三维斑点追踪成像技术评价肥厚型心肌病左心室心肌功能

于 欢 YU Huan

姜克新 JIANG Kexin

孙 璐 SUN Lu

吴 丹 WU Dan

徐 威 XU Wei

徐 敏 XU Min

三维斑点追踪成像技术评价肥厚型心肌病左心室心肌功能

于 欢 YU Huan

姜克新 JIANG Kexin

孙 璐 SUN Lu

吴 丹 WU Dan

徐 威 XU Wei

徐 敏 XU Min

作者单位
中国医科大学附属盛京医院超声科 辽宁沈阳 110004

目的 应用三维斑点追踪成像（3D-STI）技术测量射血分数在正常范围的非梗阻性肥厚型心肌病（HCM）患者的左心室心肌功能。资料与方法 选取研究组28例非梗阻性HCM患者及对照组30例健康志愿者，行常规二维超声心动图和3D-STI检查，比较两组常规超声心动图指标左心室室间隔舒张末期厚度（IVST）、左心室后壁舒张末期厚度（LVPWT）、左心室内径、左心室容积、收缩末期左心室容积、二尖瓣口舒张早期血流速度峰值（E）、二尖瓣口舒张晚期血流速度峰值（A）、主动脉瓣及左心室流出道血流频谱，描绘左心室流出道的速度频谱得出左心室流出道最大压差（LVOT-PG）、左心室流出道速度时间积分（LVOT-VTI）、组织多普勒二尖瓣环舒张早期速度峰值（Ea）、二尖瓣环舒张晚期速度峰值（Aa），计算E/A、Ea/Aa、E/Ea，并比较左心室三维射血分数、左心室球形指数、面积应变（GAS）、纵向应变（GLS）、圆周应变（GCS）、径向应变（GRS）的差异。结果 与对照组比较，HCM组左心室IVST和LVPWT增加（P＜0.01），Ea/Aa、E/A显著减低（P＜0.01），E/Ea增高（P＜0.01），LVOT-PG、LVOT-VTI明显增加（P＜0.05、P＜0.01）；与对照组三维应变值比较，HCM组GCS、GAS、GRS、GLS明显减低（P＜0.01），局部应变值显示心尖水平和乳头肌水平减低，其中室间隔、前壁、下壁等节段应变值减低更显著。结论 HCM患者存在不同程度的心肌收缩力下降，局部心肌功能下降多位于乳头肌水平和心尖水平，并且减低的节段集中在室间隔、前壁、下壁等处。3D-STI可以作为评价HCM患者左心室早期整体及局部心肌功能损害的一种新技术。

心肌病，肥厚性；超声心动描记术，三维；斑点追踪成像；心室功能，左

肥厚型心肌病（hypertrophic cardiomyopathy，HCM）是一种与肌小节相关的基因和其他一些修饰基因突变引起的，是常染色体显性遗传病[1]，其发病率约为1/500[2]。HCM的主要病理表现为心肌肥厚和肌束排列紊乱，纤维化明显，排列紊乱的细胞灶散布在已经肥大的心肌细胞群之间[3]。HCM患者的心肌在正常负荷状态下不能达到正常的心肌功能，从而启动机体代偿机制，引起心肌肥厚。HCM患者临床表现具有多样性，大多数无明显临床表现[4]。HCM患者早期通过机体代偿仍可保持左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）正常，但由于心肌结构已经紊乱，引起局部心肌功能损伤。三维斑点追踪成像（three-dimensional speckle tracking imaging，3D-STI）技术是在三维超声心动图和STI技术的基础上发展起来的，它在三维空间上追踪和测量心肌回声斑点粒子的空间运动，通过测量心肌力学评估心脏生理学，摆脱了组织多普勒的角度依赖性及2D-STI二维平面的局限性，能更准确、客观地评价心脏的整体和局部功能。本研究应用3D-STI技术，通过比较LVEF正常的非梗阻性HCM患者和健康人群的左心室三维应变，探讨早期HCM患者的左心室功能异常。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选择中国医科大学附属盛京医院的28例HCM患者，男12例，女16例；年龄30～57岁；均符合《2011年ACCF/AHA诊断与治疗指南》中的HCM临床诊断标准[5]：①超声心动图测量左心室最大室壁厚度≥15 mm；②左心室壁非对称性肥厚，室间隔与左心室后壁厚度比≥1.3；③排除缺血性心肌病、瓣膜病、先天性心脏病及其他可能引起心肌肥厚的心血管疾病和全身疾病。患者入组时均为窦性心律、LVEF≥50%，并且左心室流出道压力阶差小于20 mmHg。排除标准：①经询问病史、超声心动图、心电图及体格检查排除高血压、冠心病、瓣膜病、先天性心脏病、代谢性疾病等引起的心室壁肥厚者，接受过手术治疗的HCM患者；②图像质量差，未能达到3D-STI图像要求者。所有受检者均知情同意。

选择同期性别、年龄与HCM患者相匹配的30例健康体检者作为对照组，其中男15例，女15例；年龄30～60岁，经详细询问病史、体格检查、X线、常规心电图、超声心动图无异常，并排除引起继发性心肌肥厚的各种疾病，以及先天性心脏病、瓣膜病、冠心病、其他心肌病等心血管疾病。所有受检者均知情同意。

1.2 仪器与方法 采用GE vivid E9彩色多普勒超声诊断仪，M5S-D探头，频率2～5 MHz，采集常规二维图像及测量数据；采用4V-D 4D探头，频率1.7～3.5 MHz，采集三维图像。于EchoPac PC工作站对图像进行脱机分析。所有受检者取左侧卧位，嘱患者平静呼吸，同步记录心电图，首先用M5S-D探头进行常规超声心动图检查，测量左心室舒张末期前后径（left ventricular at end-diastolic diameter，LVEDd）、室间隔舒张末期厚度（interventricular septal thickness，IVST）以及左心室后壁舒张末期厚度（left ventricular posterior wall at end-diastolic thickness，LVPWT），并由脉冲多普勒（PW）测量二尖瓣口舒张早期血流速度峰值（E）、二尖瓣口舒张晚期血流速度峰值（A）、主动脉瓣及左心室流出道血流频谱，描绘左心室流出道的速度频谱得出左心室流出道最大压差（LVOT-PG）、左心室流出道速度时间积分（LVOT-VTI）等。在组织多普勒模式下PW测量二尖瓣环舒张早期速度峰值（Ea）、二尖瓣环舒张晚期速度峰值（Aa），计算E/A、Ea/Aa、E/Ea。

1.3 图像分析 用4V-D 4D探头，在4D模式下同步显示标准心尖四腔心切面、心尖两腔心切面，调节扇形角度与厚度，以取得最佳图像。进入全容积模式，嘱患者屏气，采集由6个心动周期拼接而成的左心室三维灰阶动态图像，得到3个连续心动周期的动态图像（帧频≥25帧/s）。将数据输入Echo Pac PC工作站，采用4D-Auto LVQ模式，分别勾画舒张期、收缩期的心内膜和心外膜，计算左心室舒张末期容积（left ventricular end-diastolic volume，LVEDV）、左心室收缩末期容积（left ventricular end-systolic volume，LVESV）、左心室三维射血分数（three-dimensional left ventricular ejection fraction，3D-LVEF）、左心室球形指数（sphericity index，SPI），最终绘制面积应变（global area of strain，GAS）纵向应变（global longitudinal train，GLS）、圆周应变（global circumferential strain，GCS）、径向应变（global radial strain，GRS）曲线。

1.4 统计学方法 采用SPSS 17.0软件，计量资料组间比较采用成组t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组常规超声心动图指标比较 HCM组与对照组的LVEDV、LVESV、SPI、3D-LVEF差异无统计学意义（P＞0.05）；与对照组比较，HCM组的IVST、LVPWT、E/Ea、LVOT-VTI、LVOT-PG 增加（P＜0.01、P＜0.05），LVEDd、Ea/Aa、E/A减小（P＜0.05、P＜0.01），差异均有统计学意义，见表1。

表1 HCM与对照组常规超声心动图指标比较

表2 HCM组与对照组的整体应变值比较

图1 HCM患者的4个应变曲线。A～D分别为整体GAS、GLS、GCS、GRS曲线，白色曲线为整体应变曲线，黄色曲线为各阶段的应变曲线，可见其中部分节段曲线较紊乱

图2 HCM患者的左心室心肌局部受累节段。A～D分别为GAS、GLS、GCS、GRS，HCM组与对照组比较应变值减低的心肌节段由红色标示符表示。由内到外分别表示心尖部、心尖水平、乳头肌水平和二尖瓣水平。INF-SEPT：后间隔；ANT-SEPT：前间隔；ANT：前壁；LAT：侧壁；POST：后壁；INF：下壁

2.2 两组三维整体应变比较 与对照组比较，HCM组的各个整体应变值GAS、GLS、GCS、GRS明显减低，差异有统计学意义（P＜0.01），见表2、图1。

2.3 两组各节段应变值比较 HCM组的局部应变值减低，以心尖水平和乳头肌水平应变值减低为主，其中以室间隔、前壁、下壁应变值减低更为显著，见表3、图2。

3 讨论

自Jarcho等首次发现了心脏肌球蛋白重链基因（MYH7基因）错义突变可导致HCM后，目前HCM至少涉及20个基因和1400多个突变[6]，其主要病理改变包括左心室或右心室心肌肥厚，一般在左心室表现为非对称性肥厚，常累及室间隔，最终导致左心室舒张期顺应性下降。HCM患者为了达到正常心肌运动水平，经过机体代偿机制引起心肌肥厚[4]。在HCM家族中拥有潜在的HCM患者，这些患者在出现室壁增厚以前就已出现收缩功能减低。然而以临床上广为应用的LVEF作为评价收缩功能的指标，其数值一般正常甚至增加[7]，只有到疾病晚期及出现并发症时LVEF才会降低。LVEF是反映心室腔舒缩容积变化的指标，不能直接反映心肌细胞本身的收缩特性。

表3 HCM组与对照组左心室心肌各个节段应变值比较

随着超声心动图技术的发展，早期超声心动图仅能对节段性室壁运动异常进行目测分析，此后出现了M型超声心动图、组织多普勒及2D-STI技术[8]。但由于2D-STI的追踪范围局限于固定平面，心肌在三维空间内的运动会导致声学斑点移出追踪平面以外而导致追踪结果丢失[9]，因此，平面局限性及数据分析时间较长等缺点使得2D-STI不易广泛应用于临床。3D-STI凭借空间立体内追踪心肌运动的技术，克服了二维应变的局限性。3D-STI不仅可以评价心肌的应变指标，还可以评价心肌在各个方向上的位移。因此，无论是评价心室收缩功能，还是各个方向的心肌局部与整体应变，3D-STI得到的数值与MRI的相符程度很高，证明其能更准确地评价左心室心肌的功能[10-11]。

在心肌运动变化方面，国内外对扭转与解旋、整体和局部心肌运动均有研究。Urbano Moral等[12]采用3D-STI对HCM患者旋转与解旋进行研究，结果发现HCM患者左心室扭转峰值增加，其原因可能是左心室流出道梗阻的HCM患者心尖部扭转增强所致。3D-STI为评价HCM患者左心室扭转力学提供了新的方法，有助于早期对HCM患者左心室收缩及舒张功能进行诊断。尹丽等[13]的研究也证实STI能够准确地评价HCM患者的局部心肌功能，为临床早期诊治提供有价值的信息。

本研究对HCM组和对照组的三维整体应变进行比较，结果发现HCM组长轴、径向、面积、圆周整体应变值降低，其中GAS下降更明显。GAS和整体应变是3D-STI所特有的参数，GAS是追踪心内膜面积的变化，通过加权得出，并由GLS和GCS共同决定。上述研究结果提示HCM患者左心室心肌整体GAS下降，表明HCM患者左心室心肌纵向及圆周两个方向上的整体应变下降。

本研究的局部应变结果显示，HCM组较对照组均普遍降低，其中心尖水平和乳头肌水平差异更为明显，各节段以室间隔、下壁、前壁为显著。分析各节段应变值下降的原因，节段收缩期应变率减低与HCM患者心肌肥厚部位密切相关，以室间隔为主，心肌细胞排列紊乱使收缩期肌小节长度和缩短率减低，从而使局部的应变峰值减低。

雷常慧等[14]采用Philips iE33超声诊断仪中3D-STI技术研究发现，HCM患者较对照组左心室收缩期整体应变无差异，而GLS减低，GCS及GRS增加。曾乐凤等[15]应用GE Vivid E9将HCM组与正常对照组比较，发现HCM组左心室心肌整体及各节段应变值均小于正常对照组，其中HCM组整体GLS、GRS、GAS有显著差异，心肌室间隔、前壁及下壁中间段及心尖段各应变值降低。

3D-STI技术是近几年发展起来的一项技术，目前仍主要应用于科研领域，临床应用尚不成熟[16]。由于受到图像质量、帧频、心肌节段界限等因素的影响，3D-STI存在一定的局限性。对于健康人，心肌节段的判定比较容易；但是对于发生心肌几何构型改变的患者，心肌节段的应变值判定误差较大。然而3D-STI仍然是三维动态研究左心室心肌功能的前沿指标，并为早期诊断HCM患者的心肌运动状态提供有效的依据，具有良好的临床应用前景。

总之，HCM患者存在不同程度的心肌收缩力下降，局部心肌功能下降多位于乳头肌水平和心尖水平，并且减低的节段集中在室间隔、前壁、下壁等处。3D-STI可以作为评价HCM患者左心室早期整体及局部心肌功能损害的一种新技术。

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（本文编辑 张春辉）

Real Time Three-dimensional Speckle Tracing Imaging in Evaluating Left Ventricular Function in Patients with Hypertrophic Cardiomyopathy

Purpose To evaluate left ventricular function in patients with non-obstructive hypertrophic cardiomyopathy (HCM) by using three-dimensional speckle tracking imaging (3D-STI). Materials and Methods Twenty-eight patients with non-obstructive hypertrophic cardiomyopathy (HCM group) and 30 healthy volunteers (control group) underwent both conventional two-dimensional echocardiography and 3D-STI. Indexes of conventional echocardiography including interventricular septal thickness (IVST), left ventricular posterior wall at end-diastolic thickness (LVPWT), left ventricular diameter, left ventricular volume, end-systolic left ventricular volume, peak velocity of early diastolic mitral valve, peak diastolic of late diastolic mitral valve, outflow tract frequency spectrum of the aortic valve and left ventricular were compared between the two groups to get the pressure difference and velocity time integral of the left ventricular outflow tract. Early and late diastolic peak velocity of mitral annular were calculated and E/A, Ea/Aa, E/Ea were also obtained. 3D-STI indicators including three-dimensional left ventricular ejection fraction (3D-LVEF), sphericity index (SPI) and global area of strain (GAS), global longitudinal train (GLS), global circumferential strain (GCS), global radial strain (GRS) were also compared. Results In HCM group, IVST, LVPWT and E/Ea increased (P＜0.01), Ea/Aa and E/A decreased significantly (P＜0.01), LVOT-PG and LVOT-VTI increased significantly (P＜0.05 or P＜0.01). GCS, GAS, GLS and GRS were significant lower in HCM group than those in control group (P＜0.01). Local strain values at the level of papillary muscle and apex were decreased, which were significantly decreased at ventricular septum, anterior wall and inferior wall. Conclusion HCM patients have various degree of decreased myocardial contractility. The real time 3D-STI offers a novel way to assess the left ventricular function of patients with HCM.

Cardiomyopathy, hypertrophic; Echocardiography, three-dimensional; Speckle tracking imaging; Ventricular function, left

10.3969/j.issn.1005-5185.2015.05.003

姜克新

Department of Ultrasound, Shengjing Hospital of China Medical University, Shenyang 110004, China

Address Correspondence to: JIANG Kexin E-mail: kx-jiang@tom.com

R542.2；R445.1

2014-12-19

修回日期：2015-04-16

中国医学影像学杂志

2015年 第23卷 第5期：329-333

Chinese Journal of Medical Imaging

2015 Volume 23(5): 329-333