三维斑点追踪成像技术对冠心病患者狭窄冠脉灌注区域局部应变的评价

孙妍 安莹波 乔英艳 吴山 孙琪玮 江波 王琴 杨娅

三维斑点追踪成像技术对冠心病患者狭窄冠脉灌注区域局部应变的评价

孙妍 安莹波 乔英艳 吴山 孙琪玮 江波 王琴 杨娅

作者单位：100028 北京市，首都医科大学附属安贞医院超声诊断科在读博士研究生（孙妍、乔英艳、孙琪玮、江波、王琴）；北京市海淀医院急诊科（安莹波）；安贞医院超声诊断科（吴山、杨娅）

目的 结合冠状动脉所属区域各项应变参数，分析冠状动脉狭窄对该局部区域应变的影响。方法 入选2012年5～11月我院行冠脉造影检查的拟诊或确诊冠心病51例，其中男性36例，女性15例，年龄40～70（56.01±8.55）岁。将所有入选者按三支冠脉分布区分为左前降支灌注区、左回旋支灌注区及右冠状动脉灌注区，共153个区域；按冠脉造影狭窄是否＞50%将各区域分组，共分为6组：左前降支狭窄≥50%组（25个）、左前降支狭窄＜50%组（26个）、回旋支狭窄≥50%组（23个）、回旋支狭窄＜50%组（28个）、右冠狭窄≥50%组（29个）和右冠狭窄＜50%组（22个）。所有入选者采集标准心尖四腔切面左心室全容积图像并存储，应用3DST在线分析软件获得各应变参数。将各冠脉灌注区域内各项应变等参数分别求和计算均数。分析冠心病左室局部应变等参数。结果 ①左前降支狭窄＜50%组与狭窄≥50%组的左前降支灌注区域各项应变平均值分别为：纵向峰值应变-16.17±5.26 比-13.03±4.84，P＜0.01；周向峰值应变-31.79±14.10 比-24.74±9.12，P＜0.01；径向峰值应变 32.02±14.64 比 27.70±10.48，P＜0.05；心内膜面积应变-41.42±14.87 比-33.54±11.74，P＜0.01。②回旋支狭窄＜50%组与狭窄≥50%组的回旋支灌注区域各项应变均值分别为：纵向峰值应变-14.95±6.01 比-12.04±4.25，P＜0.05；周向峰值应变-28.46±15.09 比-24.23±10.22，P＜0.05；径向峰值应变31.81±14.45 比 26.59±12.45，P＜0.05；心内膜面积应变-37.15±13.83 比-30.47±12.29，P＜0.05。③右冠状动脉狭窄＜50%组与狭窄≥50%组的右冠状动脉灌注区域各项应变均值分别为：纵向峰值应变-14.23±5.01比-12.09±4.67，P＞0.05；周向峰值应变-28.47±11.95 比-23.50±10.22，P＜0.05；径向峰值应变 30.22±15.86 比26.32±7.93，P＞0.05；心内膜面积应变-39.40±14.23 比-30.29±10.84，P＜0.05。④冠脉分布区局部心内膜面积峰值应变对该区域灌注血管狭窄的诊断价值较高。结论 ①三维斑点追踪成像技术通过多项应变参数可以发现冠心病患者早期缺血时心肌形变能力的减低。②左室局部周向、纵向应变可用于冠心病患者心肌缺血的检测，但诊断价值较低。③局部心内膜面积峰值应变对早期心肌缺血有较好的诊断价值。

三维；应变；冠状动脉疾病

全球冠心病的发病率逐年上升，成功的再灌注治疗可以挽救濒死心肌、有效改善和消除心肌的缺血状态、改善心肌收缩和舒张功能减低，从而改善患者的近期和远期预后。因而，对冠心病患者早期准确地进行左室整体及局部功能的评价，提供再灌注治疗的依据更显致关重要。三维斑点追踪成像技术不受心肌运动方向限制，可以在三维容积内客观、准确地追踪心肌的运动轨迹，弥补了二维斑点追踪技术局限于所扫描的平面内追踪心肌运动斑点的不足，有望对复杂的心肌运动进行评价[1-3]。本研究拟应用这一超声新技术对冠心病患者左室局部功能进行定量分析，以期为临床寻找简便而准确的评价左室功能的新方法。

1 对象与方法

1.1 研究对象 入选2012年5～11月间在我院CCU及心内科、心外科住院拟行冠脉造影检查的拟诊或确诊冠心病55例，其中4例（7.2%）因图像质量较差，不能清晰显示心内膜边界而被排除。入选者中男性36例，女性15例，年龄40～70（56.01±8.55）岁。排除标准：心肌梗死、心肌病、先天性心脏病、严重瓣膜病患者，高血压并导致左室肥厚者，糖尿病患者。所有入选者先进行超声心动图的常规检测及3DT检测。所有入选者左室心肌按三支冠脉分布区分为3个区域，分别为左前降支灌注区、左回旋支灌注区及右冠状动脉灌注区，共153个区域。根据冠脉造影结果对153个区域进行分组，按冠脉造影狭窄是否＜50%将各区域分为正常组与狭窄组：左前降支正常组（26个）、左前降支狭窄组（25个）、回旋支正常组（28个）、回旋支狭窄组（23个）、右冠正常组（22个）和右冠狭窄组（29个）。冠脉造影各血管狭窄程度由操作者进行评估。超声检查前由本人签署知情同意书。

1.2 研究方法

1.2.1 研究仪器 Toshiba Artida彩色多普勒超声诊断仪，配有PST-30SBT及PST-25SX探头，内置3DT分析软件。

1.2.2 图像采集 常规超声检查：受检者左侧卧位，平静呼吸，同步记录心电图。采用Toshiba Artida彩色多普勒超声诊断仪，PST-30SBT探头进行常规数据采集，包括左室收缩及舒张末期内径、左心室射血分数（LVEF），应用二维Simpson法测量左室容积及射血分数。更换为PST-25SX探头，置于左室心尖部，启动“PRE FULL”扫查模式，存储左室全容积动态图像。

1.2.3 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，且将左室均分成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，点击屏幕左上方“Start”键，软件自动计算出左室局部16节段多项应变等指标。

1.2.4 冠脉分布区域与其对应超声心动图各节段划分 将每例入选者左室心肌按三支冠脉分布区分为3个区域，分别为左前降支灌注区、左回旋支灌注区及右冠状动脉灌注区。对应超声心动图各节段分别为：①左前降支（LAD）灌注区域对应：前间隔、左室前壁基底段及中间段，室间隔、左室前壁、左室侧壁心尖段。②左回旋支（LCX）灌注区域对应：左室侧壁、后壁基底段及中间段。③右冠状动脉（RCA）灌注区对应：左室下壁基底段、中间段、心尖段，后间隔基底段、中间段。将各区域所属各节段应变等参数分别求和计算均数，即各冠脉灌注区应变均数。

1.3 统计学方法 采用SPSS 11.0统计软件进行统计分析。所有计量资料以±s表示，组间比较采用非配对t检验，应用ROC曲线分析该检测手段中部分指标的敏感度和特异度。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 冠脉分区各项应变平均值计算方法 各区内所有节段心肌局部应变算术平均值，例如左前降支分布区纵向应变=前间隔、左室前壁基底段及中间段，室间隔、左室前壁、左室侧壁心尖段的各节段纵向应变之和/7；左回旋支分布区周向应变=左室侧壁、左室后壁基底段及中间段的各节段周向应变之和/4；右冠状动脉分布区径向应变=左室下壁基底段、中间段、心尖段，后室间隔基底段、中间段各节段径向应变之和/5。

2.2 冠脉分布区各项应变平均值

2.2.1 前降支灌注区域应变参数 左前降支正常与狭窄组的左前降支灌注区域各项应变平均值分别为：纵向峰值应变-16.17±5.26 比-13.03±4.84，周向峰值应变-31.79±14.10 比-24.74±9.12，径向峰值应变32.02±14.64比27.70±10.48，心内膜面积应变-41.42±14.87比-33.54±11.74。见图1。

2.2.2 回旋支灌注区域应变参数 回旋支正常组与狭窄组的回旋支灌注区域各项应变均值分别为：纵向峰值应变-14.95±6.01比-12.04±4.25，周向峰值应变-28.46±15.09 比-24.23±10.22，径向峰值应变 31.81±14.45比 26.59±12.45，心内膜面积应变-37.15±13.83 比-30.47±12.29。见图2。

2.2.3 右冠状动脉灌注区域应变参数 右冠状动脉正常组与狭窄组的右冠状动脉灌注区域各项应变均值分别为：纵向峰值应变-14.23±5.01比-12.09±4.67，周向峰值应变-28.47±11.95 比-23.50±10.22，径向峰值应变30.22±15.8比26.32±7.93，心内膜面积应变-39.40±14.23 比-30.29±10.84。见图3。

2.3 冠脉正常组与狭窄组的灌注区域各项应变均值比较 冠脉狭窄组各项峰值应变均小于正常组。前降支正常组与狭窄组比较，前降支灌注区纵向、周向、径向及心内膜面积峰值应变差异有统计学意义（P＜0.05）。见表1。回旋支正常组与狭窄组比较，回旋支灌注区纵向、径向、周向及心内膜面积峰值应变差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2。右冠状动脉正常组与狭窄组比较，右冠状动脉灌注区纵向、周向及心内膜面积峰值应变差异有统计学意义（P＜0.05）。见表3。

表1 前降支正常组与狭窄组前降支灌注区域各项应变均值比较（±s）

表1 前降支正常组与狭窄组前降支灌注区域各项应变均值比较（±s）

注：与正常组比较，aP＜0.05

组别 例数 纵向应变 周向应变 径向应变 面积应变正常组 26 -16.17±5.26 -31.79±14.10 32.02±14.64 -41.42±14.87狭窄组 25 -13.03±4.84a -24.74±9.12a27.70±10.48a-33.54±11.74a

表2 回旋支正常组与狭窄组回旋支灌注区域各项应变均值比较（±s）

表2 回旋支正常组与狭窄组回旋支灌注区域各项应变均值比较（±s）

注：与正常组比较，aP＜0.05

组别 例数 纵向应变 周向应变 径向应变 面积应变正常组 28 -14.95±6.01 -28.46±15.09 31.81±14.45 -37.15±13.83狭窄组 23 -12.04±4.25a-24.23±10.22a26.59±12.45a-30.47±12.29a

表3 右冠状动脉正常组与狭窄组右冠状动脉灌注区域各项应变均值比较（±s）

表3 右冠状动脉正常组与狭窄组右冠状动脉灌注区域各项应变均值比较（±s）

注：与正常组比较，aP＜0.05

组别 例数 纵向应变 周向应变 径向应变 面积应变正常组 22 -14.23±5.01 -28.47±11.95 30.22±15.86 -39.40±14.23狭窄组 29 -12.09±4.67 -23.50±10.22a 26.32±7.93 -30.29±10.84a

2.4 ROC曲线分析 将上述参数中差异有统计学意义的变量即周向峰值应变、纵向峰值应变及心内膜面积峰值应变进入ROC曲线，比较各参数识别心肌缺血的相对能力。各指标ROC曲线下面积分别为：纵向应变（0.69）、周向应变（0.71）、心内膜面积应变（0.86）。ROC曲线分析显示，冠脉分布区局部纵向、周向及心内膜面积峰值应变对该区域灌注血管狭窄的诊断准确度一般，心内膜面积峰值应变对灌注区血管狭窄的诊断价值较高。最佳诊断分界点为-36.74%。

3 讨论

每年我国有大量患者因急性胸痛入院检查，而部分患者由于诊断延误导致病情加重甚至死亡。因而，早期及时准确地评价急性胸痛患者是否存在心肌缺血状况至关重要。目前对仅存在心肌缺血的患者，超声心动图很难做出迅速准确的评价。虽然负荷超声心动图可以通过增加患者心肌耗氧量，进而引发患者出现缺血部位心肌的运动异常进行临床判断，但其具有一定的风险，因而限制了该项检查在基层医院的广泛应用。

1973年Mirsky与Parmley将应变这一概念引入心脏研究领域[4]，为超声检测提供了一项可以对心肌收缩特性进行定量的参数测量。心肌应变就是指心肌的伸长和缩短。一维应变可用Lagrangian公式表示：ε=（L-L0）/L0=ΔL/L0。式中ε代表应变，L0代表心肌初始长度，L代表检测时心肌的瞬时长度，ΔL=L-L0即心肌长度的改变量，应变成像使得检测特定区域局部收缩成为可能。二维斑点追踪成像技术是在应变及应变率显像基础上发展而来的一种新技术，它可以在高帧频超声图像上，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，标测连续不同帧之间同一位置的心肌运动轨迹，以此测算出心肌的位移、速度、应变等力学参数来评价心肌的形变[5]，故其没有角度依赖性[1]，不受周围心肌的牵拉和心脏整体运动干扰[2,3]。由于其可以通过测量纵向、径向及周向应变，得到心肌增厚程度、心肌纤维在心室短轴圆周方向的缩短能力和心脏在长轴方向的伸缩能力[6]，因而可用来评价局部心肌的收缩与舒张功能、血供情况、心肌活力等。由于心肌组织的运动及其功能是在三维的空间环境中实现的，故二维斑点追踪技术受到一定的制约。近期发展的三维斑点追踪成像技术是通过对特定心肌组织运动轨迹的三维跟踪观测，更为客观真实地反映心肌组织的运动功能状态[7-10]。1998年加拿大蒙特利尔大学的Meunier[11]报道了采用三维超声斑点跟踪成像技术评价心室模型的摆动、旋转和形变等基本心肌力学特征，结果发现组织的轴向摆动和旋转运动与三维的超声斑点运动轨迹跟踪结果密切相关。该研究同时认为，采用较低的频率和较短的超声脉冲波在较小的声束宽度内能够较好地跟踪心肌组织的斑点信号。2005年美国芝加哥大学的O.Donnell研究小组[12]报道了应用组织模块验证三维超声斑点跟踪成像的可靠性和准确性，结果表明由二维超声斑点跟踪成像导致的失关联现象可被三维超声斑点跟踪成像技术最小化。通过技术改进，2007年英国癌症研究所的Harris等[13]报道，三维超声斑点跟踪成像已经能够在所有的检测深度同时在较小的位移范围内（2 mm）获得较高的测量精度（0.4 mm）。

本研究应用三维斑点追踪成像技术对冠心病患者进行各项力学参数测定，结果显示，缺血动脉灌注区径向、纵向及周向应变均低于对照组，且纵向、周向应变指标差异有统计学意义，与前期研究相似。既往研究显示，左心室收缩运动中心内膜下心肌起重要作用。生理基础状态下，心内膜下心肌和心外膜下心肌的血流灌注和收缩状态不同，静息状态下室壁的收缩期增厚主要由心内膜下心肌完成。但心内膜下心肌对缺氧的耐受力差。冠心病患者心肌缺血时，冠状动脉血液供应减少，心内膜下心肌将首先受累，势必引起由心内膜主要参与的纵向及周向应变的显著改变。本研究结果中左室局部周向应变较其他两个方向的应变对心肌缺血的诊断价值高，说明周向运动在左室三维运动中的重要性。形态学研究表明，左室中层主要由环向纤维组成，内层及外层由斜行纵向纤维组成，虽然内外层斜行纵向纤维收缩是使长轴缩短，但一些力也作用于圆周方向。左室主动收缩时，当左室所有纤维方向和作用力的向量的合力，是最利于环向缩短的，所以环向纤维缩短较纵向纤维缩短更明显，因而周向运动较纵向运动更明显[14]。另外，心肌微结构表明，左室主动收缩时，肌小节长度与左室圆周变化呈线性相关[15]。

本研究结果显示，缺血区心肌心内膜下面积应变率同正常组比较显著减低，且差异有统计学意义。分析其原因可能是由于心内膜下面积应变反映了各项应变的综合情况，因而可以更好地反映缺血所引起的改变（图4、5）。本研究显示，心肌缺血患者局部应变同前期整体应变比较，纵向应变的差异也同样具有统计学意义。分析原因，一方面由于冠心病患者除受累阶段出现应变的减低外，可能还存在正常心肌的代偿性应变增强，以维持心脏的整体功能，因而各节段应变平均值（既整体应变）的差异可能会减小。

对于心肌缺血而无梗死的患者，早期的诊断治疗至关重要。然而大多数患者在到达医院时胸痛症状已经缓解，常规超声及心电图都很难发现异常，这就使一些患者失去了最佳的治疗时间。但本研究结果发现，该类患者局部面积应变指标已有显著性差异，这就为我们超声诊断提供了一个能够早期发现心肌缺血的良好定量指标。心脏功能比较和评价必须在准确的心脏解剖空间定位基础上进行，本课题应用血流灌注区的局部应变进行定量测量，因而更有临床意义。

本研究的局限性：①同其他超声技术一样，超声图像的采集和质量仍是限制因素。超声斑点追踪成像要求有清晰的二维图像，在肺气肿、肥胖等二维图像欠清晰的患者中，成像的准确性受到限制。②受扫查宽度影响，存在心尖部室壁瘤及心室显著扩张的患者无法完成该检测。③帧频有待进一步增大，较低的帧频，亦造成追踪斑点的丢失，影响评价的准确性。④由于各冠脉供应区所包含的节段数目不同，且这些节段所属区域也不相同，导致各灌注区域间同一应变指标存在差异。

综上所述，本研究具有以下临床意义：①三维超声斑点追踪成像技术的出现和临床应用，为心脏固体力学的准确和可靠性评价提供了新的领域。②三维斑点追踪成像技术通过多项应变参数可以发现冠心病患者早期缺血时心肌形变能力的减低。③左室局部周向、纵向及心内膜面积峰值应变可用于冠心病患者心肌缺血的检测。④局部心内膜面积峰值应变对早期心肌缺血有较好的诊断价值[16,17]。

图1 左前降支正常与狭窄组的左前降支灌注区域各项应变平均值比较

图2 回旋支正常与狭窄组的回旋支灌注区域各项应变平均值比较

图3 右冠状动脉正常与狭窄组的右冠状动脉灌注区域各项应变平均值比较

图4 冠脉无狭窄者心内膜应变

图5 冠脉狭窄者心内膜应变：冠脉造影回旋支狭窄75%；左室侧壁心内膜面积峰值应变减低

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Three-dimensional speckle tracking imaging in evaluating local strain of stenosis coronary perfusion area in patients with coronary heart disease

SUN Yan＊，AN Ying-bo，QIAO Ying-yan，et al.＊Deparment of Ulruasound，Anzhen Hospital，Capital Medical University，Beijing 100028，China

YANG Ya，E-mail：yangya99@hotmail.com

ObjectiveTo study the influence of coronary artery stenosis on the local area strain by coronary respective districts contingency parameter.Methods51 patients（36 males and 15 females）undergone coronary angiography were enrolled in the study.Aged 40 to 70 years，average of （56.01±8.55）years old.Exclusion criteria:myocardial infarction，cardiomyopathy，congenital heart disease，severe valve disease，hypertension with ventricular hypertrophy，diabetes.Every left ventricular was divided into three perfusion areas including anteriordescending （LAD）artery perfusion area，circumflex artery（LCX）perfusion area and right coronary artery（RCA）perfusion area.Those areas were divided into six groups according to whether coronary stenosis was less than 50%:anterior descending artery control group（n=26），left anterior descending artery stenosis group（n=25），circumflex artery control group（n=28），circumflex artery stenosis group（n=23），right coronary control group（n=22）and right coronary stenosis group （n=29）.Standard apical four-chamber view of left ventricular volume images were collected and stored for all selected patients.And 3DST online analysis software was used to obtain each strain parameters.The means of those parameters about the perfusion areas were calculated.The local strain parameters in patients with coronary heart disease were analyzed.Results⑴LS of the control and stenosis group of LAD perfusion area were（-16.17±5.26）and（-13.03±4.84）（P＜0.01），CS were（-31.79±14.10）and（24.74±9.12）（P＜0.01），RS were（32.02±14.64）and（27.70±10.48）（P＜0.05），AT were（-41.42±14.87）and（33.54±11.74）（P＜0.01）.⑵LS of the control and stenosis group of LCX perfusion area were（-14.95±6.01）and（12.04±4.25）（P＜0.05），CS were（-28.46±15.09）and（-24.23±10.22）（P＜0.05），RS were（31.81±14.45）and（26.59±12.45）（P＜0.05），AT were （-37.15±13.83）and （30.47±12.29）（P＜0.05）.⑶LS of the control and stenosis group of RCA perfusion area were（-14.23±5.01）and（12.09±4.67）（P＞0.05），CS were（-28.47±11.95）and （-23.50±10.22）（P＜0.05），RS were（30.22±15.86）and（26.32±7.93）（P＞0.05），AT were（-39.40±14.23）and（-30.29±10.84）（P＜0.05）.⑷Local AT has higher diagnostic value of its perfusion areas coronary vascular stenosis.Conclusion⑴Using three-dimensional speckle tracking imaging can find deformation ability reduced in early stage of myocardial ischemia through the reduced deformation capacity.⑵LS，CS can be used for the detection of myocardial ischemia in patients with coronary heart disease，but the diagnosis values are low.⑶AT has better diagnostic value of early myocardial ischemia.

Three-dimensional；Local strain；Coronary heart disease

杨娅，E-mail：yangya99＠hotmail.com

10.3969/j.issn.1672－5301.2015.01.014

R541.4

A

1672-5301（2015）01-0051－05

2014-09-01）