左心室整体及局部收缩功能的超声评价方法

Ultrasonic evaluation method of global and local left ventricular systolic function

作者:孙妍杨娅

单位:首都医科大学附属安贞医院超声科

正常心脏功能是维持人体循环系统内血液动力学正常状态的基础,左心室收缩功能是心脏功能的主要成分,正常的收缩功能依赖于心脏及其相连接的大血管解剖结构的完整性、心肌纤维正常的结构和功能、心肌的电活动、机械收缩与舒张活动、瓣膜活动之间的协调配合。心脏的原发或继发损害均可导致左心室收缩功能减低。左心室收缩运动是一个复杂的空间形变过程,包括纵向、径向、周向与扭转运动,因而如何能准确评价左心室收缩功能对心脏病患者的临床诊断和治疗至关重要。目前临床可应用的左心室收缩功能的检测方法除超声心动图外还包括磁共振成像、核素显影、心导管左心室造影等。但这些方法有的价格昂贵、操作复杂,有的属于有创检查,难以在临床广泛开展。超声心动图对左心室收缩功能的评价具有无创、廉价、重复性好等优点因而得到临床广泛应用和认可。随着多种超声心动图技术的应用,对左心室收缩功能的评价也有了长足的进展。下面对不同超声心动图方法对左心室功能的评价进行综述。

M型超声

临床最为常用的左心室收缩功能的评价方法。

通常采用左心室容积的立方公式法,操作简便,实用性强,特别适用于左心室形态结构变化较小的受检者,其结果较准确,为保证测得准确结果和便于比较,应同时连接心电图以辨别时相。

仅能评价左心室部分节段的心肌收缩功能。

随着解剖M型技术的问世,取样线能在二维图像中随意放置而得到不同节段的一系列M型图像,使得解剖M型技术能够定量评价心室更多节段的局部功能。但是解剖M型技术仅能评价局部心肌径向运动,不能得到局部心肌纵向及环向运动的信息。

当存在节段性室壁运动异常时其结果可能存在较大偏差。

【二维Simpson

是临床评价心功能常用的方法。

主要应用经典的Simpson单平面或双平面法,将左心室切割成许多小薄片,每薄片的体积叠加起来就是左心室体积,这样不管心室形态如何,都能准确计算其体积。

自然组织谐波成像(NTHI)技术的临床应用可改善患者心内膜超声识别。

【实时三维超声心动图

实时三维超声心动图(RT-3DE)系统采用超矩阵(x-matrix)探头、高通量数据处理系统(x-Stream)和三维空间定位系统等三种先进技术。

RT-3DE克服了前者显示切面的局限性和以往动态三维超声繁琐的图像重建过程,可实时立体地显示心脏的空间结构、动态活动规律及毗邻关系的优势,无需心脏几何形状的假设,可实时测量左心室容积,并计算心输出量,特别对不规则腔室及室壁运动异常心室的测量尤为重要,能准确的测量左心室容量、功能。

测量的冠心病患者左心室收缩及由此可以认为3DE可准确测量心肌梗死后有室壁节段性运动异常患者的左心功能。

伴左心室室壁瘤患者及正常对照组采用RT-3DE2DE测量容积及收缩功能的实验验证RT-3DE测量伴室壁瘤的左心室容积的准确性,且RT-3DE更接近实际值。

实时三维超声心动图法受帧频限制并需特殊的计算机和软件条件等。

【应变及应变率成像】

1973MirskyParmley首先将应变这一概念引入心脏研究领域。

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。

应变率则是指单位时间内心肌的形变也可理解为心肌形变发生的速度,SR=(ΔL/L0)/ΔtΔt为自初长度L0至瞬时长度L的时间的改变量,应变及应变率成像使得检测特定区域局部及整体收缩成为可能。

【基于组织多普勒(TDI)技术的应变及应变率

TDI技术通过抑制高频率、低振幅的血流信号而获得低频率、高振幅的心肌运动信号,并通过彩色编码和全视野显像,取得组织速度通过空间和瞬间过程中产生的所有参数。

TDI可以在高帧频情况下提供实时的局部速度信息,使得测量更多节段的应变及应变率成为可能。

在定量组织速度成像技术上发展起来的应变及应变率,除具有超高频帧组织速度显像特点(帧频可达190/s以上,时间分辨率可小于5ms)外,该技术还有不受临近组织牵拉及心脏旋转运动等影响的优势,是目前评价局部心肌功能的较好方法,尤其是在冠心病患者中的应用。

心尖四腔观可分析后间隔及左心室侧壁心肌长轴应变及应变率,胸骨旁左心室纵向可分析前间隔及后壁心肌径向应变及应变率。

当心肌缺血或梗死时,局部心肌收缩力降低,导致心肌形变能力发生变化,应变率紊乱、降低、倒转或消失,因而,该技术的发展为存活心肌和非存活心肌提供了新的鉴别方法。

与所有基于彩色多普勒技术基础上的其他技术一样,TDI技术也具有角度依赖性。

这种方法只能测量与声束平行的方向上的应变及应变率(即纵向应变及应变率),对于与声束垂直以及有角度的方向上的应变及应变率则不能测量,这就导致了该方法应用的局限性。

【基于二维斑点追踪成像技术的应变及应变率】

斑点追踪成像技术(Speekle traeking imagingSTI),又称为二维应变技术。在高帧频二维超声图像上,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、应变率和旋转等力学参数,来评价心肌的形变。

由于STI技术是定量测量应变及应变率是建立在二维灰阶图像基础上的,故其没有角度依赖性,不受周围心肌的牵拉和心脏整体运动干扰,Amundsen等用声纳微测量法和核磁共振方法做对照,证实斑点追踪技术无角度依赖性,可对心肌应变进行精确的测量,与上述两种试验方法有良好相关性。

通过测量长轴、径向和及圆周应变,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,因而可以用来分析局部心肌收缩及整体心肌收缩情况。

收缩期峰值应变率是反映心肌收缩力的非负荷依赖指标,因此可以提供更有价值的反映局部收缩功能的信息。

运用2DT时需要采集和存储左心室3个短轴切面和3个心尖切面图像,在图像分析时同样要分别勾画6个切面的心内膜和心外膜边界。二维超声斑点追踪成像要求有清晰的二维图像,

肺气肿、肥胖等二维图像欠清晰的患者,成像的准确性受到限制。

心脏是立体结构,因此测量心肌形变的理想模式是三维估测,而二维应变是二维估测,从某种程度上还不能完全反映心肌应变。

目前超声斑点追踪成像尽管在长轴应变已出现实时分析,但大多应变参数仍须将二维图像储存后脱机分析,尚不能达到实时分析。

帧频也有待进一步增大,较低的帧频,亦造成追踪斑点的丢失,影响评价的准确性。

【基于三维室壁运动追踪成像技术的应变及应变率

三维斑点追踪成像技术是在斑点追踪原理的基础上发展起来的,但他不受心肌运动方向限制,可以在三维容积内客观、准确的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,左心室舒张和收缩末期容积、每搏输出量、LVEF值均与MRI测值显著相关。

运用三维室壁运动追踪成像技术时只需同时采集心尖两腔和四腔切面,存储左心室全容积图像,图像分析时只需勾画两个切面的心内膜和心外膜边界,不需要脱机分析,因此三维室壁运动追踪成像技术所用时间明显缩短,因而它是一种方便、省时的分析左心室整体和局部功能的新方法。

三维斑点追踪成像技术通过计算心内膜面积变化率而得出左心室收缩功能,因而不受左心室几何形态的影响,更真实反映左心室收缩功能。然而,三维室壁运动追踪成像技术对图像质量有较高要求,特别需要清晰显示心内膜边界,否则将严重影响追踪结果的准确性,另外,三维斑点追踪成像技术的时间分辨率低于二维斑点追踪技术及TDI技术。

综上所述,随着一些新技术的开展和临床应用,超声评价左心室局部和整体收缩功能日趋完善,其凭借无创、价廉及重复性强等优势始终处于该项检测手段的一线地位。基于三维斑点追踪成像技术的应变及应变率的问世,为我们宏观及精确了解左心室整体及局部运动提供了更为出色的方法,随着超声机软件及硬件的更新与研发,我们相信其功能将更加方便,精确,快捷。

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