研究二维应变超声心动图新技术及临床应用

1 / 11 研究二维应变超声心动图新技术及临床应用 摘要：二维应变超声心动图是一种通过标准二维成像测量应变的新方法。没有角度依赖性，能够简单、快速、可重复性定量评价整体和局部心肌功能，为观察心肌运动、诊断心肌缺血、定量评价局部心肌功能提供一种全新的方法。 关键词：二维应变 临床应用 超声心动图 二维应变超声心动图成像 (two dimensional strain echo cardiography， 2DSE)在二维灰阶图像中追踪心肌的运动并计算速度与应变，与基于组织多普勒超声心动图的应变成像技术原理完全 不同，为心肌应变的评价提供了更客观的方法。可以追踪心肌长轴 (从心底到心尖的 )方向的运动，也可在短轴图像中追踪心肌的径向 (向心 )运动与轴向 (旋转 )运动。可用于无创性实时定量评价左心室节段的收缩、舒张及旋转功能。国内外学者对该技术的研究较多，现就二维应变的初步临床应用综述如下。 1 基本概念 应变是一物理名词，是物体受力后变形的能力。心肌在一个心动周期内收缩和舒张变形的性质与应变的概念相符合，2 / 11 因此可用应变来研究局部心肌功能。心肌局部组织受力后产生形变，与作用力及心肌本身的组织特性有关。应变是指心肌发生形变 的速度，是心肌运动在超声束方向上的速度梯度，即局部两点之间的速度差除以两点之间的距离。其值与所研究的局部心肌的初始长度有关，通常以百分比表示，数学定义为： S=(L L0)。这里 S表示纵向应变， L表示瞬间长度， L0是初始长度。初始长度为无负荷下的心肌长度，在跳动的心脏中，无负荷的初始长度是很难测定的，所以通常用舒张末期局部心肌长度来代替。应变率是指单位时间内的应变。相当于局部空间速度变化率，可由以下等式表达：SR=(L L0) L0 t ，式中 SR 是应变率， t 是时间改变1。 2 二维应变超声心动图成像 的原理 二维应变超声心动图成像 (two dimensional strain echo cardiography， 2DSE)利用斑点追踪技术，在二维图像的基础上，在室壁中选定一定范围的感兴趣区，随着心动周期，分析软件根据组织灰阶自动逐帧追踪上述感兴趣区内心肌组织像素的位置和运动，并与第一帧图像中的位置相比较，计算整个感兴趣区内各节段心肌的变形 2。由于斑点追踪技术与组织多普勒频移无关，因此不受声束方向与室壁运动方向间夹角的影响，没有角度依赖性，因此二维应变超声心动图成像能更准确地反映心肌的收缩和舒张功 能。 3 / 11 3 研究方法 应用具有超声斑点跟踪显像技术的仪器采集感兴趣的心肌节段的二维灰阶图像 (60-70 帧秒 )，检查时常规连接心电图，通常留取三个心动周期的图像。导入有相应分析软件的工作站进行脱机处理。一般收集一个心动周期相应收缩期、等容舒张期及舒张期等三个时相的应变和应变率 3。 4 二维应变及应变率在临床研究中的应用与评估 4.1正常心肌的二维应变及应变率特征 心肌的解剖排列决定了其收缩形变，心脏的心肌细胞包括纵行和横行肌纤维，即内、外层的螺旋形肌束和中层的环形肌束，因此心脏的收缩和 舒张运动基本包括 4个部分：纵向(1ongitudina1)运动，表示心脏长轴方向的运动；径向(radia1)运动，表示心脏短轴方向心肌厚度的变化；圆周(circumferentia1)运动，表示心脏短轴方向的环形运动；旋转 (rotationa1)角度，表示心脏短轴方向的旋转角度。二维应变超声心动图可以从以上 4个方面来评价心肌的变形。 4.2正常人的二维应变超声心动图成像 Hurlburt4等在正常人中应用二维应变超声心动图成像测量心尖位长轴、左室短轴径向和圆周方向的应变，结果为： 心尖长轴方向应 变，心尖部 中部，左室侧壁 左室前壁； 心脏左室短轴方向应变较均一； 左室短轴圆周方向应4 / 11 变，前室间隔应变最大，与磁共振相符。 Helle Valle等 5在正常人中应用二维应变成像测量旋转角度，结论为：短轴心尖部 -10.93.3 ，短轴心底部 4.61.3 。从心尖向心底观察，顺时针旋转为正值，逆时针旋转为负值。 4.3临床应用 4.3.1 评价心肌功能心肌应变与心肌的收缩和舒张功能密切相关，心肌应变测量的是心肌各节段的变形，能准确评估心肌收缩和舒张功能。应变与应变率作为近年来提出的评价心肌功能 的新指标，有其独到优点 6。组织多普勒技术从心肌运动的角度评价心功能，其应用为心功能评价提供了新的方法 7。基于组织多普勒技术的超声应变与应变率从心肌长度变化的角度评价其功能，进一步拓展了心功能评价的视角。理论上，应力一应变关系要比压力一容积关系更能敏感地反映组织的功能特征，因而心肌应变是反映心肌收缩性的直接而客观的指标 8。在临床工作中，以心室整体的应变与应变率作为心功能参数，要比对各节段逐一分析更加便于应用。但由于多普勒固有的角度依赖的限制，组织多普勒应变率成像主要用于局域心肌长轴应变的评价 9，不能定量心室整体的应变与应变率。二维应变可以定量分析心室的局部和整体的应变和应变率。 4.3.2 冠状动脉疾病在心脏的运动中，正常节段心肌的速度是由局部纤维的缩短和周围区域的牵拉共同产生的。因5 / 11 此，活动障碍的节段因邻近组织的牵拉可能产生接近于正常的速度，此时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，而运用二维应变、应变率就可区分主动运动和被动运动，敏感而准确的识别异常节段的运动。另外，心肌缺血、心肌梗死时，从心尖到心底部的收缩期应变率减小，甚至反转，收缩早期局部应变不均衡。 LiangHY 等 10发现，在局部血管狭窄 70 的冠心病患者， (长轴 )心肌缺血区收缩期的应变率 (sRs)、舒张早期的应变率 (sRe)较其他供血正常区域的心肌明显减低。在识别缺血心肌方面，可达93，敏感性可达 93。结果显示应用二维应变分析局部室壁运动，在静息状态下即能明显地观察到冠状血管疾病所致的缺血心肌区域；局部血管狭窄 70 的区域，观察到室壁舒张功能异常的特异性很高。 TakeuchiM 等 11发现，在前壁心肌梗死患者中，心脏收缩期的旋转和舒张期的解旋功能降低与左心室射血分数降低一致；结果表明在前壁心肌梗死的患者 中因左室旋转或整体环形旋转能力的减低对左心室整体收缩功能具有显著的影响。 二维应变还可以清楚地区分慢性透壁性心肌梗死和非透壁性心肌梗死。 ChartJ等 12分析透壁性心肌梗死和非透壁性心肌梗死患者后提出，同时做长轴和短轴的二维应变分析，有助于两者的鉴别。结果显示透壁性心肌梗死径向节段6 / 11 收缩期峰值应变 S(-10 76.3) 和应变率 SR(-1.00.4) 比正常心肌 (S： P0.0001； SR： P0.0001)或非透壁性心肌梗死节段 (S： -15.47.0 ， P0 0001； SR： -1.40.8 ， P=0.02)明显降低。应变率成像可以无创性的检测心肌梗死后的透壁瘢痕和无活性心肌范围。 4.3.3 肥厚型心肌病尽管肥厚型心肌病 (HCM)患者的左室整体收缩功能往往表现为正常，但其可能存在局部心肌收缩功能的异常。 HCM 患者局部心肌收缩功能受损，其病变范围广泛 (包括肥厚与非肥厚的心肌节段 )，而且功能受损程度不均，二维应变可以比较准确测量，为临床的防治提供指导。在 Serrilk 等的研究中 13，对 26 例非梗阻性 HCM 患者和45例健康受试者进行超声心动图检测，结果尽管左心室收缩功能正常，但 HCM患者的所有应 变指标显著低于健康受试着。在非对称性 HCM患者中，间隔纵向应变显著低于左室其他区域： -9.2 4.7 vs-12.7 7.1 (P=0.001)。观察者间和观察者平均的变异性分别为 11和 13。结果表明二维应变是一种新的、简单快速、可重复性观测收缩应变的方法。该技术可用来识别表观左室收缩功能正常的 HCM患者的早期异常，从而指导治疗、提高生活质量。 4.3.4 在右心室收缩功能研究中的应用 BorgesAC 等 14在 37名有肺动脉高压患者和 38名健康人中用二维应变、与基于组织多普勒的应变分析右心室整体 和局部收缩功能，右7 / 11 心室中度或者重度功能障碍右室游离壁基底段收缩期长轴二维应变 (R=-8 8 -4.1 )比正常 (R=-24.3 -4.7，P0 001) 或 经 扩 血 管 治 疗 后 的 肺 动 脉 高 压 患 者(R=-13.36.2 s， P0 001)有明显的减低。 5 二维应变超声心动图应变成像的局限性及应用前景 二维应变超声心动图应变成像的局限性： 同其他超声技术一样，超声图像采集和质量仍是限制因素，二维应变超声心动图应变成像要求有清晰的二维图像，图像质量影响其追踪测量 15，在肺气肿、肥胖等二维图像不清晰的患者成像的准确性受到限制； 节段性室壁运动异常对不同切面图像S 与 Sr测量的影响，左室功能不良患者的追踪成功率减低，正常节段达 98%，而心肌梗死节段只有 80%16； 尽管二维应变不像组织多普勒那样具有角度依赖性，但有证据表明，垂直超声波运动易于产生更高程度的差错 17； 只有高的帧频斑点追踪技术才能反映各时问点心肌节段的运动信息， DHooge 等 18研究表明帧频至少达 70 帧 s 才能实时反映正常心率状态下的心肌运动； 心脏是立体结构，因此测量心肌形变的理想模式是三维估 测，而二维应变是二维估测，从某种程度上数还不能完全反映心肌的应变； 目前二维应变超声心动图应变成像须将二维图像储存后脱机分析，尚不能达到实时分析。 8 / 11 应用前景：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、定量评价整体和局部心肌功能等提供更为准确的方法。 参 考 文 献 1王浩，张薇应变应变率成像技术的临床应用 J医学综述， XX， 12： 759 61 2Langeland S ， D Hooge J ， Wouters PF ， et a1 Experimental vali dation of fl new ultrasound met hod for the simultaneous assess ment of radial and longitudinal myocardial deformation independ ent of insonation angle Circulation， XX， 112(14)： 2157 2162 3Eitman M ， Lysyansky P ， Sidenko S ， et a1 Two-dimensional strain anovel 80ftw afor real time quantitativeh i0gr 叩 hytmse sment of myocardial functionJ Am Soc Echocardiogr， XX， 17：1021 1029 4Hurlburt HM， Aurigemm aGP， Gaasch WH， et a1 Direct ultra sound measurement of the 3 principal components of left ventricu lar regional systolic strain J Am Coil Cardiol， XX， 47： 116A 9 / 11 5Helle-Valle T， Crosby J， Edvardsen T， et a1 New noninvasive 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