實時三維超聲心動圖評價左心室功能的研究進展

王玉敏(綜述),吳曉萍(審校)

(1.內蒙古醫科大學附屬醫院超聲診斷科,呼和浩特 010050； 2.內蒙古自治區中醫院超聲診斷科，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上重建成人體器官的三維圖像。三維超聲技術的發展可分為三個階段：靜態三維、動態三維和實時三維。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下，采集4個心動周期內的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”。新近研發的單心動周期實時全容積三維超聲技術可在一個心動周期內獲得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展進行綜述。

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構和功能最常用的方法，目前應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來計算左心室容積，然而心臟是復雜的立體空腔器官，傳統方法難以顯示完整的心臟解剖結構，尤其當心臟左心室形態發生變化時，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構不規則形態的影響，不依賴任何幾何假設，可直觀顯示心臟立體結構，但由于繁瑣的重建過程而影響其臨床的應用。近期發展起來的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可更迅速的成像，更精確的重建，更準確的評價左心容積和功能。

1.1左心室形態 目前常用球形指數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的球形指數是指左心室舒張末容積與根據舒張末期左心室長徑計算出球體容積的比值。球形指數越趨近1，球形程度越明顯。急性心肌梗死時，左心室可以發生重構，左心室的形態將趨向球形，左心室射血分數越低，球形化的程度越明顯。Mannaerts等[3]認為，RT-3DE測得的球形指數對預測急性心肌梗死后心室重構具有重要意義。王方等[4]研究顯示，超聲心動圖可以預測急性心肌梗死后心室重構的趨勢，球形指數越高越容易發生左心室重構。RT-3DE測得的球形指數可以較為準確的預示急性心肌梗死后左心室重構的發生。

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，對于患者的臨床診治、療效觀察和預后評估具有重大指導意義。RT-3DE可實時測量左心室收縮末期容量、舒張末期容量、每搏量及射血分數評價左心室整體及節段的收縮功能。目前磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)、單光子發射計算機斷層顯像(single photon emission computed tomography,SPECT)是臨床公認的測量左心室容積的金標準。Bauer等[5]應用RT-3DE和MRI對40例心肌病患者進行左心室容積的測定，結果發現RT-3DE與MRI有良好相關性(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行測量，發現RT-3DE所測的左心室長軸參數值與MRI的測值相關系數r=0.90，偏差僅為3%；而二維超聲心動圖測值與MRI測值相關系數r=0.79，偏差為39%。周慶華等[7]證實，RT-3DE和MRI兩種方法測量不規則形態左心室的容積和左心室射血分數方面具有較高的一致性，可以相互替代。Arai等[8]發現二維超聲心動圖和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運動速度來進行評估。通常認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二尖瓣環運動速度(e′)比值(E/e′)也與左心室舒張功能密切相關[9]。近年來，RT-3DE左心室容量-時間曲線技術被用來評價左心室舒張功能。唐紅等[10]應用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，發現RT-3DE與MRI測得的峰值排空率、峰值充盈率有良好相關性(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數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發生改變，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評價左心室功能

三維斑點追蹤成像技術(3-dimensional speckle tracking imaging,3D-STI)是在RT-3DE及STI基礎上發展起來的一項新技術。斑點追蹤技術是把心肌組織標記成無數個聲學像素，它們是均勻分布于心肌內的穩定聲學斑點，分析軟件自動追蹤感興趣區域內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、應變，從而評價心肌的收縮及舒張運動。既往應用的二維斑點追蹤技術是通過識別二維圖像的心肌回聲標記，得到其運動軌跡，再分析心肌運動的相關信息，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雜，心肌的運動包括縱向、徑向、圓周及旋轉運動，因此心肌斑點的運動應該是在三維空間內完成的，所以在二維平面內只有部分心肌的運動可以被檢測到，被標記的斑點常常會“飛出”二維平面，無法完成心肌空間運動軌跡的追蹤。3D-STI技術使用一個數據集就可以顯示整個心肌的追蹤結果，可以評價心臟整體和局部功能，較二維斑點追蹤更為實時、準確。Nesser等[13]發現在心肌梗死區域，徑向應變明顯減低，可以顯示心室節段間的心肌力學差異。覃小娟等[14]發現慢性心力衰竭患者左心室整體收縮功能減低，并且研究結果顯示左心室整體縱向、環向、徑向收縮期峰值應變與左心室射血分數之間呈高度正相關，說明左心室射血分數越低，左心室整體應變越小，心肌的形變能力越低。由此可見，三維應變能敏感、直觀、無創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節段達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的節段，無法于一幅二維圖像內分析所有節段的運動，因此測量結果均有一定的誤差。RT-3DE可以克服二維超聲不足，在一個心動周期內對左心室所有節段運動狀況進行直觀顯示，通過對不同節段達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段的容積及其隨時間變化的規律，由此得出的諸多參數如左心室收縮/舒張節段容積變化同步性參數：16/17節段收縮期/舒張期失同步指數、16/17節段收縮期/舒張期離散度、16/17節段收縮/舒張前時間容積、16/17節段收縮/舒張后時間容積、16/17節段平均收縮/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還能根據時間-容積曲線得出左心室室壁16或17節段收縮期和舒張期的動態“牛眼圖”“牛眼圖”應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”可以指導臨床對心臟病患者早期診斷、早期干預治療，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前評價、術后療效觀察及預后評估等方面具有獨特優勢[15-19]。劉表虎等[20]對心功能中-重度減低者(左心室射血分數<40%)、心功能輕度減低者(40%≤左心射血分數<50%)及健康志愿者進行RT-3DE檢查并描繪左心室容積-時間曲線，計算出左心室16節段、12節段及6節段收縮非同步指數，結果顯示，心功能減低的兩組節段收縮非同步指數顯著高于正常對照組，心功能中-重度減低者節段收縮非同步指數顯著大于心功能輕度減低者，16節段、12節段及6節段收縮非同步指數與左心室射血分數呈負相關。因此，收縮非同步指數可作為評價左心室機械收縮非同步運動的有效指標。路晶等[21]研究顯示心功能不全患者左心室節段容積-時間曲線波谷較淺，排列無序，各節段達最大收縮時間差異很大，“牛眼圖”顯示部分節段呈提前收縮(呈綠色或藍色)，而部分節段收縮延遲(呈紅色)；正常組所有節段同步收縮(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，影響對觀察結構的全部顯示。②RT-3DE的圖像質量要求高，對透聲條件差，二維圖像不佳，心內膜難以清晰顯示者，獲得及分析三維圖像比較耗時，需要人工手動描記,容易產生誤差。③目前尚不能直接進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領域內的一項重大突破。目前超聲儀器所建立的動態三維超聲心動圖雖能顯示心臟及大血管動態的立體形態和空間關系，但對組織的細微結構和斷面的邊沿輪廓的顯示水平還有待改進。隨著超聲技術的不斷發展，三維重建技術也將日趨成熟，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的發展發揮出巨大的診斷潛能，三維超聲技術的不斷進步將縮短檢查時間，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成為研究和日常臨床實踐的重要工具。

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