三维斑点追踪成像评价冠脉不同程度狭窄心肌整体应变参数变化

李丹，刘梅，牛海燕，段雅琦，黄晓玲，王建华

· 论著 ·

三维斑点追踪成像评价冠脉不同程度狭窄心肌整体应变参数变化

李丹1，刘梅2，牛海燕2，段雅琦2，黄晓玲2，王建华1

目的 应用三维斑点追踪成像（three-dimensional speckle tracking imaging，3D-STI）技术评价冠脉不同程度狭窄心肌整体应变。方法 收集2013年12月至2014年5月于北京军区总医院心内科住院，临床诊断疑似为冠心病患者共计63例，根据患者冠状动脉造影结果，按三支冠脉不同狭窄程度分为：对照组10例（冠脉无明确狭窄）、轻度狭窄组（狭窄率≤50%）9例、中度狭窄组（50%＜至少一支冠脉狭窄率≤75%）10例、重度狭窄组（至少一支冠脉狭窄率＞75%）34例。应用3D-STI获得心肌整体应变参数，包括左心室整体纵向收缩期峰值应变（GLS）、左心室整体径向收缩期峰值应变（GRS）、左心室整体圆周收缩期峰值应变（GCS）以及左心室整体面积收缩期峰值应变（GAS），比较不同狭窄程度心肌整体应变参数的差异。结果 重度狭窄组各应变参数较其他各组明显减低，中度狭窄组GLS、GRS、GAS较对照组明显减低，中度狭窄组GAS较轻度狭窄组明显减低，轻度狭窄组GAS较对照组明显减低，差异有统计学意义（P＜0.05）。结论 3D-STI技术可作为早期评价无室壁运动异常冠心病患者左心室整体收缩功能的有效检测手段，其中GAS是敏感性及可重复性最高的参数。随着冠状动脉狭窄程度增加，心肌各应变参数受损加重，其中GAS受损最显著。

三维斑点追踪成像；超声；冠状动脉狭窄；心肌应变

冠心病一直是心血管疾病研究热点，发病率和死亡率逐年升高，已有临床研究发现在部分心肌缺血和心肌梗死早期，当心肌已出现节段性功能改变时其常规超声心动图并未见明显的室壁运动异常［1］。超声斑点追踪成像（speckle tracking imaging，STI）是近年来发展起来的新技术，通过追踪心动周期中心肌组织自身的“斑点”活动轨迹来获取其运动信息，进而定量评价心脏的收缩和舒张功能［2］。三维斑点追踪技术（threedimensional speckle tracking imaging，3D-STI）是基于2D-STI与实时三维超声心动图技术而发展起来的一门新技术，能更准确地反映心肌复杂运动，评价心肌局部及整体功能［3，4］。本研究旨在运用3D-STI评价冠状动脉不同狭窄程度冠心病患者心肌整体收缩功能，探讨3D-STI技术在早期检测冠心病患者心肌运动异常的价值。

1　资料与方法

1.1研究对象 选取2013年12月至2014年5月在北京军区总医院心内科疑诊为冠心病并接受冠脉造影的住院患者共计63人，其中男性37例，女性26例，年龄30～79岁，平均年龄62.0±9.3岁。患者接受冠脉造影前进行常规超声心动图检查，均未发现节段性室壁运动异常。根据患者冠脉造影结果，按三支冠脉不同狭窄程度分为：对照组10例（冠脉无明确狭窄）、轻度狭窄组（狭窄率≤50%）9例、中度狭窄组（50%＜至少一支冠脉狭窄率≤75%）10例、重度狭窄组（至少一支冠脉狭窄率＞75%）34例。排除标准包括：①合并心肌病、先天性心脏病、心脏瓣膜病、严重心律失常及慢性阻塞性肺疾病等病变；②透声差，不能获得满意图像者。

1.2仪器与方法 ①图像采集：采用 GE Vivid E9彩色多普勒超声诊断仪，实时三维全容积探头，频率1.5～4.0 Hz，随机配备3D-STI在机分析软件。所有受检者取左侧卧位， 同步记录心电图，探头置于心尖部，于二维模式下调整扇角、深度与增益，显示动态范围完整并且清晰的心尖四腔心切面图像。然后嘱患者呼气末屏气，转换至3D模式，在动态全容积扫描的基础上，连续采集6个稳定心动周期的动态原始图像并存储，帧频＞25帧/s。②图像分析：进入在机分析模式，图像自动转换至心尖四腔心、心尖三腔心和心尖二腔心的切面上，并显示水平定位线。于左心室舒张末期和左室收缩末期各选取二尖瓣环中点和心尖处心内膜一点，分析软件自动描记出心内膜和心外膜界线（效果不佳时可以手动调节心内膜界线，使之与心肌层厚度相吻合）（图1）。测量出左室舒张末期容积（EDV）和收缩末期容积（ESV），再依次选择“volume waveform”、“LV Mass”、“RT-3D strain ROI”选项，计算出相应的左室容积曲线和射血分数（EF）、ED Mass、ES Mass。最后选择“RT-3D strain Result”选项，软件自动将左室壁分为基底段、中间段、心尖段，显示出各应变参数的应变曲线及牛眼图，依据牛眼图同步记录数据患者心肌整体应变参数，包括左心室整体纵向收缩期峰值应变（GLS）、左心室整体径向收缩期峰值应变（GRS）、左心室整体圆周收缩期峰值应变（GCS）以及左心室整体面积收缩期峰值应变（GAS）。

图1　于左心室舒张末期和左室收缩末期各选取二尖瓣环中点和心尖处心内膜一点，分析软件自动描记出心内膜和心外膜界线

1.3统计学分析 采用SPSS22.0软件进行统计学分析，计量资料以平均数±标准差（±s）表示，计数资料以例数及百分比表示。组间比较采用单因素方差方法，两两比较采用LSD-t检验，相关分析采用Pearson相关分析。以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2　结果

2.1组间3D-STI技术一般参数比较 对照组、轻度狭窄组、中度狭窄组和重度狭窄组的一般参数进行组间比较，年龄、心率、LVEF差异均无统计学意义（P均＞0.05），中度狭窄组的LVEDV高于对照组、轻度狭窄组，差异有统计学意义（P＜0.05），其余三组的LVEDV组间比较，差异均无统计学意义（P均＞0.05）。中度狭窄组LVESV高于轻度狭窄组，差异有统计学意义（P ＜0.05），其余三组的LVESV组间比较，差异均无统计学意义（P均＞0.05）（表1）。

2.2组间3D-STI技术应变参数比较 分别将对照组、轻度狭窄组、中度狭窄组和重度狭窄组的应变参数进行组间比较，重度狭窄组各应变参数较其他各组减低（P＜0.05），中度狭窄组GLS、GRS、GAS较对照组减低（P＜0.05），中度狭窄组GAS较轻度狭窄组减低（P＜0.05），轻度狭窄组GAS较对照组明显减低（P＜0.05）（表2）。由于GAS相对于GLS、GRS、GCS可靠性最高，且具有较高可重复性［5］，所以，本研究选取了GAS的应变曲线和牛眼图（图2），表明3D-STI技术能有效检测出冠心病患者心肌缺血的早期改变。

3　讨论

冠心病患者早期心脏功能的评价，对于患者的治疗及预后都有十分重要的意义。如何早期无创的评价冠心病患者心脏功能一直是心脏超声研究的热点，常规超声心动图是通过目测法观察室壁运动和测量LVEF评价心脏功能，目测法对医生经验依赖性大且主观性强，而LVEF不能敏感的检测出冠心病早期心功能的损害［6，7］。组织多普勒和2D-STI技术要优于目测室壁运动和LVEF的测量［8］，然而由于心脏的运动是三维立体的，包括纵向、径向以及环向三个方向的运动，这两种技术都存在局限性，难以对复杂的心脏运动做一个全面评价。三维斑点追踪技术是基于二维斑点追踪技术发展起来的一项新技术，其通过对连续的心脏全容积图像进行分析，追踪心肌声学斑点在三维空间内的运动轨迹，很好地解决了跨平面无法追踪这一问题，并且通过计算得出的三维下的组织速度，位移，应变，扭转，扭矩等参数可以对心脏室壁运动进行全面的评估，较其他技术更加准确，具有更大的优势［9］。

表1　研究人群不同组别一般临床资料分析结果（±s）

表1　研究人群不同组别一般临床资料分析结果（±s）

注：与对照组比较，aP＜0.05；与轻度狭窄组比较，bP＜0.05；LVEDV：左心室舒张末期容积；LVESV：左心室收缩末期容积；LVEF：左心室射血分数

组别年龄（岁）心率（次/分）LVEDV（ml）LVESV（ml）LVEF（%）对照组61.40±14.6762.80±7.3482.44±14.4635.63±9.9161.24±5.30轻度狭窄组66.33±7.3363.37±9.0979.18±19.5131.90±6.7860.97±5.20中度狭窄组58.00±6.9666.92±9.06106.08±38.92ab50.49±36.54b55.68±13.97重度狭窄组62.23±8.4065.28±9.8497.80±25.9942.74±16.5956.85±7.92 F值1.280.432.531.781.29 P值0.280.730.060.150.28

表2　左心室整体应变参数数据（±s，%）

表2　左心室整体应变参数数据（±s，%）

注：与对照组比较，aP＜0.05；与轻度狭窄组比较，bP＜0.05；与中度狭窄组比较，cP＜0.05；GLS：左心室整体纵向收缩期峰值应变；GRS：左心室整体径向收缩期峰值应变；GCS：左心室整体圆周收缩期峰值应变；GAS：左心室整体面积收缩期峰值应变

组别GLS（%）GRS（%）GCS（%）GAS（%）对照组-20.60±1.5742.50±1.26-21.10±1.37-33.70±2.86轻度狭窄组-19.33±1.0041.56±1.50-19.89±1.53-30.89±2.57a中度狭窄组-17.60±1.77a39.60±2.01a-19.60±3.43-22.00±1.63ab重度狭窄组-11.32±2.19abc28.41±3.07abc-12.09±1.74abc-19.44±2.46abcF值90.97134.3884.53118.13 P值＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001

图2　GAS应变曲线及牛眼图（A：对照组；B：轻度狭窄组；C：中度狭窄组；D：重度狭窄组）

冠心病的早期诊断是个难题，冠状动脉狭窄引起心肌缺血，心肌局部收缩舒张功能减低，常规超声检查的LVEF和目测法很难发现这种细微的改变，本研究研究也证实，经冠状动脉造影（CAG）证实冠脉狭窄率＞50%的冠心病患者，其常规参数LVEF、LVESV较对照组并无差别，目测法均未见室壁运动异常。依据Torrent Guasp等学者提出的心肌带理论［10，11］，认为心肌带形成基底环和心尖环，二者相互包绕构成心壁的内、中、外三层结构。不同的心肌纤维走向在心动周期中所起的作用有所不同［12］，心内外膜收缩时，心肌沿长轴方向运动，中层环形肌收缩时，心肌沿短轴方向运动。Guasp等研究发现［13］，心内膜下心肌纤维的收缩主要影响纵向应变，中层的环形心肌的收缩主要影响圆周应变和径向应变。本研究中重度狭窄组各应变参数较其他组均明显减低，表明重度狭窄组心肌缺血已影响到心肌全层功能，并且GLS、GRS、GCS、GAS均能敏感的检测出重度狭窄组心肌的早期缺血改变，与黄红梅［14］等研究结果一致。中度狭窄组GLS、GRS、GAS较对照组明显减低，GAS较轻度狭窄组明显减低，表明中度狭窄组心肌缺血后心肌改变较重度狭窄组轻，未累及心肌全层，并且其心肌功能改变检测较重度狭窄组困难。GAS作为一个新的参数可以理解为心肌收缩时心肌面积缩小的百分率，基于心内膜的斑点追踪，综合了纵向、环向两方面变化，相当于心肌长轴应变和圆周应变的全部矢量和，因此GAS能够较全面地反映左室整体收缩功能［15］。Wen等［16］应用3D-STI的几个指标评价正常和不同程度心力衰竭患者左心室收缩功能，GAS较GLS、GRS、GCS能更敏感地反应程度较轻的心功能衰竭患者心功能的改变，可作为评价心功能衰竭患者早期左室收缩功能的指标。本研究中，GAS敏感的检测出了各不同狭窄程度心肌缺血早期改变，较GLS、GRS、GCS更加敏感，可作为评价冠心病患者早期心功能改变的首选指标。

3D-STI虽然能更好的反映心脏在三维空间上的运动，但是由于现阶段技术发展的局限，这项技术仍有一定的不足之处：①该技术是在拼接的全容积图像上进行追踪，当有心率不齐时，会出现拼接错位而影响分析结果，新近出现单心动周期全容积成像技术可克服上述缺点②现阶段三维斑点追踪帧频相对较小，而在数据分析时帧频越高，图像质量越好，数据准确性越高［17］。

随着科学技术的发展，实时三维全容积成像技术时间、空间分辨率的提高，3D-STI将成为临床无创准确评价心脏功能的可靠方法，其中面积应变（GAS）较其他参数具有更好的敏感性和可重复性。

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Three-dimensional speckle tracking imaging for reviewing myocardial strain parameter changes in patients with different severity coronary artery stenosis

LI Dan*， LIU Mei， NIU Hai-yan， DUAN Ya-qi，HUANG Xiao-ling， WANG Jian-hua.*Chinese PLA Medical School， Beijing 100853， China.

WANG Jian-hua， E-mail: jhwang20056@sina.com

Objective To review the global myocardial strain by applying three-dimensional speckle tracking imaging （3D-STI） in patients with different severity coronary artery stenosis. Methods The patients with suspected coronary heart disease （CHD， n=63） were chosen from Dec. 2013 to May. 2014. According to the outcomes of coronary angiography （CAG）， the patients were divided into control group （without coronary artery stenosis， n=10），mild stenosis group （mild group， stenosis rate ≤50%， n=9）， moderate stenosis group （moderate group， 50%＜at least 1-vessel stenosis≤75%， n=10） and severe stenosis group （severe group， at least 1-vessel stenosis＞75%， n=34）. The global myocardial strain parameters were obtained by applying 3D-STI， including global long axis strain （GLS）， global radial strain （GRS）， global circumferential strain （GCS） and global area strain （GAS） of left ventricular systolic peak. The difference in global myocardial strain parameters of different severity coronary artery stenosis was compared. Results All myocardial strain parameters decreased significantly in severe group compared with other groups. GLS， GRS and GAS decreased significantly in moderate group compared with control group， and GAS decreased significantly in moderate group compared with mild group. GAS decreased significantly in mild group compared with control group （P＜0.05）. Conclusion 3D-STI can be taken as an effective detective method for reviewing global left ventricular systolic function in CHD patients without ventricular wall motion. GAS is a parameter with the highest sensitivity and repeatability. As the increase of coronary artery stenosis severity， the damage of myocardial strain will become heavier and GAS damage is the most significant.

Three-dimensional speckle tracking imaging； Ultrasound； Coronary artery stenosis； Myocardial strain

R541.4

A

1674-4055（2016）04-0421-04

首都临床特色研究基金资助课题（Z121107001012143）

1100853 北京，解放军医学院；2100700 北京，北京军区总医院超声科

王建华，E-mail：jhwang20056@sina.com

10.3969/j.issn.1674-4055.2016.04.11