二维应变超声心动图的研究进展及临床应用

14 9% , - 16 8% % 7 12% vs - 19 6% % 5 2% , 25 2% % 13 9% vs 36 8% % 17 2% , 在非对称性 H CM 患者中, 纵向 间隔 应 变 显 著 低 于 左 室 其 他 区 域 : - 9 2% % 4 7% vs - 12 7% % 7 1% 。Liang 等[ 24] 使用二维散斑应变成像评估 冠状动脉狭窄 &70% 对静息时局部舒张变形的影响。在行冠 状动脉造影 24 小时内, 对患者前瞻性施行二维应变超声心动 图成像, 分别测量: 纵向收缩期( SRs) 、 舒张早期( SRe) 和舒张 晚期应变率, 收缩期、 舒张早期和舒张晚期应变率以及等容舒 张时间和 SRe 峰值。以狭窄 &70% 的冠状动脉界定的区域 视为缺血区。将缺血区与无明显冠状动脉狭窄患者的相同区 域进行比较。结果: 与正常组相比, 缺血组所有血管分布区域 的 SRs 和 SRe 均显著减低。因此, 利用二维应变超声心动图 分析局部变形 , 能够在静息时检出明显的冠状动脉病变。静 息时舒张期应变变异对确定冠状动脉狭窄 &70% 区域具有很 高的特异性。 5 2 定量评价心肌缺血 在缺血性心脏病中, 局部心肌的缺 血导致局部心肌的运动异常 , 心肌应变能够客观反映出心肌 缺血时心肌局部收缩功能。在心脏的运动中, 正常节段心肌 的速度是由局部纤维的缩短和周围区域的牵拉共同产生的。 因此活动障碍的节段因邻近组织的牵拉可能产生接近于正常 的速度, 此时目测法判定室壁运动无法确定该运动是主动收 缩还是被动牵拉造成的, 而运用应变、 应变率就可区分主动运 动和 被动 运动, 可以 更加敏 感而 准确 地识 别异 常节 段运 [ 25] 动 。另外, 心肌缺血、 心肌梗死时, 从心尖到心底部的收缩 期应变率减小 , 甚至反转 , 收缩早期局部应变不均衡。 [ 26] M igrino 等 对小鼠的心肌缺血与再灌注的研究中显示 缺血心肌的应变明显降低, 与未结扎左前降支近端时差异有 统计学意义, 与进行再灌注后的心肌应变差异也有统计学意 义, 与心肌节段的室壁增厚率相比较 , 二维应变超声心动图应 变成像对心肌缺血的变化更加敏感。杨颖等[ 27] 采集 18 例正 常人与 15 例心梗患者乳头肌水平短轴二维灰阶动态图, 应用 二维应变分别测量各节段心肌径向收缩期峰值速度 ( V s) 、 收 缩应变( S) 、 收缩应变率( Sr) , 对比正常与梗死节段心肌测值。 结果为左室乳头肌水平各节段心肌的径向 Vs 、 S、 Sr 在正常 组无差异 , 而心梗组的梗死节段测值明显低于非梗死节段 , 并 明显低于正常组相应节段。 Becker 等[ 28] 利用增强的心脏核 磁共振和二维应变超声心动图成像对 48 例心肌梗死患者进 行研究, 发现对检测透壁型心肌梗死 ( 增强超过 50% ) 的敏感 性和特异性分别为 83 2% 和 80 1% 。 应用二维应变超声心动图成像评价短轴和长轴心肌功能 以鉴别心内膜下和透壁心肌梗死。 Chan 等 [ 29] 对 80 例慢性 心肌缺血性左室功能障碍患者研究, 用左室中部水平短轴周 向和径向的应变和应变率评价左室中部水平短轴的心肌功 能, 用纵向 SR 和 S 评价长轴的心肌功能, 并与增强的心脏磁 共振 ( CE MRI) 和多巴酚丁胺负荷超声心动图 ( DBE) 对比。 结果 : 透壁心肌梗死节段的周向 S( - 10 7% % 6 3% ) 和 SR ( - 1 0 s - 1 % 0 4 s- 1 ) 低于心内膜下心肌梗死( S: - 15 4% % 7 0% ; SR: - 1 4 s - 1 % 0 8 s - 1 ) 和正常心肌。透壁心肌梗死 节段和心内膜下梗死节段具有相似的径向 S 和 SR 。与正常
WA N G Zhou , L I J ian
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, REN Yong f eng , ZH U T i an g ang
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( 1 D ep ar tment of M edical Ultr asound , Boz hou Peop le H osp ital , B oz hou 236800 , China; 2 Dep ar tment of Card iology , Peking Univers ity P eop le ' s H osp ital , Beij ing 100044, China) [ Abstract] T wo dimensio nal strain echocar dio gr aphy ( 2DSE) is a no vel method to measure strain fro m standard tw o di
1003 3289( 2008) 06 0959 04 的变薄。应变率 ( strain rat e, S R) 是指物体形变发生的速度, 是单位时间内的应变 , 等于单位纤维长度的缩短速度 , 即速度 梯度 , 因此, 可以通过组织的速度梯度来计算, 即 S R = L/ L0/ t = v/ L0, T DI 得出的 SR 数值用彩色 图表示的方 法, 即 SRI。除二维 图像外 , SRI 也 可用 M 型 超声 模式显 示[ 1] 。近十年来, 基于组织多普勒的定量的应变和应变率已 被验证且被广泛应用于临床 , 包括: 心肌缺血的评估和负荷超 [ 2 6] [ 7 10] 声心动图 、 心脏不同步化的评估 、 瓣膜异常相关心功 [ 11] 能的评估 。 2 二维应变超声心动图成像的原理 二维应变超声心动图成像( tw o dim ensional st rain echo cardiography, 2DSE) 利用斑点追踪技术, 在二维图像的基础 上, 在室壁中选定一定范围的感兴趣区, 随着心动周期 , 分析 软件根据组织灰阶自动逐帧追踪上述感兴趣区内心肌组织像 素的位置和运动 , 并与第一帧图像中的位置相比较, 计算整个 感兴趣区内各节段心肌的变形[ 12] 。由于斑点追踪技术与组 织多普勒频移无关, 因此不受声束方向与室壁运动方向间夹 角的影响 , 没有角度依赖性, 因此二维应变超声心动图成像能 更准确地反映心肌的收缩和舒张功能。 3 二维应变超声心动图成像测量的种类及其特点[ 13] 心脏的心肌细胞包括纵行和横行肌纤维 , 即内、 外层的螺 旋形肌束和中层的环形肌束 , 因此心脏的收缩和舒张运动基 本包括 4 个部分 : 纵向( longit udinal) 运动, 表示心脏长轴方向
中国医学影像技术 2008 年第 24 卷第 6 期
C hin J M ed Imagin g T echnol, 2008, V ol 24, N o 6
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
综述 Study progress and application of two dimensional strain echocardiography
mensional images It is not limited by the dependency on the ang le of insonation So 2DSE is a new simple r apid and r epr o ducible quanlitificatio n method to assess g lo bal and r egio nal myo cardial function [ Key words] Echo cardiog raphy, two dimensio nal; Speckle tracking; Strain; St rain r ate; V entr icular wall mo tion
[ 作者简介 ] 王洲 ( 1961- ) , 女 , 安徽亳 州人 , 在 读硕士 , 主治医 师。研究 方向 : 心血管超声诊断及超声介入治疗。 E mail: bzw angzhou88@ 126 com [ 通讯作者 ] 李健 , 安徽省亳州市人民医院功能科 , 236800。 E mail: bzl ijian 5869@ 126 com [ 收稿日期 ] 2007 12 24 [ 修回日期 ] 2008 03 24
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的运动 ; 径向( radial) 运动, 表示心脏短轴方向心肌厚度的变 化 ; 圆周( circum ferential) 运动 , 表示心脏短轴方向的环形运 动 ; 旋转( rot ational) 角度 , 表示心脏短轴方向的旋转角度。二 维应变超声心动图可以从以上 4 个方面来评价心肌的变形。 4 正常人的二维应变超声心动图成像 H urlburt 等[ 14] 在正常人中应用二维应变超声心动图成 像测量心尖位长轴、 左室短轴径向和圆周方向的应变, 结果 为 : ! 心尖长轴方向应变, 心尖部> 中部, 左室侧壁 > 左室前 壁 ; ∀ 心脏左室短轴方向应变较均一; # 左室短轴圆周方向应 [ 15] 变 , 前室间隔应变最大 , 与磁共振相符。 H elle V alle 等 在 正常人中应用二维应变成像测量旋转角度 , 结论为 : 短轴心尖 部 - 10 9∃% 3 3∃, 短轴心底部 4 6∃% 1 3∃。从心尖向心底观 察 , 顺时针旋转为正值 , 逆时针旋转为负值。 5 临床应用 5 1 评价心肌功能 心肌应变与心肌的收缩和舒张功能密 切相关 , 心肌应变测量的是心肌各节段的变形 , 能准确评估心 肌收缩和舒张功能。应变与应变率作为近年来提出的评价心 肌功能的新指标, 有其独到优点[ 16 17] 。组织多普勒技术从心 肌运动的角度评价心功能 , 其应用为心功能评价提供了新的 方法[ 18] 。基于组织多普勒技术的超声应变与应变率从心肌 长度变化的角度评价其功能, 进一步拓展了心功能评价的视 角。理论上, 应力 应变关系要比压力 容积关系更能敏感地 反映组织的功能特征, 因而心肌应变是反映心肌收缩性的直 [ 19] 接而客观的指标 。在临床工作中 , 以心室整体的应变与应 变率作为心功能参数, 要比对各节段逐一分析更加便于应用。 但由于多普勒固有的角度依赖的限制, 组织多普勒应变率成 像主要用于局域心肌长轴应变的评价 [ 20 21] , 不能定量心室整 体的应变与应变率。二维应变可以定量分析心室的局部和整 体的应变和应变率。 A mundsen 等[ 22] 为证明斑点追踪技术的准确性, 与创伤 性的植入声学测微计方法相比较 , 在 9 只杂种犬中比较这两 种方法测量室壁纵向及室壁径向收缩期应变的相关性, 证明 两者间有很高的相关性和符 合率, 室壁纵向应变 r = 0 90, 95% 可信区间为 - 4 4% ~ 5 0% ; 室壁径向 应变 r = 0 79, 95% 可信区间为- 5 6 % ~ 5 1% 。临床研究中 , 心肌梗死的 患者, 斑点追踪技术发现在梗死区域的心肌收缩期应变峰值 降低, 而远离梗死区域的心肌应变值正常。在 7 例曾有心肌 梗死的患者和 4 例健康志愿者将斑点追踪技术与磁共振方法 相比较 , 106 个心肌节段分析证明两者有良好的相关性和符 合率( r = 0 87; 95% 可信区间为 - 9 1% ~ 8 0% ) , 而磁共振 是目前非侵入性评价收缩期心肌应变的金标准, 证明斑点追 踪技术能准确反映局部心肌的收缩功能。 Serri 等[ 23] 利用二 维应变定量技术观测肥厚型心肌病 ( H CM ) 患者整体和局部 收缩功能异常的特点。入选 26 例非梗阻性 H CM 患者和 45 例健康受试者进行超声心动图检测心尖纵向、 横向应变以及 胸骨旁短轴周向、 径向应变。结果 : 尽管表面上左心室收缩功 能正常 , 但 H CM 患者的所有应变指标显著降低。H CM 患者 和对照者的纵向、 横向、 周向和径向应变分别为 - 15 1% % 6 2% vs - 20 3% % 5 6% , 23 3% % 17 0% vs 27 2% %
二维应变超声心动图的研究进展及临床应用
王 洲 ,李
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健
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, 任永凤
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综述, 朱天刚
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审校
100044)
( 1 安徽省亳州市人民医院超声科 , 安徽 亳州
236800; 2 北京大学人 民医院心内科 , 北京
[ 摘 要 ] 二维应变超声心动图是一种通过标准二维成像测量应变的新方法 . 没有角 度依赖性 , 能够简 单、 快速、 可重 复性 定量评价整体和局部心肌功能。 [ 关键词 ] 超声心动图描记术 , 二维 ; 斑点追踪 ; 应变 ; 应变率 ; 室壁运 动 R540 45 [ 文献标识码 ] A [ 文章编号 ] [ 中图分类号 ]
二维应变超声心动图成像 ( tw o dimens ional strain echo cardiography, 2DSE) 在二维灰阶图像中追踪心肌的运动并 计算速度与应变, 与基于组织多普勒超声心动图的应变成像 技术原理完全不同 , 为心肌应变的评价提供了更客观的方法。 可以追踪心肌长轴 ( 从心底到心尖的) 方向的运动, 也可在短 轴图像中追踪心肌的径向( 向心) 运动与轴向( 旋转 ) 运动。国 内外学者对该技术的研究较多 , 现就其成像原理、 临床研究及 应用综述如下。 1 应变和应变率的概念 应变( strain) 在物理学上指在外力作用下物体的相对形 变。心肌应变指心肌在心动周期中的变形, 可用来评价局部 心肌的收缩与舒张功能、 血供情况、 心肌活力等。线性 ( 一维 ) 应变可用 Lagrangian 公 式来定 义, 即 : = L/ L0 = ( L2 L 0) / L 0。 为长轴方向上的应变, L 为长度的改 变量, L0 为零负荷时的长度值。 正值表示长轴方向上的伸长或短轴 方向上的增厚; 负值表示长轴方向上的缩短或短轴方向上