齐鲁医学斑点追踪显像技术评价冠心病患者左心室心肌功能异常

1、精品医学文档 精品医学文档 精品医学文档 斑点追踪显像技术评价冠心病患者左心室心肌功能异常穆玉明、秦川 穆玉明秦川，乌鲁木齐 新疆医科大学第一附属医院心脏超声诊断科，830054穆玉明，Email：关键词:斑点追踪显像技术；冠心病；左心室；心肌功能斑点追踪显像(speckle tracking imaging，STI)技术是新近发展起来的超声定量分析工具，不受声束角度限制，能对心室长轴的纵向、短轴的径向、周向、旋转及扭转运动进行定量检测，为评价心肌功能及深入了解心脏机械运动的机制提供了新手段，有着广泛的临床应用前景。一、超声心动图评价左心室心肌运动方法心肌纤维独特的螺旋状排列决定了心脏的复杂空

2、间运动1。宏观上，一条心室心肌带起自右心室肺动脉瓣下，延伸至左心室连接于主动脉，形成双螺旋结构围成左右两个心室，称为基底环和心尖环；微观上，左心室壁由斜行的右手螺旋形心内膜下肌纤维、左手螺旋形心外膜下肌纤维及环形的室壁中层肌纤维组成。因此，左心室壁不同层面的心肌纤维协同收缩形成拧毛巾样扭转运动，心肌纵向缩短、径向增厚、心室腔周径缩小，有利于心室射血，舒张期产生解扭转，有利于心室充盈，将心房血液迅速吸入充盈的心室2。心脏扭转的大小和方向取决于跨壁应变梯度和心外膜下肌纤维相对于心内膜下肌纤维的运动优势，是评价心脏收缩和舒张功能的负荷非依赖性的重要指标3-4。二维和M型超声心动图是目前临床上评价心肌

3、运动功能最常用和简便的方法。但是二者准确性在一定程度上依赖于观察者的经验，对小面积的心肌运动异常难以发现；同时都只限于对心肌的径向运动进行评价。组织多普勒及其衍生的应变和应变率成像技术能检测局部心肌运动速度和形变，然而均局限于多普勒原理的角度依赖性，仅能评价与超声束平行的心脏纵向的一维运动5-6，但心脏的运动是三维立体的。STI以二维图像为基础，无角度依赖性，可全面评价心肌的运动7-8。二、STI的原理及检测方法1. 基本原理：应变(strain)在物理学上指在外力作用下物体的相对形变。心肌应变指心肌在心动周期中的变形，可用来评价局部心肌的收缩与舒张功能、血供情况、心肌活力等。线性(一维)应变

4、可用Lagrangian公式来定义，即：L/L0(L-L0)/L0。为长轴方向上的应变，L为长度的改变量，L0为零负荷时的长度值。正值表示长轴方向上的伸长或短轴方向上的增厚；负值表示长轴方向上的缩短或短轴方向上的变薄。应变率(strain rate，SR)是指物体形变发生的速度，是单位时间内的应变，等于单位纤维长度的缩短速度，即速度梯度。因此，可以通过组织的速度梯度来计算，即SRL/L0/t v/L0。心肌应变和应变率分别反映了心肌形变的程度和速度，可评价心肌功能9。2. STI工作原理：二维灰阶图像中心肌内包含众多均匀分布的声学斑点，这些小于入射波长的组织结构发生背向散射产生的斑点与组织同步

5、运动。STI即在二维超声图像的基础上，辨认并追踪这些代表相应组织运动的声学斑点，可从心肌运动速度、应变、应变率、位移、旋转及扭转等多个运动参数，定性、定量地分析心动周期中心肌运动的力学特征10-11。STI与有创的植入声学测微法和操作过程复杂且价格昂贵的MRI技术有良好的相关性12-13。3. STI研究的指标：STI能定量评价心肌各节段在长轴、短轴方向上的形变，达到对心肌三维空间上运动的研究。研究显示：(1)左心室纵向应变在心尖部大于基底部，有利于将血液推向主动脉瓣口14。(2)左心室径向应变反映心肌增厚与心室容量的变化情况14。(3)随着年龄的增加，左心室扭转角度及扭转率增高，舒张期解扭转

6、减小及解扭转时间延迟15。另有研究认为左心室扭转不受年龄影响，左心室舒张早期二尖瓣环水平解扭转随年龄增长而减低16。三、STI在冠心病患者左心室心肌功能中的应用研究目测室壁运动无法确定该运动是主动收缩还是被动牵拉造成的，而运用STI能区分主动运动和被动运动，敏感而准确地识别异常节段的运动。研究显示缺血心肌其供血的冠状动脉内径狭窄70%时，STI判定的特异性和敏感性均可达93%17。心肌梗死区域收缩应变减少，而非心肌梗死区域心肌应变保持正常，STI可以准确定位心肌梗死的范围12，结合长轴及短轴应变分析有助于鉴别心内膜下与透壁性心肌梗死18，结合多巴酚丁胺负荷试验可以无创性地检测心肌梗死后的透壁瘢

7、痕和无活性心肌范围。应用冠状动脉内心肌声学造影及STI技术评价局部心肌组织灌注状态与心肌应变恢复之间的关系。对小鼠的心肌缺血与再灌注的研究中显示缺血心肌的应变明显降低，与未结扎左前降支近端及进行再灌注后的心肌应变差异也有统计学意义19。STI检测所有室壁节段峰值应变的平均值反映的则是左心室整体功能。1. 左心室长轴功能的检测：(1)STI检测缺血心肌的左心室长轴功能较短轴功能更敏感20。(2)STI评价心肌梗死患者心内膜下与透壁性心肌梗死的心肌节段纵向应变减低，表明心内膜心肌支配长轴功能。在慢性心肌梗死的研究中21，STI的整体长轴应变峰值与MRI技术估测的梗死面积相关(P0.001)，可以区

8、分梗死与非梗死组织。提出以整体应变峰值为15%区分整体水平心肌梗死的敏感性为83%、特异性为93%；以整体应变峰值为15%区分局部心肌梗死的敏感性为76%、特异性为95%；以局部长轴应变峰值为13%区分透壁性心肌梗死的敏感性为80%、特异性为83%。(3)研究显示经皮冠状动脉介入治疗(percutaneous coronary intervention，PCI)术后心肌灌注改善，但左心室各节段心肌的纵向应变仍有不同程度降低，且发生了早期左心室重构，纵向总应变与反映左心室重构的指标间相关良好22。说明STI既能定量测定左心室局部和整体心肌的变形能力，评价局部和整体心肌组织的收缩功能，还为评价心肌

9、梗死后的左心室重构提供了客观参数。(4)STI可通过整体长轴应变评价心室整体功能，与心肌收缩状态相关性好13，可识别射血分数正常心力衰竭患者的左心室收缩功能异常23。2. 左心室短轴功能：(1)研究显示圆周应变的减少和混乱是心肌损害的早期标志20。冠状动脉造影时利用球囊导致心肌急性局部缺血的研究发现，圆周应变、径向应变明显减少，分别下降了(2723)%和(3523)%，达峰时间明显延长，且圆周应变对暂时的局部心肌缺血反应更敏感24。缺血再灌注的动物实验中25，径向应变提高了检测存活心肌及顿抑心肌的敏感性及特异性，优于室壁增厚率。(2)心肌梗死患者室壁运动异常节段径向应变及圆周应变较正常对照组均

10、明显减低，而旋转角度不变26，并可出现应变曲线倒转，提示存在室壁矛盾运动27。心内膜下心肌梗死短轴径向及圆周应变不变，透壁性心肌梗死短轴径向及圆周应变均明显减低。说明圆周功能在中层室壁体现。以圆周应变截断值13.6%鉴别透壁性心肌梗死(50%)的敏感性为73%、特异性为72%。研究同时观察到，透壁程度75%时的径向应变明显减低，提示非透壁心肌梗死节段的被动径向增厚由存活的心外膜心肌产生。利用增强的心脏MRI和STI对心肌梗死患者进行研究28，结果发现径向应变依照增强的程度依次明显减低，对检测透壁性心肌梗死(增强超过50%)的敏感性和特异性分别为83.2%、80.1%。结合多巴酚丁胺负荷试验对梗

11、死心肌短轴功能研究发现，心内膜下心肌梗死的瘢痕范围与静息状态下收缩期应变密切相关；透壁程度65%的收缩期应变率明显降低，并不随多巴酚丁胺的滴注而改变，而心内膜下心肌梗死的收缩期应变率能随多巴胺的浓度升高(5 gkg1min1P40 gkg1min1)而略有增高18。说明心内膜下心肌梗死后的瘢痕组织范围决定了局部心肌变形能力；心内膜下心肌梗死中存活的心肌纤维可通过滴注多巴酚丁胺后恢复部分形变能力，但对于透壁性心肌梗死中的非存活心肌纤维的形变能力不能恢复。(3)PCI术后心肌灌注改善节段的左心室短轴径向应变和圆周应变均提高，而旋转应变并未随着灌注改善而相应提高；灌注未改善节段上述指标较术前未见提高

12、29。说明心肌灌注改善有助于提高心肌径向增厚能力及圆周缩短能力，而心肌相应旋转能力尚未复原；心肌灌注不提高，心肌收缩功能也不会增加。在一项缺血再灌注的老鼠实验研究中25，径向应变提高了检测存活心肌及顿抑心肌的敏感性及特异性。(4)左心室扭转是左心室整体功能变化的敏感指标。在左心室前壁心肌梗死患者的研究中30，收缩期扭转降低和舒张期解扭转降低与左心室收缩功能不全相关性良好，表明前壁心肌梗死的患者左心室扭转能力降低对左心室整体收缩功能具有显著的影响。在动物及临床研究中的结果表明31，左心室解扭转主要由扭转和左心室收缩末期容积决定，左心室收缩功能减低的患者左心室解旋率减低。由于解旋主要发生在等容舒张

13、期，有研究认为其可以反映心脏舒张功能32。四、STI的局限性及应用前景STI要求有清晰的高帧频二维图像；固有的低噪音信号使垂直于超声波束仍有较大的角度误差；仍局限于二维平面的观察，收缩期左心室瓣环朝向心尖运动，意味着前后两幅图的斑点可能是不同的，使STI技术不能完全跟踪斑点运动的空间位置；STI计算的是平均心肌节段的数据，对于很小的心肌功能不全区域，可能会导致由于邻近心肌正常变形而使测量结果正常。随着超声影像技术的不断发展，二维应变超声心动图应变成像原理及临床应用的研究深入，实时的二维、三维超声应变成像的出现，必将广泛应用于心血管疾病的诊断和治疗，从而为临床观察心肌运动、诊断心肌缺血、定量评价

14、整体和局部心肌功能等提供更为准确的方法。参考文献1Torrent-Guasp F，Buckberg GD，Clemente C，et al.The structure and function of the helical heart and its buttress wrapping.I.The normal macroscopic structure of the heart.Semin Thorac Cardiovasc Surg，2001，13(4)：301319. HYPERLINK /sites/entrez?cmd=Retrieve&db=PubMed&dopt=Abstract

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43、医科大学附属医院心脏中心功能检查部，银川 750004 HYPERLINK /qikan/article_collect.php?id=482599 加入收藏夹 【摘要】 ：目的 应用二维超声心动图斑点追踪成像(STI)技术检测心肌梗死患者短轴室壁的应变，评价节段性室壁运动异常的价值。方法 对30例经临床证实的心肌梗死患者及对照组30例正常人，记录胸骨旁左室短轴二尖瓣、乳头肌、心尖水平18个室壁节段高帧频二维灰阶图像。应用GE Echo PAC软件测量左室短轴各室壁节段收缩期峰值径向应变 (SR)、收缩期峰值圆周应变(SC)。结果 正常人的径向应变曲线为正向峰值曲线、圆周应变曲线为负向峰值曲线

44、。正常人SR呈现乳头肌水平最高，心肌水平最低的变化趋势。心肌梗死患者梗死节段SR、SC均较对照组减低（P0.05）。结论 STI能够准确评价左室短轴切面局部室壁运动异常，为临床评价心肌梗死患者左心收缩功能提供无创性新方法。 【关键词】 斑点追踪技术; 二维应变; 节段性室壁运动异常; 心室功能Evaluating of Left Ventricular Short-axis Views Regional Wall Motion Abnormality in Patients with Myocardial Infarction by Speckle Tracking Imaging1.Ning

45、xia Med. Univ.，Yinchuan 750004;2.Dept. of Functional Examinationin Heart Center， Ningxia Med. Univ.，Yinchuan 750004Abstract：Objective To evaluate left ventricular short-axis views regional wall motion abnormality by speckle tracking imaging (STI) in patients with myocardial infarction， and to provid

46、e valuable information for clinical treatment and prognosis. Methods 30 cases with myocardial infarction were randomly selected， while 30 cases of healthy group were randomly selected from the people who are checked at our hospital between the October 2008 and the January 2009. High frame rate two-d

47、imensional images were recorded from the left ventricular short-axis views at the levels of mitral annulus ， papillary muscle and apex. peak circumferential strain (Sc) and peak radial strain(Sr) were measured using GE Echo PAC software. Results Left ventricular longitudinal strain curve， circumfere

48、ntial strain curve， radial strain curve in healthy group changed regularly. Infarct segments in myocardial infarction patients showed significant reduction of Sr and Sc compared with normal myocardium (P0.05) . Conclusion Left ventricular short-axis views regional wall motion of left ventricule in p

49、atients with myocardial infarction can be evaluated accurately with Speckle tracking imaging.Key words:speckle tracking imaging; strain; regional wall motion abnormality应变( strain) 在物理学上指在外力作用下物体的相对形变。二维超声心动图斑点追踪技术(speckle tracking imaging，STI)是一项新技术， 可从多个方向反映心肌的应变1。本研究应用STI对心肌梗死患者的左室短轴室壁收缩期峰值应变进行研究

50、，评价其对室壁节段性运动异常的价值，为临床治疗及判断预后提供依据。1 资料与方法1.1 研究对象 心肌梗死患者30例（其中陈旧性心肌梗死患者18例，急性心肌梗死患者12例），系2008年10月至2009年1月我院心内科住院病人，其中男20例，女10例，年龄（50.47.3）岁。 对照组为同期来我院正常体检者，经征得被体检者同意，特选取声窗较好、二维图像满意者30例，其中男23例，女7例，年龄(45.48.5)岁，经询问病史、超声心动图及心电图检查排除心脏疾病。 心肌梗死患者入选标准：国际心脏病学会和协会及世界卫生组织临床命名标准化联合专题组报告缺血性心脏病的命名及诊断标准；基础心律窦性；一般情

51、况良好，能够配合左侧卧位屏气数秒检查；经胸超声心动图透声清晰，可清晰显示左室心内膜缘。 排除标准：合并高血压2258、糖尿病2820、房颤及严重心律失常者；合并严重心、肺、肾功能不全等疾患；经胸超声心动图检查并发室壁瘤形成或存在中重度瓣膜反流及狭窄者；超声图像质量欠清晰影响分析者。1.2 仪器与方法 采用GE Vivid 7超声诊断仪，M3S探头，频率1.73.4MHz，帧频为4590 帧/s。Echo PAC工作站，配备二维应变的图像分析软件。 受检者采取左侧卧位，平静呼吸，记录胸导联心电图。常规心脏超声检查完毕后，记录并存储左室短轴二尖瓣环、乳头肌、心尖部水平及心尖位四腔图、二腔图、左室长

52、轴连续三个心动周期的的二维灰阶图像。将图像储存到光盘上，以便进一步脱机分析。获取心底部短轴切面时应该注意要包容二尖瓣，心尖部切面应该远离乳头肌。 进入工作站二维应变软件程序，按照提示到二维应变界面中， 在收缩末期心内膜显示最清晰时将图像冻结，沿心内膜边界手动勾画，将自动生成包含心肌内膜、中层和心外膜的感兴趣区(region of interest， ROI)， 如不满意使用手动调整感兴趣区宽度，使其包纳心肌全层，与心肌厚度一致。分析室壁节段应变时，在胸骨旁短轴切面（二尖瓣、乳头肌、心尖3个水平）系统自动将每个水平的左室壁分为六个节段， 共分18个节段。系统接收追踪成功的节段后，自动显示每个节段

53、的应变曲线。以心电图R波起始作为左室收缩期的开始， R-R间期为一个心动周期， 记录曲线的收缩期应变峰值。二尖瓣环、乳头肌、心尖水平分别代表左室基底部、中部和心尖部。二维应变软件在短轴上可同时测量收缩期峰值径向应变(peak systolic radial strain，Sr)、收缩期峰值圆周应变(peak systolic circumferential strain，Sc)。室壁径向应变值实际上反映了室壁收缩期的增厚程度，心肌节段室壁增厚时为正值，变薄时为负值。左室短轴圆周应变值反映心脏短轴方向的环形运动，心肌节段室壁缩短时为负值，伸长时为正值。1.3 统计学方法 应用SPSS 13.0软

54、件进行统计分析。所有计量资料以均数标准差表示。两组间的参数比较采用独立t检验，P0.05为差异有统计学意义。2 结果2.1 正常人左室短轴圆周应变曲线、径向应变曲线形态特点 从图14可见（见封4），正常人左室短轴圆周应变曲线为负向峰值曲线，各节段曲线形态较一致，下降支从0值起始，随左室心肌纤维收缩而向基线下方发展，在ECG的T波终末前后达最低点（即峰值应变），此后随心室舒张，向基线靠近，在ECG的R波回到0值，形成上升支。峰值收缩期圆周应变正常是负值，表明收缩期心肌长度在圆周上是缩短的。左室短轴径向应变曲线为正向峰值曲线，各节段曲线形态较一致，上升支从0值起始，随左室收缩时室壁增厚而向基线上方

55、发展，在ECG的T波终末前后达最高点（峰值应变），此后，随心室舒张，正值变小，在ECG的R波回到0点，形成下降支，峰值收缩期径向应变为正值，表明收缩期时心肌厚度在径向上时增厚的。而心肌梗死患者应变曲线形态紊乱，径向应变仍主要表现为向上的正向波形，圆周应变亦为向下的负向波形，同一水平内各节段峰值应变失去正常组之变化规律。2.2 心肌梗死患者梗死节段与对照组心尖水平、乳头肌水平、二尖瓣水平应变值比较 从表13可以看出，正常人收缩期峰值径向应变在乳头肌水平最高，心肌水平最低，即不同平面间变化趋势不一致。 心肌梗死组3个水平径向应变、圆周应变与正常组对比均减低（P0.05）。表1 心肌梗死患者102个

56、梗死节段与对照组心尖水平应变值比较（略)表2 心肌梗死患者61个梗死节段与对照组乳头肌水平应变值比较（略)表3 心肌梗死患者70个梗死节段与对照组二尖瓣水平应变值比较（略)3 讨论 心肌应变指心肌在心动周期中的变形，可用来评价局部心肌的收缩与舒张功能、血供情况、心肌活力等。超声斑点追踪技术在高帧频二维灰阶超声图像的基础上，采用最佳模式匹配技术通过寻找序列图像中最优近似的散斑模式来实现对人体组织运动跟踪，识别心肌内回声斑点的空间运动，并跟踪其在每一帧图像中的位置，标测不同帧之间同一位置的心肌运动轨迹，以此计算出运动参数， 定量显示心肌运动应变和应变率、速度、位移和旋转角度等参数1，3-4。 它不

57、仅具有组织多普勒时间分辨率较高的优点，同时它本身是非多普勒原理衍生而来的技术3， 不同于多普勒技术，不受角度和心脏摆动的影响， 既可以实现轴向（又称纵向），即沿超声束方向跟踪，也可以实现侧向(又称横向)，即垂直于超声束方向跟踪5，仅能反映心脏纵向方向的变形运动，还可以反映径向及环形方向的变形运动，心肌梗死患者室壁节段性运动异常的诊断对于临床治疗及预后有重要意义5。目前用于评价心肌梗死患者室壁节段性运动异常的检查方法主要是传统二维超声和组织多普勒成像技术（tissue Doppler imaging，TDI）。传统二维超声检查者的肉眼观察易受其主观性的影响，影响检查结果的客观性；TDI受超声束方

58、向与室壁运动方向间夹角的影响，评价心肌梗死患者心肌运动方向和速度时主要用于检测与超声束平行方向上心肌长轴方向的纵向应变。 本研究表明正常人左室短轴径向应变曲线、圆周应变曲线呈现规律性走形变化，各节段曲线形态较一致，这一变化与其他学者的研究报道相一致6-8。本研究结果发现左室短轴不同平面间比较， 正常人收缩期峰值径向应变在乳头肌水平最高， 心尖水平最低，即不同平面间的变化趋势不一致， 该趋势与文献报道相一致7。考虑这种平面间收缩期应变峰值具有的差异性与左室心肌纤维的螺旋排列有关。 心肌梗死时，局部室壁运动异常是最早的特征性表现。本研究观察到，心肌梗死患者的梗死节段， 在左室短轴切面(二尖瓣、乳头

59、肌、心尖水平) 的径向应变及圆周应变均较正常组减低。左室壁一半的增厚程度由心内膜纤维决定，其他研究表明左室壁的增厚程度取决心内膜纤维58%，中间层25%，外膜17%9。心肌梗死时，由于心肌缺乏血液供应，心肌内膜纤维最先受累，表现为心肌短轴方向上的径向运动受到影响，收缩期峰值径向应变均较正常组减低。本研究发现心肌梗死组心肌梗死节段左室短轴切面(二尖瓣、乳头肌、心尖水平) 的收缩期峰值圆周应变比正常组减低，与文献报道相似10。这是由于圆周收缩运动主要由中层心肌决定，缺血缺氧时，室壁运动异常的心肌节段中层心肌受累，影响心肌的圆周运动。 斑点追踪成像技术因其不受超声角度影响的优点，能准确评价心肌梗死的

60、局部室壁运动异常，为临床评价心肌梗死患者左心收缩功能提供无创性新方法。【参考文献】 1Leitman M， Lysyansky P， Sidenko S， et al. Two-dimensional strain-a novel software for real- time quantitative echocardiographic assessment of myocardial function J. J Am Soc Echocardiogr，2004， 17(10): 1021- 1029.2叶任高.内科学M.第5版.北京：人民卫生出版社，2005：258，820.3Notomi