正常人左室收缩功能的超声三维斑点追踪研究

马静 曲俊朴 陈明

同济大学附属上海市东方医院心超室，上海 200120

三维斑点追踪成像技术（three-dimensional speckle tracking imagihg，3D-STI）是近年来新兴的超声心动图技术，是实时三维成像技术与斑点追踪成像技术的有机结合，在局部心肌收缩功能的定量评估方面具有一定的优势，在临床中的应用也逐渐展开。本文通过采集正常人心脏实时三维图像，从三维空间上追踪回声斑点的运动，同步显示正常人左室壁不同节段在三维方向的运动和形变，探讨3D-STI可行性及对正常人左室收缩功能的评判价值。

1 资料和方法

1.1 研究对象

选取2012年1月—2013年1月本院体检中心筛查的健康志愿者共45例，其中男性24名、女性21名；年龄42～67岁，平均（53.0±4.3）岁。无高血压、糖尿病、高脂血症、冠心病、慢性肾脏疾病等病史。

1.2 一般临床资料

正常男性和女性的各临床指标差异无统计学意义（表1）。

表1 健康志愿者的一般临床资料

1.3 仪器和方法

采用日本东芝公司ARTIDA彩色多普勒超声仪，三维超声探头PST-25SX（频率1～3 MHz）。嘱受检者左侧卧位及平卧位，连接同步心电图。先行常规二维超声扫查胸骨旁左室长轴切面，测量收缩末期左房前后径、左室舒张末期及收缩末期前后径及舒张末期室间隔和左室后壁厚度。然后切换三维探头，将探头置于心尖部，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＞12帧/s，接近25帧/s，启用最佳优化模式，显示最佳心尖四腔图，扇面尽量包含整个左室。嘱患者屏住呼吸，启动“4D”模式，仪器采集连续4 个心动周期的窄角“蛋糕块”立体图像，获取满意的左室全容积图像并储存；同时进行图像在线分析。图像自动转换为左室心尖四腔、三腔切面及左室短轴切面(乳头肌水平、二尖瓣水平、心尖水平)，在四腔及三腔切面上手动确定2 个二尖瓣环点及1 个心尖点，程序自动勾画出左室内外膜曲线；然后手动调节心内膜边缘的曲线及感兴趣区的宽度及3个平面间的间距，使其与室壁厚度一致，保证回声斑点位于心肌内。仪器自动分析得出左室舒张末期容积（left ventricle end-diastolic volume，LVEDV）、左室收缩末期容积（left ventricle end-systolic volume，LVESV）、左室射血分数（left ventricle ejection fraction，LVEF）、左室短轴径向3个水平16节段收缩期峰值及平均应变、左室短轴环向3个水平16节段收缩期峰值及平均应变、左室长轴纵向3个水平16节段收缩期峰值及平均应变（图1）。

图1 3D-STI描记健康志愿者左室短轴及长轴应变A：心尖四腔观左室长轴纵向6节段收缩期应变；B：心尖三腔观左室长轴纵向6节段收缩期应变；C3：左室短轴心尖水平4节段收缩期应变；C5：左室短轴中间段水平6节段收缩期应变；C7：左室短轴基底水平6节段应变，图中右下方示左室短轴16节段环向收缩期峰值应变曲线

1.4 统计学处理

2 结果

2.1 常规超声结果

正常男性与女性常规超声参数的差异无统计学意义（P＞0.05）（表2）。

表2 健康志愿者常规超声参数

2.2 3D-STI追踪正常人左室心肌收缩期应变测值比较

2.2.1 正常人左室短轴径向收缩期应变正常人左室短轴径向各节段收缩期峰值及平均应变，基底水平较中间段水平增大（P＜0.05），中间段水平较心尖水平增大（P＜0.05），基底水平较心尖水平增大（P＜0.01）（表3）。

表3 正常人左室短轴径向各节段收缩期峰值及平均应变比较（%，）

表3 正常人左室短轴径向各节段收缩期峰值及平均应变比较（%，）

注：中间段水平、基底水平与心尖水平比较，*P＜0.05，**P＜0.01

节段 心尖水平 中间段水平 基底水平前壁26.85±6.3733.45±6.78*46.85±12.37**侧壁27.44±6.64 32.18±8.33*47.44±10.64**后壁-34.77±6.6342.77±11.49*下壁25.27±5.6639.21±7.31*45.27±13.66**前间隔-30.24±9.8740.56±11.73**后间隔24.56±6.7335.65±6.44*41.23±9.89*平均应变26.21±6.6134.38±8.03*38.01±11.23**

2.2.2 左室短轴环向收缩期应变正常人左室短轴环向各节段收缩期峰值及平均应变，心尖水平较中间段水平增大（P＜0.05），中间段水平较基底水平增大（P＜0.05），心尖水平较基底水平增大（P＜0.01）（表4）。

表4 正常人左室短轴环向各节段收缩期峰值及平均应变比较（%，）

表4 正常人左室短轴环向各节段收缩期峰值及平均应变比较（%，）

注：表中应变值均为负值，心尖水平、中间段水平与基底水平比较，*P＜0.05，**P＜0.01

节段 心尖水平 中间段水平 基底水平前壁26.43±5.42**21.33±4.78*17.75±4.37侧壁24.77±4.56**20.67±3.33*17.44±3.64后壁 －19.87±4.53*16.77±4.49下壁24.86±5.04**19.21±5.31*16.27±3.66前间隔 －19.24±4.55*16.56±3.73后间隔25.53±3.73**19.65±3.64*16.83±4.89平均应变25.43±4.77**18.26±4.53*15.50±4.43

2.2.3 左室长轴纵向收缩期应变正常人左室长轴纵向收缩期峰值及平均应变，心尖水平较中间段水平增大（P＜0.05），中间段水平较基底水平增大（P＜0.05），心尖水平较基底水平增大（P＜0.01）（表5）。

表5 正常人左室长轴纵向各节段收缩期峰值及平均应变比较（%，）

表5 正常人左室长轴纵向各节段收缩期峰值及平均应变比较（%，）

注：表中应变值均为负值，心尖水平、中间段水平与基底水平比较，*P＜0.05，**P＜0.01

节段 心尖水平 中间段水平 基底水平前壁24.65±5.42**20.46±4.28*15.83±4.55侧壁23.83±4.56**18.56±4.53*14.44±3.47后壁 －19.57±3.43*15.77±4.49下壁24.16±5.04**18.62±4.31*14.27±3.68前间隔 －18.33±3.55*15.56±3.59后间隔23.93±3.73**17.57±3.64*13.83±4.29平均应变24.23±4.77**18.81±4.02*14.20±4.37

3 讨论

超声斑点追踪成像技术是在应变、应变率基础上发展起来的新技术，通过逐帧识别心肌组织的回声斑点来追踪感兴趣区域心肌组织的运动轨迹，评估感兴趣区域心肌组织的形变[1-2]。其测量除不受相邻心肌组织之间互相牵拉的影响外，也不受声束方向与室壁运动夹角的影响，可较准确客观地评价心肌运动[3]。国外有学者将斑点追踪成像技术与非侵入性评价收缩期心肌应变的金标准MRI进行比较，发现两者具有较好的相关性和符合率[4]。3D-STI是建立在实时三维超声心动图及斑点追踪成像技术的基础上，从三维空间追踪回声斑点的运动情况，比广泛应用的二维斑点追踪成像技术（2D-STI）能更全面、立体、准确地评价心肌运动[5-8]。

本研究中正常人左室短轴径向收缩期峰值应变及平均应变从心尖水平至中间段水平再至基底水平呈逐渐增大的趋势，而左室短轴环向和左室长轴纵向收缩期峰值应变及平均应变从心尖水平至中间段水平再至基底水平呈逐渐减小的趋势。具体发生机制可能与左室心肌特有的解剖结构相关：左室心肌由内、外层的螺旋形斜行肌束和中层的环形肌束构成，收缩期内外层斜行的螺旋形肌束自心基底部向心尖部助推，从而使心室腔沿纵径缩短，则心尖部需产生巨大的环向及纵向形变以保证最大能效的泵血，故心尖部所产生的纵向及环向应变最大。中层的环形肌束在心室基底水平和中间段水平构成比例较大，在心尖水平构成比例较小，导致在使心室腔内径有效缩小的径向应变心尖部所起的作用最小，即心尖部径向应变最小。而基于心肌纤维的这种螺旋形构型，Zhou等[9]的实验室成功构建了猪心扭转模型，并利用3D-STI追踪研究了猪心的扭转运动。他将新鲜的猪心固定于一个可人为进行速度调控的旋转模型上，心尖部固定，心底部可进行旋转，采集0°、l5°、20°、25°这4个角度的心脏三维空间运动图像，分析左室在心尖段、中间段、基底段3个水平的旋转，观测到左室心尖水平扭转角度小于基底水平及中间段，进一步证实了D-STI全面定量分析心脏收缩运动的可行性。

本研究所采用的3D-STI需较高的采集要求以保证数据的准确性：①在患者尽量屏住呼吸配合的同时，连续记录多个心动周期的清晰图像。②采像扇角需全部将左室腔包住，包括整个心肌及内外膜结构。③在能将左室腔尽量全部包括的情况下，尽可能减小采像扇角，以获得较高的时间分辨率，也就是提高帧频，要求接近25帧/s。④在准确定位心尖四腔及三腔二尖瓣环及心尖点时，需将心内外膜精确描记。而通常情况下，体型太瘦或肥胖的受检者图像显示差，加之三维超声图像的分辨力较二维图像差，导致准确识别心内膜的边界有一定难度，而影响斑点追踪和图像分析的准确性。⑤3D-STI图像的采集需连续获取至少4～8个稳定的心动周期图像，心律不齐的受检者要获得比较准确的图像资料存在一定难度[10]。因此，3D-STI虽然克服了2D-STI跨平面失追踪的局限性[5]，仍受上述采集过程中各种客观及主观因素的影响，实验数据不可避免地会存在一些偏差，对结果的争议目前尚未统一。

基于心脏功能的准确评价建立在对心脏解剖空间结构的精准定位上，3D-STI作为一种超声定量分析技术，理论上完全可全面、立体、客观评价左室容积和功能，完善左室功能评估的标准化。国内外已有越来越多的学者致力于心脏疾病研究[11-18]，3DSTI 在不久的将来会有更广泛的临床应用价值。

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