超聲成像新技術(shù)在高血壓心臟病中的研究進(jìn)展

李會(huì)英，賈坤，趙浩天綜述 薛紅元審校

心血管疾病是全球范圍內(nèi)死亡和致殘的重要原因，高血壓是心血管疾病發(fā)病及死亡的主要危險(xiǎn)因素[1]，發(fā)病率在我國乃至全球呈不斷上升趨勢。高血壓可影響心臟的結(jié)構(gòu)和功能，甚至增加猝死風(fēng)險(xiǎn)[2]。目前我國高血壓知曉率和控制率仍處于較低水平。超聲心動(dòng)圖評價(jià)心臟結(jié)構(gòu)和功能在國內(nèi)外均已被廣泛應(yīng)用。常規(guī)超聲可測量心腔大小、室壁厚度，評估左室舒張及收縮功能。近年來出現(xiàn)的超聲成像新技術(shù)逐漸應(yīng)用于臨床，Tei指數(shù)為心肌做功指標(biāo)，可反映心臟整體功能；超聲背向散射技術(shù)能有效評價(jià)心肌異常；組織多普勒超聲成像可較好評價(jià)左心室舒張功能變化；實(shí)時(shí)三維超聲成像可準(zhǔn)確定量評價(jià)房室功能和容積；斑點(diǎn)追蹤成像可定量評價(jià)心肌旋轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn)等特征。本文對超聲成像新技術(shù)在高血壓心臟病中的應(yīng)用研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 常規(guī)超聲成像在高血壓心臟病中的應(yīng)用

常規(guī)超聲是評價(jià)心臟結(jié)構(gòu)和功能的基礎(chǔ)，已成為評估心臟最常用的檢查手段。M 型超聲、二維超聲及多普勒超聲通過多切面的掃查，可以從不同角度觀測心臟的形態(tài)和結(jié)構(gòu)。M型超聲和二維超聲通過測量心房心室的徑線、室壁的厚度等，可以評估血壓升高患者是否發(fā)生房室腔的擴(kuò)大、室壁的肥厚等心臟構(gòu)型改變；計(jì)算左心室射血分?jǐn)?shù)、短軸縮短率等可反映左心室的收縮功能。頻譜和脈沖多普勒超聲通過測量血流頻譜各參數(shù)可評判左心室的舒張功能。有學(xué)者證實(shí)， 超聲心動(dòng)圖通過測算左心房內(nèi)徑(LAD)、二尖瓣充盈早期的E峰 /充盈晚期的A峰(E/A)、左心室射血分?jǐn)?shù)(LVEF)、左心房內(nèi)徑/主動(dòng)脈根內(nèi)徑可以較好地診斷高血壓患者是否發(fā)生左心室肥厚、左心房增大、主動(dòng)脈擴(kuò)張、主動(dòng)脈彈性減退等情況，并且檢出率均高于心電圖[3]。馬逸宜等[4]研究顯示，除了與上述學(xué)者相似的結(jié)果，還進(jìn)一步認(rèn)為對高血壓分期后，左心室舒張末期容積(LVEDV)和LAD隨著血壓的升高而升高，E/A、LVEF則有所降低。Gaudron等[5]認(rèn)為室間隔增厚是早期高血壓心臟病的超聲心動(dòng)圖標(biāo)志，對于超聲心動(dòng)圖無意發(fā)現(xiàn)的所有室間隔增厚的患者，都應(yīng)進(jìn)行綜合的血壓評估，包括靜息血壓和動(dòng)態(tài)血壓監(jiān)測。

常規(guī)超聲心動(dòng)圖測得的各指標(biāo)在臨床評估高血壓心臟病方面已得到較為廣泛的應(yīng)用。M 型超聲、二維超聲與多普勒超聲仍是評估高血壓心臟病的重要工具。隨著超聲軟件、硬件技術(shù)的發(fā)展，不斷出現(xiàn)新的超聲成像技術(shù)進(jìn)一步擴(kuò)充了心臟超聲的檢測能力。

2 超聲成像新技術(shù)在高血壓心臟病中的應(yīng)用

超聲成像新技術(shù)不單純從二維角度評價(jià)心腔大小、室壁厚度及心臟功能，而是能進(jìn)一步評價(jià)高血壓患者心臟總體功能改變，可以獲取心肌運(yùn)動(dòng)圖像，分析高血壓患者心臟是否發(fā)生心肌病變及病變程度。還能夠?qū)崟r(shí)顯示心臟的立體結(jié)構(gòu)，定量評價(jià)高血壓患者左心室旋轉(zhuǎn)及扭轉(zhuǎn)特征等。但超聲成像新技術(shù)仍存在數(shù)據(jù)處理復(fù)雜，樣本量待提高，分辨率及降噪不足等局限性，仍需進(jìn)一步的成熟及完善。

2.1 心肌做功Tei指數(shù) 1995年日本學(xué)者Tei提出Tei指數(shù)，是由等容收縮期時(shí)間(isovolumetric contraction time，ICT)與等容舒張期時(shí)間(IRT)之和除以射血時(shí)間(ejection time，ET)所得。該指標(biāo)為心肌做功指標(biāo)，可有效評價(jià)心臟的整體收縮舒張功能。有研究顯示[6]，高血壓患者的 Tei指數(shù)較正常者延長，Tei 指數(shù)能反映血壓正常高值者早期心臟總體功能改變情況，對早期監(jiān)測預(yù)防高血壓亞臨床心功能損害、逆轉(zhuǎn)心臟功能具有重要意義。Tei指數(shù)獲取簡便，且受心率變化影響較小，有學(xué)者探索發(fā)現(xiàn)Tei 指數(shù)能夠準(zhǔn)確、靈敏地反映高血壓狀態(tài)下小鼠左心室舒張功能降低，且該參數(shù)幾乎不受小鼠麻醉深度和心率的影響[7]。Tei指數(shù)能反映高血壓患者心臟總體功能改變，對監(jiān)測預(yù)防高血壓心功能損害具有一定價(jià)值，但該指標(biāo)的可重復(fù)性仍需大樣本量的研究。

2.2 背向散射技術(shù) 超聲波在傳播過程中如果遇到的界面遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于它的波長就會(huì)發(fā)生散射，若對背向散射進(jìn)行積分便得出超聲背向散射積分(integrated backscatter，IBS)。 IBS以組織聲學(xué)密度為基礎(chǔ)，不同的組織結(jié)構(gòu)因其對超聲的散射、反射、吸收和衰減不同，會(huì)產(chǎn)生不同的超聲表現(xiàn)。當(dāng)組織病理結(jié)構(gòu)變化達(dá)到一定程度時(shí)即可引起IBS的改變，因此應(yīng)用該技術(shù)可以分析心臟是否發(fā)生心肌病變，病變的程度和類型等。

高血壓性心臟病患者心肌膠原纖維增多，可引起心肌彌漫性纖維化和左心室肥大。IBS技術(shù)可以評估高血壓患者左心室重構(gòu)情況，并可指導(dǎo)預(yù)后。有研究表明，高血壓患者平均背向散射積分周期變化幅度(averaged cyclic variation inintegrated backscatter，ACVIB)值顯著降低，該學(xué)者認(rèn)為ACVIB的降低與心肌功能的減退密切相關(guān)，觀察左心室心肌ACVIB的變化可用于評估高血壓患者的左心室功能[8]。背向散射技術(shù)還可用于評估高血壓藥物治療后的療效。Mizuta等[9]發(fā)現(xiàn)長期纈沙坦藥物治療后，高血壓患者已經(jīng)降低的ACVIB和E/A比顯著提高，認(rèn)為該藥物長期治療可減輕高血壓患者的心肌纖維化并改善舒張功能障礙。心肌背向散射參數(shù)的觀測能有效評價(jià)心肌異常，但有較高的角度依賴性，缺乏一致的結(jié)果評判標(biāo)準(zhǔn)，其廣泛應(yīng)用仍需進(jìn)一步的規(guī)范與改進(jìn)。

2.3 多普勒超聲成像 組織多普勒(tissue Doppler imaging，TDI)超聲成像是通過檢測心肌在運(yùn)動(dòng)時(shí)產(chǎn)生的較低的頻率、較高的振幅信號，得到心肌的局部動(dòng)態(tài)圖像而并不獲取血流信號，從而測得心肌各節(jié)段在同一心動(dòng)周期沿長軸方向的運(yùn)動(dòng)速度。在心臟舒張時(shí)，心肌縱向延長、徑向變薄、圓周率變長；而收縮時(shí)，心肌則產(chǎn)生相反的變化。其中二尖瓣環(huán)運(yùn)動(dòng)相對不受前負(fù)荷狀態(tài)等血流動(dòng)力學(xué)的影響，常通過測量二尖瓣口舒張?jiān)缙谘魉俣菶、二尖瓣環(huán)舒張?jiān)缙谶\(yùn)動(dòng)速度e′及二者比值來反映左心室心肌纖維在縱軸方向上的力學(xué)變化特征，被認(rèn)為是評價(jià)左心室舒張功能較穩(wěn)定的指標(biāo)。左心室舒張功能在高血壓早期即可發(fā)生變化。Morka等[10]研究顯示，與常規(guī)超聲心動(dòng)圖相比，TDI可以更精確地評估青少年高血壓患者左心室舒張功能，在檢查過程中將探頭放置在二尖瓣環(huán)間隔和外側(cè)時(shí)，TDI評估左心室舒張功能障礙更有意義。另有學(xué)者應(yīng)用TDI研究兒童青少年原發(fā)性高血壓患者舒張功能，發(fā)現(xiàn)高血壓合并左心室肥大患者的E/e′高于其他無左心室肥大患者，提出左心室肥厚患者的舒張功能障礙可能更高，而與血壓值無明顯相關(guān)性[11]。也有學(xué)者用該技術(shù)研究右心功能，Ifeoluwa等[12]聯(lián)合組織多普勒技術(shù)發(fā)現(xiàn)，繼發(fā)于高血壓心臟病的心力衰竭患者右心室收縮功能受損。左心室舒張功能檢測的金標(biāo)準(zhǔn)是應(yīng)用心導(dǎo)管測量左心室舒張末壓，但由于操作的有創(chuàng)性難以在臨床上常規(guī)開展。組織多普勒超聲成像能夠得到較高分辨率的心肌運(yùn)動(dòng)圖像，測量e′、E/e′等參數(shù)可以較好的評價(jià)左心室舒張功能變化。血流向量(vector flow mapping，VFM)是一種基于彩色多普勒檢測血流動(dòng)力學(xué)的超聲新技術(shù)，可以定量測量血流速度向量[13]，能夠動(dòng)態(tài)顯示心腔內(nèi)的血流動(dòng)力學(xué)變化。有學(xué)者研究認(rèn)為，VFM能夠量化心腔內(nèi)血流狀態(tài)，測量的相關(guān)參數(shù)能夠準(zhǔn)確評估高血壓患者左心室收縮與舒張功能[14]。

2.4 三維超聲成像 目前，臨床上主要通過二維超聲對高血壓患者心臟的結(jié)構(gòu)與功能進(jìn)行評價(jià)，而二維超聲只是觀察心臟某一個(gè)平面的徑線、面積與運(yùn)動(dòng)等，再通過公式計(jì)算出整個(gè)心動(dòng)周期心臟的容積，不能真實(shí)反映心臟立體的容積變化。三維超聲成像是連續(xù)截取不同切面和角度的心臟二維圖像，再利用計(jì)算機(jī)技術(shù)重建心臟三維圖像，該技術(shù)完全根據(jù)心臟的實(shí)際形狀而并非幾何假設(shè)，因而具有更高的準(zhǔn)確性。三維超聲成像能夠?qū)崿F(xiàn)對心臟的實(shí)際形狀立體、全容積顯像，無論高血壓是否引起左心室重構(gòu)的變化，都可以對高血壓患者的房室容積和功能進(jìn)行準(zhǔn)確評價(jià)。Tadic等[15]應(yīng)用二維(2DE)和三維(3DE)超聲心動(dòng)圖技術(shù)對213例不同左心室構(gòu)型的高血壓患者測定左房容積和功能，顯示高血壓患者左心室構(gòu)型對左心房功能有顯著影響，其中向心肥厚型與左心房增大有最顯著的負(fù)相關(guān)性。3D心臟解剖模型超聲成像(heart model，HM)是近年發(fā)展起來的基于三維超聲評估心功能的新技術(shù)。HM是一種基于解剖智能模型的、新的分割算法評價(jià)心功能，較之前的三維超聲技術(shù)更為快速和準(zhǔn)確，克服了重復(fù)性差、主觀性強(qiáng)、分析時(shí)間長等局限性。吳偉春等[16]研究表明，3D-HM能夠準(zhǔn)確測量 LVEDV 及 LVEF 值，并且重復(fù)性好、客觀性強(qiáng)，與MR有較好的相關(guān)性，是一種值得推薦的測量心臟功能的新方法。另有學(xué)者用3D-HM技術(shù)評價(jià)左心房和左心室重構(gòu)患者左心容量及左心室功能的可行性與重復(fù)性，證明3D-HM是一項(xiàng)快速、可行的技術(shù)，對左心房和左心室重構(gòu)患者的左心定量具有高度的可重復(fù)性[17]。目前國內(nèi)外罕見有報(bào)道將該技術(shù)用于高血壓心臟病，相信隨著技術(shù)的逐步成熟，用于精確評估高血壓早期心功能變化是必然的趨勢。`

2.5 四維超聲成像 四維超聲成像即實(shí)時(shí)三維超聲成像(RT-3DE)，是最近發(fā)展起來的一項(xiàng)超聲成像新技術(shù)，采用三維超聲圖像加上時(shí)間維度參數(shù)，可以實(shí)時(shí)獲取三維圖像，能夠精確提供更細(xì)節(jié)、深度的超聲圖像，具有更強(qiáng)的診斷能力。隨著超聲技術(shù)的發(fā)展，該技術(shù)逐步用于高血壓心臟成像。實(shí)時(shí)三維超聲成像能夠?qū)崟r(shí)顯示心臟的立體結(jié)構(gòu)，并且不受心臟形態(tài)的影響，國內(nèi)外研究表明，實(shí)時(shí)三維超聲成像可以真實(shí)地反映心臟的立體結(jié)構(gòu)與功能，與MR有較好的相關(guān)性[18]。此外，RT-3DE比常規(guī)超聲心動(dòng)圖能更好地識別高血壓患者早期LA功能的變化。Kanar等[19-20]應(yīng)用RT-3DE測定原發(fā)性高血壓(HT)患者的LA容積相關(guān)指標(biāo)，發(fā)現(xiàn)高血壓患者的LA容量增加，并損害了心房順應(yīng)性和收縮力，還進(jìn)一步表明LA容積和功能變化與高血壓靶器官損害有關(guān)。另有學(xué)者探討實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖評價(jià)原發(fā)性高血壓患者左心室不同構(gòu)型患者右心室早期結(jié)構(gòu)和功能的變化，證實(shí)以向心性肥厚患者右心室結(jié)構(gòu)和功能受損最重，該技術(shù)能較準(zhǔn)確地評價(jià)高血壓病患者右心室結(jié)構(gòu)及功能的變化，有較好的臨床應(yīng)用價(jià)值[21]。最新的四維應(yīng)變技術(shù)增加了新的成像參數(shù)，可測量心室圓周、面積、徑向及縱向的應(yīng)變，通過追蹤心肌組織隨時(shí)間在三維空間的運(yùn)動(dòng)，真實(shí)地反映心肌在三維空間的位移，從而更精確地評價(jià)心肌形變能力。有研究證實(shí)高血壓病患者在常規(guī)測得LVEF在正常參考范圍的情況下，左心室整體收縮功能已降低，四維應(yīng)變成像技術(shù)能早期發(fā)現(xiàn)高血壓病患者左心室整體收縮功能的變化[22]。二維超聲因右心室的不規(guī)則新月形結(jié)構(gòu)，增加了測量右心室大小和功能的難度。四維容積定量分析作為一種新興的超聲成像技術(shù)，可以在三維立體空間內(nèi)實(shí)時(shí)追蹤右心室心內(nèi)膜，從多個(gè)層面及角度分析右心室的形態(tài)和功能，并可任意旋轉(zhuǎn)重建的立體圖像，減小誤差，更接近真實(shí)的右心室容積。有學(xué)者采用四維右心室容積定量分析技術(shù)發(fā)現(xiàn)，高血壓左心室不同重構(gòu)階段存在右心室收縮功能異常，該技術(shù)為早期評價(jià)高血壓患者右心室功能提供了新方法[23]。

2.6 斑點(diǎn)追蹤超聲成像 斑點(diǎn)追蹤超聲成像有二維和三維斑點(diǎn)成像。二維斑點(diǎn)追蹤成像(two-dimensional speckle trackingimaging，2D-STI)是在二維超聲圖像上追蹤超聲波在反射和散射過程中形成的斑點(diǎn)回聲，對追蹤的斑點(diǎn)運(yùn)動(dòng)軌跡進(jìn)行對比分析即可獲得心肌組織的位移信息，從而定量測量感興趣區(qū)心肌的組織速度、應(yīng)變、應(yīng)變率、扭轉(zhuǎn)角度等參數(shù)，進(jìn)而對局部和整體心肌組織的運(yùn)動(dòng)情況進(jìn)行評價(jià)。2D-STI不依賴于多普勒超聲原理，因此無角度依賴性，并且準(zhǔn)確性優(yōu)于常規(guī)超聲。一些研究表明[24-25]，2D-STI 能敏感地發(fā)現(xiàn)高血壓患者心臟的早期改變，在血壓輕度升高、EF尚保留或未發(fā)生左心室重構(gòu)時(shí)也可檢測出左心房及左心室運(yùn)動(dòng)參數(shù)的異常, 認(rèn)為高血壓患者的左心室扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)異常較構(gòu)型改變提前出現(xiàn)，為早期評價(jià)左心室功能提供了指標(biāo)。另有學(xué)者應(yīng)用2D-STI技術(shù)觀測妊娠高血壓不同孕期孕婦左心室旋轉(zhuǎn)及扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng),認(rèn)為有助于對妊娠高血壓患者早期心功能的評價(jià)[26]。但基于二維平面的斑點(diǎn)追蹤成像存在“跨平面失追蹤”的不足 , 難以全面反映心肌在三維空間的立體信息，存在一定局限性。由此，產(chǎn)生了三維斑點(diǎn)追蹤成像(3D-STI)，該技術(shù)是在原有 2D-STI 的基礎(chǔ)上，在三維空間內(nèi)追蹤心肌斑點(diǎn)回聲的運(yùn)動(dòng)軌跡。心肌長短軸方向上的縱徑向、圓周及旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)構(gòu)成心臟的復(fù)雜運(yùn)動(dòng)，3D-STI通過三維全容積成像獲取信息，在不同維度計(jì)算心肌運(yùn)動(dòng)各參數(shù)，能更準(zhǔn)確地評價(jià)心肌組織的功能改變。有研究顯示[27]，3D-STI在心肌運(yùn)動(dòng)應(yīng)變參數(shù)的測量方面與磁共振相當(dāng)，較二維具有更高的抗干擾能力和準(zhǔn)確度。有報(bào)道顯示[28]，3D-STI可早期發(fā)現(xiàn)高血壓患者左心室收縮及舒張功能的變化，能為高血壓患者亞臨床改變的早期診治提供客觀依據(jù)。另有學(xué)者應(yīng)用3D-STI技術(shù)聯(lián)合常規(guī)超聲鑒別心肌淀粉樣變、肥厚型心肌病和高血壓性心臟病，結(jié)果顯示左心室縱向收縮功能和同步性及舒張功能在三者中均有所不同[29]。斑點(diǎn)追蹤超聲成像可定量評價(jià)不同分級及構(gòu)型高血壓患者左心室旋轉(zhuǎn)及扭轉(zhuǎn)特征，為高血壓患者的心臟評估提供了一種新的無創(chuàng)檢測手段。

3 小結(jié)與展望

改善我國高血壓疾病負(fù)擔(dān)最重要的是早期診斷，并對心臟損害進(jìn)行敏感的評估，從而選擇最佳干預(yù)時(shí)機(jī)來降低疾病風(fēng)險(xiǎn)。近年來各種無創(chuàng)、快速的心臟成像技術(shù)迅速發(fā)展，心電圖只能發(fā)現(xiàn)心臟形態(tài)結(jié)構(gòu)的晚期病變，心臟磁共振成像盡管是準(zhǔn)確可重復(fù)的方法，但由于經(jīng)濟(jì)成本及操作時(shí)效性等原因，目前不建議常規(guī)用于評估高血壓心臟病的臨床實(shí)踐[30]。超聲成像新技術(shù)聯(lián)合傳統(tǒng)的二維超聲成像可敏感地評價(jià)高血壓患者心腔大小、室壁厚度、心臟收縮舒張功能、房室容積及心肌旋轉(zhuǎn)扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)等，不僅有助于高血壓患者盡早發(fā)現(xiàn)心臟受累，而且對預(yù)防和早期治療高血壓病、保護(hù)心肌功能有十分重要意義。在臨床實(shí)踐中，應(yīng)當(dāng)根據(jù)患者不同情況合理搭配應(yīng)用各項(xiàng)超聲技術(shù)。相信，隨著技術(shù)的不斷創(chuàng)新超聲成像將會(huì)在高血壓心臟病評估中發(fā)揮越來越重要的作用。