实时三维超声心动图评价左心室功能的研究进展

王玉敏(综述),吴晓萍(审校)

(1.内蒙古医科大学附属医院超声诊断科,呼和浩特 010050； 2.内蒙古自治区中医院超声诊断科，呼和浩特 010020)

三维超声成像的概念是在1961年由Baum等[1]提出的，其成像的基本思想是在获取一系列人体器官的二维图像基础上重建成人体器官的三维图像。三维超声技术的发展可分为三个阶段：静态三维、动态三维和实时三维。实时三维超声成像速度>24帧/s[2]。其成像方式有两种：实时成像方式和全容积成像方式。全容积成像是在心电图触发下，采集4个心动周期内的4个相邻的15°×60°的实时三维图像组合拼接而成的60°×60°的“金字塔图”。新近研发的单心动周期实时全容积三维超声技术可在一个心动周期内获得24帧以上的90°×90°的全容积图像，避免图像拼接伪像，可以应用于心率失常患者和部分无法屏气的患者。该文对实时三维超声心动图(real-time three-dimensional echocardiography,RT-3DE)评价左心室收缩功能的研究进展进行综述。

1 实时三维超声心动图定量评价左心室收缩与舒张功能

超声心动图是临床评价左心室结构和功能最常用的方法，目前应用较广泛的是通过二维超声心动图检测，通常在二维图像上利用几何假设来计算左心室容积，然而心脏是复杂的立体空腔器官，传统方法难以显示完整的心脏解剖结构，尤其当心脏左心室形态发生变化时，二维切面测量左心室功能误差会很大。三维超声心动图不受被测结构不规则形态的影响，不依赖任何几何假设，可直观显示心脏立体结构，但由于繁琐的重建过程而影响其临床的应用。近期发展起来的RT-3DE成像简便、快捷，尤其新近推出的单心动周期实时全容积三维超声技术可更迅速的成像，更精确的重建，更准确的评价左心容积和功能。

1.1左心室形态 目前常用球形指数来评价左心室的形变程度。二维超声计算方法是指舒张末期左心室短径与长径的比值，RT-3DE的球形指数是指左心室舒张末容积与根据舒张末期左心室长径计算出球体容积的比值。球形指数越趋近1，球形程度越明显。急性心肌梗死时，左心室可以发生重构，左心室的形态将趋向球形，左心室射血分数越低，球形化的程度越明显。Mannaerts等[3]认为，RT-3DE测得的球形指数对预测急性心肌梗死后心室重构具有重要意义。王方等[4]研究显示，超声心动图可以预测急性心肌梗死后心室重构的趋势，球形指数越高越容易发生左心室重构。RT-3DE测得的球形指数可以较为准确的预示急性心肌梗死后左心室重构的发生。

1.2左心室容积及收缩功能的评价 左心室容积及收缩功能是心脏病患者重要的临床检测指标，对于患者的临床诊治、疗效观察和预后评估具有重大指导意义。RT-3DE可实时测量左心室收缩末期容量、舒张末期容量、每搏量及射血分数评价左心室整体及节段的收缩功能。目前磁共振成像(magnetic resonance imaging,MRI)、单光子发射计算机断层显像(single photon emission computed tomography,SPECT)是临床公认的测量左心室容积的金标准。Bauer等[5]应用RT-3DE和MRI对40例心肌病患者进行左心室容积的测定，结果发现RT-3DE与MRI有良好相关性(r=0.98)；同时用RT-3DE定量测定装入不同体积液体的球囊，所测体积与实际值比较，两者相关性良好(r=0.99)。Mor-Avi等[6]分别利用二维超声心动图、RT-3DE及MRI对21例患者的左心室长轴进行测量，发现RT-3DE所测的左心室长轴参数值与MRI的测值相关系数r=0.90，偏差仅为3%；而二维超声心动图测值与MRI测值相关系数r=0.79，偏差为39%。周庆华等[7]证实，RT-3DE和MRI两种方法测量不规则形态左心室的容积和左心室射血分数方面具有较高的一致性，可以相互替代。Arai等[8]发现二维超声心动图和RT-3DE与SPECT所测左心室收缩末期容量和舒张末期容量均有很好的相关性，但二维超声心动图却明显低估了左心室容积，因此该研究认为对于室壁运动异常患者来说，RT-3DE较二维超声心动图能更精确的测量其左心室容积和功能。

1.3左心室舒张功能的评价 超声心动图评价左心室舒张功能主要通过彩色多普勒及组织多普勒频谱来进行分级诊断，彩色多普勒是通过测量二尖瓣口的血流速度评价，组织多普勒是通过测定二尖瓣环运动速度来进行评估。通常认为频谱多普勒测量左心室舒张早期二尖瓣口血流峰值速度(E)与组织多普勒测量室间隔侧二尖瓣环运动速度(e′)比值(E/e′)也与左心室舒张功能密切相关[9]。近年来，RT-3DE左心室容量-时间曲线技术被用来评价左心室舒张功能。唐红等[10]应用RT-3DE和MRI测定31例健康志愿者左心室容量-时间曲线，获得左心室峰值排空率、峰值充盈率等指标，发现RT-3DE与MRI测得的峰值排空率、峰值充盈率有良好相关性(r值分别为0.913、0.786)。由于左心房容量增加及左心房射血分数下降均提示左心室舒张功能减退，因此左心房容积-时间曲线能较好地反映左心室充盈压的改变。多普勒参数可受多种因素影响并且可能迅速改变，但左心房容积很少在短期内发生改变，而且能反映亚急性或慢性舒张功能，而不是在一次研究中的瞬时测量[11]。

2 三维斑点追踪成像技术评价左心室功能

三维斑点追踪成像技术(3-dimensional speckle tracking imaging,3D-STI)是在RT-3DE及STI基础上发展起来的一项新技术。斑点追踪技术是把心肌组织标记成无数个声学像素，它们是均匀分布于心肌内的稳定声学斑点，分析软件自动追踪感兴趣区域内心肌斑点在每帧图像的位置，并与斑点的初始位置相比较，计算心肌运动速度、应变，从而评价心肌的收缩及舒张运动。既往应用的二维斑点追踪技术是通过识别二维图像的心肌回声标记，得到其运动轨迹，再分析心肌运动的相关信息，可定量评价心肌各个方向上的功能[12]。实际上心肌纤维排列方式复杂，心肌的运动包括纵向、径向、圆周及旋转运动，因此心肌斑点的运动应该是在三维空间内完成的，所以在二维平面内只有部分心肌的运动可以被检测到，被标记的斑点常常会“飞出”二维平面，无法完成心肌空间运动轨迹的追踪。3D-STI技术使用一个数据集就可以显示整个心肌的追踪结果，可以评价心脏整体和局部功能，较二维斑点追踪更为实时、准确。Nesser等[13]发现在心肌梗死区域，径向应变明显减低，可以显示心室节段间的心肌力学差异。覃小娟等[14]发现慢性心力衰竭患者左心室整体收缩功能减低，并且研究结果显示左心室整体纵向、环向、径向收缩期峰值应变与左心室射血分数之间呈高度正相关，说明左心室射血分数越低，左心室整体应变越小，心肌的形变能力越低。由此可见，三维应变能敏感、直观、无创地定量评价左心室心肌的形变能力。

3 左心室壁运动同步性的评价

同步性是左心室整体和局部运动的一种特性，M型扫查和组织多普勒显像是目前最为常用的测量方法，M型扫查是测量室间隔和左心室后壁达最大收缩时间的差异；组织多普勒显像是在心尖两腔、三腔和(或)四腔切面测量切面上对应节段达最大收缩时间的差异，两种方法评价的都是二维切面上对应的节段，无法于一幅二维图像内分析所有节段的运动，因此测量结果均有一定的误差。RT-3DE可以克服二维超声不足，在一个心动周期内对左心室所有节段运动状况进行直观显示，通过对不同节段达收缩末或舒张末容积时间来分析左心室运动的同步性，通过各室壁的容积-时间曲线，定量分析左心室每一节段的容积及其随时间变化的规律，由此得出的诸多参数如左心室收缩/舒张节段容积变化同步性参数：16/17节段收缩期/舒张期失同步指数、16/17节段收缩期/舒张期离散度、16/17节段收缩/舒张前时间容积、16/17节段收缩/舒张后时间容积、16/17节段平均收缩/舒张末时间。由此获取整体和局部收缩及舒张功能信息，定量反映左心室收缩或舒张延迟部位及程度。RT-3DE还能根据时间-容积曲线得出左心室室壁16或17节段收缩期和舒张期的动态“牛眼图”“牛眼图”应用颜色表示左心室容积随时间的变化，直观显示左心室收缩及舒张的同步性。由于心脏疾病在早期时心肌运动就可以表现出局部收缩或舒张运动的不同步，因此通过“牛眼图”可以指导临床对心脏病患者早期诊断、早期干预治疗，尤其对于慢性心功能不全患者心室机械收缩同步状况、心脏再同步化治疗术前评价、术后疗效观察及预后评估等方面具有独特优势[15-19]。刘表虎等[20]对心功能中-重度减低者(左心室射血分数<40%)、心功能轻度减低者(40%≤左心射血分数<50%)及健康志愿者进行RT-3DE检查并描绘左心室容积-时间曲线，计算出左心室16节段、12节段及6节段收缩非同步指数，结果显示，心功能减低的两组节段收缩非同步指数显著高于正常对照组，心功能中-重度减低者节段收缩非同步指数显著大于心功能轻度减低者，16节段、12节段及6节段收缩非同步指数与左心室射血分数呈负相关。因此，收缩非同步指数可作为评价左心室机械收缩非同步运动的有效指标。路晶等[21]研究显示心功能不全患者左心室节段容积-时间曲线波谷较浅，排列无序，各节段达最大收缩时间差异很大，“牛眼图”显示部分节段呈提前收缩(呈绿色或蓝色)，而部分节段收缩延迟(呈红色)；正常组所有节段同步收缩(均呈绿色)。由此可见，RT-3DE可直观、明确地显示心肌机械收缩非同步运动的部位。

4 RT-3DE的局限性

RT-3DE的局限性：①所用探头体形过大，经胸壁检查肋间隙较窄时，人体透声窗限制其声束通过，影响对观察结构的全部显示。②RT-3DE的图像质量要求高，对透声条件差，二维图像不佳，心内膜难以清晰显示者，获得及分析三维图像比较耗时，需要人工手动描记,容易产生误差。③目前尚不能直接进行三维距离及容积的测量。

5 展 望

三维超声成像的成功研制是近年来超声技术领域内的一项重大突破。目前超声仪器所建立的动态三维超声心动图虽能显示心脏及大血管动态的立体形态和空间关系，但对组织的细微结构和断面的边沿轮廓的显示水平还有待改进。随着超声技术的不断发展，三维重建技术也将日趋成熟，RT-3DE操作将会越来越简便、快捷，图像将会越来越清晰。RT-3DE将随着计算机和超声技术的发展发挥出巨大的诊断潜能，三维超声技术的不断进步将缩短检查时间，提高图像的精确性，加速和简化心脏的定量测量评估，最终使三维超声技术成为研究和日常临床实践的重要工具。

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