實時三維超聲心動圖評價左心室功能的研究進(jìn)展

王玉敏(綜述),吳曉萍(審校)

(1.內(nèi)蒙古醫(yī)科大學(xué)附屬醫(yī)院超聲診斷科,呼和浩特 010050； 2.內(nèi)蒙古自治區(qū)中醫(yī)院超聲診斷科，呼和浩特 010020)

三維超聲成像的概念是在1961年由Baum等[1]提出的，其成像的基本思想是在獲取一系列人體器官的二維圖像基礎(chǔ)上重建成人體器官的三維圖像。三維超聲技術(shù)的發(fā)展可分為三個階段：靜態(tài)三維、動態(tài)三維和實時三維。實時三維超聲成像速度>24幀/s[2]。其成像方式有兩種：實時成像方式和全容積成像方式。全容積成像是在心電圖觸發(fā)下，采集4個心動周期內(nèi)的4個相鄰的15°×60°的實時三維圖像組合拼接而成的60°×60°的“金字塔圖”。新近研發(fā)的單心動周期實時全容積三維超聲技術(shù)可在一個心動周期內(nèi)獲得24幀以上的90°×90°的全容積圖像，避免圖像拼接偽像，可以應(yīng)用于心率失?；颊吆筒糠譄o法屏氣的患者。該文對實時三維超聲心動圖(real-time three-dimensional echocardiography,RT-3DE)評價左心室收縮功能的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 實時三維超聲心動圖定量評價左心室收縮與舒張功能

超聲心動圖是臨床評價左心室結(jié)構(gòu)和功能最常用的方法，目前應(yīng)用較廣泛的是通過二維超聲心動圖檢測，通常在二維圖像上利用幾何假設(shè)來計算左心室容積，然而心臟是復(fù)雜的立體空腔器官，傳統(tǒng)方法難以顯示完整的心臟解剖結(jié)構(gòu)，尤其當(dāng)心臟左心室形態(tài)發(fā)生變化時，二維切面測量左心室功能誤差會很大。三維超聲心動圖不受被測結(jié)構(gòu)不規(guī)則形態(tài)的影響，不依賴任何幾何假設(shè)，可直觀顯示心臟立體結(jié)構(gòu)，但由于繁瑣的重建過程而影響其臨床的應(yīng)用。近期發(fā)展起來的RT-3DE成像簡便、快捷，尤其新近推出的單心動周期實時全容積三維超聲技術(shù)可更迅速的成像，更精確的重建，更準(zhǔn)確的評價左心容積和功能。

1.1左心室形態(tài) 目前常用球形指數(shù)來評價左心室的形變程度。二維超聲計算方法是指舒張末期左心室短徑與長徑的比值，RT-3DE的球形指數(shù)是指左心室舒張末容積與根據(jù)舒張末期左心室長徑計算出球體容積的比值。球形指數(shù)越趨近1，球形程度越明顯。急性心肌梗死時，左心室可以發(fā)生重構(gòu)，左心室的形態(tài)將趨向球形，左心室射血分?jǐn)?shù)越低，球形化的程度越明顯。Mannaerts等[3]認(rèn)為，RT-3DE測得的球形指數(shù)對預(yù)測急性心肌梗死后心室重構(gòu)具有重要意義。王方等[4]研究顯示，超聲心動圖可以預(yù)測急性心肌梗死后心室重構(gòu)的趨勢，球形指數(shù)越高越容易發(fā)生左心室重構(gòu)。RT-3DE測得的球形指數(shù)可以較為準(zhǔn)確的預(yù)示急性心肌梗死后左心室重構(gòu)的發(fā)生。

1.2左心室容積及收縮功能的評價 左心室容積及收縮功能是心臟病患者重要的臨床檢測指標(biāo)，對于患者的臨床診治、療效觀察和預(yù)后評估具有重大指導(dǎo)意義。RT-3DE可實時測量左心室收縮末期容量、舒張末期容量、每搏量及射血分?jǐn)?shù)評價左心室整體及節(jié)段的收縮功能。目前磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)、單光子發(fā)射計算機斷層顯像(single photon emission computed tomography,SPECT)是臨床公認(rèn)的測量左心室容積的金標(biāo)準(zhǔn)。Bauer等[5]應(yīng)用RT-3DE和MRI對40例心肌病患者進(jìn)行左心室容積的測定，結(jié)果發(fā)現(xiàn)RT-3DE與MRI有良好相關(guān)性(r=0.98)；同時用RT-3DE定量測定裝入不同體積液體的球囊，所測體積與實際值比較，兩者相關(guān)性良好(r=0.99)。Mor-Avi等[6]分別利用二維超聲心動圖、RT-3DE及MRI對21例患者的左心室長軸進(jìn)行測量，發(fā)現(xiàn)RT-3DE所測的左心室長軸參數(shù)值與MRI的測值相關(guān)系數(shù)r=0.90，偏差僅為3%；而二維超聲心動圖測值與MRI測值相關(guān)系數(shù)r=0.79，偏差為39%。周慶華等[7]證實，RT-3DE和MRI兩種方法測量不規(guī)則形態(tài)左心室的容積和左心室射血分?jǐn)?shù)方面具有較高的一致性，可以相互替代。Arai等[8]發(fā)現(xiàn)二維超聲心動圖和RT-3DE與SPECT所測左心室收縮末期容量和舒張末期容量均有很好的相關(guān)性，但二維超聲心動圖卻明顯低估了左心室容積，因此該研究認(rèn)為對于室壁運動異?；颊邅碚f，RT-3DE較二維超聲心動圖能更精確的測量其左心室容積和功能。

1.3左心室舒張功能的評價 超聲心動圖評價左心室舒張功能主要通過彩色多普勒及組織多普勒頻譜來進(jìn)行分級診斷，彩色多普勒是通過測量二尖瓣口的血流速度評價，組織多普勒是通過測定二尖瓣環(huán)運動速度來進(jìn)行評估。通常認(rèn)為頻譜多普勒測量左心室舒張早期二尖瓣口血流峰值速度(E)與組織多普勒測量室間隔側(cè)二尖瓣環(huán)運動速度(e′)比值(E/e′)也與左心室舒張功能密切相關(guān)[9]。近年來，RT-3DE左心室容量-時間曲線技術(shù)被用來評價左心室舒張功能。唐紅等[10]應(yīng)用RT-3DE和MRI測定31例健康志愿者左心室容量-時間曲線，獲得左心室峰值排空率、峰值充盈率等指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)RT-3DE與MRI測得的峰值排空率、峰值充盈率有良好相關(guān)性(r值分別為0.913、0.786)。由于左心房容量增加及左心房射血分?jǐn)?shù)下降均提示左心室舒張功能減退，因此左心房容積-時間曲線能較好地反映左心室充盈壓的改變。多普勒參數(shù)可受多種因素影響并且可能迅速改變，但左心房容積很少在短期內(nèi)發(fā)生改變，而且能反映亞急性或慢性舒張功能，而不是在一次研究中的瞬時測量[11]。

2 三維斑點追蹤成像技術(shù)評價左心室功能

三維斑點追蹤成像技術(shù)(3-dimensional speckle tracking imaging,3D-STI)是在RT-3DE及STI基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新技術(shù)。斑點追蹤技術(shù)是把心肌組織標(biāo)記成無數(shù)個聲學(xué)像素，它們是均勻分布于心肌內(nèi)的穩(wěn)定聲學(xué)斑點，分析軟件自動追蹤感興趣區(qū)域內(nèi)心肌斑點在每幀圖像的位置，并與斑點的初始位置相比較，計算心肌運動速度、應(yīng)變，從而評價心肌的收縮及舒張運動。既往應(yīng)用的二維斑點追蹤技術(shù)是通過識別二維圖像的心肌回聲標(biāo)記，得到其運動軌跡，再分析心肌運動的相關(guān)信息，可定量評價心肌各個方向上的功能[12]。實際上心肌纖維排列方式復(fù)雜，心肌的運動包括縱向、徑向、圓周及旋轉(zhuǎn)運動，因此心肌斑點的運動應(yīng)該是在三維空間內(nèi)完成的，所以在二維平面內(nèi)只有部分心肌的運動可以被檢測到，被標(biāo)記的斑點常常會“飛出”二維平面，無法完成心肌空間運動軌跡的追蹤。3D-STI技術(shù)使用一個數(shù)據(jù)集就可以顯示整個心肌的追蹤結(jié)果，可以評價心臟整體和局部功能，較二維斑點追蹤更為實時、準(zhǔn)確。Nesser等[13]發(fā)現(xiàn)在心肌梗死區(qū)域，徑向應(yīng)變明顯減低，可以顯示心室節(jié)段間的心肌力學(xué)差異。覃小娟等[14]發(fā)現(xiàn)慢性心力衰竭患者左心室整體收縮功能減低，并且研究結(jié)果顯示左心室整體縱向、環(huán)向、徑向收縮期峰值應(yīng)變與左心室射血分?jǐn)?shù)之間呈高度正相關(guān)，說明左心室射血分?jǐn)?shù)越低，左心室整體應(yīng)變越小，心肌的形變能力越低。由此可見，三維應(yīng)變能敏感、直觀、無創(chuàng)地定量評價左心室心肌的形變能力。

3 左心室壁運動同步性的評價

同步性是左心室整體和局部運動的一種特性，M型掃查和組織多普勒顯像是目前最為常用的測量方法，M型掃查是測量室間隔和左心室后壁達(dá)最大收縮時間的差異；組織多普勒顯像是在心尖兩腔、三腔和(或)四腔切面測量切面上對應(yīng)節(jié)段達(dá)最大收縮時間的差異，兩種方法評價的都是二維切面上對應(yīng)的節(jié)段，無法于一幅二維圖像內(nèi)分析所有節(jié)段的運動，因此測量結(jié)果均有一定的誤差。RT-3DE可以克服二維超聲不足，在一個心動周期內(nèi)對左心室所有節(jié)段運動狀況進(jìn)行直觀顯示，通過對不同節(jié)段達(dá)收縮末或舒張末容積時間來分析左心室運動的同步性，通過各室壁的容積-時間曲線，定量分析左心室每一節(jié)段的容積及其隨時間變化的規(guī)律，由此得出的諸多參數(shù)如左心室收縮/舒張節(jié)段容積變化同步性參數(shù)：16/17節(jié)段收縮期/舒張期失同步指數(shù)、16/17節(jié)段收縮期/舒張期離散度、16/17節(jié)段收縮/舒張前時間容積、16/17節(jié)段收縮/舒張后時間容積、16/17節(jié)段平均收縮/舒張末時間。由此獲取整體和局部收縮及舒張功能信息，定量反映左心室收縮或舒張延遲部位及程度。RT-3DE還能根據(jù)時間-容積曲線得出左心室室壁16或17節(jié)段收縮期和舒張期的動態(tài)“牛眼圖”“牛眼圖”應(yīng)用顏色表示左心室容積隨時間的變化，直觀顯示左心室收縮及舒張的同步性。由于心臟疾病在早期時心肌運動就可以表現(xiàn)出局部收縮或舒張運動的不同步，因此通過“牛眼圖”可以指導(dǎo)臨床對心臟病患者早期診斷、早期干預(yù)治療，尤其對于慢性心功能不全患者心室機械收縮同步狀況、心臟再同步化治療術(shù)前評價、術(shù)后療效觀察及預(yù)后評估等方面具有獨特優(yōu)勢[15-19]。劉表虎等[20]對心功能中-重度減低者(左心室射血分?jǐn)?shù)<40%)、心功能輕度減低者(40%≤左心射血分?jǐn)?shù)<50%)及健康志愿者進(jìn)行RT-3DE檢查并描繪左心室容積-時間曲線，計算出左心室16節(jié)段、12節(jié)段及6節(jié)段收縮非同步指數(shù)，結(jié)果顯示，心功能減低的兩組節(jié)段收縮非同步指數(shù)顯著高于正常對照組，心功能中-重度減低者節(jié)段收縮非同步指數(shù)顯著大于心功能輕度減低者，16節(jié)段、12節(jié)段及6節(jié)段收縮非同步指數(shù)與左心室射血分?jǐn)?shù)呈負(fù)相關(guān)。因此，收縮非同步指數(shù)可作為評價左心室機械收縮非同步運動的有效指標(biāo)。路晶等[21]研究顯示心功能不全患者左心室節(jié)段容積-時間曲線波谷較淺，排列無序，各節(jié)段達(dá)最大收縮時間差異很大，“牛眼圖”顯示部分節(jié)段呈提前收縮(呈綠色或藍(lán)色)，而部分節(jié)段收縮延遲(呈紅色)；正常組所有節(jié)段同步收縮(均呈綠色)。由此可見，RT-3DE可直觀、明確地顯示心肌機械收縮非同步運動的部位。

4 RT-3DE的局限性

RT-3DE的局限性：①所用探頭體形過大，經(jīng)胸壁檢查肋間隙較窄時，人體透聲窗限制其聲束通過，影響對觀察結(jié)構(gòu)的全部顯示。②RT-3DE的圖像質(zhì)量要求高，對透聲條件差，二維圖像不佳，心內(nèi)膜難以清晰顯示者，獲得及分析三維圖像比較耗時，需要人工手動描記,容易產(chǎn)生誤差。③目前尚不能直接進(jìn)行三維距離及容積的測量。

5 展 望

三維超聲成像的成功研制是近年來超聲技術(shù)領(lǐng)域內(nèi)的一項重大突破。目前超聲儀器所建立的動態(tài)三維超聲心動圖雖能顯示心臟及大血管動態(tài)的立體形態(tài)和空間關(guān)系，但對組織的細(xì)微結(jié)構(gòu)和斷面的邊沿輪廓的顯示水平還有待改進(jìn)。隨著超聲技術(shù)的不斷發(fā)展，三維重建技術(shù)也將日趨成熟，RT-3DE操作將會越來越簡便、快捷，圖像將會越來越清晰。RT-3DE將隨著計算機和超聲技術(shù)的發(fā)展發(fā)揮出巨大的診斷潛能，三維超聲技術(shù)的不斷進(jìn)步將縮短檢查時間，提高圖像的精確性，加速和簡化心臟的定量測量評估，最終使三維超聲技術(shù)成為研究和日常臨床實踐的重要工具。

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