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

同濟大學附屬上海市東方醫(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動，同步顯示正常人左室壁不同節(jié)段在三維方向的運動和形變，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差異無統(tǒng)計學意義（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）、左室射血分數(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變、左室長軸縱向3個水平16節(jié)段收縮期峰值及平均應變（圖1）。

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

1.4 統(tǒng)計學處理

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變測值比較

2.2.1 正常人左室短軸徑向收縮期應變正常人左室短軸徑向各節(jié)段收縮期峰值及平均應變，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)向收縮期應變正常人左室短軸環(huán)向各節(jié)段收縮期峰值及平均應變，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變比較（%，）

注：表中應變值均為負值，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變正常人左室長軸縱向收縮期峰值及平均應變，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變比較（%，）

注：表中應變值均為負值，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)是在應變、應變率基礎上發(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動夾角的影響，可較準確客觀地評價心肌運動[3]。國外有學者將斑點追蹤成像技術(shù)與非侵入性評價收縮期心肌應變的金標準MRI進行比較，發(fā)現(xiàn)兩者具有較好的相關性和符合率[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)的基礎上，從三維空間追蹤回聲斑點的運動情況，比廣泛應用的二維斑點追蹤成像技術(shù)（2D-STI）能更全面、立體、準確地評價心肌運動[5-8]。

本研究中正常人左室短軸徑向收縮期峰值應變及平均應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變及平均應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)生機制可能與左室心肌特有的解剖結(jié)構(gòu)相關：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，導致在使心室腔內(nèi)徑有效縮小的徑向應變心尖部所起的作用最小，即心尖部徑向應變最小。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)運動。他將新鮮的豬心固定于一個可人為進行速度調(diào)控的旋轉(zhuǎn)模型上，心尖部固定，心底部可進行旋轉(zhuǎn)，采集0°、l5°、20°、25°這4個角度的心臟三維空間運動圖像，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，進一步證實了D-STI全面定量分析心臟收縮運動的可行性。

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，導致準確識別心內(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。

基于心臟功能的準確評價建立在對心臟解剖空間結(jié)構(gòu)的精準定位上，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準化。國內(nèi)外已有越來越多的學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用價值。

[1]RYCZEK R, KRZESI?SKI P, KRZYWICKI P, et al.Two-dimensional longitudinal strain for the assessment of the left ventricular systolic function as compared with conventional echocardiography methods in patients with acute coronary syndromes [J].Kardiol Pol, 2011, 69 (4):357-362.

[2]LANGELAND S, D’HOOGE J, WOUTERS P F, et al.Experimental validation of a new ultrasound method for the simultaneous assessment of radial and longitudinal myocardial deformation independent of insonation angle[J].Circulation, 2005, 112(14): 2157-2162.

[3]KOUZU H, YUDA S, MURANAKA A, et al.Left ventricular hypertrophy causes different changes in longitudinal, radial, and circumferential mechanics in patients with hypertension: a two-dimensional speckle tracking study [J].J Am Soc Echocardiogr, 2011, 24(2):192-199.

[4]SEO Y, ISHIZU T, ENOMOTO Y, et al.Validation of 3-dimensional speckle imaging to quantify regional myocardial deformation [J].Circ Cardiovasc Imaging,2009, 2(6): 451-459.

[5]CROSBY J, AMUNDSEN B H, HERGUM T, et al.3-D speckle tracking for assessment of regional left ventricular function[J].Ultrasound Med Biol, 2009,35(3): 458-471.

[6]MAFFESSANTI F, NESSER H J, WEINERT L, et al.Quantitative evaluation of regional left ventricular function using three-dimensional speckle tracking echocardiography in patients with and without heart disease [J].Am J Cardiol, 2009, 104(12): 1755-1762.

[7]TAKEGUCHI T, NISHIURA M, ABE Y, et a1.Practical considerations for a method of rapid cardiac function analysis based on three-dimensional speckle traking in a three-dimensional diagnostic ultrasound system [J].J Med Ultrasonics, 2010, 37(3): 4l-49.

[8]PéREZ DE ISLA L, VIVAS D,ZAMORANO J.Three-dimensional speckle tracking [J].Curr Cardiovasc Imaging Reports, 2008, 29(1): 25-29.

[9]ZHOU Z, ASHRAF M, HU D, et al.Three-dimensional speckle-tracking imaging for left ventricular rotation measurement: an in vitro validation study [J].J Ultrasound Med, 2010, 29(6): 903-909.

[10]THEBAULTC, DONAL E, BEMARD A,etal.Real-timethree-dimensional speckle tracking echocardiography: a novel technique to quantify global left ventricular mechanical dyssynchrony [J].Eur J Echocardiogr, 2011, 12(1): 26-35.

[11]陸景, 尹立雪, 王志剛, 等.超聲三維斑點追蹤評價不同心臟起搏方式對健康犬左心室功能的影響[J].中華超聲影像學雜志, 2010, 7(19): 331-335.

[12]陸景, 尹立雪, 王志剛, 等.心肌缺血單點雙極起搏犬左心室功能的超聲三維斑點追蹤研究 [J].中華醫(yī)學超聲雜志(電子版), 2010, 7(2): 8-13.

[13]BYRAM B, HOLLEY G, GIANNANTONIO D, et al.3-D phantom and in vivo cardiac speckle tracking using a matrix array and raw echo data [J].IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control, 2010, 57(4): 839-854.

[14]NEMES A, KALAPOSA, DOMSIKP,etal.Identification of left ventricular “rigid body rotation”by three-dimensional speckle-tracking echocardiography in a patient with noncompaction of the left ventricle: a case from the magyar-path study [J].Echocardiography, 2012,29(9): E237-E240.

[15]CROSBY J, AMUNDSEN B H, HERGUM T, et al.3-D speckle tracking for assessment of regional left ventricular function[J].Ultrasound Med Biol, 2009,35(3): 458-471.

[16]李玉曼, 謝明星, 呂清, 等.三維超聲斑點追蹤成像技術(shù)評價高血壓患者左心室整體收縮功能的臨床研究 [J].中華超聲影像學雜志, 2010, 19(10): 838-841.

[17]SCHUELER R, SINNING J M, MOMCILOVIC D,et al.Three-dimensional speckle-tracking analysis of left ventricular function after transcatheter aortic valve implantation [J].J Am Soc Echocardiogr, 2012, 25(8):827-834.

[18]REN M, TIAN J W, LENG X P, et al.Assessment of global and regional left ventricular function after surgical revascularization in patients with coronary artery disease by real-time triplane echocardiography [J].J Ultrasound Med, 2009, 28(9): 1175-1184.