正常人左室收縮功能的超聲三維斑點追蹤研究

馬靜 曲俊樸 陳明

同濟(jì)大學(xué)附屬上海市東方醫(yī)院心超室，上海 200120

三維斑點追蹤成像技術(shù)（three-dimensional speckle tracking imagihg，3D-STI）是近年來新興的超聲心動圖技術(shù)，是實時三維成像技術(shù)與斑點追蹤成像技術(shù)的有機(jī)結(jié)合，在局部心肌收縮功能的定量評估方面具有一定的優(yōu)勢，在臨床中的應(yīng)用也逐漸展開。本文通過采集正常人心臟實時三維圖像，從三維空間上追蹤回聲斑點的運(yùn)動，同步顯示正常人左室壁不同節(jié)段在三維方向的運(yùn)動和形變，探討3D-STI可行性及對正常人左室收縮功能的評判價值。

1 資料和方法

1.1 研究對象

選取2012年1月—2013年1月本院體檢中心篩查的健康志愿者共45例，其中男性24名、女性21名；年齡42～67歲，平均（53.0±4.3）歲。無高血壓、糖尿病、高脂血癥、冠心病、慢性腎臟疾病等病史。

1.2 一般臨床資料

正常男性和女性的各臨床指標(biāo)差異無統(tǒng)計學(xué)意義（表1）。

表1 健康志愿者的一般臨床資料

1.3 儀器和方法

采用日本東芝公司ARTIDA彩色多普勒超聲儀，三維超聲探頭PST-25SX（頻率1～3 MHz）。囑受檢者左側(cè)臥位及平臥位，連接同步心電圖。先行常規(guī)二維超聲掃查胸骨旁左室長軸切面，測量收縮末期左房前后徑、左室舒張末期及收縮末期前后徑及舒張末期室間隔和左室后壁厚度。然后切換三維探頭，將探頭置于心尖部，顯示心尖四腔心切面后，適當(dāng)調(diào)節(jié)扇角與深度；同時調(diào)節(jié)幀頻，使其＞12幀/s，接近25幀/s，啟用最佳優(yōu)化模式，顯示最佳心尖四腔圖，扇面盡量包含整個左室。囑患者屏住呼吸，啟動“4D”模式，儀器采集連續(xù)4 個心動周期的窄角“蛋糕塊”立體圖像，獲取滿意的左室全容積圖像并儲存；同時進(jìn)行圖像在線分析。圖像自動轉(zhuǎn)換為左室心尖四腔、三腔切面及左室短軸切面(乳頭肌水平、二尖瓣水平、心尖水平)，在四腔及三腔切面上手動確定2 個二尖瓣環(huán)點及1 個心尖點，程序自動勾畫出左室內(nèi)外膜曲線；然后手動調(diào)節(jié)心內(nèi)膜邊緣的曲線及感興趣區(qū)的寬度及3個平面間的間距，使其與室壁厚度一致，保證回聲斑點位于心肌內(nèi)。儀器自動分析得出左室舒張末期容積（left ventricle end-diastolic volume，LVEDV）、左室收縮末期容積（left ventricle end-systolic volume，LVESV）、左室射血分?jǐn)?shù)（left ventricle ejection fraction，LVEF）、左室短軸徑向3個水平16節(jié)段收縮期峰值及平均應(yīng)變、左室短軸環(huán)向3個水平16節(jié)段收縮期峰值及平均應(yīng)變、左室長軸縱向3個水平16節(jié)段收縮期峰值及平均應(yīng)變（圖1）。

圖1 3D-STI描記健康志愿者左室短軸及長軸應(yīng)變A：心尖四腔觀左室長軸縱向6節(jié)段收縮期應(yīng)變；B：心尖三腔觀左室長軸縱向6節(jié)段收縮期應(yīng)變；C3：左室短軸心尖水平4節(jié)段收縮期應(yīng)變；C5：左室短軸中間段水平6節(jié)段收縮期應(yīng)變；C7：左室短軸基底水平6節(jié)段應(yīng)變，圖中右下方示左室短軸16節(jié)段環(huán)向收縮期峰值應(yīng)變曲線

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理

2 結(jié)果

2.1 常規(guī)超聲結(jié)果

正常男性與女性常規(guī)超聲參數(shù)的差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）（表2）。

表2 健康志愿者常規(guī)超聲參數(shù)

2.2 3D-STI追蹤正常人左室心肌收縮期應(yīng)變測值比較

2.2.1 正常人左室短軸徑向收縮期應(yīng)變正常人左室短軸徑向各節(jié)段收縮期峰值及平均應(yīng)變，基底水平較中間段水平增大（P＜0.05），中間段水平較心尖水平增大（P＜0.05），基底水平較心尖水平增大（P＜0.01）（表3）。

表3 正常人左室短軸徑向各節(jié)段收縮期峰值及平均應(yīng)變比較（%，）

表3 正常人左室短軸徑向各節(jié)段收縮期峰值及平均應(yīng)變比較（%，）

注：中間段水平、基底水平與心尖水平比較，*P＜0.05，**P＜0.01

節(jié)段 心尖水平 中間段水平 基底水平前壁26.85±6.3733.45±6.78*46.85±12.37**側(cè)壁27.44±6.64 32.18±8.33*47.44±10.64**后壁-34.77±6.6342.77±11.49*下壁25.27±5.6639.21±7.31*45.27±13.66**前間隔-30.24±9.8740.56±11.73**后間隔24.56±6.7335.65±6.44*41.23±9.89*平均應(yīng)變26.21±6.6134.38±8.03*38.01±11.23**

2.2.2 左室短軸環(huán)向收縮期應(yīng)變正常人左室短軸環(huán)向各節(jié)段收縮期峰值及平均應(yīng)變，心尖水平較中間段水平增大（P＜0.05），中間段水平較基底水平增大（P＜0.05），心尖水平較基底水平增大（P＜0.01）（表4）。

表4 正常人左室短軸環(huán)向各節(jié)段收縮期峰值及平均應(yīng)變比較（%，）

表4 正常人左室短軸環(huán)向各節(jié)段收縮期峰值及平均應(yīng)變比較（%，）

注：表中應(yīng)變值均為負(fù)值，心尖水平、中間段水平與基底水平比較，*P＜0.05，**P＜0.01

節(jié)段 心尖水平 中間段水平 基底水平前壁26.43±5.42**21.33±4.78*17.75±4.37側(cè)壁24.77±4.56**20.67±3.33*17.44±3.64后壁 －19.87±4.53*16.77±4.49下壁24.86±5.04**19.21±5.31*16.27±3.66前間隔 －19.24±4.55*16.56±3.73后間隔25.53±3.73**19.65±3.64*16.83±4.89平均應(yīng)變25.43±4.77**18.26±4.53*15.50±4.43

2.2.3 左室長軸縱向收縮期應(yīng)變正常人左室長軸縱向收縮期峰值及平均應(yīng)變，心尖水平較中間段水平增大（P＜0.05），中間段水平較基底水平增大（P＜0.05），心尖水平較基底水平增大（P＜0.01）（表5）。

表5 正常人左室長軸縱向各節(jié)段收縮期峰值及平均應(yīng)變比較（%，）

表5 正常人左室長軸縱向各節(jié)段收縮期峰值及平均應(yīng)變比較（%，）

注：表中應(yīng)變值均為負(fù)值，心尖水平、中間段水平與基底水平比較，*P＜0.05，**P＜0.01

節(jié)段 心尖水平 中間段水平 基底水平前壁24.65±5.42**20.46±4.28*15.83±4.55側(cè)壁23.83±4.56**18.56±4.53*14.44±3.47后壁 －19.57±3.43*15.77±4.49下壁24.16±5.04**18.62±4.31*14.27±3.68前間隔 －18.33±3.55*15.56±3.59后間隔23.93±3.73**17.57±3.64*13.83±4.29平均應(yīng)變24.23±4.77**18.81±4.02*14.20±4.37

3 討論

超聲斑點追蹤成像技術(shù)是在應(yīng)變、應(yīng)變率基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù)，通過逐幀識別心肌組織的回聲斑點來追蹤感興趣區(qū)域心肌組織的運(yùn)動軌跡，評估感興趣區(qū)域心肌組織的形變[1-2]。其測量除不受相鄰心肌組織之間互相牽拉的影響外，也不受聲束方向與室壁運(yùn)動夾角的影響，可較準(zhǔn)確客觀地評價心肌運(yùn)動[3]。國外有學(xué)者將斑點追蹤成像技術(shù)與非侵入性評價收縮期心肌應(yīng)變的金標(biāo)準(zhǔn)MRI進(jìn)行比較，發(fā)現(xiàn)兩者具有較好的相關(guān)性和符合率[4]。3D-STI是建立在實時三維超聲心動圖及斑點追蹤成像技術(shù)的基礎(chǔ)上，從三維空間追蹤回聲斑點的運(yùn)動情況，比廣泛應(yīng)用的二維斑點追蹤成像技術(shù)（2D-STI）能更全面、立體、準(zhǔn)確地評價心肌運(yùn)動[5-8]。

本研究中正常人左室短軸徑向收縮期峰值應(yīng)變及平均應(yīng)變從心尖水平至中間段水平再至基底水平呈逐漸增大的趨勢，而左室短軸環(huán)向和左室長軸縱向收縮期峰值應(yīng)變及平均應(yīng)變從心尖水平至中間段水平再至基底水平呈逐漸減小的趨勢。具體發(fā)生機(jī)制可能與左室心肌特有的解剖結(jié)構(gòu)相關(guān)：左室心肌由內(nèi)、外層的螺旋形斜行肌束和中層的環(huán)形肌束構(gòu)成，收縮期內(nèi)外層斜行的螺旋形肌束自心基底部向心尖部助推，從而使心室腔沿縱徑縮短，則心尖部需產(chǎn)生巨大的環(huán)向及縱向形變以保證最大能效的泵血，故心尖部所產(chǎn)生的縱向及環(huán)向應(yīng)變最大。中層的環(huán)形肌束在心室基底水平和中間段水平構(gòu)成比例較大，在心尖水平構(gòu)成比例較小，導(dǎo)致在使心室腔內(nèi)徑有效縮小的徑向應(yīng)變心尖部所起的作用最小，即心尖部徑向應(yīng)變最小。而基于心肌纖維的這種螺旋形構(gòu)型，Zhou等[9]的實驗室成功構(gòu)建了豬心扭轉(zhuǎn)模型，并利用3D-STI追蹤研究了豬心的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動。他將新鮮的豬心固定于一個可人為進(jìn)行速度調(diào)控的旋轉(zhuǎn)模型上，心尖部固定，心底部可進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，采集0°、l5°、20°、25°這4個角度的心臟三維空間運(yùn)動圖像，分析左室在心尖段、中間段、基底段3個水平的旋轉(zhuǎn)，觀測到左室心尖水平扭轉(zhuǎn)角度小于基底水平及中間段，進(jìn)一步證實了D-STI全面定量分析心臟收縮運(yùn)動的可行性。

本研究所采用的3D-STI需較高的采集要求以保證數(shù)據(jù)的準(zhǔn)確性：①在患者盡量屏住呼吸配合的同時，連續(xù)記錄多個心動周期的清晰圖像。②采像扇角需全部將左室腔包住，包括整個心肌及內(nèi)外膜結(jié)構(gòu)。③在能將左室腔盡量全部包括的情況下，盡可能減小采像扇角，以獲得較高的時間分辨率，也就是提高幀頻，要求接近25幀/s。④在準(zhǔn)確定位心尖四腔及三腔二尖瓣環(huán)及心尖點時，需將心內(nèi)外膜精確描記。而通常情況下，體型太瘦或肥胖的受檢者圖像顯示差，加之三維超聲圖像的分辨力較二維圖像差，導(dǎo)致準(zhǔn)確識別心內(nèi)膜的邊界有一定難度，而影響斑點追蹤和圖像分析的準(zhǔn)確性。⑤3D-STI圖像的采集需連續(xù)獲取至少4～8個穩(wěn)定的心動周期圖像，心律不齊的受檢者要獲得比較準(zhǔn)確的圖像資料存在一定難度[10]。因此，3D-STI雖然克服了2D-STI跨平面失追蹤的局限性[5]，仍受上述采集過程中各種客觀及主觀因素的影響，實驗數(shù)據(jù)不可避免地會存在一些偏差，對結(jié)果的爭議目前尚未統(tǒng)一。

基于心臟功能的準(zhǔn)確評價建立在對心臟解剖空間結(jié)構(gòu)的精準(zhǔn)定位上，3D-STI作為一種超聲定量分析技術(shù)，理論上完全可全面、立體、客觀評價左室容積和功能，完善左室功能評估的標(biāo)準(zhǔn)化。國內(nèi)外已有越來越多的學(xué)者致力于心臟疾病研究[11-18]，3DSTI 在不久的將來會有更廣泛的臨床應(yīng)用價值。

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