三维斑点追踪技术和二维斑点追踪技术评价心肌应变的比较研究

三维斑点追踪技术和二维斑点追踪技术评价心肌应变的比较研究

左心室心肌收缩期的峰值适应性可以反映左心室的收缩功能。二维斑点跟踪技术（2dt）克服了传统组织多普勒角度的依赖，能量消耗左室纵向、径向和周向的心肌收缩，并评估左室的整体和局部功能。而心脏的运动是三维空间内的复杂运动,新近发展起来的三维斑点追踪技术(three-dimensionalspeckletracking,3DT)可以从三维立体空间内分析左心室心肌应变,评价左心室收缩功能。本研究分别运用2DT和3DT研究并比较正常人左心室心肌在3个方向的应变值,旨在初步探讨3DT在评价左心室心肌应变中的应用价值。数据和方法一、纳入与排除标准选取来我院体检的健康志愿者35例,其中3例(8.6%)因图像质量较差,不能清晰显示心内膜边界而被排除。纳入研究的32例正常人中,男20例,女12例,年龄22~68岁,平均(37.55±10.88)岁。入选标准:基础心律为窦性心律,既往无各种心脏疾病史,经体检、心电图和超声心动图检查证实无心脏疾患;排除标准:高血压、糖尿病、吸烟、非窦性心律以及声窗不佳图像质量差者。二、左心室前壁部区域应变的图像分析采用ToshibaArtida超声诊断仪,使用PST-30SBT和PST-25SX探头,配有2DT和3DT分析软件。受检者取左侧卧位,平静呼吸,同步记录心电图。应用PST-30SBT探头,采集并存储连续3个心动周期的二尖瓣、乳头肌、心尖水平左心室短轴及心尖四腔切面、两腔切面、左心室长轴切面二维图像,以供2DT软件脱机分析,同时记录所用时间。切换成PST-25SX探头,取心尖四腔心切面,进入4D模式,图像转换成心尖四腔和两腔切面实时双幅显示,调节图像质量,使心内膜边界显示清晰,进入Full4D模式,微调探头位置和方向,尽量使主动脉根部不在四腔和两腔切面上显示,待图像满意后,瞩受检者屏住呼吸,存储左心室的全容积动态图像,以供3DT软件脱机分析,同时记录所用时间。2DT和3DT软件中,左心室壁分为16个节段,包括二尖瓣水平6个节段、乳头肌水平6个节段和心尖水平4个节段。2DT图像分析:分别调出存储的二尖瓣、乳头肌、心尖水平左心室短轴及心尖四腔切面、两腔切面、左心室长轴切面二维图像,勾画心内膜和心外膜边界,启动2DT分析软件,软件自动追踪心肌内同一斑点在不同时间的位置,计算出左心室壁16个节段的应变值,同时记录运用2DT进行图像分析所用时间。3DT图像分析:调出存储的全容积动态图像,用Layout键选取显示5个切面的界面,左侧3个短轴切面由上至下依次是心尖水平、乳头肌水平、心底水平切面,右侧两个是心尖四腔和两腔切面(图1),调节两条纵线分别置于两腔和四腔切面的轴心,调节3条横线,使其与纵线垂直,将左心室均分为3等份。启动3DT分析软件,分别在两腔和四腔切面上各取3个点,其中两个置于二尖瓣环前、后叶根部心内膜面,一个置于离二尖瓣环距离最远的心尖处心内膜面,软件自动勾画出左心室心内膜和心外膜轮廓,适当调整勾画线,使其与心内膜和心外膜边界重合,点击屏幕左上方的“Start”键,软件自动计算出左心室壁16节段整体和局部应变等指标(图2),记录运用3DT分析图像所用时间。重复性检验:从32例受试者中随机选取10例,由两名检查者分别用2DT和3DT测得左心室心肌应变,1周后由其中1名检查者再次对图像进行分析测得左心室心肌应变,分别计算2DT和3DT观察者间和观察者内变异系数。三、应变均数测定采用SPSS11.5软件进行统计学分析,所用计量资料均采用x¯±sx¯±s表示,组间比较采用配对t检验,组内3个水平间应变均数的比较采用单因素方差分析,两两比较采用LSD法。P<0.05为差异有统计学意义。结果一、3乳头肌及心尖水平变化从二尖瓣水平至心尖水平,3DT与2DT测得的左心室心肌3个方向的应变变化规律一致,即:纵向应变:二尖瓣水平-乳头肌水平-心尖水平逐渐增大;径向应变:乳头肌水平最大,心尖水平最小;圆周应变:心尖水平最大,二尖瓣水平最小(P<0.05,表1)。3DT测得的左心室16节段纵向应变均值与2DT相比较小(P<0.05),圆周应变均值较大(P<0.05),而径向应变均值两者差异无统计学意义(P>0.05,表2)。二、2黑暗区域和黑暗区域的图像时间的比率与2DT相比,应用3DT分析左心室心肌应变时,存储图像和分析图像所用时间均明显缩短,差异有统计学意义(P均<0.05,表3)。三、3通过d和2dt分析左心室16段心肌的平均适应性时变异系数运用3DT与2DT分析左心室16节段心肌纵向、径向和圆周平均峰值应变,组间和组内变异系数间差异无统计学意义(P均>0.05,表4)。左心室运动特征左心室心肌的整体和节段收缩期峰值应变可以反映左心室的整体和局部收缩功能。近年来,2DT克服了传统组织多普勒成像角度依赖性的缺点,可用于评价正常人及各种病理状态下左心室的心肌应变。但2DT是基于二维平面追踪的,而具有立体结构的心脏运动是多模式复杂运动的组合,Helle-Valle等研究发现左心室基底段在长轴方向上的位移约为4mm,而超声束宽度为2~3mm,这表明心肌中的斑点在心动周期中很可能运动到所研究的平面之外。新近推出的3DT是在斑点追踪原理的基础上发展起来的,但他不受心肌运动方向限制,可以在三维容积内客观、准确的追踪心肌的运动轨迹,弥补了2DT局限于所扫描的平面内追踪心肌运动斑点的不足,有望对复杂的心肌运动进行评价。心肌独特的纤维结构造就了心脏运动的复杂性,已有研究表明左心室心肌纤维由一条起于主动脉根部,止于肺动脉根部的心肌带构成,左心室心内膜下心肌纤维绕圆周平面呈+80°斜向走行,心外膜下心肌纤维呈-60°斜向走形,室壁中层纤维呈近水平环状走形。因此,左心室的运动包括纵向运动、径向运动以及旋转和扭转运动,左心室心肌在舒缩过程中发生的形变也包括了长轴方向的纵向应变,短轴方向的径向应变和圆周应变。本研究显示,2DT与3DT测得左心室心肌应变变化趋势一致,即:纵向应变和圆周应变均为二尖瓣水平、乳头肌水平、心尖水平依次增大,这有利于收缩期血液由心尖部射向主动脉瓣口;径向应变为乳头肌水平最大,心尖水平最小,可能与左心室的扭转运动有关。3DT所测得的左心室16节段收缩期纵向峰值应变均值与2DT相比较小,这可能是因为2DT测得的纵向峰值应变是在左心室心尖部3个切面的二维图像上追踪得到的,而左心室在收缩过程中伴随着扭转运动,舒张末的原始斑点于收缩末运动至二维平面之外,2DT于收缩末追踪到的目标斑点为三维空间内实际目标斑点在二维平面内的投射斑点,二维平面内成对的投射斑点之间的距离小于三维空间内实际目标斑点间的距离,致使2DT测得的纵向峰值应变值偏大;由于收缩期左心室长轴缩短,引起短轴各平面均向心尖移动,故2DT于收缩末追踪到的短轴目标平面比三维空间内实际目标平面更接近二尖瓣水平,使该平面内成对目标斑点的距离大于三维空间实际目标平面内成对目标斑点间的距离,所以2DT测得的16节段收缩期圆周峰值应变均值较3DT小。这与国外的研究结果一致。如上所述,2DT于收缩末追踪的短轴目标平面比三维空间内的实际目标平面更接近二尖瓣水平,且径向应变峰值乳头肌水平最大,二尖瓣水平和心尖水平均减小,使2DT测得心尖水平径向应变比3DT偏大,二尖瓣水平和乳头肌水平径向应变较3DT偏小,故2DT测得16节段径向峰值应变均值与3DT相比,差异无统计学意义。由此可见,3DT与2DT测得的左心室16节段纵向和圆周峰值应变均值差异有统计学意义,可能是因为2DT局限于二维平面内追踪,忽视了心脏运动的三维复杂性。运用3DT存储图像和分析图像所用时间均明显短于2DT。这是因为运用2DT时需要采集和存储左心室3个短轴切面和3个心尖切面图像,在图像分析时同样要分别勾画6个切面的心内膜和心外膜边界;而运用3DT时只需同时采集心尖两腔和四腔切面,存储左心室全容积图像,图像分析时只需勾画两个切面的心内膜和心外膜边界,因此3DT所用时间明显缩短,这说明3DT是一种方便、省时的分析左心室整体和局部功能的新方法,这与Saito等的研究结果一致。本研究表明,3DT与2DT在测量左心室16节段3个方向上平均收缩期峰值应变时,组间和组内变异系数间差异无统计学意义,说明两种方法的可重复性一致。而Nesser等在应用3DT评价健康志愿者的左心室容积的变化时,其准确性和可重复性均优于2DT。本研究提示,