵循的伦理规范和动物福利标准，确保了实验的科学性和伦理性。这些发现对于推动心血管疾病的研究具有重要意义，并为未来在小动物模型中的应用提供了宝贵的参考。