定量组织速度成像及其临床应用

定量组织速度成像及其临床应用
影像之星/gehjm 2008-12-01 11:29:35
作者：丁奉（213003,常州,南京医科大学附属常州市第二人民医院心内科）
许迪（南京医科大学第一附属医院心内科）
【提要】定量组织速度成像是晚近发展起来的多普勒组织成像新技术,通过定量分析心肌运动速度,能够有效评价左右心室局域和整体心脏功能,评价心肌缺血,分析心脏电生理现象,评价心脏疾病的治疗效果,评价先天性心脏病的心脏功能等,具有重要的临床研究和应用价值。

定量组织速度成像(quantitative tissue velocity imaging ,QTVI) ,是晚近发展起来的多普勒组织成像新技术,在临床和科研中展现了良好前景。

一、基本原理
组织多普勒成像(Doppler tissue imaging ,DTI) 通过改变多普勒滤波系统设置,摒弃心腔内血流产生的高速、低振幅频移信号,选择出低速、高振幅的心肌运动信号,经数模转换器处理,从而有效反映室壁心肌运动的信息。

DTI 主要有速度图、加速度图和能量图三种模式。

速度模式又可分两类:彩色二维组织速度成像(colour Doppler myocardial imaging ,CDMI) 和脉冲组织多普勒成像。

近年,随着平行声束处理系统的应用,实时CDMI 的帧频大大提高,定量组织速度成像、组织追踪成像、应变成像、应变率成像及曲线解剖M 型成像等多普勒组织成像的新技术应运而生。

QTVI 基于CDMI 的基础上,时间分辨率和空间分辨率大大提高;在实时和/ 或脱机后,可以对在DTI 状态下获取的二维图像上任意局部心肌(包括瓣环) 取样并获得速度曲线;且能够把得到的多个速度曲线(最多可获得8 个) 同步显示在同一时间轴上,实现定量分析。

二、定量组织速度成像曲线的特征
以二尖瓣环的QTVI 曲线为例,通常有三个主波组成:收缩期S 波(基线上方) ,舒张早期E 波(基线下方) 及舒张晚期A 波(基线下方) 。

其形成机理:收缩期二尖瓣环向心尖方向运动,产生S 波;而舒张期二尖瓣环背离心尖运动,产生E、A 波。

E 波是舒张早期左室主动松弛,二尖瓣环沿长轴方向朝向心底运动更加远离心尖被动产生的。

A 波是左房收缩使二尖瓣环再次朝向心底运动更加远离心尖被动产生的。

三、定量组织速度成像的临床应用现状
1. 对左室功能的评价
(1) 对左室整体收缩功能的评价:QTVI 测量二尖瓣环的收缩期速度指标是反映左室整体收缩功能的重要参数。

在二维图像质量不佳,心内膜边界显示不清时,应用二尖瓣环运动速度评价左室整体收缩功能更有价值。

曹敏等[1 ] 研究发现QTVI 测量冠心病和正常人的心尖四腔、两腔和长轴三个切面六个部位二尖瓣环的平均峰值收缩速度与改良Simpson 法所测的射血分数显著相关,可有效反映左室整体收缩功能。

(2) 对左室整体舒张功能的评价:QTVI 所测量二尖瓣环的舒张期速度指标相对不受血流动力学影响,是评价左室整体舒张功能的重要参数。

杨好意等[2 ] 应用QTVI 研究发现在扩张型心肌病病人,Ve 、Ve/ Va 较正常人显著减低,Ve/Va 与E/ A 无显著相关。

因此,在二尖瓣口血流频谱表现为假性正常时,QTVI 所测定的二尖瓣环运动速度可准确评价左室整体舒张功能。

(3) 对左室局域收缩和舒张功能的评价:QTVI 能够把获得的多个(最多可获得8 个) 局部心肌(包括瓣环)
的速度曲线同步显示在同一时间轴上,分析局域心肌功能时直观、效能高,充分显示了该技术的优势。

杨颖等[3 ]应用QTVI 发现心肌梗死时左室长轴收缩加速度(a) 由基底段到心尖逐渐减低的规律丧失,梗死区a 显著减小;包含梗死区的室壁长轴收缩速度增加率(Rvi) 较非梗死区及正常对比显著增大或减小。

张涓等[4 ]应用QTVI 发现心肌梗死时长轴上心肌各节段运动峰值速度均较正常人下降,梗死节段更明显;且等容舒张
期多个节段出现提示收缩后收缩的异常正向波。

因此,QTVI 技术可全定量同步对比分析多室壁节段的运动,能敏感、无创、直观地评价局部心肌收缩和舒张功能异常。

2. 评价右室功能
QTVI 通过对三尖瓣环运动速度的测量,是一种简易、定量、有价值的评价右室功能的方法。

QTVI 测量三尖瓣环运动获得的曲线与二尖瓣环相似,由收缩期S 波(基线上方) ,舒张早期E 波(基线下方) 及舒张晚期A 波(基线下方)三个主波组成。

Christ 等[5 ] 在研究严重心力衰竭病人的Cheyne-Stokes 呼吸与右室功能的关系时,发现QTVI 测量三尖瓣环运动速度可用于评价右室功能。

QTVI 对右室长轴方向的局域室壁心肌的评价与左室相似。

3. 评价心肌缺血
Palmes 等[6 ]应用QTVI 研究发现,在心肌梗死病人的病变节段,平均峰值收缩速度Sm、平均舒张早期峰值速度Em 和Em/ Am(其中Am 是平均舒张晚期峰值速度) 较正常人显著下降。

QTVI 客观定量的反映心肌运动的变化,可用以评价早期的心肌缺血。

QTVI 实现了对图像进行实时连续的采集和对同一切面多节段同时取样,克服了先前DTI 技术的不足,进一步提高了结果的准确性,提高DTI 技术在负荷超声心动图的应用潜力。

4. 在心脏电生理方面的应用
QTVI 基于高帧频的原始数据采集和能对左右室壁的多点同步采样,可建立一种类似胎儿心动图的梯形图来分析诊断胎儿心律失常[7 ] ;能够评价正常人房室间的电传导现象及时间;也是优于M 型超声心动图对预激综合征旁道定位的方法[8 ] 。

5. 评价心脏疾病的治疗效果
(1) 双心室起搏治疗心力衰竭: QTVI 可用来观察和评价伴有左束支传导阻滞的严重心力衰竭病人在接受双心室起搏治疗后,左室是否恢复收缩同步性[9 ] 。

(2) 冠心病的治疗: QTVI 能灵敏的观察严重心绞痛病人接受基因治疗后心肌功能的变化,从而客观的反映该治疗的效果[10 ] ;也能用来评价冠心病介入治疗及冠状动脉搭桥术的效果。

6. 先天性心脏病的应用
QTVI 测量的二尖瓣环、三尖瓣环的运动可用于评价多种先天性心脏病患者的左、右心室功能。

四、与QTVI 相关的DTI 新技术
1. 组织追踪成像
组织追踪成像( tissue t racking imaging , TTI) 是一种以DTI 为基础的定量超声心动图新技术,其原理为:用时间对速度进行积分计算,通过计算机编码技术,不同的纵向位移值用7 种不同的颜色来编码;同时可得出心肌运动的位移曲线,反映心肌的时间2距离变化。

因此, TTI 能够实时、直观评价收缩期左心室所有心肌组织向心尖方向的运动距离(位移) [11 ] 。

TTI 以速度为基础,所反映的是收缩期位移,因此主要反映收缩功能。

与QTVI 两者相互结合,能够更好的评价心脏功能。

2. 应变及应变率成像
应变率( strain rate ,SR) 及应变也是以DTI 为基础的定量超声心动图新技术。

SR 是指局部心肌组织运动速度的阶差,代表变形发生的速度;ε则是对应变率的时间积分,代表变形的程度,用公式表示分别为:
SR = (V1 - V2 ) / L
ε= (L - L0 ) / L0
SR 及ε避免了QTVI 受心脏的整体活动与牵拉活动的影响,可以区分主动运动和被动运动,更准确的反映局域心肌的功能,能有效评价左室收缩和舒张功能[12 ] 。

但噪声的干扰和角度的依赖性限制了SR 及ε的应
用。

当前,对SR及ε应用的研究正在深入。

目前,SR 及ε主要用于局域心肌功能的评价;而QTVI则能较成熟的用来评价局域心肌功能和整体心脏功能。

如
果两者相互结合应用,则能够更好的评价心脏功能。

五、影响因素
超声束与室壁运动夹角、增益、呼吸运动、心脏在胸腔的摆动以及取样时帧频的高低会影响QTVI 结果的准确性。

总之,随着研究的深入,计算机和超声软件技术的发展,QTVI 一定会拓宽和深化其在临床上的应用。