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超声二维斑点追踪成像技术评价左心室收缩功能的临床研究

巩晓红  
【摘要】: 超声心动图因具有无创、简便、快速、经济、可床旁操作、可反复随访等优点而成为临床应用最广的影像学心功能评价方法。左心室射血分数(left ventricular ejective fraction,LVEF)从左心室容积变化的角度评价心功能,是临床最常用指标。然而超声图像相对有限的空间分辨率及操作者经验等客观与主观因素均影响其测量的准确性与可重复性。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。基于组织多普勒技术的超声应变与应变率成像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,但由于多普勒固有的角度依赖的限制,主要用于检测与超声束平行的心肌长轴方向的纵向应变,在定量分析不同方向、不同层面的心肌应变时受到限制。超声二维斑点追踪成像(speckle tracking imaging, STI)是新的超声成像技术,可在二维灰阶动态图像中定量心肌的运动速度与应变,为临床评价心脏的整体与局部功能提供了一种全新的方法。研究证实,STI所测心肌应变值与超声微测仪及心脏磁共振(magnetic resonance imaging, MRI)所测结果高度一致,在心尖部同样能追踪位移信号,真实反映心尖部病变,为观察心肌运动、定量评价局部心肌功能提供更为准确的方法。动物实验证实,左心室心内膜层和心外膜层心肌应变及应变率存在跨壁阶差,对心内膜层和心外膜层不同室壁节段心肌应变的分析将有可能成为反映左心室局部心肌收缩和舒张功能的敏感指标。心肌应变的研究国内外已有很多报道,而对于心肌的分层应变研究,目前国内还仅限于动物实验,有关糖尿病、高血压患者的心肌分层应变的研究还未见相关报道。 本研究第一部分主要应用STI技术研究正常成人左心室心内膜层及心外膜层心肌应变的特点,进一步验证STI技术无创评价心肌应变的可行性。第二、三部分分别对血糖控制良好的单纯2型糖尿病患者以及不同左心室构型的原发性高血压患者的左心室心内膜层及心外膜层心肌应变特点进行分析,观察病理情况下心肌各层不同方向应变的变化规律,以期为临床提供一种简单实用的观察心肌运动、定量评价整体和局部心肌功能的超声手段。 第一部分超声二维斑点追踪成像技术评价正常人左心室收缩功能的研究 目的:应用STI技术观察正常人左心室心内膜层和心外膜层心肌应变的特点。 方法:选择健康志愿者75例,男46例,女29例,平均年龄(39.6±15.2)岁。所有受检者取左侧卧位,呼气末屏气,分别采集心尖左心室长轴观、心尖四腔观、心尖两腔观及二尖瓣、乳头肌和心尖水平左心室短轴二维灰阶动态图像各三个心动周期(帧频50~70帧/s),储存于光盘,将存储的二维图像导入Qlab6.0工作站进行脱机分析,系统自动将左心室壁等分为心内膜下感兴趣区和心外膜下感兴趣区,并将心尖位切面左心室后间隔、侧壁、前壁、下壁、后壁及前间隔等分为基底段、中间段及心尖段总计18节段,将二尖瓣、乳头肌、心尖水平左心室短轴等分为前间隔、前壁、侧壁、后壁、下壁及后间隔6段,总计18节段。对每一节段的心内膜层和心外膜层心肌进行斑点追踪分析,自动显示每一节段与心动周期对应的应变曲线和心动周期中各时间点的心肌应变值,从曲线图中导出数据表,可以得到心内、外膜层心肌收缩期纵向应变(longitudinal strain, LS)、径向应变(radial strain, RS)和圆周应变(circumferential strain, CS)峰值,获取连续3个心动周期峰值应变并取其均值作为各节段心肌收缩期峰值应变值,并计算长轴基底段、中间段、心尖段以及短轴二尖瓣、乳头肌及心尖水平各室壁心内膜层和心外膜层心肌平均收缩期峰值应变作为左心室各水平整体纵向、径向和圆周应变。 结果:(1)左心室长轴各节段LS曲线为双峰曲线,最大LS为负值。左心室长轴各节段心内膜层心肌收缩期LS峰值均显著高于心外膜层心肌(P0.05),从基底部到心尖部收缩期LS呈现逐步递增趋势,基底部最小,心尖部最大,但差异无统计学意义;同一水平不同节段收缩期LS峰值比较差异无统计学意义。(2)左心室短轴各节段RS曲线为正向峰值曲线,收缩期最大RS为正值。左心室短轴各节段心内膜层心肌RS峰值均高于心外膜层心肌(P0.05)。RS在左心室短轴不同水平差异有统计学意义,乳头肌水平RS值最大,同一水平不同节段收缩期RS峰值比较差异无统计学意义;(3)左心室短轴各节段CS曲线为负向峰值曲线,最大收缩期CS为负值。左心室短轴各节段心内膜层心肌CS峰值均高于心外膜层心肌(P0.05)。CS在各心肌节段之间存在差异,尤以前间隔和后壁节段心内膜层及心外膜层心肌间差异显著(P0.01),二尖瓣及乳头肌水平前间隔及下壁CS值较高,侧壁与后壁较低(P0.05),心尖水平前间隔收缩期CS峰值较高,但差异无统计学意义。 结论:STI可以无创评价左心室整体及局部心肌功能,对心内膜层和心外膜层不同室壁节段心肌应变的分析有望成为反映左心室局部心肌收缩功能的敏感指标。 第二部分超声二维斑点追踪成像技术评价2型糖尿病患者左心室收缩功能的研究 目的:应用STI技术评价2型糖尿病患者左心室心内膜层和心外膜层心肌应变的特点,探讨STI技术评价2型糖尿病患者左心室局部及整体收缩功能的应用价值。 方法:选择住院或门诊确诊的、血糖控制良好的单纯2型糖尿病患者(DM)38例,男21例,女17例,平均年龄(59.2±9.0)岁,与DM组年龄、性别相匹配的健康志愿者29例作为对照组,男18例,女11例,平均年龄(58.3±9.6)岁。用二维、M型超声和多普勒超声心动图获得一些常规左心室功能参数,包括左室内径、室壁厚度、左室射血分数(left ventricular ejective fraction, LVEF)、二尖瓣口舒张期多普勒血流速度E /A、二尖瓣环组织多普勒速度Em /Am等。每个测量数据均取三次测值的平均值。分别采集心尖左心室长轴观、心尖四腔观、心尖两腔观及二尖瓣、乳头肌和心尖水平左心室短轴二维灰阶动态图像各三个心动周期(帧频50~70帧/s),储存于光盘,应用Qlab6.0工作站进行脱机分析,分别获取心尖位切面和短轴切面各18节段心内膜层及心外膜层心肌的二维应变曲线,从中可以得到各室壁节段心内、外膜层心肌收缩期峰值LS、RS和CS值,计算长轴基底段、中间段、心尖段及短轴二尖瓣、乳头肌、心尖水平各室壁节段心内膜和心外膜层心肌收缩期峰值应变的平均值分别作为左心室长轴各节段及短轴各水平心内、外膜层心肌平均峰值应变,将左心室长轴各节段及短轴各水平心内、外膜层心肌的峰值应变平均值作为左心室心内、外膜层心肌的整体峰值LS、RS和CS值。 结果:(1)两组间左室壁厚度、左室内径、LVEF差异无统计学意义;DM患者组E /A及Em / Am小于对照组(P0.05)。(2) DM患者组左心室长轴各节段LS曲线和对照组相似,但各节段平均LS峰值及左心室整体LS峰值均显著低于对照组(心外膜层P0.05,心内膜层P0.01),各节段心内膜层心肌LS值高于心外膜层心肌,但差异无统计学意义。(3) DM患者组左心室短轴各节段RS曲线和对照组相似,但各水平短轴平均及整体收缩期RS峰值比对照组增高(P0.05),且心内膜层心肌RS值高于心外膜层心肌,但差异无统计学意义。(4) DM患者左心室短轴各节段在三个心动周期中的CS曲线和对照组相似,左心室各水平短轴平均及整体收缩期CS峰值比对照组增高,但差异无统计学意义。 结论:应用STI对糖尿病患者左心室心肌进行分层应变分析,能早期发现2型糖尿病患者左心室收缩功能异常,为糖尿病亚临床心肌病变的诊断提供了无创性新方法。 第三部分超声二维斑点追踪成像技术评价原发性高血压患者左心室收缩功能的研究 目的:探索采用STI技术所测的左心室心内膜层和心外膜层心肌的收缩期峰值应变评价原发性高血压左心室不同构型患者左心室收缩功能的价值。 方法:住院或门诊就诊的原发性高血压患者36例,男19例,女17例,平均年龄(58.7±8.3)岁,与高血压组年龄、性别相匹配的健康志愿者33例作为对照组,男20例,女13例,平均年龄(57.9±6.5)岁。左室心肌质量指数(LVMI)=LVM/体表面积,男性LVM I 134g/m2、女性LVMI 110 g/m2者为左心室肥厚,根据LVMI将所有患者分成高血压A组(非左心室肥厚组,NLVH)20例,高血压B组(左心室肥厚组,LVH)16例。常规超声心动图测量舒张期左心室内径(LVEDd)、室间隔和左心室后壁厚度(LVST、LVPWT)、LVEF、E /A、Em /Am。采集心尖左心室长轴观、心尖四腔观、心尖两腔观及二尖瓣、乳头肌和心尖水平左心室短轴二维灰阶动态图像各三个心动周期(帧频50~70帧/s),储存于光盘,应用Qlab6.0工作站进行脱机分析,分析结束后将数据导出,分别计算左心室长轴各段及短轴各水平心内膜层和心外膜层心肌的平均峰值应变及左心室整体峰值应变值。 结果:(1)高血压病A组与对照组比较,LVEDd、IVST、LVPWT、LVMI差异无统计学意义;高血压病B组的IVST、LVPWT、LVMI与A组和对照组比较均显著增高(P0.01);LVEF三组间差异无统计学意义(P0.05);A组及B组与对照组比较,E /A(分别为0.93±0.22、0.89±0.41及1.29±0.53)、Em/Am(分别为0.83±0.35、0.81±0.23及1.24±0.32)有显著性差异(P0.05)。(2)A组和B组左心室LS曲线和对照组相似,各节段心内膜层心肌LS峰值高于心外膜层心肌,但差异无统计学意义。与对照组相比,A组基底段、中段及心尖段平均LS峰值及左心室整体LS峰值减低,但差异没有统计学意义;B组各段平均LS峰值及左心室整体LS峰值显著低于对照组(心外膜层P0.05,心内膜层P0.01);(3)高血压患者左心室短轴各节段的RS曲线和对照组相似,A组左心室各水平短轴及左心室整体心内膜层心肌RS峰值高于心外膜层心肌(P0.05),且显著高于对照组(心外膜层P0.05,心内膜层P0.01);B组左心室各水平短轴及左心室整体心内膜层与心外膜层心肌RS峰值比较差异无统计学意义;与对照组比较,左心室二尖瓣水平短轴收缩期RS峰值高于对照组(P0.01),乳头肌及心尖水平短轴及左心室整体RS峰值与对照组相比差异无统计学意义;除二尖瓣水平外,A组心内膜层及心外膜层心肌RS峰值均高于B组(P0.05)。(4)高血压患者左心室短轴各节段的CS曲线和对照组相似,并且短轴各水平及左心室整体心内膜层心肌收缩期CS峰值均高于心外膜层心肌(A组P0.01,B组P0.05);三组间比较差异无统计学意义。 结论:高血压患者径向应变的增高代偿了纵向应变的减低, STI为评价高血压不同构型患者左心室整体和局部收缩功能从而早期发现心肌病变提供了无创性的新方法。


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