超声心动图技术评价心脏功能研究进展

陈晓雨 柳茵

超声心动图技术评价心脏功能研究进展

陈晓雨 柳茵

超声心动图;心脏功能;评价

超声心动图(Echocardiography)是最近 50年发展起来的一种新型的非侵入性诊断技术,它对人体相对无害,却能为心脏病患者提供准确的诊断信息,已被广泛用于临床,是临床评价左心室结构和功能的最主要的方法。从 20世纪 70年代首次在动物心脏进行超声三维重建以来,三维超声诊断技术(3DE)发展迅速,已经成为超声领域里的一项重大技术突破。与二维超声心动图(2DE)相比,三维超声心动图不仅能够随心动周期变化再现心脏的空间立体结构,还可以从任意角度进行观察和模拟手术,具有直观性、动态性、连续性和立体性,可采用无创的方法准确地观察心脏的解剖图谱和功能,在心脏疾病辅助诊断、治疗等方面将发挥重大的作用。

1 超声心动图分类

1.1 M型超声心动图M型超声心动图大多采用立方法测量左心室容积：假定正常心脏左心室类似椭圆体,两条短轴径相等,长轴径为短轴径的一倍,经超声心动图测定左心室短轴径,计算出左心室的容量。一般在检查时要求患者平卧或左侧卧,平静呼吸,在胸骨左缘涂导电糊,探头与胸壁垂直,如波型不清,略加转动,从上而下,由内而外逐肋间进,以获得满意图形。扫描时通过集中探查身体部位某一点,取样点上信息量大,能在曲线上显示出细微快速活动,对诊断具有重要意义。M型曲线能与心电图、心内压力曲线、心尖与脉搏搏动图以及Doppler等同步记录,故可进行切面图所不易进行的波形分析、血液动力学研究。由于 M型曲线连续记录时可显现多个心动周期变化,较切面图能更清晰、更方便地观察舒缩两期变化,观察心壁与瓣膜的活动规律、计测心腔的缩短分数与射血分数。进行声学造影时,M型曲线能显示造影剂反射光点所形成的流线,故能准确地显示造影起始时间、流线方向、血流速度等。所以M型超声心动图仍有其不可替代的作用。但是,立方法是把心脏假想成一个椭圆体,估测时左心室内径变化 1 cm,经过立方后误差会几何级数扩大,这就会导致测量数据准确性差、图像质量欠佳和重复性差。且 M型超声心动图只能提供心脏的一维图像,定点地反映心脏情况,因此仅仅是一种位置、时间曲线,不能观察心内结构的空间方位。

1.2 二维超声心动图应用 Simpson's法测量左心室容积,它能将心脏断成许多平面,提供二维空间图像,可形象、直观地了解心内结构的空间方位,图形与心脏解剖相似,很易辨认理解,尤其对解剖异常,如间隔缺损、动脉导管未闭,能直接显示。以左心室长轴、左心室二尖瓣短轴、四腔心、心底部大血管短轴、剑下右室流出道长轴及锁骨上主动脉短轴、右肺动脉短轴最常用。可与M型并用,互相对照,提供更多信息,并且不受固定几何体模型的限制。但二维超声心动图的测定和计算方法复杂,在有节段性室壁运动异常或室壁瘤的患者,测定数据的准确性差,故其应用受到一定限制。

1.3 组织多普勒 采用脉冲多普勒检测血流的方法,测定心肌做功指数(Tei指数),即等容收缩期间期与等容舒张期间期之和与心室射血间期的比值,作为综合评价心脏整体功能的多普勒指标。传统 Tei指数多应用血流脉冲多普勒技术来测量,在两个切面分别采集二尖瓣口和主动脉瓣口的参数进行计算,因而,其时间间隔的测量不在同一心动周期内,不仅测量烦琐,且受影响因素较多。若在心尖五腔图将取样容积置于左室流人道与流出道交界处,可同时获取二尖瓣血流频谱和主动脉血流频谱,但此种方法频谱的起止点不够清晰,可能导致测量误差。定量组织多普勒技术(TDI)测定 Tei指数为脉冲多普勒技术的拓展。通过显示每一个心动周期的收缩期 Sa波、舒张早期 Ea波、舒张晚期 Aa波、等容收缩波和等容舒张波等 5种波,以及它们相应的间期来计算Tei指数。TDI频谱图的一个心动周期内包含着测算 Tei指数的所有参数,起始点清晰且容易获取,故TDI技术较脉冲多普勒技术更简便也更准确。但由于这两种方法都是通过多普勒原理来反映室壁运动速度和方向,因而会受到室壁运动方向和声束夹角的影响,并且不能排除呼吸和心脏转位的影响。

1.4 三维超声心动图自 1974年世界上首例心脏三维超声重建成功以来,三维超声目前已发展到实时三维成像阶段[1],超声三维重建技术曾经将心脏的二维切面进行重组为立体结构,显示了常规二维超声所无法显示的部分信息[2]。三维超声心动图测量左心室容积按照左心室的实际形状,可以在左心室表面的心内膜采集多点进行计算,测定数据准确,重复性好。但三维重建心脏结构较耗时费力,而且在图像处理过程中容易丢失许多重要信息影响疾病的诊断,因此较难推广应用。近年来,实时三维成像理论使心脏超声诊断技术史上又增添了新的一页[3]。实时三维超声心动图能全面地反映冠心病心肌缺血时整体和局部心室容积、室壁运动及心室功能的动态变化情况,不仅能准确评价心脏的整体功能,还能准确评价心脏的局部功能,为冠心病心肌缺血的诊断与治疗提供了更完整可靠的定量信息,且无创、价格低廉、重复性好,具有重要的临床意义,值得在临床广泛应用。

2 临床应用

2.1 心脏结构或形态异常 对于心脏结构或形态异常,目前广泛用于评价心功能的方法是二维超声心动图(two-dimensional echocard-iography,2DE),二维超声心动图结合声学造影及多普勒血流成像术基本上可以提供心脏形态结构变化,观察复杂畸形中的部分血流方向、时相及性质改变等,是目前主要的诊断手段。但心脏是复杂的立体空腔器官,传统的 2DE难以显示完整的心脏解剖结构。在测量既定指标时存在依靠既定公式计算心室容积和 LVEF的缺点,尤其当心室形状不规则或呈球形增大时计算误差率较高。为此人们希望通过三维超声对心脏功能进行准确评价。在 20世纪 80～90年代,国内外许多研究机构应用多种三维超声技术包括静态三维超声心动图、四维超声心动图、经胸及经食管重建三维超声心动图等进行了临床研究。特别是近年来发展起来的实时三维超声心动图能真实准确的反映心脏结构与功能。这已被国内外多项研究所证明。在三维重建的基础上,Kardon等[4]发现 VSD的一些解剖特点,如所有膜部或膜周部缺损均为圆形或卵圆形,而肌部缺损则呈三角形或新月形。然而其他研究也证实一些小的或高位的室缺无法显示[5,6]。实时三维超声心动图计算出的球形指数是早期的、更精确的预示急性心肌梗死后左心室重构的指标,优于心电图及超声心动图的其他指标[7]。Marx等[8]认为3DE还能改善对解剖结构细节上的观察,如从三维重建图像上,能看到右心室粗大的肌小梁,并能清晰地与左心室侧细小的肌小梁和光滑的室间隔鉴别开来,还能看到正常连接关系的主动脉瓣与二尖瓣的纤维连接以及完全性大动脉转位患者肺动脉瓣与二尖瓣的纤维连续。研究表明实时三维超声心动图测量先天性心脏病患者的左心室质量有较高的准确性和重复性,适合危险分层及随访[9]。而 M型超声心动图测量的左心室质量因患者左心室形状改变导致精确性降低。二维超声和三维超声心动图实时结合可以指导心动过速手术治疗[10]。

2.2 左心室质量 左心室形态与左心室功能相关密切,心脏病患者左心室趋于球形。二维超声心动图用球形指数来描述左心室,但是三维超声心动图计算出的球形指数更符合实际情况。实时三维超声心动图计算出的球形指数是早期的、更精确的预示急性心肌梗死后左心室重构的指标,优于心电图及超声心动图的其他指标[8],即使在左心室肥厚和左心室形状不规则的患者,三维超声心动图也显示出了准确性和良好重复性[11]。在临床流行病学调查和临床药物实验工作中,超声心动图检查应用最多的指标是左心室质量的计算,特别是在高血压的治疗效果判断中,左心室质量是一个非常重要的指标。M型和二维超声心动图测量计算出的左心室质量的误差超出了药物治疗以后可以引起的左心室质量的变化,但是,实时三维超声心动图可以勾画心肌的心外膜和心内膜[12],通过计算机自动计算出心肌的体积,乘以心肌的密度,计算出心肌的质量,其与核磁共振计算出的左心室质量有良好的相关性和准确性,优于 M型和二维超声心动图测量左心室质量[13]。Poutanen等[14]用3DTTE估测 30名健康儿童和 169例年龄在 2～27岁健康人左心房容积的动态改变,并将结果与MRI所测进行对比。研究表明：3DE和 MRI在研究儿童左心房的心动周期生理容积改变时,都具有十分重要的意义。

2.3 左心室收缩、舒张功能 收缩末期容量(ESV)、舒张末期容量(EDV)、每搏量(SV)、左心室射血分数(LVEF)及心肌做功指数(Tei指数)等是评价左心室整体收缩功能和舒张功能的参数,对于心脏疾病的诊断、治疗及随访有着非常重要的作用。在目前的临床实践中,整体舒张功能的评价指标常应用M型或二维超声心动图的方法获得,但误差大。二维超声心动图低估左心室容量,而三维超声心动图测得的LVEF要比二维超声心动图准确[15]。亦可应用组织多普勒方法获得,此法易受到室壁运动方向、声束夹角等因素的影响,而影响各指标的测量。有关研究表明采用三维超声心动图测得EDV、ESV、LVEF,容量-时间曲线可以显示出整个心动周期中容量随时间的连续变化情况,分析左心室的收缩和舒张功能[16]。左心室容量和LVEF的准确测量对左心室收缩功能的判断尤其是心肌梗死(MI)后左心室重构、室壁瘤切除及预后的评估有重要的意义[17]。Schmidt等[18]对 4例正常人和 21例 MI患者在同一天内进行磁共振(MRI)和 3DE检查,结果显示：两种方法测量的左室容量明显相关。Poutanen等[19]用经胸壁三维超声心动图(3DTTE)来估测 30名健康儿童左室容积的动态改变,并将其结果与 MRI所测进行对比。结果认为：对于左心室舒张末期容量(LVEDV),左心室收缩末期容量(LVESV),3DE有与 MRI相同的价值,二者所测结果高度相关。应用实时三维超声心动图评价左心室收缩功能正常或不正常的患者的左心室收缩不同步情况时,我们可以看到,左心室收缩不同步,且左心室收缩功能有很大的差别。左心室整体收缩功能变化主要与左心室收缩不同步性相关。实时三维超声心动图不仅能评价左心室收缩同步性,还可以识别对左心室再同步化治疗反应欠佳者。应用实时三维超声心动图评价左心室收缩同步性及左心室功能临床容易操作,重复性好,变异性小。

综上所述,三维超声心动图已应用在临床,发挥了重大作用,三维重建技术也日趋成熟。当前,超声心动图的发展已到实时三维超声心动图时代,在不久的将来,实时三维超声心动图将随着计算机和超声技术的发展发挥出巨大的诊断潜能,将代表今后超声心动图的发展方向,成为研究和日常临床实践的重要工具[20]。

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R 656.9

A

1002-7386(2010)05-0609-03

100071 西宁市,青海大学医学院 2007级硕士研究生(陈晓雨);青海大学医学院附属医院心内科(柳茵)

柳茵,050071 青海大学医学院附属医院心内科;E-mail：liuyin2@yahoo.com.cn

2009-12-27)