三维斑点追踪技术评价冠心病患者左心室心肌特性改变

李林 张平洋 冉红 马小五 董静 万林林

·论著·

三维斑点追踪技术评价冠心病患者左心室心肌特性改变

李林 张平洋 冉红 马小五 董静 万林林

目的 应用三维斑点追踪技术(three dimensional speckle tracking imaging，3D-STI)分析冠心病患者左心室整体应变特性，探讨该技术评价冠心病患者左心室心肌特性改变的临床价值。方法 选取经冠状动脉造影证实的冠心病患者40例(心肌梗死患者不纳入研究)作为研究对象，并随机选取年龄、性别相匹配的经冠状动脉造影证实的正常人32例做对照组。所有受试者行二维及三维超声心动图检查。采用二维双平面Simpson法测量受试者的左心室每搏量(SV)及左心室射血分数(LVEF)，应用三维斑点追踪技术测量2组的左心室整体长轴应变值(GLS)、圆周应变值(GCS)、径向应变值(GRS)、面积应变值(GAS)以及三维应变(3D-Strain)，对2组间参数进行比较，并对各参数与LVEF之间的相关性进行分析。结果 冠心病组患者与正常对照组[(46.23±7.37)ml VS(49.67±8.37)ml，P=0.096]、LVEF[(57.17±3.41)%VS(58.87±3.69)%，P=0.069]差异无统计学意义(P>0.05)。与正常对照组相比，冠心病患者GLS[(-14.95±2.61 )%VS(-18.37±3.09)%，P<0.01]及GRS[(39.42±4.95 )%VS(44.11±6.10)%，P=0.002]均明显减小(P<0.05)；GCS[(-15.53±3.63 )%VS(-17.21±3.60)%，P=0.076]略微减小，但差异无统计学意义(P>0.05)；GAS[(-26.43±3.01)%VS(-30.27±3.29)%，P<0.01]、3D-Strain[(42.92±3.86)%VS(45.90±3.52)%，P=0.003]均显著减小(P<0.05)。相关性分析表明GLS、GCS、GAS与LVEF之间呈负相关(r分别为-0.667、-0.651、-0.685,P<0.01)，GRS、3D-Strain与LVEF之间呈正相关(r分别为0.640、0.646,P<0.01)。结论 实时三维斑点追踪技术能够更加便捷、准确的反映冠心病患者的左心室心肌特性的变化。

三维斑点追踪；超声心动图；应变；冠心病；心肌特性

冠心病(coronary heart disease，CHD)在世界范围内发病率和病死率仍处于上升阶段，并有年轻化发展趋势，其并发症多，病死率高[1]。临床发现，部分冠心病患者缺乏或仅有轻微的胸痛及其他与心肌缺血相关的主观症状[2]，不易被患者感知，容易错过最佳治疗时机，导致严重后果。因此，准确评估冠心病患者早期心肌特性改变，尤其是对于常规超声上无目测室壁运动异常的冠心病患者而言，对其治疗及预后评估有重要的临床意义。三维斑点追踪技术(3D-STI)是在斑点追踪技术的基础上结合最新的实时三维技术发展起来的，能够在三维立体空间内准确客观地追踪心肌声学斑点的运动，可快速一次性提供左心室所有节段及整体的应变参数，包括应变峰值、达峰时间、旋转及扭转等，帮助临床对复杂的心肌运动进行客观评价。本研究旨在通过3D-STI分析冠心病组及正常对照组左心室整体应变参数的差异，探讨该技术评价冠心病患者左心室心肌特性改变的临床价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 冠心病组：初步纳入2014年1月至2015年5月于我院心内科住院的疑诊冠心病患者145例，均例行二维超声心动图并存贮三维动态全容积图像以供三维斑点追踪分析，并于超声检查后24 h内行冠状动脉造影检查，其中，105例患者因为如下排除标准被剔除：冠状动脉造影完全正常；急慢性心肌梗死；冠心病PCI术后；严重心律失常；心肌病；瓣膜病及其他严重肝肾功能不全等，110例在二维超声上未发现有节段性室壁运动异常的患者入选。最终入选40例，其中男23例，女17例；年龄41～73岁，平均年龄(55.6±7.7)岁；其中合并高血压19例。正常对照组：选取2014年1月至2015年5月因冠心病可疑在我院心内科住院、冠状动脉造影证实的正常人32例(冠状动脉无狭窄或狭窄程度<50%)，其中男19例，女13例；年龄40～73岁，平均年龄(56.6±8.1)岁；其中有高血压12例，均排除其他器质性心脏病及严重肝肾功能不全等，查体、心电图及超声心动图检查正常。本研究经医院伦理委员会批准，所有受检者均对本试验知情同意。

1.2 D-STI图像采集与分析

1.2.1 仪器采用TOSHIBA ARTIDA SSH-880CV彩色多普勒超声诊断仪。嘱受检者左侧卧位，平静呼吸，连接同步胸导联心电图。首先应用二维探头(PST-30SBT，2.5～5.0 MHz)进行常规经胸超声心动图检查，采用双平面Simpson法测量每搏输出量及左心室射血分数(LVEF)。再切换至三维探头(PST-25SX，1.0～3.0 MHz)，待心尖四腔心切面图像满意后进入Full-4D模式，图像自动转换成心尖四腔和两腔切面，调节扇面宽度及角度以获取满意的三维全容积图像并存储以供分析。

1.2.2 利用TOSHIBA ARTIDA 在线3DT图像分析软件进行分析。调出存储的全容积三维动态图像，调节轴线位置，使长轴轴线位于心腔正中，短轴轴线与长轴轴线垂直，并分别位于基底段、中间段、心尖段的中部。启动3DT分析软件，在心尖四腔和两腔观上，分别选取二尖瓣前、后叶根部两个点及心尖处心内膜1个点，软件自动描记出心内膜和心外膜边界，之后手动调节使之包绕整个左心室壁，软件自动计算出左心室壁所有节段以及整体的应变值，包括整体长轴应变(GLS)、整体环向应变(GCS)、整体径向应变(GRS)、整体面积应变(GAS)、3D应变(3D-Strian)。见图1。

图1 三维斑点追踪示意图

2 结果

2.1 2组一般资料及常规参数测量比较 冠心病组与正常对照组间年龄、高血压病史、心率(HR)、SV及LVEF差异均无统计学意义(P>0.05)。见表1。

表1 2组一般临床资料及常规参数测量比较 ±s

2.2 2组三维整体参数测值比较 与正常对照组相比，冠心病组GLS、GRS、GAS及3D-Strain均显著减小(P<0.05)；GCS略微减小，但差异无统计学意义(P>0.05)。见表2。

表2 2组三维整体参数测值比较 ±s

2.3D-STI左心室整体参数与LVEF相关性分析GLS、GCS、GAS与LVEF之间呈负相关(r分别为-0.667、-0.651、-0.685,P<0.01)，GRS、3D-Strain与LVEF之间呈正相关(r分别为0.640、0.646,P<0.01)，其中GAS与LVEF的相关性最好。见图2。

图2 GAS与LVEF的相关性分析

3 讨论

冠心病对左心室心肌的影响主要是心肌灌注异常以及随后出现的收缩功能障[3]。临床实际中，常规超声心动图对这影响的评价指标主要是节段性室壁运动异常的检测及左心室射血分数的计算[4]。节段性室壁异常的检测主要通过目测室壁运动的位移及室壁增厚率来对其定性或半定量判定，对操作者的经验依赖性强，此外既往研究证实左心室射血分数有时并不能检测早期心功能的损害，其左心室射血分数可在正常范围内[5,6]，而且在实际操作中受图像质量影响较大，且存在可重复性低等缺点。这都使得二维超声心动图在临床上评估冠心病方面的价值变得有限。

超声斑点追踪技术(STI)是在应变、应变率基础上发展起来的新技术，在心肌舒缩间追踪同一位置心肌的声学斑点的运动来获得心肌的三维运动信息。此外三维斑点追踪技术没有传统组织多普勒成像(TDI)的角度依赖的限制，同时也克服了2D-STI技术只局限于二维平面内的弊端，能够全面且真实的反映心脏的三维运动信息。Saito等[7]研究发现三维斑点追踪技术较二维斑点追踪技术在测量正常成年人心肌应变值时所需时间明显减少，且重复性好。王丁等[8]用3D-STI测量心肌梗死患者及正常对照组的左室心肌应变参数，发现3D-STI能够很好的评价心肌梗死患者的左室心肌特性及整体收缩功能。本研究主要针对常规超声心动图目测法未发现节段性室壁运动异常的冠心病患者。

在本研究中冠心病组和对照组的左心室每博量(SV)及左心室射血分数(LVEF)差异无统计学意义(P>0.05)，这是因为LVEF是从心脏容量变化的角度来评价心脏功能，它的计算基于左心室几何形态的假设，是心脏舒张末容积与收缩末容积的差值，能从一定角度反映心脏的泵功能，但不足以评估左心室心肌固有的特性。而三维斑点追踪分析结果却显示冠心病组GRS、GLS、GAS及3D-Strain较正常对照组均显著性减低，表明三维斑点追踪技术能在LVEF变化之前更加敏感地反映冠心病患者早期心肌特性的变化。

目前心肌应变的改变机制比较复杂且尚未明确，我们推测以上结果可能跟左心室心肌及冠状动脉的解剖特点、冠心病的病理改变等有关。左心室壁由三层交织层叠的心肌纤维构成：心外膜下心肌纤维在纵轴方向上呈左手螺旋状，中层心肌纤维呈环形排列，心内膜下心肌在纵轴方向上右手螺旋状，三层心肌协调运动以维持心脏的正常收缩与舒张[9]。独特的心肌排列结构构成了心脏的多元化运动，心内、外膜心肌收缩时决定了心肌长轴纵向运动及短轴径向运动，中层环形肌束收缩决定了心肌短轴圆周运动。生理基础状态下，三层心肌的血流灌注和收缩状态不同，心内膜下心肌的冠状动脉位于冠脉循环的远端，并且常常受到收缩期心肌挤压的影响，往往最早出现心肌缺血，并且缺血程度较其他层更重。当冠状动脉狭窄发生后，心肌供血供氧量减低，心肌细胞与收缩蛋白遭到破坏，心肌代谢异常，钙离子超负荷等因素综合起来导致心肌特性发生改变，致使心肌收缩能力下降，首先影响心内膜心肌支配的长轴纵向运动及短轴径向运动，只有当缺血程度进一步加深影响到中层心肌时，短轴圆周运动能力明显下降，因此在本研究中，尚未发生室壁运动异常的冠心病患者，其圆周应变值已经下降，但差异无统计学意义可能就与此相关。

本研究将三维斑点追踪的应变参数与左心室射血分数进行相关性分析，结果显示三维参数与LVEF间相关性不甚相同，其中GAS与LVEF的相关性最好，与汪彩英等[10，11]研究结果相一致，这是因为面积应变为心肌收缩时心肌面积缩小的百分率，为心脏舒缩间某一局部区域的立体变化，相当于心肌纵向应变及环向应变的矢量和，反映了心肌纵向运动和圆周运动，心肌缺血累及内膜下和中层均能被检测到，因此面积应变能更敏感更有效地评价室壁运动，检测心肌缺血。

综上所述，对于冠心病患者，特别是对于在常规超声上无目测室壁运动异常的冠心病患者而言，实时三维斑点追踪技术能够更加便捷、准确的反映出他们的左室心肌特性的变化，有助于临床对冠心病的早期发现和早期治疗。同时需要注意的是，3D-STI对图像清晰度及帧频要求高，肥胖、肋间隙狭窄及心律失常患者成像的准确性会受到一定的影响。

1LozanoR,NaghaviM,ForemanK,etal.Globalandregionalmortalityfrom235causesofdeathfor20agegroupsin1990and2010:asystematicanalysisfortheGlobalBurdenofDiseaseStudy2010.Lancet,2012,380:2095-2128.

2CohnPF.Silentmyocardialischemia:recentdevelopments.CurrAtherosclerRep,2005,7:155-163.

3HoffmannR,BorgesAC,KasprzakJD,etal.Analysisofmyocardialperfusionormyocardialfunctionfordetectionofregionalmyocardialabnormalities.Anechocardiographicmulticentercomparisonstudyusingmyocardialcontrastechocardiographyand2Dechocardiography.EurJEchocardiogr,2007,8:438-448.

4HoitBD.Strainandstrainrateechocardiographyandcoronaryarterydisease.CircCardiovascImaging,2011,4:179-190.

5StantonT,LeanoR,MarwickTH.Predictionofall-causemortalityfromgloballongitudinalspecklestrain:comparisonwithejectionfractionandwallmotionscoring.CircCardiovascImaging,2009,2:356-364.

6NahumJ,BensaidA,DussaultC,etal.Impactoflongitudinalmyocardialdeformationontheprognosisofchronicheartfailurepatients.CircCardiovascImaging,2010,3:249-256.

7SaitoK,OkuraH,WatanabeN,etal.Comprehensiveevaluationofleftventricularstrainusingspeckletrackingechocardiographyinnormaladults:comparisonofthree-dimensionalandtwo-dimensionalapproaches.JAmSocEchocardiogr,2009,22:1025-1030.

8 王丁，邓又斌，黄润青.超声三维斑点追踪成像评价心肌梗死患者左心室整体收缩功能的研究.中华超声影像学杂志,2012,21:921-925.

9SenguptaPP,KrishnamoorthyVK,KorinekJ,etal.Leftventricularformandfunctionrevisited:appliedtranslationalsciencetocardiovascularultrasoundimaging.JAmSocEchocardiogr,2007,20:539-551.

10 汪彩英，林来红，张苗，等.超声三维斑点追踪技术评价冠心病患者左心室整体收缩功能的研究.中国医药导报,2013,10:100-103.

11HayatD,KloecknerM,NahumJ,etal.Comparisonofreal-timethree-dimensionalspeckletrackingtomagneticresonanceimaginginpatientswithcoronaryheartdisease.AmJardiol,2012,109:180-186.

Clinical value of three dimensional speckle tracking imaging in evaluating the changes of myocardial characteristics of left ventricle in patients with coronary heart disease

LILin,ZHANGPingyang,RANHong,etal.
DepartmentofUltrasound,TheFirstHospitalofNanjingCity,Nanjing210006,China

Objective To analyze the global strain characteristics of left ventricle in patients with coronary heart disease (CHD) by means of three dimensional speckle tracking imaging (3D-STI), and to explore the clinical value of 3D-STI in evaluating the changes of myocardial characteristics of left ventricle.Methods Forty patients with CHD confirmed by coronary arteriography excluding the patients with myocardial infarction were enrolled as CHD group,at the same time, the other 32 healthy subjects with the same age and sex as those in CHD group were served as control group. All the subjects underwent 2D-echocardiography and three dimensional echocardiography (3DE).The stroke volume (SV) and left ventricular ejection fraction (LVEF) were detected by two dimensional biplane Simpson method,moreover, the longitudinal peak systolic strain (GLS),circumferential peak systolic strain (GCS),radial peak systolic strain (GRS),area peak systolic strain (GAS) and three dimensional peak systolic strain (3D-Strain) were measured by 3D-STI.The detection results were analyzed and compared between two groups,moreover, the correlation between these parameters and LVEF was analyzed.Results There were no significant differences in SV and LVEF between CHD group and control group,SV[(46.23±7.37)ml vs (49.67±8.37) ml,P>0.05],LVEF[(57.17±3.41) %vs(58.87±3.69) %,P>0.05].Ascomparedwiththoseincontrolgroup,theGLSandGRSinCHDgroupweresignificantlydecreased,GLS[(-14.95±2.61) %vs(-18.37±3.09) %,P<0.01]andGRS[(39.42±4.95) %vs(44.11±6.10) %,P<0.01].MoreoverGCSinCHDgroupwaslowerthanthatincontrolgroup,however,therewasnosignificantdifferencebetweenCHDgroupandcontrolgroup[(-15.53±3.63) %vs(-17.21±3.60) %,P>0.05].BesidesGASand3D-StraininCHDgroupweresignificantlydecreased,ascomparedwiththoseincontrolgroup,GAS[(42.9[(-26.43± 3.01)%vs(-30.27±3.29) %,P<0.01],3D-Strain[(42.92±3.86) %vs(45.90±3.52) %,P<0.01].ThecorrelationanalysisresultsshowedthatGLS,GCS,GASwasnegativelycorrelatedtoLVEF(r=-0.667, -0.651, -0.685,respectively,P<0.01),however,GRS,3D-StrainwaspositivelycorrelatedwithLVEF(r=0.640,0.646,respectively,P<0.01).Conclusion The three dimensional speckle tracking imaging can show the changes of myocardial characteristics of left ventricle in patients with CHD more conveniently and accurately.

three dimensional speckle tracking;ultrasonic cardiogram;coronary heart disease;myocardial characteristics

10.3969/j.issn.1002-7386.2017.09.004

项目来源：南京市卫生青年人才培养经费资助项目(编号：QRX11034)

210029 南京市，南京医科大学附属南京医院(南京市第一医院)

张平洋，210029 南京市，南京医科大学附属南京医院(南京市第一医院)；

E-mail:zhpy28@hotmail.com

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1002-7386(2017)09-1297-04

2016-11-13)