超声心动图技术及参数评价左心功能的研究

宋 军，高东梅，冯海艳，刘庆鑫

（1.吉林大学中日联谊医院超声科，长春 130031；2.吉林大学中日联谊医院肾病科，长春 130031）

超声心动图技术及参数评价左心功能的研究

宋 军1，高东梅1，冯海艳1，刘庆鑫2*

（1.吉林大学中日联谊医院超声科，长春 130031；2.吉林大学中日联谊医院肾病科，长春 130031）

对M型、二维超声心动图、左心腔声学造影及四维超声心动图技术从成像原理、应用优点和局限性等方面进行对比分析，发现M型、二维超声心动图技术均是建立在心室腔几何学假设的基础上，对于疾病引起的左室形态重构测量结果准确率明显降低，左心腔声学造影需建立静脉通道，个别患者会出现过敏反应。而四维超声心动图可以得出真实的左室形状，能够更准确定量左室容量、评价左室整体及局部心功能。

超声心动图；左室功能；左室形状；左室容量

超声技术作为能够反映心脏结构和血流动力学的主要工具，已广泛应用于临床，为评价心功能并且对于不同心脏疾病的诊断、治疗方案的选择、疗效评价及预后估测提供了重要的信息。本文就超声技术及相关参数评价心功能的研究及进展作一简要综述。

1 评价左心室功能的相关超声技术

1.1 M型超声心动图 M型超声采用换能器以固定的位置和方向对人体扫描，心脏各层次结构呈现为一条动态的活动曲线。在诊断过程中通过测量室壁运动的幅度，心室壁的厚度来反应心肌的运动状态[1]。其有较好的空间及时间分辨率，能区分心脏各结构节律性运动时的细微差别。其局限性：1）取样线需要与室壁心内膜保持垂直；2）取样起于图像顶端,仅能在90°内观测与超声束发射方向相互垂直的心脏结构的运动曲线；3）Teichholz等[2]提出的校正公式的原理是对心脏进行几何假设,当左心室发生重构以及心尖上翘时，往往造成取样线不能与室壁相垂直，从而不能得到标准切面，此时若用固定公式来计算左室腔容积，会产生较大误差[3]。

1.2 二维超声心动图法（2DE） 2DE是一种无创性检查，操作简单、可重复强，其原理是人体反射回来的信号以光点的形式组成切面图像。目前临床上常用Simpson，s法，它测量的原理是对心脏进行几何假设，显示心脏各切面结构及其动态变化,可直观、准确的显示各结构与病变区域的毗邻关系，为临床诊断提供更丰富的诊断依据。其局限性：2DE测量准确性受主观因素影响较大，也是建立在心室腔几何学假设的基础上，心室重构的患者左室具有不同的形状，评估心功能会存在较大误差。

1.3 左心腔声学造影（LVO） 临床上经常遇到肺气肿、肥胖、胸壁畸形的患者，因为透声差而心内膜边缘无法清晰显示，常规检查方法大大降低了临床诊断的准确性[4]。LVO是通过静脉注射造影剂，清晰勾画出心内膜边缘，从而准确评价室壁运动、室壁增厚率和左室射血分数。2014 年美国超声心动图学会指南指出， LVO技术左室心内膜缘显示效果与核磁共振成像相接近[5]。吴晓霞等[6]对81例心内膜显示不清患者行LVO，造影前对左心室内膜显示情况评分为5.27±1.74分，造影后为11.44±0.88分，心内膜显影率大大提高。其不足是造影剂用量会影响心内膜显影效果，需要调节机器以获得最佳图像。临床上使用的微气泡造影剂，安全性和患者耐性比较好，但是由于个体差异性，会有过敏反应发生。

1.4 四维超声心动图 最新推出的四维超声技术它不依赖几何模型假设，可以得出真实的左室形状，能够更准确定量左室容量、评价心功能，尤其适用于心肌梗死等心脏形状不规则患者[7]。该技术操作简单,成像速度快,能够实时显示心脏立体形态及其动态变化。对心肌梗死后左室重构、室壁瘤切除及预后的评估有重要的作用。Kesavan等[8]通过体外模型得出四维超声心动图可以准确测量各种不对称心室腔容积，所测左室SV与体外模型最大压缩排出量具有很高相关性（r=0.99）。Buck等[9]测量了23例左室室壁瘤患者左室容积，结果发现四维超声测量结果与MRI相关性很好(r=0.97)。另外，四维超声心动图更适于心尖部等近场观察，大大减小了误差。

2 评价心肌局部室壁运动功能的参数与指标

2.1 应变及应变率参数 应变是指物体的相对形变，是心肌形变的重要参数。应变值可以用于描述每一节段的功能，也可以计算出所有节段应变的平均值，反应心肌总体应变。临床研究发现，节段性应变和总体应变可以反映与血管分布一致的区域性应变。应变率是单位时间内的应变。心脏在节律性运动中具有应变能力，心肌组织随时间发生形变。心肌应变及应变率具有较高的时相分辨率，在反映心肌局部运动方面较少受到心脏自身运动变化及邻近组织牵拉的影响，从而更好地评价局部缺血心肌心功能的变化。朱文晖等[10]对模拟心力衰竭的试验大鼠左室收缩功能研究结果表明，超声应变及应变率成像可定量测量局部心肌功能，重复性好。Kukulski等[11]研究发现，冠心病患者缺血或梗死心肌节段的峰值收缩应变及应变率明显降低，时间延长。

2.2 二维斑点追踪技术（2D-STI） 2D-STI在感兴趣区域逐帧斑点追踪从而获得速度、应变和应变率等参数，了解局部心肌的形变。它不受入射角度的影响，可以对感兴趣心肌任何方向进行定量测量。同MRI相比，2D-STE通过测量径向和环向应变诊断节段性心室功能异常的敏感性和特异性都很高，可以准确鉴别正常运动、运动减低或无运动的节段[12]。Reidar Winter等[13]对PCI术后8名患者相应心肌梗死节段进行研究发现，心肌缺血部位心肌应变及旋转角度明显减小。其局限性：1）左室心肌在收缩期发生纵向、圆周、径向上的缩短或延长以及发生旋转，2D-STE只能在固定平面追踪，而旋转会导致部分声学斑点移出追踪平面以外，导致测量结果不准确；2）应用较高的帧频来避免心动过速造成的取样不足，会因此降低图像质量和空间分辨率。3）取样不当造成心室腔缩短会影响心肌运动测量的准确性。

2.3 三维斑点追踪技术(3D-STE) 3D-STE克服了角度依赖性及 “ 跨平面失追踪” 局限性，不受心肌运动方向限制，能够在三维容积内客观、准确地追踪心肌的运动轨迹，准确评估心肌在三维空间内的复杂形变，更好的评价心脏解剖结构和心脏功能。3D-STE可以得到左室17节段纵向、径向及圆周应变，对左室局部心肌功能进行量化分析。研究[14]发现，用磁共振和3D-STE分别对正常志愿者及不同心功能不全患者进行节段划分，结果显示3D-STE测得所有心功能不全患者相应心肌节段的应变值小于正常对照组的应变值。证实3D-STE可以敏感的检测缺血心肌或梗死心肌。其局限性是帧频较低，可能会限制对快速事件的分析。对图像质量具有高度依赖性，若心内膜和心外膜的界定不清晰，会导致追踪效果不满意。

2.4 四维应变技术 实现了真正意义上的四维心肌定量，提供了更真实的心肌运动全方位分析，根据现有的临床报道认为，四维应变有可能成为评估心肌功能，及早发现许多亚临床心肌受累疾病以及量化心肌缺血性心脏病和受损区域的有价值方法[15]。四维应变随着时间的推移，在三个层面执行追踪，便于操作者观察感兴趣区放置合适与否并且更易评价追踪质量，操作简单，耗时短，在取得三维影像后，启用自动左心室定量软件，可以自动跟踪心内膜和心外膜，最终得到舒张末和收缩末容积、射血分数、左室重量以及左室纵向、径向、面积及整体应变等参数。

3 结语

综上所述，在研究局部心肌运动方面，各种方法都有其优越性和限制条件。新技术四维应变在测量左室容量和射血分数方面与“金标准”MRI具有高度相关性，同时可以对左室17个节段进行量化分析，能够敏感的检测出心肌缺血引起的心肌功能的改变，并且耗时短，可重复性强，将为临床提供更加快速和可靠的参考指标。

[1]胡扬,郭薇. M型超声心动图的临床应用[J].心血管病学进展, 2008, 29(5):716-719.

[2]TEICHHOLZ L E,KREULEN T,HERMAN MV,GORLIN R.Problems in echoc-ardiographic volume determinations: echocardiographic-angiographic correlations in the presence of absence of asynergy[J].The AmericanJournal of Cardiology,1976,37(1):7-11.

[3]冯春光, 贾三庆, 藤一星, 等. 三维超声评价急性心肌梗死再灌注后左室重构[J]. 中国临床医学, 2009, 16(5):778-781.

[4]MURARU D,BADANO L P,PELUSO D,et al.Comprehensive analysis of left ventricular geometry and function by threedimensional echocardiography in healthy adults [J].J AmSoc Echocardiogr,2013,26(6):618-628.

[5]HOFFMANN RAINER,BARLETTA GIUSEPPE,VON BARDELEBEN STEPHAN,et al.Analysis of Left Ventricular Volumes and Function: A Multicenter Comparison of Cardiac Magnetic Resonance Imaging,Cine Ventricul-ography,and Unenhanced and Contrast-Enhanced Two-Dimensional and Three-Dimensional Echocardiography[J].Journal of the AmericanSociety of Echocardiography,2014,27(3):292-301.

[6]吴晓霞,智光,牛海燕,等.左室声学造影有效性和安全性研究［J].临床超声医学杂志, 2006(5)278-282.

[7]姚桂华,张运,王燕,等.实时三维超声心动图测量左心室容量与射血分数的实验研究[J].中华超声影像学杂志, 2004, 13(8):609- 611.

[8]KESAVAN PRAKASH,XIAOKUI LI,AARTI HEJMADI,et al. Determination of asymmetric cavity volumes using real-time three-dimensionalechocardiography:an in vitro balloon model study[J]. Echocardiogra-phy,2004,21(3):257.

[9]BUCK T,HUNOLD P,WENTZ KU,et al.Tomographic three-dimensionalechocardiographic determination of chamber size and systolic functi-on in patients with left ventricular aneurysm:comparison to magneticresonance imaging, cineventriculography, and two-dimensional Echocardiography[J].Circulation,1997,96(12):4286-4297.

[10]朱文晖,唐水娟,段星星.应变及应变率成像评价心肌梗死后心力衰竭大鼠左室收缩功能[J].中南大学学报（医学版）, 2010(6):590-597.

[11]KUKULSKI T,JAMAL F,HERBOTS L,et al.Identification of acutely is chemic myocardium usingultrasonic strain measurements:aclinical study in patients endergoing coronary angionplasty [J].J Am Coll Cardiol, 2003,41(5):810.

[12]BECKER M,HOFFMANN R,KÜHL H P,et al.Analysis of myocardial deformation based on ultrasonic pixel tracking to determine transm-urality in chronic myocardial infarction[J].European Heart Journal,2006,27(21):2560-2566.

[13]REIDAR WINTER,RISTO JUSSILA,JACEK NOWAK AND LARS-AKE BRODIN.Speckle Tracking Echocardiography is a Sensitive Tool for the Detection of Myocardial Ischemia:A Pilot Study from the Cathe-terization Laboratory During Percutaneous Coronary Intervention[J].Journal of the American Society of Echocardiography, 2007,20(8):974-981.

[14]ABATE E,HOOGSLAG G E.Value of three-dimensional speckle-tracking longitudinal strain for predicting improvement of left ventricular function after acute myocardial infarction[J].Am JCardiol,2012,110(7):961-967.

[15]BADANO L P, JAMES S K, ATAR D, et al. ESC Guidelines for the management of acute myocardial infarction in patients presenting with ST-segment elevation The Task Force on the management of ST-segment elevation acute myocardial infarction of the European Society of Cardiology (ESC) [J]. European heart journal,2012,33(20):2569-2619.

Advances in left ventricular function evaluation of echocardiographic technique and parameters

SONG Jun1, GAO Dongmei1, FENG Haiyan1, LIU Qingxin2*
(1. Department of Ultrasound, China Japan Union Hospital of Jilin University, Changchun 130031, China; 2. Department of Nephropathy, China Japan Union Hospital of Jilin University, Changchun 130031, China)

The paper made a comparative analysis of M-mode, two-dimensional echocardiography, left ventricular contrast and four dimensional ultrasound echocardiography from the imaging principle, advantages and limitations of the application. The techniques of the M-mode and two-dimensional echocardiogram are based on the hypothesis of the ventricular cavity geometry, thus has a low accuracy rate on the measurements of the left ventricular morphology modeling secondary to the disease developments. The technique of the LVO has limitations such as the need to establish venous channels, and the occasional severe allergic reactions by some hypersensitive individuals. The technique of the four-dimensional echocardiography has the ability of more accurately delineating the left ventricular contour, quantifying the left ventricular volume, and evaluating the systemic and regional left ventricular function.

echocardiogram; left ventricular function

R540.4

A

2095-6258(2017)04-0650-03

��辑：张 忠

2017-02-21）

10.13463/j.cnki.cczyy.2017.04.046

吉林省科技发展计划资助项目（20150204089SF）。

宋 军（1968 -），女，医学博士，主任医师，副教授，主要从事心血管疾病的超声诊断研究。

*通信作者：刘庆鑫，男，医学博士，主任医师，副教授，电子信箱- liuqingxin2477@sina.com.cn