二维斑点追踪成像技术评价舒张性心力衰竭患者左心室局部收缩功能

陈玉媛CHEN Yuyuan

谢明星2XIE Mingxing

王 静2WANG Jing

段利科2DUAN Like

李薇玢2LI Weifen

作者单位

1.岳阳市一人民医院超声科 湖南岳阳414000

2.华中科技大学同济医学院附属协和医院超声科 湖北武汉 430022

论著 Original Research

二维斑点追踪成像技术评价舒张性心力衰竭患者左心室局部收缩功能

陈玉媛1CHEN Yuyuan

谢明星2XIE Mingxing

王 静2WANG Jing

段利科2DUAN Like

李薇玢2LI Weifen

作者单位

1.岳阳市一人民医院超声科 湖南岳阳414000

2.华中科技大学同济医学院附属协和医院超声科 湖北武汉 430022

中国医学影像学杂志

2012年 第20卷 第8期：614-617，621

Chinese Journal of Medical Imaging 2012 Volume 20(8): 614-617, 621

目的 应用二维斑点追踪成像技术评价舒张性心力衰竭患者左心室局部心肌收缩功能。 资料与方法 应用二维超声心动图分别对临床确诊的射血分数正常的32例舒张性心力衰竭患者、20例收缩性心力衰竭患者及32名正常受检者进行检查，存储胸骨旁左心室短轴二尖瓣水平、乳头肌水平及心尖水平连续3个心动周期的二维灰阶图像进行斑点追踪分析，记录左心室上述3个短轴切面共18个节段径向收缩期峰值应变率。结果 左心室舒张性心力衰竭及收缩性心力衰竭患者各节段径向应变率曲线形态与正常受检者相似，且舒张性心力衰竭患者同一水平不同节段间径向收缩期峰值应变率差异无统计学意义（P＞0.05）。但舒张性心力衰竭患者所有节段径向收缩期峰值应变率均较正常受检者相应室壁节段减低，其中部分节段差异有统计学意义（P＜0.05）。而收缩性心力衰竭患者所有节段径向收缩期峰值应变率均显著低于正常受检者及舒张性心力衰竭患者（P＜0.05）。结论 左心室舒张性心力衰竭患者存在节段性室壁径向应变率减低，提示射血分数正常的舒张性心力衰竭患者存在局部收缩功能受损。

超声心动描记术；心力衰竭，舒张性；斑点追踪技术；心室功能，左；心肌收缩

舒张性心力衰竭（diastolic heart failure, DHF）是一组具有心力衰竭症状和体征而左心室射血分数正常，以舒张功能异常为特征的临床综合征[1]。DHF发病率占心力衰竭的38%～50%，病死率与收缩性心力衰竭（systolic heart failure, SHF）相似，但预后优于SHF[2-4]。在静息状态下DHF患者左心室射血分数及每搏输出量正常，但是其心肌收缩性能是否受损仍存在争议，左心室射血分数正常的机制尚不明了。心肌应变及扭转是衡量左心室功能的重要指标，近期发展的二维斑点追踪技术（twodimensional speckle tracking imaging, 2D-STI）可以无角度依赖地追踪、测量心肌形变及扭转运动，是定量评价左心室局部及整体心肌舒缩功能的新手段。本研究旨在应用2D-STI技术观察DHF患者左心室局部心肌收缩功能的变化。

1 资料与方法

1.1 研究对象 DHF组：根据2007年中华医学会心血管病学DHF诊断标准[3]，选取2008-11～2009-03于协和医院确诊的32例DHF患者，其中男13例，女19例；年龄46～83岁，平均（63±8）岁。所有患者均为窦性心律。其中糖尿病患者10例，高血压患者24例。排除慢性肺部疾病、肺动脉高压者；全身性疾病，如甲亢、系统性红斑狼疮、肝肾功能减低者；严重瓣膜病者；有节段性室壁运动异常者。

SHF组：选取同期协和医院确诊的20例SHF患者，其中男13例，女7例；年龄24～46岁，平均（55±11）岁。所有患者均符合1971年Framingham心力衰竭诊断标准[5]，NYHA分级≥Ⅱ级。

正常组：健康志愿者32名，其中男15名，女17名；年龄48～78岁，平均（67±11）岁，经询问病史、体检、实验室检查、心电图及常规超声心动图检查未见异常，排除糖尿病、冠心病等器质性心血管疾病及心律失常者，除外各种原因引起的图像质量欠清晰者。

所有受检者均清楚检查流程及目的，并同意接受检查。

1.2 仪器与方法 采用 Philips IE33彩色多普勒超声诊断仪，S5-1探头，频率为1.7～3.4MHz；QLAB超声工作站，配备TMQadvanced 7.0图像分析软件。受检者取左侧卧位，平静呼吸，同步记录心电图。行常规超声心动图检查：标准左心室长轴切面测量收缩末期左心房内径、舒张末期室间隔厚度、左心室后壁厚度及左心室短轴缩短率；显示心尖四腔观，脉冲多普勒测量二尖瓣口舒张期血流峰速E值，双平面Simpson法测量左心室射血分数。组织多普勒条件下测量二尖瓣环室间隔侧舒张早期运动速度e，并计算E/e值。待图像显示清晰稳定后，分别采集心率一致的左心室短轴二尖瓣水平、乳头肌水平及心尖水平二维灰阶动态图（50～60帧/s）各3个心动周期，存储于光盘，以供脱机处理。使用Qlab工作站TMQadvanced 7.0斑点追踪软件程序处理分析。选取心律稳定且不受呼吸影响的连续3个心动周期的图像进行分析，软件将左心室短轴二尖瓣、乳头肌、心尖3个水平分别自动均分为前间壁、前壁、侧壁、后壁、下壁及后间壁6段，共计18个节段，对每一段的斑点信息进行追踪分析，软件将输出各节段心肌随心动周期变化的收缩期径向应变率（systolic radial strain rate, SRs）曲线。选择软件“平均数据”功能选项，自动输出3个心动周期平均值。

1.3 统计学方法 采用SPSS 13.0软件，计量资料数据以±s 表示，正态分布的多组计量数据间比较采用单因素方差分析，组内两两比较采用SNK法，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 各组受试者临床特征及常规超声测量结果比较DHF患者体重指数较正常组及SHF组患者明显增高，差异有统计学意义（P＜0.05）。与正常组相比，DHF组左心房内径及E/e值明显增大（P＜0.05），而左心室射血分数、短轴缩短率、左心室舒张末期内径与正常组差异无统计学意义（P＞0.05）。SHF患者较DHF患者及正常受检者左心房内径、左心室舒张末期内径、E/e值增加，射血分数、短轴缩短率减小，差异有统计学意义（P＜0.05），见表1。

2.2 正常组左心室壁各节段收缩期径向应变率峰值比较 正常受检者左心室各节段径向应变率曲线均包括SRs峰值，舒张早期应变率（SRe）峰值，舒张晚期应变率（SRa）峰值3个主波，收缩期一正向波及舒张早期、晚期各一负向波，舒张晚期负向波SRa峰值明显小于舒张早期负向波SRe峰值，见图1。室壁同一水平不同节段间SRs分布较一致，各节段峰值比较差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.3 心力衰竭患者左心室壁各节段SRs比较 DHF及大部分SHF患者左心室壁各节段心肌径向应变率曲线变化特征与正常人相似，DHF患者同一水平不同室壁节段间SRs差异无统计学意义（P＞0.05），SHF患者径向应变率曲线幅度明显低平，部分患者部分室壁节段曲线失去正常3主波形态（图1）。与正常组相比，DHF组和SHF组左心室所有节段SRs均减低，DHF患者以心尖水平前间隔、侧壁、后壁、下壁，乳头肌水平后壁、后间隔、基底水平后壁、下壁及后间壁SRs明显减低（P＜0.05），但下降幅度较SHF组小，差异均有统计学意义（P＜0.05），见表2。

3 讨论

表1 各组受检者临床资料及常规超声测量结果比较(±s )

表1 各组受检者临床资料及常规超声测量结果比较(±s )

注：（1）与正常组比较，P＜0.05；（2）与SHF组比较，P＜0.05。BMI：体重指数；LA：左心房内径；LV：左心室内径；IVSd：室间隔厚度；LVPWd：左心室后壁厚度；FS：左心室短轴缩短率；EF：射血分数；E：二尖瓣口舒张早期血流峰值速度；e：二尖瓣环室间隔侧舒张期早期运动速度

分组 BMI(kg/m2) 心率(次/min) LA(cm) LV(cm) IVSd(cm) LVPWd(cm) FS(%) EF(%) E/e DHF组(n＝32) 25.23±2.40(1)(2)69±9 3.94±0.53(1)(2)4.67±0.35(1)(2)0.95±0.10(2)0.86±0.14 37.79±3.31(2)66.46±4.11(2)15.60±8.28(1)(2)SHF组(n＝20) 22.95±2.74 75±13 4.66±0.62(1)6.88±1.37(1)1.05±0.17 0.89±0.20 18.55±4.24(1)34.60±8.27(1)22.50±8.13(1)正常组(n＝32) 23.81±2.79 70±12 3.49±0.43 4.56±0.36 0.91±0.10 0.82±0.12 36.59±4.56 66.33±4.87 9.72±1.63 F值 6.26 2.71 45.60 118.72 11.17 2.09 196.63 307.24 32.00 P值 ＜0.05 ＞0.05 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＞0.05 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01

表2 各组受检者左心室各节段收缩期径向应变率峰值比较(±s , s-1)

表2 各组受检者左心室各节段收缩期径向应变率峰值比较(±s , s-1)

注：（1）与正常组比较，P＜0.05；（2）与SHF组比较 ，P＜0.05

组别前间隔前壁前侧壁后侧壁下壁后间隔心尖水平DHF组(n＝32) 1.20±0.49(1)(2)1.24±0.56(2)1.20±0.74(1)(2)1.11±0.49(1)(2)1.14±0.55(1)(2)1.36±0.54(2)SHF组(n＝20) 0.83±0.38(1)0.74±0.41(1)0.66±0.31(1)0.60±0.45(1)0.70±0.35(1)0.77±0.39(1)正常组(n＝32) 1.47±0.76 1.35±0.61 1.54±0.81 1.37±0.70 1.39±0.59 1.50±0.80 F值 8.45 8.78 11.02 13.11 11.97 9.76 P值 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01乳头肌水平DHF组(n＝32) 1.43±0.77(2)1.38±0.59(2)1.34±0.46(2)1.36±0.54(2)1.16±0.48(1)(2)1.37±0.62(1)(2)SHF组(n＝20) 0.84±0.44(1)0.93±0.61(1)0.92±0.39(1)0.59±0.15(1)0.66±0.35(1)0.72±0.44(1)正常组(n＝32) 1.61±0.80 1.52±0.88 1.55±0.69 1.63±0.54 1.44±0.53 1.74±0.53 F值 6.02 4.00 7.36 23.49 15.26 19.09 P值 ＜0.01 0.22 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01基底水平DHF组(n＝32) 1.27±0.46(2)1.45±0.44(2)1.43±0.65(2)1.39±0.52(1)(2)1.21±0.48(1)(2)1.21±0.45(1)(2)SHF组(n＝20) 0.40±0.26(1)0.85±0.48(1)0.90±0.30(1)0.86±0.49(1)0.51±0.26(1)0.50±0.28(1)正常组(n＝32) 1.41±0.33 1.65±0.67 1.64±0.54 1.65±0.48 1.46±0.42 1.57±0.60 F值 45.60 13.94 12.72 15.02 38.58 27.77 P值 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01

图1 胸骨旁短轴切面乳头肌水平左心室径向应变率曲线图。A.正常组；B.DHF组；C.SHF组；三组患者各节段曲线形态呈规律变化，趋势一致，DHF患者左心室部分节段收缩期应变率峰值低于正常受检者

舒张性心力衰竭是因左心室顺应性减低、僵硬度增加所致充血性心力衰竭[6]，高发于肥胖的老年女性，多伴有高血压、糖尿病史，并常有冠状动脉疾病或房颤[3,4]，可与收缩功能障碍同时出现，亦可单独出现。收缩功能正常与否影响治疗方案的选择，因此早期、准确地评价DHF患者的收缩功能，可避免其向收缩性心力衰竭发展，并降低其住院率，提高生活质量。目前2D-STI技术已较成功地应用于心脏临床及实验室研究，为从机械力学角度评价局部左心室舒缩功能提供了有效手段。

3.1 技术方法 心肌应变和应变率是评价局部心肌功能的量化指标。已有研究证明心肌形变程度可以评价局部心肌的收缩与舒张功能、血供情况、心肌活力[7]。STI技术是通过逐帧追踪心肌散射斑点，获得心肌组织运动信息，可排除周围组织牵拉对心肌运动速度的影响，且无角度依赖性，能更准确、客观地从多角度评价局部及整体心肌功能。

3.2 正常左心室节段SRs特征 本研究应用STI技术观察左心室节段心肌的应变运动，结果显示，正常受检者同一水平不同节段间SRs无显著差异，表明SRs在同一水平不同室壁节段分布比较一致。Edvardsen等[8]应用MRI观察正常人及冠状动脉疾病患者左心室节段心肌应变及应变率，结果显示，不同节段室壁心肌应变及应变率具有一致性。左心室壁各节段心肌收缩运动的均衡性，使左心室壁收缩时呈协同作用，有利于心脏做功的有效性达到最大。同时，心肌运动这一特征也有利于辨别节段心肌收缩异常与否。

3.3 心力衰竭患者SRs变化 DHF患者左心室壁各节段径向应变率曲线特征与正常受检者相似。尽管DHF患者左心室壁所有节段SRs均较正常组有不同程度减低，但同一水平不同节段室壁间SRs无显著差异，即同一水平室壁各节段的均衡性尚未破坏。相对于DHF患者，SHF患者所有节段心肌SRs减低更显著。

心力衰竭患者节段心肌收缩性能异常可能与其基础病变有关。DHF患者绝大多数为糖尿病、高血压及冠心病患者，动物实验及临床研究显示高血压、糖尿病及冠心病都有不同程度的心肌缺血和（或）心肌纤维化。Schneider等[9]发现局部心肌缺血心肌纤维化下降程度与应变率峰值相关。此外，DHF患者体重指数偏大，临床研究显示肥胖患者左心室心肌校正的背向散射积分值增加，心肌纤维含量增加[10]。因此，DHF患者节段心肌收缩功能异常与局部心肌血流灌注减少及心肌构成的改变密切相关。

随着病情的进展，心肌纤维化和（或）心肌缺血程度加重、范围扩大，内外层心肌均受累，最终出现SHF。不同节段心肌缺血和（或）纤维化严重程度的差异性可能是DHF患者出现节段性SRs减低程度不一致的原因。Becker等[11]对不同程度心肌梗死患者进行研究，结果显示，所有心肌梗死节段径向应变及应变率减低，非透壁性减低较透壁性程度轻。DHF患者心肌虽然存在心肌纤维化和（或）非透壁性心肌缺血，但由于左心室壁各节段及各层次之间存在复杂的相互作用及影响，视觉上仍可表现为收缩运动正常。静息状态下，尽管DHF患者左心室收缩泵功能正常，但其心肌实际有效收缩力减弱，心肌储备能力下降，在应激或运动加大状态下出现心力衰竭症状。

本研究从径向应变力学角度初步探讨DHF患者左心室收缩功能，结果显示其左心室壁SRs减低，部分节段显著，说明DHF患者尽管整体收缩泵功能正常，但已存在局部心肌收缩功能受损。

3.4 本研究的局限性 2D-STI技术从灰阶图像中提取心肌的运动与形变信息，可进一步增加常规超声检查的信息量，其局限性在于对二维图像质量和帧频要求较高。此外，本研究只对小样本量的DHF患者的径向SRs进行了初步观察，其他方向应变及应变率有无变化有待进一步研究。

[1] Zile MP, Brutaert DL. New concepts in diastolic dysfunction and diastolic heart failure: Part I: diagnosis, prognosis, and measurements of diastolic function. Circulation, 2002, 105(11): 1387-1393.

[2] Owan TE, Hodge DO, Herges RM, et al. Trends in prevalence and outcome of heart failure with preserved ejection fraction. N Engl J Med, 2006, 355(3): 251-259.

[3] Abhayaratna WP, Marwick TH, Smith WT, et al. Characteristics of left ventricular diastolic dysfunction in the community: an echocardiographic survey. Heart, 2006, 92(9): 1259-1264.

[4] 中华医学会心血管病分会, 中华心血管病杂志编辑委员会. 慢性心力衰竭诊断治疗指南. 中华心血管病杂志, 2007, 35(12): 1089-1090.

[5] Eugene Braunwald. 心脏病学. 第5版. 陈灏珠, 译. 北京:人民卫生出版社, 1999: 407-429.

[6] Zile MR, Baicu CF, Gaasch WH. Diastolic heart failureabnormalities in active relaxation and passive stiffness of the left ventricle. N Engl J Med, 2004, 350(19): 1953-1959.

[7] Becker M, Lenzen A, Ocklenburg C, et al. Myocardial deformation imaging based on ultrasonic pixel trackingto identify reversible myocardial dysfunction. J Am Coll Cardiol, 2008, 51(15):1473-1481.

[8] Edvardsen T, Gerber BL, Garot J, et al. Quantitative assessment of intrinsic regional myocardial deformation by Doppler strain rate echocardiography in humans: validation against three-dimensional tagged magnetic resonance imaging. Circulation, 2002, 106(1): 50-56.

[9] Schneider C, Jaquet K, Malisius R, et al. Attenuation of cardiac remodelling by endocardial injection of erythropoietin: ultrasonic strain-rate imaging in a model of hibernating myocardium. Eur Heart J, 2007, 28(4): 499-509.

[10] Wong CY, O'Moore-Sullivan T, Leano R, et al. Alterations of left ventricular myocardial characteristics associated with obesity. Circulation, 2004, 110(19): 3081-3087.

[11] Becker M, Hoffmann R, Kühl HP, et al. Analysis of myocardial deformation based on ultrasonic pixel tracking to determine transmurality in chronic myocardial infarction. Eur Heart J, 2006, 27(21): 2560-2566.

（责任编辑 张春辉）

Evaluation of Left Ventricular Regional Systolic Function in Diastolic Heart Failure Patients by Two-dimensional Speckle Tracking Imaging

Purpose To observe the left ventricular (LV) twist and segment peak systolic radial strain rate (SRr) by two-dimensional speckle tracking imaging (2D-STI), and to evaluate the systolic function in diastolic heart failure (DHF) patients with a normal left ventricular ejection fraction.Materials and Methods Eighty-four consecutive clinically stable patients were enrolled in this study (32 healthy controls, 32 patients with diastolic heart failure, and 20 patients with systolic heart failure). High frame rate dynamic two-dimensional images were obtained from the left ventricular short-axis views, including basal, papillary muscle and apical planes. Segmental SRr was measured.Results ① The curve character of SRr of all the patients was similar to that of the healthy controls. ②There was no signifcant difference in SRr between different segments at the same level in both DHF patients and healthy subjects. ③All segments SRr were lower in both heart failure groups than in controls. Several segments SRr were decreased to a larger extent in DHF patients, and all segments SRr of SHF patients were reduced significantly than that of DHF patients.Conclusion All segments SRr are reduced in SHF patients. Segmental LV SRr is reduced in the DHF patients, even in the patients with normal ejection fraction, which means the systolic function of DHF patients is impaired.

Echocardiography; Heart failure, diastolic; Speckle tracking imaging; Ventricular function, left; Myocardial contraction

谢明星

辽宁省自然科学基金项目（201003540）。

2011-12-21

10.3969/j.issn.1005-5185.2012.08.016

2012-02-29

Department of Ultrasonography, Union Hospital, Tongji Medical College, Huazhong University of Science and Technology, Wuhan 430022

Address Correspondence to: XIE Mingxing E-mail: xiemx64@126.com

中国图书资料分类法分类号

R541.6+1；R445.1