三维超声成像评价肥厚型心肌病左室节段收缩同步性与整体功能的初步研究*

彭 源， 杨 军， 谢明星， 张 丽， 方凌云， 曹海燕， 孙丹丹

1华中科技大学同济医学院附属协和医院超声影像科，武汉 4300222中国医科大学附属第一医院心血管超声科，沈阳 110001



三维超声成像评价肥厚型心肌病左室节段收缩同步性与整体功能的初步研究*

彭 源1， 杨 军2△， 谢明星1， 张 丽1， 方凌云1， 曹海燕1， 孙丹丹2

1华中科技大学同济医学院附属协和医院超声影像科，武汉 4300222中国医科大学附属第一医院心血管超声科，沈阳 110001

目的 应用实时三维超声心动图(RT-3DE)评价非梗阻性肥厚型心肌病(HCM)患者左室节段收缩同步性与整体收缩功能，并探讨两者的相关性。方法 随机选取HCM患者及正常对照组各43例行RT-3DE检查。Tomtec 4D LV-Analysis软件分析RT-3DE图像，获得左室容积、左室射血分数(LVEF)、左室收缩同步性指标(Tmsv16-SD%和Tmsv16-Dif%)等参数。三维斑点追踪成像(3D-STI)软件分析RT-3DE图像获得左室质量(LV Mass)、左室心肌整体纵向应变(GLS)、圆周应变(GCS)、面积应变(GAS)、径向应变(GRS)等参数，对组间上述参数进行比较，对左室收缩同步性参数与心肌应变参数进行相关分析。结果 ①与对照组比较，HCM组左室舒张末容积(LVEDV)明显减小(P<0.01)，LV Mass增加(P<0.05)，两者LVEF无显著性差异。②与对照组比较，HCM组Tmsv16-SD%与Tmsv16-Dif%增加，差异有统计学意义。③与对照组比较，HCM组左室心肌GLS、GAS、GRS均明显减弱(均P<0.01)，两者GCS无显著性差异。④Tmsv16-SD%与GLS、GCS、GAS、GRS有明显相关性(均P<0.01)；Tmsv16-Dif%与GLS、GCS、GAS、GRS有明显相关性(均P<0.05)。结论 HCM患者左室各节段收缩同步性降低且整体收缩功能减低，左室心肌收缩不同步是左室整体收缩功能减低的重要原因。

超声心动描记术； 肥厚型心肌病； 三维斑点追踪技术； 应变； 收缩同步性

肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy，HCM)是由肌节蛋白基因突变所致的一种常见遗传性疾病，其心肌细胞排列紊乱、收缩功能降低，心肌间质纤维化[1-2]。常规超声心动图是诊断及随访观察HCM的首选方法，常规超声收缩功能参数如射血分数往往正常[3]。本研究旨在利用实时三维超声心动图(real-time three-dimensional echocardiography，RT-3DE)评价HCM患者不同节段心肌收缩同步性，并利用三维斑点追踪成像(three-dimensional speckle-tracking imaging，3D-STI)评价其整体收缩功能，从而探讨HCM患者早期心肌收缩功能降低的机制。

1 资料与方法

1.1 研究对象

HCM组：选取2013年10月～2014年12月在我院临床确诊的心功能正常的非梗阻性HCM患者43例，其中男25例，女18例，年龄24～66岁，平均(48.88±13.02)岁。纳入标准[4-5]：左室心肌非对称性肥厚，左室壁一个节段或多个节段厚度≥ 15 mm，左室流出道峰值压差≤30 mmHg。排除标准：高血压、冠心病、主动脉弓缩窄和瓣膜病等因素引起的心室壁肥厚，左室流出道峰值压差≥30 mmHg，左室射血分数<50%，心律失常。其中，室间隔肥厚为主的患者共22例，心尖肥厚型心肌病患者共8例，室间隔与心尖均肥厚的患者共13例。

正常对照组：性别及年龄与HCM组相匹配的健康志愿者43例，其中男25例，女18例，年龄24～60岁，平均(47.60±12.12)岁。所有入选者均无心血管疾病史，心脏超声检查正常，且无其他器质性疾病。

1.2 仪器与体位

GE Vivid E9型彩色多普勒超声诊断仪，M-5S探头频率为1.0～5.0 MHz，4V-D探头频率为1.5～4.0 MHz。同步连接心电图，嘱受检者左侧卧位。

1.3 方法

1.3.1 二维超声检查 二维超声心动图常规测量室间隔舒张末厚度(inter-ventricular septum thickness at diastole，IVSd)、左室后壁舒张末厚度(left ventricular posterior wall thickness at diastole，LVPWd)。

1.3.2 三维超声检查 4V-D探头置于心尖部清晰显示标准心尖四腔心图像后，嘱被检查者屏住呼吸，进入4D模式，连续采集4个心动周期的全容积图像数据，帧频>30帧/s，存储图像以行脱机分析。

1.3.3 Tomtec 4D LV-Analysis软件数据分析 对全容积图像数据行后处理分析，调整三维参考平面以获取心尖四腔心、两腔心和三腔心三维数据剖面，手动描绘出左室舒张末期及收缩末期心内膜边界后，分析软件自动显示心动周期内左室整体和心肌节段的容积-时间曲线，并获取以下参数：左室舒张末容积(left ventricular end-diastolic volume，LVEDV)、左室收缩末容积(left ventricular end-systolic volume，LVESV)、左室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)、每搏量(stroke volume，SV)以及同步性参数，即16个心肌节段达收缩末最小容积时间的标准差(Tmsv16-SD)和最大差值(Tmsv16-Dif)。以心电图R-R间期校正心率对参数Tmsv16-SD和Tmsv16-Dif的影响，获得Tmsv16-SD%和Tmsv16-Dif%(图1)。

1.3.4 3D-STI图像数据分析 应用3D-STI软件对三维图像数据进行分析。软件可以将舒张末期的全容积图像数据自动切割生成多个剖面图像，调整参考平面位置以获取心尖四腔心、两腔心和三腔心剖面，软件自动描绘出左室心内膜边界，必要时可进行手动调整。分析软件将左室划分为17个节段，自动追踪感兴趣区内心肌三维空间的运动信息，获取左室整体收缩期纵向应变(global longitudinal strain，GLS)、圆周应变(global circumferential strain，GCS)、面积应变(global area strain，GAS)、径向应变(global radial strain，GRS)、左室质量(left ventricular mass，LV Mass)、左室质量指数(left ventricular mass index，LVMI)等参数。

1.4 统计学处理

2 结果

2.1 一般资料比较

HCM组与对照组之间，年龄、心率、LVESV、LVEF差异无统计学意义。与对照组比较，HCM组IVSd、LVPWd、IVSd/LVPWd增加，差异有统计学意义(均P<0.01)；LV Mass、LVMI增加，差异有统计学意义(均P<0.05)，而LVEDV降低，差异有统计学意义(P<0.01)(表1)。

2.2 左室节段收缩同步性比较

与对照组比较，HCM组Tmsv16-SD%增加[(6.88±3.13)%vs.(3.14±0.81)%，P<0.01]，Tmsv16-Dif%增加[(23.37±8.80)%vs.(9.81±2.72)%，P<0.01]，差异均有统计学意义(表2)；三维容积-时间曲线显示对照组各节段曲线平滑，走形规则，收缩期达峰时间一致，而HCM组各节段曲线走形一致性较差，曲线波谷较离散(图1)。

指标对照组HCM组年龄(岁)4760±12．124888±13．02BPM(次/min)6540±10．886712±12．46IVSd(mm)875±0．551967±5．02∗∗LVPWd(mm)855±0．54939±1．98∗∗IVSd/LVPWd102±0．33215±0．60∗∗LVEDV(mL)10502±10．488567±22．09∗∗LVESV(mL)4135±9．573573±11．44LVEF(%)6063±5．745860±5．82SV(mL)6367±8．894990±10．14∗∗LVMass(g)12355±14．5613613±20．01∗LVMI(g/)7122±7．668170±6．79∗

BPM：心率；IVSd：室间隔舒张末期厚度；LVPWd：左室后壁舒张末期厚度；LVEDV：左室舒张末期容积；LVESV：左室收缩末期容积；LVEF：左室射血分数；SV：每搏量；LV Mass：左室质量；LVMI：左室质量指数；与对照组比较，*P<0.05**P<0.01

组别Tmsv16⁃SD%Tmsv16⁃Dif%对照组314±081981±272HCM组688±313∗∗2337±880∗∗

Tmsv16-SD%：经心率校正的左室各节段达收缩末最小容积时间的标准差；Tmsv16-Dif%：经心率校正的左室各节段达收缩末最小容积时间的最大差值；与对照组比较，**P<0.01

2.3 三维应变参数比较

与对照组比较，HCM组左室心肌GLS、GAS、GRS均明显减弱，差异均有统计学意义(均P<0.01)，两组GCS无显著性差异；对照组三维应变分析曲线显示左室整体及各节段收缩期应变值正常，HCM组三维应变分析曲线显示左室整体及部分节段收缩期应变降低(表3，图1)。

组别GLSGCSGASGRS对照组-1854±233 -1906±279-3323±427 5343±10．24HCM组-1461±293∗∗-1783±235-2865±381∗∗ 4461±7．49∗∗

GLS：左室整体纵向应变；GCS：左室整体圆周应变；GAS：左室整体面积应变；GRS：左室整体径向应变；与对照组比较，**P<0.01

A：对照组容积-时间曲线，显示左室各节段收缩期达峰时间集中；B：HCM组容积-时间曲线，显示左室各节段收缩期达峰时间较分散；C：对照组三维面积应变分析，显示左室整体及各节段曲线收缩期应变正常；D：HCM组三维面积应变分析，显示左室整体及部分节段收缩期应变减低图1 对照组与HCM组三维容积-时间曲线及三维面积应变Fig.1 Three-dimensional volume-time curves and three-dimensional area strains in control and HCM groups

2.4 左室收缩同步性参数与左室整体应变值相关分析

Tmsv16-SD%与GLS、GCS、GAS、GRS有明显相关性(GLS，r=0.613，P<0.01；GCS，r=0.498，P<0.01；GAS，r=0.642，P<0.01；GRS，r=-0.619，P<0.01)；Tmsv16-Dif%与GLS、GCS、GAS、GRS有明显相关性(GLS，r=0.625，P<0.01；GCS，r=0.419，P<0.05；GAS，r=0.588，P<0.01；GRS，r=-0.578，P<0.01)(图2)。

图2 左室收缩同步性参数(Tmsv16-SD%、Tmsv16-Dif%)与左室三维应变参数(GLS、GCS、GAS、GRS)相关分析散点图Fig.2 Scatter plots of correlation analysis between left ventricular systolic synchrony parameters(Tmsv16-SD%，Tmsv16-Dif%)and left ventricular three dimensional strains(GLS，GCS，GAS，GRS)

3 讨论

常规超声心动图可检测HCM患者心脏的形态结构及室壁厚度，是HCM诊断及随访的重要方法，但在临床工作中也存在局限性。常规超声心动图缺乏评价HCM患者左室心肌收缩同步性的定量指标。超声心动图测得HCM患者早期LVEF正常并不能表明其收缩功能无受损，故临床上很难评价HCM患者左室收缩功能是否正常[6]。实时三维超声心动图(RT-3DE)和三维斑点追踪成像(3D-STI)是近年来基于三维图像发展而来的新技术，相对于二维超声心动图有很大的优势。RT-3DE可在三维空间评价心腔整体及各节段的容积，且与核磁共振(MR)有良好的相关性，RT-3DE图像分析得到的16节段容积-时间曲线可应用于评价HCM患者各节段心肌收缩同步性[7]。而3D-STI可在三维空间追踪心内膜的形变，相对于2D-STI可更加准确地评价HCM患者左室整体收缩功能[8]。

心肌收缩的不同步包括心肌节段间收缩幅度的不同和收缩期达峰时间的不同，即心肌收缩存在空间和时间的不协调。这种心肌收缩的不协调性可以反映出心肌结构紊乱所致的心肌间运动和机能的异常[9]。RT-3DE技术分析得到的16节段容积-时间曲线显示，HCM患者左室各节段达到收缩期最小容积的时间差异较大，这说明HCM患者不同节段心肌间存在收缩不同步。本研究与裴敏等[10]利用RT-3DE研究HCM患者左室节段收缩功能及同步性的研究结果一致，而且马春燕等[11]利用RT-3DE研究高血压患者和HCM患者的左室收缩同步性还发现，与正常对照组比较，高血压患者左室收缩同步性无明显变化，HCM患者左室收缩同步性降低。分析原因可能为HCM是肌节蛋白疾病，突变的肌节蛋白在心肌细胞中的表达首先损害心肌细胞的收缩功能[12]，使其肌小节收缩期缩短速度减慢，HCM心肌肥厚的程度及分布不一致，各节段心肌收缩速度不一致，从而导致HCM患者左室不同节段间收缩不同步。此外，HCM患者心肌细胞排列紊乱，间质纤维化也是收缩不同步的一个重要原因。HCM患者往往合并心律失常，本研究没有纳入心律失常的患者，因此排除了心律失常因素对HCM患者左室收缩同步性的影响。本研究应用3D-STI技术评估HCM患者左室整体收缩功能显示：HCM组GLS、GAS、GRS明显减弱，GCS无明显变化。Serri等[13]应用2D-STI技术评价非梗阻型HCM患者心肌应变，结果显示左室心肌GLS、GRS和GCS均小于对照组，本研究结果与之略有差别，原因可能在于，本研究前期对于HCM患者局部心肌收缩功能进行研究，发现部分节段心肌的圆周应变减低，但部分节段增加，对前者起到代偿作用[14]，因此HCM组整体圆周应变无明显变化。此外，面积应变在心脏超声领域是一项用于评估心脏整体及局部功能的新参数，是指心内膜相对面积的改变，结合了纵向与圆周两个方向的因素，与单一方向的应变比较，面积应变与LVEF具有更好的相关性[8]。HCM病理特征导致心肌收缩力减低的机制包括以下三方面：①心肌呈网络样多方向的机械收缩；②由于心肌肥厚和间质增生，使心肌僵硬度增加，从而限制了心肌的收缩和增厚；③肥厚心肌的毛细血管密度相对减少，导致心肌供血不足，心肌缺血又减低了心肌主动收缩力[15]。

Vitarelli等[16]认为左室心肌收缩不同步是导致整体收缩功能减低的一个重要因素。本研究将Tmsv16-SD%和Tmsv16-Dif%与左室应变值进行相关性分析发现，HCM患者左室收缩功能与其收缩同步性明显相关。而Matsuo等[17]对心功能显著减低的HCM患者进行心脏再同步化治疗后，使患者左室收缩同步性改善，心功能增加。原因可能在于，HCM患者心肌结构和功能的变化使部分节段收缩力降低，各节段收缩速度不一致，这种心肌收缩的不协调降低了左室心肌收缩的效能。

但本研究仍存在一定局限性：①本研究的病例为非梗阻性HCM患者，未考虑梗阻对于HCM左室收缩功能的影响；②本研究仅涉及HCM患者整体收缩功能及同步性，对于局部收缩功能及同步性减低尚未深入探讨；③本研究样本数量较少，有待扩大样本量深入研究。

综上所述，HCM患者左室收缩功能及收缩同步性降低，左室心肌收缩不同步是导致其收缩功能减低的一个重要原因，RT-3DE和3D-STI为临床早期无创准确评估HCM患者左室收缩同步性及收缩功能提供了定量、定性的方法。

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(2016-06-03 收稿)

Evaluation of Left Ventricular Segmental Systolic Synchrony and Global Systolic Function in Patients with Hypertrophic Cardiomyopathy by Three-dimensional Echocardiography

Peng Yuan1，Yang Jun2△，Xie Mingxing1et al

1Department of Ultrasound，Union Hospital，Huazhong University of Science and Technology，Wuhan 430022，China2DepartmentofCardiovascularUltrasound，theFirstAffiliatedHospitalofChinaMedicalUniversity，Shenyang110001，China

Objective To assess the left ventricular segmental systolic synchrony and global systolic function in patients with nonobstructive hypertrophic cardiomyopathy(HCM)using real-time three-dimensional echocardiography(RT-3DE)，and to investigate the correlation of parameters between synchrony and systolic function.Methods 43 HCM patients(HCM group)and 43 healthy volunteers(control group)were enrolled in this study and the RT-3DE was performed in all the subjects.The RT-3DE data were analyzed by Tomtec 4D LV-Analysis software to obtain left ventricular volume，left ventricular ejection fraction(LVEF)，left ventricular systolic synchrony parameters(Tmsv16-SD%，Tmsv16-Dif%)and by 3D-STI analysis software to get left ventricular mass(LV Mass)，global longitudinal strain(GLS)，global circumferential strain(GCS)，global area strain(GAS)，and global radial strain(GRS).The parameters mentioned above were compared between HCM and control groups.The correlation of the parameters between left ventricular systolic synchrony and the myocardial deformation was analyzed.Results ①Compared with control group，patients with HCM had lower left ventricular end-diastolic volume(LVEDV)(P<0.01)and higher LV Mass(P<0.05).LVEF was similar in both groups.②Tmsv16-SD% and Tmsv16-Dif% increased significantly in HCM group when compared with control group(P<0.05).③GLS，GAS and GRS were significantly lower in HCM group than in control group(allP<0.01)，but the GCS was similar in both groups.④Tmsv16-SD% and Tmsv16-Dif% were significantly correlated with the myocardial deformations(GLS，GCS，GAS，and GRS)(allP<0.05).Conclusion The segmental systolic synchrony and the global systolic function of left ventricule are decreased in patients with HCM.The left ventricular systolic desynchrony is responsible for the reduced systolic function in HCM patients.

echocardiography； hypertrophic cardiomyopathy； three-dimensional speckle tracing imaging； strain； systolic synchrony

*沈阳市社会发展科技攻关专项基金资助项目(No.F12-193-9-19)；教育部高等学校博士学科点专项基金资助项目(No.20112104110010)

R737.9

10.3870/j.issn.1672-0741.2016.05.010

彭 源，男，1988年生，住院医师，E-mail：pengyuan4612@126.com

△通讯作者，Corresponding author，E-mail：junyang63@sina.com