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综述:二维斑点追踪显像技术对成人左心室扭转运动的研究现状
The Research Actualities of Two-Dimensional Speckle-Tracking Imaging on Adult Left Ventricular Torsion
张军 冯晓军
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作者单位:天津市王顶堤医院功能检查科
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新近开发的超声二维斑点追踪显像技术(speckle-tracking imaging,STI)是从心肌旋转角度和旋转速度等参数方面,通过逐帧追踪感兴趣区内小于入射超声波长的细小结构在心动周期中产生的散射斑点信息,对心动周期中心脏扭转运动特性进行定性和定量分析,反映整个感兴趣区内各节段心肌的形变,属于二维应变的范畴。

1 健康人左室心肌整体和局部扭转运动与左室功能关系的临床研究

心脏收缩功能的传统评价方法主要是测量心肌径向和长轴方向的运动范围,计算射血分数,其评价的心肌力学功能只占了心肌收缩力的30%~40%,60%~70%的收缩力未能计算在内,其中包括心肌的扭转运动[1]。近年来,对左室功能的研究已从单纯的左心室短轴、长轴的心肌运动和射血分数评价转向心室空间变形研究。目前众多学者[2]认为左室扭转运动与心脏功能密切相关,并提出其可作为评价左室收缩功能的新指标。螺旋状心室肌带理论的提出为深入理解正常及病理状态下的心脏结构和功能开辟了一个视角。

Notomi等[3]对15例健康志愿者分别运用STI和磁共振(MRI)测定左室扭转,结果2种方法的测值之间高度相关(y=0.9x+0.91,r=0.93,P<0.0001)。韩伟等[4]对35例健康人从心尖方向观察左室整体及局部扭转特征,结果发现左室在收缩期顺时方向扭转,扭转角度峰值12.55°±4.28°,而在等容舒张期心室快速大幅度解旋。随机进行重复性检验后发现;组间及组内比较均高度一致(组间:r=0.85,P<0.05,平均差异0.268±1.553;组内:r=0.94,P<0.05,平均差异0.023±1.027)。关于左室心尖部及基底部旋转角度、左室扭转角度的报道存在不少差异,由于跨壁压力阶差的存在,心内膜扭转角度是心外膜的2倍;同时心脏的血流动力学和收缩状态也会对左室扭转产生影响。有研究[5]认为在左室室间隔的内膜面扭转角度和扭转率最大,所以对左室扭转的贡献最大。巩晓红等[6]对68例正常人应用STI测量其左室心内膜和心外膜层心肌圆周及径向收缩期峰值应变,结果发现心内膜层心肌各室壁节段的收缩期峰值应变均高于心外膜层心肌(P<0.05),在同一水平前室间隔应变高于其他节段,径向应变在不同节段分布比较一致。另有学者[7]通过研究二尖瓣环连线中点(mid)处的二尖瓣环收缩期位移(MAD),计算二尖瓣环连线中点处收缩期位移(MADmid)与左室舒张末长径的百分比(MADmid%)后认为,MADmid%对评价左室收缩功能要优于二尖瓣环收缩期位移及速度。刘昕等[8]在利用STI技术研究二尖瓣环位移与左室射血分数的相关性时发现:二尖瓣环各位点收缩期位移与左室射血分数均呈显著正相关(P<0.001)。MADmid%评价左室射血分数>50%的截断点值为8.9,敏感性为95%,特异性为80%。MADmid%评价左室射血分数>50%的截断点值为10.9%,敏感性为95%,特异性为85%。该研究认为MADmid%与左室射血分数的相关性好于其他各位点参数。

2 缺血心肌及心肌梗死的STI研究

在临床上,对缺血心肌的评价主要是基于传统二维灰阶图像所显示的室壁运动及室壁增厚率,改良Simpson法是一直被用于超声心动图检查中的标准方法,但在实际操作中相对比较复杂。近期的应变和应变率成像被诸多学者[9]认为是评价局部心室的收缩和舒张功能较为敏感和准确的方法。伍玉晗等[10]利用STI应变对33例经冠状动脉造影显示1支或1支以上病变的冠心病患者和30例正常人的冠状动脉供血区域进行检测,测量自QRS波起始至收缩期纵向应变达峰时间间期(Ts)及左室18节段的Ts标准差(Ts-SD),结果发现狭窄≥75%冠脉供血区的绝大部分节段与正常组或狭窄<75%的患者相比,Ts明显延迟,Ts-SD明显升高;而狭窄<75%冠脉供血区与正常组相比,绝大部分节段Ts及Ts-SD的差异无统计学意义,其结论认为冠脉出现狭窄而在二维超声心动图上未能观察室壁运动异常时,二维应变已能检测出其心肌运动的不同步现象,并以Ts-SD≥33.0 ms为左室不同步标准。李金国等[11]对60例健康人和90例心肌梗死患者进行STI应变成像对照分析,观测左室各节段收缩期长轴纵向峰值应变和短轴径向峰值应变,结果表明心肌梗死组梗死节段的长轴纵向峰值应变和短轴径向峰值应变显著低于正常组(P<0.01),并对Q波梗死节段的检测能力等效,2项参数检测的准确性分别为91.2%和89.5% (P>0.05)。而吴志明等[12]则认为心电图是否出现Q波通常是回顾诊断,他根据近年提出的将ST段抬高和非抬高的分类方法,利用STI对心肌梗死患者介入治疗前后心内膜、心外膜旋转角度峰值变化来评价2种心肌梗死的透壁程度,结果提示ST抬高与非抬高2组术前心内膜、心外膜旋转角度峰值显著低于正常(P<0.01),介入治疗后1个月仅ST段非抬高组左室心外膜旋转角度峰值较术前显著改善(P<0.01),且与射血分数呈正相关(r=0.63,P<0.05),与室壁运动积分指数呈负相关(r=-0.85,P<0.01),认为STI测定心内膜、心外膜旋转角度峰值可反映ST段抬高及非ST段抬高心肌梗死透壁程度,并与心功能及室壁运动存在一定关系。

急性心肌梗死在超急期成功血流灌注后,缺血心肌可出现2种不同的转归:恢复功能或不可逆的重构,左室重构(left ventricular remodeling,LVR)是决定患者预后的重要影响因素。马春燕等[13]对53例因急性心肌梗死行急诊冠状动脉支架植入术的患者在术后72 h行STI检查,并在术后6个月随访对比左室舒张末容积的变化,以左室舒张末容积增大≥15%作为左室重构的标准[14],随访结果发现出现LVR的11例患者在术后72 h的峰值径向应变、圆周应变均显著低于无LVR的患者,峰值应变延长时间则延长(P<0.001),纵向应变≤-11.4%预测的敏感性和特异性分别是89.4%和81.2%,认为减低的纵向应变可以独立预测LVR。

3 STI对心肌病变的研究

一般认为,旋转为每一水平各节段的单项旋动,而扭转是左室的整体运动状态,即心尖与心底短轴方向相反的整体运动,在理论上扩张型心肌病(dilated cardiomyopathy,DCM)患者左室的扭转运动应较正常人明显减低。Kanzaki等[15]用MRI对DCM患者左室旋转运动研究认为,其左室旋转规律与正常人不同。郑嘉荣等[16]通过对16例DCM患者的胸骨旁左室心尖、乳头肌和基底短轴切面的心肌收缩期旋转运动观测得出的结果与其相似,即左室短轴3个水平大多数节段呈顺时针旋转,乳头肌水平旋转模式不同于正常人(成一旋转交界面),而是与基底水平旋转模式相似,即使在心尖水平也只有45%心肌节段呈逆时针旋转,与正常人乳头肌水平旋转模式相似,即整体呈现扭转的交界面下移。Fuch等[17]用MRI研究慢性左心衰竭患者的结果表明,虽然慢性左心衰竭患者左室各水平最大扭转角度均较正常人减小,但未发现这些患者左室3个水平面的旋转规律与正常人有不同,因此左室旋转规律的改变有可能作为DCM与慢性心力衰竭的鉴别指标。

DCM患者出现广泛的心肌收缩功能减低,其心肌运动不同步是否首先表现在发挥主要功能的心肌纵向运动上,尚有待进一步研究。有学者[18]认为基底段的运动对心室整体功能影响最大,考虑可以用基底段的不同步性来代表心室整体的不同步性。刘晓等[19]用STI 检测DCM患者左室运动同步性发现,左室短轴各节段同步化指数(DT)DT比长轴对应节段DT明显增大,其在基底段及中间段的差异有统计学意义(P<0.05),在基底段不同步的检出率要高于中间段及心尖段,二维应变长轴检出率高于短轴检出率。 评价不同步公认的最佳指标及其标准尚未确定。黄君红等[20]通过STI评价左室收缩不同步与收缩功能的关系,结果显示慢性心力衰竭(chronic heart feart,CHF)不同步指标与左室射血分数值呈显著负相关,其中左室射血分数值与STI在径向和环向不同步指标的相关性大于纵向。提示不同步指标在一定程度上反映左心整体收缩功能,心力衰竭程度越重,STI不同步程度越重,但由于样本量有限,各指标的特异性及敏感性还有待进一步研究。

心室扭转受多种因素的影响,病理性心肌肥厚使得心肌纵向、径向及圆周收缩都受到不同程度的损害,常规超声心动图检查时的左室射血分数正常并不代表肥厚型心肌病(hypertrophic cardio- myopathy,HCM)的心肌收缩性正常。季玲等[21] 研究HCM发现心肌肥厚累计纵向应变要比径向及圆周应变严重得多,左室长轴平均纵向应变显著降低(P<0.05),短轴径向及圆周应变降低无统计学意义(P>0.05)。张丽等[22]研究认为这可能是其中层心肌纤维未受到心内膜下心肌纤维功能不良的影响,而左室扭转-位移环收缩期斜率的增加,这种收缩期扭转增强所致的变化敏感地反映了HCM患者左室收缩功能的变化。

生理性肥厚与心肌病引起心肌肥厚的定量化鉴别也一直是关注的焦点。研究[23]发现心肌细胞在横向的代偿性肥厚比长轴方向更明显,使得生理性肥厚长轴纵向应变降低和横向应变增加,但仍不及HCM心肌长轴纵向应变降低的程度。

4 局限性与展望

虽然STI技术应用于临床以来在心血管方面的研究取得了很大进展,但临床实践中发现仍存在以下问题:(1)STI仍局限于二维图像的基础上,因此对二维图像清晰度要求较高,特别是心内膜面,这样方能准确追踪心肌的运动;(2)对于斑点本身的形态改变进行识别很难,不能完全跟踪斑点运动的空间位置,且STI为脱机分析,尚不能达到实时分析;(3)目前用于各项参数研究的样本量均较小,其特异性和敏感性还有待于进一步大样本病例对照研究。

由于左室的收缩及扭转运动是三维的运动,因此二维超声评价必然有其局限性。近年发展的实时三维超声心动图可以从任意角度动态显示心脏的立体解剖结构,而且帧频较高,能在同一心动周期追踪各节段心肌运动,将有望对左室的扭转运动和心功能情况进行更为合理的研究,但用于心脏三维功能运动的软件还有待于开发。

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