超聲心動圖新技術(shù)在左心室收縮功能評價中的應(yīng)用進展

陳利明，錢鳳文

(天津市濱海新區(qū)漢沽醫(yī)院，天津300480)

隨著科學(xué)技術(shù)的飛速發(fā)展，評價左心室(以下簡稱左室)收縮功能的方法也日新月異，出現(xiàn)了實時三維超聲心動圖技術(shù)(RT-3DE)、超聲斑點追蹤成像(STI)及二尖瓣環(huán)位移(MAD)等新技術(shù)，為準確客觀地評價左室收縮功能提供了更加便捷有效的手段。現(xiàn)將超聲心動圖新技術(shù)在左室收縮功能評價中的應(yīng)用進展作一綜述。

1 左室室壁運動力學(xué)原理

心肌帶理論學(xué)說中認為，在解剖上心室肌的排列結(jié)構(gòu)呈一條縱形帶狀，起自肺動脈后方呈螺旋形繞主動脈至心尖，形成了兩個螺旋，即基底環(huán)和尖端環(huán)?；篆h(huán)包繞著左、右室心底部，而尖端環(huán)先呈螺旋性下降，到心尖位置后再扭轉(zhuǎn)向上，形成了尖端環(huán)的降段與升段。在整個心動周期中，基底環(huán)和尖端環(huán)的協(xié)調(diào)運動是心臟整體射血和充盈的力學(xué)基礎(chǔ)。Torrent-Guasp等［1］發(fā)現(xiàn)，左室壁心肌纖維呈多重交織層疊，心外膜下層心肌纖維呈左手螺旋狀環(huán)繞心室腔，而心內(nèi)膜下心肌纖維則呈右手螺旋狀環(huán)繞心室腔，室壁中層纖維走向則呈環(huán)形。這種三維的心肌纖維結(jié)構(gòu)決定了左室在收縮、舒張的同時也在做扭轉(zhuǎn)、解旋運動。扭轉(zhuǎn)運動把左室收縮、舒張緊密聯(lián)系在一起，在收縮期心臟利用扭轉(zhuǎn)運動完成機體泵血，在舒張期心臟通過扭轉(zhuǎn)完成解旋，并在左室的順應(yīng)性及抽吸力作用下完成心室肌舒張，緊接著會進入下一個心動周期，這樣循環(huán)往復(fù)運動。扭轉(zhuǎn)與解旋是左室運動的重要組成部分，在左室射血和充盈中起著決定性的作用。這也就使我們更加清楚地認識到，心肌具有三種運動方式，即縱向運動、徑向運動及旋轉(zhuǎn)運動。

2 RT-3DE的應(yīng)用

2.1 工作原理 RT-3DE是近年來興起的一項新技術(shù)，它采用了3種先進技術(shù)，即超矩陣探頭、高通量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和三維空間定位系統(tǒng)。成像所用探頭由3 600～6 400個微小陣元組成，頻率在2～4 MHz，按相控陣方式發(fā)射聲束，探測時雖探頭固定不動，但所發(fā)射的聲束能自動轉(zhuǎn)向到達靶區(qū)內(nèi)的區(qū)域。當發(fā)射的聲束沿預(yù)定方向X軸前進時可形成一條掃描線，按相控陣方式沿Y軸進行方位轉(zhuǎn)向形成扇形二維圖像，再使二維圖像沿Z軸方向進行扇形移動，再立體仰角轉(zhuǎn)向，形成金字塔形三維圖像數(shù)據(jù)庫，可直接采集并同步顯示三維立體圖像。

2.2 優(yōu)越性 用M型或Simpson法等測量左室容積，均依賴于幾何假設(shè)，準確性較差，尤其在左室解剖結(jié)構(gòu)發(fā)生改變時誤差更大。而RT-3DE定量檢測左室容積較二維超聲心動圖(2DE)有明顯的優(yōu)勢，它不受左室形變的影響，即不依賴于幾何假設(shè)，便可對左室進行定量分析，同時可動態(tài)直觀地顯示左室的立體形態(tài)結(jié)構(gòu)，準確檢測左室容積并評價其收縮功能。大量研究［2］證實，RT-3DE測量左室舒末容積、縮末容積及射血分數(shù)與心臟磁共振的測量結(jié)果呈良好相關(guān)性，明顯優(yōu)于2DE。包洪靖等［3］以MRI檢查結(jié)果為標準，將臨床診斷為心梗的33例患者行MRI、RT-3DE及2DE檢查，測量左室舒末、縮末容積及LVEF并進行比較，結(jié)果發(fā)現(xiàn)RT-3DE較2DE能更準確、可靠地定量評價左室的收縮功能。Corsi等［4］報道，RT-3DE在評價左室整體收縮功能時，與心臟磁共振亦具有很高的相關(guān)性和很好的一致性，而在評價左室局部收縮功能時，RT-3DE所測心尖部局部容積及室壁運動較心臟磁共振測值更為準確，原因是心臟磁共振采用固定厚度的層面測定，無法實現(xiàn)左室收縮時的縱向縮短率的測量，故不能準確反映心尖部的收縮功能，而RT-3DE容積測定則是采集真實的立體動態(tài)信息，可更好地測量局部室壁的收縮功能。因此，據(jù)此研究結(jié)果認為RT-3DE在評價左室局部收縮功能的準確性上優(yōu)于心臟磁共振成像。

2.3 局限性 RT-3DE在評價左室收縮功能上明顯優(yōu)于2DE，但目前仍存在一定的局限性。首先，RT-3DE費時，易受患者呼吸及心臟的移位影響，視野較局限;其次，分辨率不及二維圖像，圖像質(zhì)量有待提高，并受患者自身條件的影響(如肥胖、胸廓畸形等)，且由于幀頻較低而導(dǎo)致細微結(jié)構(gòu)的分辨力不夠;最后RT-3DE“金字塔”容積的扇角為60°，對心腔明顯擴大者易出現(xiàn)室壁殘缺現(xiàn)象，特別是左室心尖部的心內(nèi)膜常難以清晰顯示，并且RT-3DE還不能直接對左室進行三維距離與容積測量。

3 STI的應(yīng)用

3.1 二維斑點追蹤成像技術(shù)(2D-STI)2D-STI是近年出現(xiàn)的對心功能可定量分析的一種新手段。2D-STI是通過逐幀追蹤高幀頻二維灰階超聲圖像中小于入射波長的微小結(jié)構(gòu)產(chǎn)生的背向散射、反射以及干擾等現(xiàn)象所形成的斑點信息，采用最佳模式匹配技術(shù)跟蹤心肌內(nèi)聲學(xué)斑點的空間運動，標測出不同幀頻間同一位置的心肌運動軌跡，從而得到縱向、徑向、環(huán)向及旋轉(zhuǎn)等多個運動參數(shù)，再在高分辨率的二維聲像圖中利用時域程序分析聲學(xué)斑點的運動軌跡對上述運動參數(shù)進行計算，可定量計算各節(jié)段心肌在各方向上的收縮期峰值應(yīng)變，以此測算出心肌的形變。心肌應(yīng)變是反映心肌收縮性的直接而客觀的指標，不同節(jié)段心肌的峰值收縮期應(yīng)變反映的是局部心肌收縮功能，將所有節(jié)段室壁收縮期峰值應(yīng)變?nèi)∑骄祫t反映的是左室的整體收縮功能。由于2D-STI采用的不是多普勒原理，故無角度依賴性，且?guī)l高，因此2D-STI能更加準確地反映心肌的運動，客觀有效地評價左室整體或局部室壁的收縮功能［5］。文獻［6］報道，左室心肌收縮期峰值應(yīng)變能夠準確地反映左室的收縮功能。劉昕等［7］應(yīng)用2D-STI測定擴張性心肌病、高血壓肥厚性心臟病及同期健康志愿者左室整體縱向、徑向、環(huán)向應(yīng)變及左室扭轉(zhuǎn)角度，并同時應(yīng)用RT-3DE測定左室LVEF，對照分析心肌應(yīng)變與扭轉(zhuǎn)參數(shù)和LVEF之間的相互關(guān)系，結(jié)果顯示，縱向、環(huán)向應(yīng)變是擴張性心肌病LVEF的獨立預(yù)測因子，而縱向、環(huán)向應(yīng)變及左室扭轉(zhuǎn)角度是高血壓肥厚性心臟病的LVEF獨立預(yù)測因子，由此可見縱向應(yīng)變是評估在不同病理狀態(tài)下左室收縮功能的整體變化情況的主要參數(shù)。左室心肌主要由縱、橫、斜三層心肌纖維組成，心內(nèi)膜層主要由縱行心肌纖維構(gòu)成，雖射血過程主要依靠短軸上的環(huán)形纖維，但心內(nèi)膜下心肌缺血更易引起縱向收縮功能的損害，因此縱向收縮功能失調(diào)的出現(xiàn)早于軸向收縮并且比軸向更為敏感，故通過測算左室整體縱向收縮功能即可早期發(fā)現(xiàn)左心功能是否受損。劉娟娟等［8］應(yīng)用 STI評價膿毒癥兔左室收縮功能變化，發(fā)現(xiàn)常規(guī)超聲心動圖與2DSTI均能有效地評價血流動力學(xué)高動力階段左室功能的異常，但STI能更早、更敏感地檢出心肌的異常形變。因此2D-STI不僅能夠無創(chuàng)、客觀、有效地評價不同病理狀態(tài)下整體心肌的收縮功能，而且也能準確地反映心肌各節(jié)段的收縮功能，在疾病的亞臨床期即能發(fā)現(xiàn)異常，為早期心臟疾患的臨床治療提供可靠的診斷依據(jù)。

3.2 三維斑點追蹤成像技術(shù)(3D-STI)3D-STI技術(shù)在評價左室整體和局部收縮功能及協(xié)調(diào)性方面較2D-STI更具研究價值。2D-STI僅可追蹤二維平面上的運動信息，而心肌運動實際上是在三維空間進行的，應(yīng)用二維斑點跟蹤時，斑點粒子可能會移動到掃描平面外，造成斑點缺失而不能全面真實的反應(yīng)心肌的運動情況。而新近發(fā)展起來的基于2D-STI與RT-3D技術(shù)的3D-STI克服了前兩種的缺點，通過測量左室各節(jié)段縱向、徑向與環(huán)向收縮期峰值應(yīng)變與扭轉(zhuǎn)、旋轉(zhuǎn)角度并求得平均值，從而得以定量評價左室心肌的機械形變能力及整體收縮功能［9］。王慶慧等［10］在利用3D-STI技術(shù)評價先天性心臟病左室收縮功能的研究顯示，縱向、徑向及環(huán)向收縮峰值應(yīng)變與LVEF呈正相關(guān)。國外學(xué)者［11］應(yīng)用 3D-STI與MRI進行對比的研究表明，該技術(shù)能夠準確地評價左室整體及局部的射血分數(shù)。Saito等［12］研究顯示，利用3D-STI對左室16節(jié)段測得的各縱向應(yīng)變峰值均值顯著低于2D-STI測得的結(jié)果，而環(huán)向應(yīng)變峰值均值遠遠高于2D-STI，原因是3D-STI評價的是各個節(jié)段整體的應(yīng)變值，而2D-STI評價的是各個節(jié)段某一平面的應(yīng)變值，從而出現(xiàn)對節(jié)段應(yīng)變值的低估或者高估，但兩種方法測得的徑向應(yīng)變峰值均值差異卻無統(tǒng)計學(xué)意義，這就說明了3D-STI是一種便捷且重復(fù)性強的一種評價左室心肌縱向、徑向和環(huán)向應(yīng)變的新辦法。段利科等［13］研究也證實了上述觀點，即3D-STI與2DSTI測得左室心肌縱向和環(huán)向應(yīng)變的不同可能是由于2D-STI只能在平面內(nèi)追蹤心肌運動的斑點信息的局限性所致。Andrade等［14］發(fā)現(xiàn)，3D-STI測量左室心肌扭轉(zhuǎn)及旋轉(zhuǎn)角度時可行性最佳，其臨床實用性將會得到廣泛的應(yīng)用。

3.3 局限性 雖然STI在評價左室收縮功能時具有獨特的優(yōu)勢，但仍存在不足。首先，STI對超聲圖像質(zhì)量的要求很高，只有在心內(nèi)外膜均清晰顯示的情況下才能確保測量的精確性，而對于諸如肥胖、肺氣腫等所致不能清晰顯示二維圖像心內(nèi)外膜時，則測量的準確性就受到較大影響;其次，2D-STI需要較高的幀頻才能準確反映局部心肌瞬時的運動信息，且它的時間與空間分辨力均不夠理想;最后，全容積三維的最大取樣角僅為60°，對于左室明顯擴大病例斑點追蹤效果不佳則會出現(xiàn)測量準確性不高的現(xiàn)象，況且該技術(shù)是在拼接的全容積聲圖像上進行斑點追蹤，當有心率不齊出現(xiàn)時，就會出現(xiàn)拼接錯位而影響檢測結(jié)果［15］。

4 MAD的應(yīng)用

4.1 解剖學(xué)基礎(chǔ) 許多研究證實，LVEF不能檢測出早期左室心肌收縮功能的下降，而MAD卻可敏感地反映早期左室收縮功能改變，這源于二尖瓣環(huán)的解剖學(xué)基礎(chǔ)。二尖瓣環(huán)作為“心臟纖維骨架”結(jié)構(gòu)，有著大量附著于骨架的心肌纖維呈縱向排列，貫穿于心尖與心底之間，縱向心肌纖維縮短致心臟沿長軸縮短，這種縮短可以通過二尖瓣環(huán)位移來體現(xiàn)，并予以準確測定。有文獻顯示，MAD＜10 mm時即提示LVEF存在異常。

4.2 測定技術(shù)

4.2.1 M型超聲 現(xiàn)在多數(shù)人采用將M型取樣線分別放置在心尖四腔心切面的后間隔與左室側(cè)壁瓣環(huán)處、左室兩腔心切面的左室前壁及下壁瓣環(huán)處、左室長軸切面的左室后壁和前間隔房室環(huán)處，測得各點二尖瓣環(huán)收縮期位移后并取其平均值。有研究顯示，應(yīng)用M型超聲測得MAD與LVEF之間存在較好的相關(guān)性，以MAD=12 mm作為評價LVEF＜50%的臨界值，其敏感性90%，特異性為88%，準確性在89%［16］。M型測量MAD由于受聲束方向及左室結(jié)構(gòu)變化的影響，僅適用于正常和一些左室未發(fā)生重構(gòu)狀態(tài)下的人群，雖然新的解剖M型技術(shù)解決了常規(guī)M型取樣線受聲速掃查方向的限制，但在心內(nèi)膜的清晰度顯示上明顯低于常規(guī)M型，且操作復(fù)雜，受人為因素影響較大。

4.2.2 組織多普勒成像 采用組織多普勒成像測量MAD來評價左室收縮功能時，以二尖瓣環(huán)的運動速度＜8 cm/s作為評價LVEF＜50%的臨界點，其敏感性94%，特異性為93%，準確性為94%［17］。Mohamed等［18］采用M型超聲心動圖聯(lián)合組織多普勒成像測量MAD的方法來評價左心衰竭患者的左室縱軸功能，發(fā)現(xiàn)兩種方法測定MAD均是無創(chuàng)評價左室功能的較為實用的方法，但組織多普勒測定法的準確性、敏感性及可重復(fù)性均明顯高于M型測定法。但組織多普勒成像操作費時，且受角度依賴性較強，對一些心臟位置較偏的患者測量準確度不高。

4.2.3 組織跟蹤成像 組織跟蹤成像是基于組織多普勒上的一種新的超聲心動圖技術(shù)，它通過借助心肌組織運動速度積分來計算左室所有心肌纖維朝向心尖方向的收縮期位移，并可用7種顏色或不同的位移曲線表現(xiàn)出來。所以，利用組織跟蹤成像技術(shù)測定MAD的方法簡便、易行、直觀，且不再受圖像質(zhì)量差的影響。國外研究［19］證實，利用組織跟蹤成像技術(shù)測定的MAD能夠客觀的反映左室心肌在縱軸方向上的運動，從而準確評價左室的收縮功能。但其也有不足，不適用于節(jié)段性室壁運動異常和二尖瓣環(huán)鈣化患者，兩者均可導(dǎo)致低估收縮期MAD;且組織跟蹤是組織多普勒顯像的衍生技術(shù)，具有一定的角度依賴性，在測量中需克服聲束與室壁夾角＜20°這一限制。

4.2.4 2D-STI技術(shù) 基于2D-STI技術(shù)測量的收縮期MAD時，僅需在心尖四腔心切面標記室間隔、左室側(cè)壁二尖瓣瓣環(huán)及心尖三個部位，2D-STI便能自動計算出室間隔、左室側(cè)壁二尖瓣瓣環(huán)位移及二尖瓣瓣環(huán)中點位移，同時因其無角度依賴、準確性高、重復(fù)性好、簡便易行，較前述技術(shù)測定MAD評價左室收縮功能更加準確、可靠，是臨床評價左心收縮功能的最新手段。張晶等［20］利用斑點追蹤二尖瓣環(huán)位移技術(shù)評價心肌淀粉樣變性患者左室收縮功能中測得MAD參數(shù)與LVEF進行相關(guān)性分析，發(fā)現(xiàn)左室室間隔瓣環(huán)插入點最大位移、側(cè)壁瓣環(huán)插入點最大位移、瓣環(huán)連線中點的最大位移占舒張期左室長徑的百分比均與LVEF呈正相關(guān)，其中瓣環(huán)連線中點的最大位移占舒張期左室長徑的百分比與LVEF的相關(guān)系數(shù)最大，相關(guān)性最好。說明STI測定二尖瓣環(huán)位移是評價左室收縮功能的一種新的有效方法。由于其對圖像質(zhì)量要求較低，所以尤其適應(yīng)于肥胖，肺氣腫等心內(nèi)膜不清晰的患者，在臨床上有著廣闊的應(yīng)用前景。斑點追蹤技術(shù)測定MAD雖具優(yōu)勢，但仍受STI局限性的影響，有望通過完善STI來提高對二尖瓣環(huán)位移測定的準確性。

綜上所述，超聲心動圖各項新技術(shù)的迅速發(fā)展均能實現(xiàn)對左室收縮功能的評價。但各項技術(shù)都有一定的局限性，這有待于進一步完善并繼續(xù)探索研究，超聲工作者在實際工作中可根據(jù)具體的情況對評價方法進行選擇，或采用多種方法聯(lián)合應(yīng)用，對左室收縮功能的評價將會更加準確。相信隨著計算機圖像處理功能的日益加強，會不斷推進超聲設(shè)備及診斷技術(shù)的發(fā)展，使這些新技術(shù)變得更加簡便、實用、有效，對左室收縮功能的檢測更加準確，進一步在心臟疾患早期即可為臨床提供可靠的診斷信息。

［1］Torrent-Guasp F，Buckberg GD，Clemente C，etal.The structure and function of the helical heart and its buttress wrapping.I.The normalmacroscopic structure of the heart［J］.Semin Thorac Cardiovasc Surg，2001，13(4):301-319.

［2］Caiani EG，CorsiC，Zamorano J，et al.Improved semiautomated quantification of leftventricular volum es and ejection fraction using 3-Dimensional echocard-iography with a fullmatrix-array transducer:comparison with magnetic resonance imaging［J］.J Am Soc Echocardiogr，2005，18(8):779-788.

［3］包洪靖，陳莉，屈豐華.實時三維超聲心動圖在評估心梗患者左心功能的應(yīng)用價值［J］.醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志，2012，22(1):39-41.

［4］Corsi C，Lang RM，Veronesi F，et al.Volum etric quantification of global and regional left ventricular function from real-time threedim ensional echocardiographic images［J］.Circulation，2005，112 (8):1161-1170.

［5］Cheung EW，Liang XC，Lam WW，etal.Impactof right ventricular dilation on left ventricularmyocardial deformation in patients aftersurgical repair of tetralogy of fallot［J］.Am JCardiol，2009，104 (9):1264-1270.

［6］Sutherland GR，Di Salvo G，Claus P，et al.Strain and strain rate imaging:a new clinical approach to quantifying regionalmyocardial function［J］.JAm Soc Echocardiogr，2004，17(7):788-802.

［7］劉昕，李月明.二維斑點跟蹤成像技術(shù)評價左心室整體收縮功能的臨床研究［J］.臨床超聲醫(yī)學(xué)雜志，2012，14(2):80-83.

［8］劉娟娟，王翔，趙燕，等.二維斑點追蹤技術(shù)評價膿毒癥兔模型左心室收縮功能［J］.中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2013，29(4):498-502.

［9］Crosby J，Amundsen BH，Hergum T，et al.3-D speckle tracking for assessment of regional left ventricular function［J］.Ultrasound Med Biol，2009，35(3):458-471.

［10］王慶慧，丁云川，尹帆，等.三維斑點追蹤技術(shù)評價先心病左心室收縮功能［J］.中國超聲醫(yī)學(xué)雜志，2013，29(3):228-231.

［11］Nesser HJ，Mor-Avi V，Gorissen W，et al.Quantification of left ventricular volumes using three-dimensional echocardiographic speckle tracking:comparison with MRI［J］.Eur Heart J，2009，30 (13):1565-1573.

［12］Saito K，Okura H，Watanabe N，et al.Comprehensive evaluation of left ventricularstrain using speckle tracking echocardiography in normal adults:comparison of three-dimensional and two-dimensional approaches［J］.JAm Soc Echocardiogr，2009，22(10):1025-1030.

［13］段利科，李玲，謝明星，等.三維斑點追蹤技術(shù)評價正常人左心室心肌應(yīng)變的初步研究［J］.中華醫(yī)學(xué)超聲雜志(電子版)，2010，7(5):803-810.

［14］Andrade J，Cortez LD，Campos O，et al.Left ventricular twist: comparison between two-and three-dimensional speckle-tracking echocardiography in healthy volunteers［J］.Eur J Echocardiogr，2011，12(1):76-79.

［15］覃小娟，謝明星，呂清，等.超聲三維斑點追蹤成像技術(shù)評價慢性心力衰竭患者左心室整體應(yīng)變的初步研究［J］.中華醫(yī)學(xué)超聲雜志(電子版)，2010，7(8):1332-1337.

［16］Nikitin NP，Witte KK，Thackray SD，etal.Longitudinal ventricular function:values of atri oventricular annular and myocardial velocities easured with quantitative two 2 dimensional color doppler tissue imaging［J］.J Am Soc Echocardiogr，2003，16(9):906-921.

［17］Vinereanu D，Khokhar A，Tweddel AC，etal.Estimation of global left ventricular function from the velocity of longitudinal shortening［J］.Echocardiography，2002，19(3):177-185.

［18］Mohamed FE，Ayman KA.Mitral annularmotion as a surrogate for left ventricular function:correlation with bra in natriuretic peptide levels［J］.Eur JEchocardiogr，2006，7(3):187-198.

［19］Ito K，Noma M.Mitral annulus displacementmeasured by tissuetrackingmethod with doppler-tissue images is a usefulmarker ofthe severity of heart failure［J］.JCardiol，2007，50(3):159-166.

［20］張晶，任衛(wèi)東，郭寶生，等.二尖瓣環(huán)位移自動追蹤技術(shù)評價心臟淀粉樣變性者左心室收縮功能［J］.中國醫(yī)學(xué)影像技術(shù)，2013，29(8):1322-1326.