应用全方向M型超声研究正常短轴方向心肌速度梯度

全方向M型超声心动图是近几年发展起来的一种从超声心动图序列图像中提取一种新运动信息的新方法,该方法可以获得心脏某结构、某部位的运动轨迹,从而获得该部位的相关运动信息。本研究应用LEJ-2型全方向M型超声心动图测量不同水平上的各节段室壁内外膜的运动速度,计算心肌速度梯度,对正常人局部室壁运动做定量分析,并评价其应用价值。

1 材料和方法

1.1 研究对象 本研究采用自2007-07～2008-12福建医科大学省立临床医学院就诊的正常健康者40例,男24例,女 16例,年龄8～49岁,平均33.0± 14.3岁。均经病史、体检、心电图及X线等检查排除心血管疾病。

1.2 仪器设备 二维图像的采集用GE Vivid-7彩色超声显像系统,探头频率2.0～4.0 MHz,帧频＞60帧/s;M型超声心动图参数的测量及分析采用福州大学生物医学工程研究所研制的LEJ-2型全方向M型心动图系统。

1.3 研究方法 常规系列二维切面顺序扫查。分别显示左室短轴(二尖瓣水平、乳头肌水平、心尖水平)的切面图像,并记录在超声工作站上,采用LEJ-2型全方向M型心动图系统进行处理。启动LEJ-2型全方向超声心动图系统,将取样线置于左室短轴3个水平的16个节段的室壁上,左室壁分段按照美国超声心动图协会推荐的16段分法为参考,以室壁的血液供应范围为基础,将左室壁分为16节段(图1～3)。该系统自动生成各节段室壁运动的M型曲线图形(图4)。分别测量内膜速度(Ven)、外膜速度(Vep)、速度差、厚度(D;图5),每个测定值均取连续3次测量的平均值,利用公式:内膜速度(Ven)-外膜速度(Vep)/厚度(D)计算速度梯度。

1.4 统计学分析 采用SPSS1 5.0分析软件,所有数据用均数±标准差(s)表示,组内数据采用独立样本t检验,三组以上的数据,则采用方差分析。

2 结果

全方向M型超声心动图结果显示,正常人同一室壁三个水平的速度梯度呈递减趋势,表现为二尖瓣水平的速度梯度值最大,乳头肌水平其次,心尖水平最小(P＜0.05、P＜0.01)。同一水平上游离壁的速度梯度值大于室间隔。在二尖瓣及乳头肌水平,以侧壁的速度梯度值最大,其次为前壁,间隔最小(P＜0.05),而同一水平间隔各段之间的差异不明显。在心尖水平,以左侧壁的速度梯度值最大(P＜0.05),而其他各壁之间速度梯度值的差异也不明显(表1)。

图1 左室短轴二尖瓣水平的6个节段室壁上的取样线。1～6分别表示:二尖瓣水平前间隔(AS)、前壁(AW)、侧壁(LW)、后壁(PW)、后间隔(PS)、中间隔(MS)。图2 左室短轴乳头肌水平的6个节段室壁上的取样线。1～6分别表示:乳头肌水平前间隔(AS)、前壁(AW)、侧壁(LW)、后壁(PW)、后间隔(PS)、中间隔(MS)。图3 左室短轴心尖水平的4个节段室壁上的取样线。1～4分别表示:心尖水平前壁(AW)、侧壁(LW)、后壁(PW)、后间隔(PS)。图4 同一水平自动生成各节段室壁运动M型曲线图形。图5 LEJ-2型全方向超声心动图系统测值图形

表1 正常人左室短轴三个水平各节段室壁运动心肌速度梯度值的比较(s)

表1 正常人左室短轴三个水平各节段室壁运动心肌速度梯度值的比较(s)

二尖瓣水平 乳头肌水平 心尖水平节段收缩期 舒张期 收缩期 舒张期 收缩期 舒张期前间隔 0.95±0.18 0.69±0.15 0.72±0.12 0.48±0.14前壁 1.08±0.20 0.79±0.20 0.80±0.15 0.56±0.17 0.46±0.11 0.37±0.09侧壁 1.18±0.21 0.92±0.31 0.89±0.18 0.63±0.19 0.55±0.13 0.43±0.12后壁 1.04±0.16 0.79±0.25 0.75±0.18 0.55±0.19 0.52±0.07 0.40±0.10后间隔 0.96±0.17 0.70±0.18 0.73±0.15 0.49±0.15 0.44±0.06 0.36±0.08中间隔 0.93±0.14 0.68±0.17 0.71±0.14 0.47±0.14

3 结论

3.1 传统的M型超声心动图和全方向M超声心动图 M型超声心动图是由瑞典学者Ed ler于1955年首先提出来的,是一种重要的定量测量技术。应用M型超声检查时,其取样频率等于脉冲重复频率,每秒可达2 000～4 000次以上,扫描间期以微秒计,具有极高的时相分辨力,能区分心脏结构活动时相的细微差异[1]。早期临床利用传统M型超声心动图测量反映左室功能的指标,但这些指标受许多因素影响,而传统M型也只能局限于90°范围内扫查,因此,不能全面评价左室局部和整体功能。新近发展起来的全方向M型超声心动图系统,不仅具有传统M型超声心动图的特点,即极高的时相分辨力,能区分心脏结构活动时相的细微差异,而且其取样线可以360°任意旋转,可同时在二维图像上取任意多条取样线,展示了图像中同一时间、任意方向的任意多条取样线所对应互相同步的M型曲线图,揭示了图像中各个运动群体及各部分之间的时相关系和运动信息的比较,不受角度和方向的影响,大大拓宽了传统M型超声心动图的应用范围[2]。

由福州大学生物医学工程系研制的LEJ-2型全方向M型超声心动图,其基本原理是从二维超声心电图序列图像中提取新的运动信息。该方法的动态信息检测是在超声心动图序列图像中重建任意方向线上灰度(位置)时间函数,从而获得心脏某部位的运动轨迹和运动速度的相关信息[3]。李蕾等[4]应用全方向M型超声心动图系统对胸骨旁左室短轴切面三个水平前间隔和后壁收缩期、舒张期速度进行测量,结果显示:其测值与组织多普勒测值的相关性好。因此,它和组织多普勒一样可以定量评价局部心肌的运动状态和功能,而不受角度的限制。

3.2 心肌速度梯度 心肌应变(ε)的概念由M irsky于1973年提出。在物理学上,应变是指在外力作用下物体的相对形变能力。心肌应变是指心肌在心动周期中的变形情况,用来评价心肌的收缩与舒张功能。一维物体的应变用Lagrangian公式表示为ε=△L/L0,L0为初长度,△L为物体长度的变化量。应变率(strain rate,SR)表示单位时间内的形变,即物体发生形变的速度,可通过公式来计算,SR=△L/L0/△t=△V/L0。心肌应变率是指心肌缩短速度,等于以初长度为校正的每单位长度的速度差,即心肌速度梯度(MVG),反映局部心肌增厚或变薄的能力,除二维图像外,也可用M型超声模式显示[5],定义为内外膜速度差除以即时的室壁厚度,反映某时刻局部心肌内外膜速度差值相对于心肌厚度的变化,同样反映局部心肌增厚或变薄的能力。用超声应变和应变率显像分析局部心肌运动特点不受心脏整体运动、扭动及邻近节段心肌牵拉运动的影响,能够更加敏感地反映收缩期、舒张期局部心肌运动与功能[6～8]。

3.3 应用LEJ-2型全方向M型超声心动图分析正常人局部心肌运动 心脏整体收缩、舒张功能状况取决于心脏局部收缩和舒张功能的正常与否以及各部位运动的协调性。早期临床利用传统M型超声心动图测量室壁厚度、左室舒张末期内径及左室后壁最大舒张速度等指标,这些指标虽然在一定程度上较敏感地反映左室舒张功能,但受许多因素影响;而传统M型也只能局限于90°范围内扫查,因此,不能全面评价左室局部和整体功能。近年有研究应用全方向M型超声心动图对正常人的各节段室壁运动及功能进行了全面测定分析,结果显示全方向M型超声心动图所测定的左室后壁、室间隔局部收缩功能与传统M型测定结果一致,利用全方向M型超声测量的心功能参数能反映运动信息中的心肌整体功能,这证实了全方向M型超声心动图能反映心肌的整体功能[9,10]。

以往的研究表明,LEJ-1型全方向M型超声心动图能在同一心动周期显示同一平面上任意多条M型曲线图形的系统,能同时测量多个节段室壁运动,能减少角度与时间不一致产生的误差,更真实和全面地反映了心脏的运动状态[11]。LEJ-2型全方向M型超声心动图作为LEJ-1型全方向M型超声心动图的进一步发展,大大提高了生成的M型曲线图形的清晰度,特别是与探头方向平行的侧向室壁。因而,LEJ-2型全方向M型超声心动图可以准确反映某一室壁各个方向力综合后作用于该点的速度,可以更加真实地反映室壁运动和功能的真正状态。本研究应用LEJ-2型全方向M型超声心动图观测到正常人同一室壁三个水平的局部心肌速度梯度,从二尖瓣水平到心尖水平呈递减趋势,同一水平上游离壁的心肌速度梯度大于室间隔。研究显示室壁的运动与心肌纤维的排列有关,左室游离壁内外膜下层及乳头肌内分布着由心尖到房室环的纵向心肌纤维,其中央分布着环状纤维,以基底部尤为突出。而室间隔部位仅有环状纤维的分布,缺少纵向纤维。应用LEJ-2型全方向M型超声心动图检测到的结果与室壁纤维的分布是一致的。

LEJ-2型全方向M型超声心动图系统作为一种新发展起来的技术,也有其不足之处,它也受二维图像质量的影响,而且需要熟悉该系统的软件操作,才能减少测量中产生的人为因素的误差。

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