三维斑点追踪技术在评价冠心病患者左心室扭转中的应用

王庆慧，丁云川，陈 剑，尹 帆，苏 璇，罗庆祎，张 瑜，李建华，现丽妮

(昆明医学院附属延安医院，昆明市延安医院，云南 昆明 650051)

研究表明，心脏的扭转运动在左心室收缩和舒张功能中起着至关重要的作用。超声心动图是无创性定量评价左心室扭转的技术，可评价左心室局部及整体扭转程度、时相及力学，随着超声技术的不断发展，对左室功能的研究已经从单纯评价左室短轴、长轴心肌运动转向探讨扭转、解旋等三维空间形变［1］。新近推出的三维斑点追踪技术(three-dimensional speckle tracking，3DT)能够在三维立体空间内，通过连续追踪不同帧间心肌内回声斑点的运动轨迹，计算出心肌的运动及形变信息，准确评价左室的整体及局部功能。本研究旨在运用3DT技术评价冠心病(coronary heart disease，CHD)患者左室旋转及扭转运动。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2010年10月至2011年9月在我院心内科住院并接受冠状动脉造影的CHD患者62例(CHD组)，其中男42例，女20例，年龄45～74岁［(58.41±9.82)岁］，至少1支冠状动脉主干狭窄程度≥50%，其中单支病变34例、2支病变11例、3支病变17例，均有心绞痛症状，所有患者射血分数≥50%;对照组41例，其中男27例，女24例，年龄43～70岁［(57.63±8.78)岁］，冠状动脉无明显狭窄，受检者均为窦性心律。排除心肌梗死、心脏瓣膜病、先天性心脏病、高血压性心脏病、心肌病、心力衰竭、慢性阻塞性肺病等。

1.2 仪器与方法 采用Toshiba Artida880彩色多普勒超声显像诊断仪，配备PST-30SBT二维探头(频率2.5～5 MHz)及PST-25SX三维矩阵探头(频率1～3 MHz)。①图像采集:受检者取左侧卧位，嘱平静呼吸，连接同步心电图。先行常规二维超声检查、于胸骨旁左心长轴切面测量收缩末期左心房前后径、左心室舒张末期前后径、左心室射血分数及左心室短轴缩短率，换用矩阵PST-25SX探头，将探头置于心尖部，在显示心尖四腔心切面后，适当调节扇角与深度，同时调节帧频，使其大于20帧/s，启用谐波及最佳优化模式，直至显示最佳的心尖四腔图，然后嘱患者屏住呼吸，启动“4D”，仪器自动收集连续4个心动周期的15°×60°的窄角立体图像，形成60° ×60°的宽角“金字塔”样实时全容积成像三维数据库，获取满意的左心室全容积图像并储存。②图像分析:调出存储的动态图像，按“Layout”键切换至同时显示5个切面的界面，左侧由上至下依次显示心尖、乳头肌和心底水平短轴切面，右侧2个为心尖四腔和两腔切面，调节2条纵线分别置于两腔和四腔切面轴心，调节3条横线，使其与纵线垂直，且将左室均分为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2个置于二尖瓣环前、后叶根部心内膜面，另1个置于距二尖瓣环最远的心尖处内膜面，软件将自动勾画出左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，点击屏幕左方“Start”键，软件自动计算出左室整体和局部旋转及扭转角度、整体位移、收缩末和舒张末容积、左室射血分数等指标。。

1.3 统计学方法 采用SPSS 13.0软件进行统计学分析，计量资料采用均数±标准差表示，两组间比较采用两独立样本t检验，相关分析应用Pearson相关分析。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 常规超声心动图检查 两组患者左心室舒张末前后径、左心房前后径、左心室射血分数(LVEF)、左心室短轴缩短率(FS)等均在正常范围内;各组与常规超声测量值差异均无显著性意义(P＞0.05)，见表1。

表1 两组常规超声参数对比

1.2 左室扭转运动特点 对照组左心室随心动周期变化曲线的趋势一致，心尖部度呈逆时针旋转，心底部呈顺时针旋转，整体呈逆时针旋转，且均于收缩期末达峰值。CHD组中左心室旋转角度(rotation angle，RA)、旋转率(rotation rate，RR)、扭转角度(twist angle，TA)及扭转率(twist rate，TR)曲线形态与对照组大致相似，相应的RA、RR、TA、TR曲线的波幅减低，波形紊乱(图1，图2)，特别是CHD组TR与对照组间差异有显著性意义(P＜0.05)。两组左心室旋转、扭转参数比较见表2。

表2 两组各项左心室旋、转扭转参数比较

图1 左心室扭转曲线图 a.对照组;b.CHD组 图2 左心室旋转曲线 a.对照组;b.CHD组

3 讨论

左心室扭转运动是一个非常复杂的空间形变过程，心肌带学说认为整个左心室的心肌是由一条心肌带以独特的缠绕方式构成的，心肌带在空间上存在2个螺旋:一个是基底环，另一个是心尖环，基底环肌纤维横向走行，垂直于左心室长轴方向，心尖环肌纤维主要沿左心室长轴平行的方向走行，分为降段和升段，升段的肌纤维在斜向上占优势，从心尖向心底走行，降段的肌纤维在垂直方向上占优势，从心底向心尖走行，二者相互交叉，收缩时产生相反的作用力，这种作用方式是左心室心肌在收缩时产生扭转。左心室心肌浅层与深层呈纵向斜行排列且走行相反，中层呈环形排列，这种排列方式使心肌收缩时左室产生类似“拧毛巾”的复杂运动，即在长轴方向缩短、短轴方向向心收缩的同时，整体心室发生心底与心尖方向相反的扭转。

自1628年william Harvey等首次描述心脏扭转运动以来，大量研究表明，左室的扭转和解旋运动在左室的收缩和舒张功能中起重要作用［2］。近年发展起来的二维斑点追踪技术(two-dimensional speckle tracking，2DT)，被广泛用于评价左室旋转及扭转运动。运用2DT研究就是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追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［3，4］，但是2DT基于二维平面分析，实际上心脏的旋转和扭转并不是简单在二维平面内完成的，它还包括在心脏长轴方向上的缩短和伸长，这意味着在心动周期中心肌内的斑点可能运动至研究平面之外，从而影响追踪结果的准确性。新近的3DT基于斑点追踪原理，不受心肌运动方向限制，可以在三维容积内客观、准确追踪心肌运动轨迹，弥补了2DT局限于所扫描平面内追踪心肌运动斑点的不足［5］。Nesser等运用3DT和2DT对比研究志愿者左室容积变化，结果证实3DT的准确性和可重复性均优于2DT，说明3DT是一种简单、省时、具可重复性的方法［6］。

本研究中，正常人左心室心尖部呈逆时针旋转，心底部呈顺时针旋转，整体呈逆时针旋转，且均于收缩期末达峰值，与以前的研究结果一致。CHD组中左心室旋转度、扭转度、扭转率曲线形态与对照组大致相似，相应的旋转度、扭转度、扭转率曲线的波幅减低，波形紊乱。因此，旋转或扭转曲线的波幅减低，波形紊乱可能对评价CHD有一定的提示作用。本研究结果显示，以绝对值作对比，CHD组左心室整体扭转指标指标均较对照组减低，特别是扭转率与对照组间差异有显著性意义(P＜0.05)，考虑CHD组的心肌缺血已使心肌纤维的收缩功能受损，导致左心室的扭转能力下降，提示扭转率可能成为评价3DT冠心病左心室扭转的敏感指标。

3DT可在三维立体空间内研究左室的旋转及扭转运动，从机械力学角度评价CHD患者左室收缩功能减低。本研究的局限性:①3DT技术的时间分辨率较低(帧频20～30帧/秒)，低于2DT及TDI技术;②3DT对图像质量要求较高，特别需要清晰显示心内膜及心外膜，图像质量欠佳者，追踪测量准确性不高;③CHD是一组复杂多变的心血管疾病，无论是病变的大小、范围或是病变的不同阶段，心脏的整体功能及心肌的扭转运动都是不同的，本研究样本量较小，测量统计可能存在误差，其作为定量心肌整体及局部功能的一种新方法仍需进一步的大样本深入的临床和实验研究。

［1］Mizuguchi Y，Oishi Y，Miyoshi H，et al.The function role of longitudinal，circumferential，and radial myocardial deform.ation for regulating the early impairment of left ventricular contraction and relaxtion in patients with cardiovascular risk actors:a study with two-dimensional strain imagitag［J］.J Am Soc Echocardiogr，2008，21(10):1138-1144.

［2］Taeuchi M，Nishikage T，Nakai H，et al.The assessment 0f left ventrichlar twist in aterior wall myocardial iIlfhrction using two—dimensional speckle tracking imagillg［J］.J Am S0c EchocaIdiography，2007，20(1):36-44.

［3］杨莉，吴灵敏，邱琼.超声二维应变成像观察冠心病患者缺血心肌收缩功能异常［J］.中国医学影像技术，2011，27(7):1392-1395.

［4］熊莉，邓又斌，申屠伟慧，等.超声斑点追踪技术对心肌梗死患者室壁运动的二维应变研究［J］.中国医学影像技术，2007，23(7):990-993.

［5］Crosby J，Amundsen BH，Hergum T，et al.3-D speckle tracking for assessment of regional left ventricular fuction［J］.ultrasound in med biol，2009，35(3):458-471.

［6］Nesser HJ，Mor-Avi V，Gorissen W，et al.Ouantification of left vetericular volumes using three-dimensional echocardiographic speckle rracking:comparison with MRI［J］.Eur Heart J，2009，30(13): 1565-1573.