二维斑点追踪技术定量分析左室心肌纵向分层应变的临床研究

陈庆常， 李天亮， 胡新玲， 张晓丽， 侯跃宏， 王仲朝， 李 保， 司雪菲， 韩 红

(1山西医科大学医学影像学系超声教研室，太原 030001；2山西省心血管病医院超声科； 3山西省心血管病医院放射科； 4山西省心血管病医院心内科； *通讯作者，E-mail: tlli2013@163.com)

二维斑点追踪技术定量分析左室心肌纵向分层应变的临床研究

陈庆常1， 李天亮2*， 胡新玲2， 张晓丽2， 侯跃宏3， 王仲朝4， 李 保4， 司雪菲2， 韩 红2

(1山西医科大学医学影像学系超声教研室，太原 030001；2山西省心血管病医院超声科；3山西省心血管病医院放射科；4山西省心血管病医院心内科；*通讯作者，E-mail: tlli2013@163.com)

目的 利用二维斑点追踪显像技术定量分析经冠状动脉造影证实无明显冠状动脉病变者左心室三层心肌分层应变；并探讨性别、年龄对参数的影响，为临床判断心肌受损提供新的参考。 方法 对82例入选患者，按照性别分为两组：男性组45例，女性组37例。按年龄大小分为三组：37-50岁16例，51-60岁45例，61-70岁21例。应用Echo PAC BT13工作站测量左室心内膜下、中层、心外膜下三层心肌纵向收缩期峰值应变。 结果 ①心外膜下心肌、中层心肌、心内膜下心肌整体纵向收缩期峰值应变绝对值均逐层增加(均P<0.001)；左心室三层心肌纵向收缩期峰值应变绝对值均自基底段、中间段、心尖段逐段增加(均P<0.001)；左心室基底段心外膜下心肌、中层心肌、心内膜下心肌纵向收缩期峰值应变绝对值均逐层增加(均P<0.05)；左心室中间段及心尖段心外膜下心肌、中层心肌、心内膜下心肌纵向收缩期峰值应变绝对值均逐层增加(均P<0.001)。②女性组三层心肌纵向收缩期峰值应变绝对值较男性组高(P<0.001)；按年龄分组比较，差异无统计学意义(P>0.05)。 结论 二维斑点追踪显像技术能够分析左心室各层心肌纵向应变，反映不同节段心肌收缩能力；女性左心室三层心肌纵向收缩期峰值应变绝对值均高于男性；年龄对左心室三层心肌纵向收缩期峰值应变无影响。

二维斑点追踪技术； 超声心动图描记术； 左心室功能; 心肌应变

斑点追踪成像技术是基于追踪和测量心肌组织的位移来实现的[1],其中二维斑点追踪显像(two-dimensional speckle tracking imaging,2D-STI)是基于二维高帧频灰阶图像的超声心动图新技术，因图像具有较高帧频而能够对不同心肌层内稳定的斑点进行准确追踪。人类正常左心室心肌由呈左手螺旋状排列的心外膜下肌纤维、环形包绕左心室的中层肌纤维和呈右手螺旋状排列的心内膜下肌纤维构成[2]，以往研究左心室心肌是将三层心肌作为一个整体进行分析，然而很多疾病对不同心肌层可造成不同程度的损害，以致不同心肌层的收缩、舒张等功能有不同改变，如冠心病患者在疾病进展的不同阶段各层心肌的缺血程度不一，心肌血流量在心内膜下与外膜下呈现不均匀分布，心内膜下层心肌血流量首先减少[3]。因此，将三层心肌分别研究可能对心肌功能损伤的评价、分期、治疗、判断预后等更具有意义。本研究旨在探讨经冠状动脉造影证实无明显冠状动脉病变者其左心室三层心肌应变的特点，以及性别、年龄对参数是否有影响，以期为诊断心肌功能受损提供新的参考。

1 资料与方法

1.1 临床资料

选取在山西省心血管病医院2015-11～2016-05临床拟诊断冠心病而行冠状动脉造影的患者，筛选出冠状动脉无明显病变者(狭窄率小于50%)82例，年龄37-69岁，平均(55.6±6.9)岁。按照性别分为两组：男性组45例，女性组37例；按年龄大小分为三组：37-50岁16例， 51-60岁45例，61-70岁21例。所有患者心电图、常规超声心动图检查无异常发现，排除高血压、糖尿病、心肌病、心律失常、瓣膜疾病及图像质量欠佳者。

1.2 仪器与方法

应用GE Vivid E9彩色超声诊断仪，M5s探头，频率1.7-3.3 MHz。患者连接体表同步心电图后取左侧卧位，嘱患者平静呼吸，待心律平稳后分别于心尖两腔心、心尖长轴及心尖四腔心切面采集储存3个连续心动周期的动态图像，利用脉冲多普勒于心尖五腔心切面获取主动脉瓣口多普勒血流频谱并储存；利用Echo PAC BT13工作站对图像进行脱机分析，首先依据主动脉瓣口多普勒血流频谱确定主动脉瓣开放及关闭时间点，然后分别调出各切面的三个心动周期动态图像，按照美国超声心动图学会推荐的左心室17节段划分法[4]，将左心室划分为17节段；即基底段及中间段均为六节段，分别为：前壁、前间隔、后间隔、下壁、后侧壁、前侧壁；心尖段为四节段：前壁、间隔、下壁及侧壁；另一节段为心尖帽。利用Echo PAC BT13工作站手动描绘出心内膜及心外膜边界，启用二维斑点追踪技术测量三层心肌纵向收缩期峰值应变，软件自动计算出左心室17节段的心内膜下心肌、中层心肌、心外膜下心肌纵向收缩期峰值应变；所有参数在不同心动周期测量三次，结果取其平均值。

1.3 统计分析

利用SPSS 21.0软件，各层、各节段心肌纵向收缩期峰值应变用均数±标准差表示，应用单因素方差分析对各层、各节段应变进行比较，两两比较采用LSD法，性别区组比较采用独立样本t检验，重复性比较采用Bland-Ahman分析法。以P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 82例患者左心室纵向收缩期峰值分层应变结果的比较

软件自动计算出17节段三层心肌的纵向收缩期峰值应变及三层心肌整体纵向收缩期峰值应变；基底段、中间段每层心肌的整体纵向收缩期峰值应变取对应水平6节段的平均值，心尖段每层心肌的整体纵向收缩期峰值应变取该水平4节段的平均值(见图1)。

左心室纵向收缩期峰值分层应变具有一定的规律性：①左心室三层心肌整体纵向收缩期峰值应变绝对值均从心外膜下心肌至心内膜下心肌呈递增改变，两两比较差异有统计学意义(P<0.001)；②左心室三层心肌纵向收缩期峰值应变绝对值均由基底段至心尖段呈递增改变，两两比较均差异有统计学意义(P<0.001)；③左心室中间段与心尖段三层心肌纵向收缩期峰值应变绝对值均由心外膜下心肌至心内膜下心肌呈递增改变，两两比较均差异均有统计学意义(P<0.001)；④基底段三层心肌纵向收缩期峰值应变绝对值由心外膜下心肌至心内膜下心肌呈递增改变，两两比较均差异有统计学意义(P<0.05,见表1)。

2.2 性别、年龄对左心室整体纵向收缩期峰值分层应变的影响

不同性别分组比较，差异有统计学意义(P<0.001,见表2)；不同年龄分组比较，差异均无统计学意义(P>0.05，见表3)。

2.3 重复性检验

同一观察者检测左心室三层心肌纵向收缩期峰值应变变异分别为2.9%，2.3%，4.1%；两名医师之间观察测量左心室三层心肌纵向收缩期峰值应变变异分别为4.1%，3.5%，4.4%。

图1 左心室17节段纵向收缩期峰值分层应变及三层心肌整体纵向收缩期峰值应变Figure 1 Longitudinal peak systolic layer-specific strain in 17 segments of the left ventricular and GLPS in three layers

节段部位心内膜下心肌中层心肌心外膜下心肌基底段-17．9±2．2-17．1±2．1∗-16．3±2．1∗#中间段-22．7±2．6-20．5±2．3∗∗-18．7±2．1∗∗##心尖段-36．0±4．1-27．4±3．3∗∗-21．4±2．9∗∗##GLPS-24．9±2．6-21．6±2．3∗∗-18．8±2．1∗∗##

GLPS：整体纵向收缩期峰值应变;三层心肌各水平段两两比较均P<0.001；与心内膜下心肌比较，*P<0.05，**P<0.001; 与中层心肌比较，#P<0.05,##P<0.001

分组心内膜下心肌中层心肌心外膜下心肌男性-23．8±2．5-20．6±2．2-17．8±2．0女性-26．1±2．5-22．7±1．8-19．8±1．7t-4．6-4．8-4．7P <0．001 <0．001 <0．001

3 讨论

年龄n心内膜下心肌中层心肌心外膜下心肌37-50岁16-24．4±3．1-21．1±2．8-18．4±2．651-60岁45-24．9±2．4-21．6±2．0-18．9±1．761-70岁21-25．0±2．7-21．6±2．5-18．8±2．5

不同年龄组比较均P>0.05

应变(strain)是指物体受到力后所发生的形变，是一个可以计算出来的具体数值。心肌应变即指在心动周期中心肌随着心脏的收缩和舒张运动而发生的形态改变。以前利用组织多普勒成像技术间接计算心肌应变，但是组织多普勒角度依赖严重，一般仅用于心脏长轴的测量，且该方法是通过设定阈值,因此图像噪声大，信噪比较低，重复性较差，因此临床应用受到了很大的限制。斑点追踪显像技术是直接追踪心肌组织中稳定的声学斑点，可以准确、快速、定量测定每个节段的应变[5-7]。

心肌分层应变技术是基于2D-STI技术发展而来的一种新技术，通过同时分别追踪心内膜下心肌、中层心肌及心外膜下心肌中的稳定声学斑点，计算获得不同心肌层的应变，可以定量反映追踪区域内心肌的形态改变[8]。

笔者应用心肌分层应变成像技术对82例临床疑诊冠心病并经冠状动脉造影证实冠状动脉无明显病变者进行了研究，结果表明左心室心肌纵向收缩期峰值分层应变具有规律性：①心外膜下心肌、中层心肌、心内膜下心肌纵向收缩期峰值应变绝对值逐层增加，差异均有统计学意义，这与国外学者动物实验相一致[7]。这种梯度的存在可能与心内膜下、中层、心外膜下心肌曲率半径不同导致局部张力不同有关[9]。②左心室三层心肌的纵向收缩期峰值应变绝对值均由基底段、中间段、心尖段逐水平段增加，且差异有统计学意义，这与早期利用2D-STI技术将左心室三层心肌作为一个整体研究所得结果一致[10,11]。③基底段、中间段与心尖段的心外膜下心肌、中层心肌、心内膜下心肌纵向收缩期峰值应变绝对值均逐层递增，且差异有统计学意义，该研究结论与史静等[12]研究结果一致。

众多研究显示，当冠状动脉狭窄程度超过50%时心肌收缩功能将受到损害，狭窄程度小于50%时心肌收缩功能不受影响[13-15]；本研究通过设置严格的入选及排除标准，只选取经过冠状动脉造影确定冠脉狭窄程度小于50%的患者进行研究，以期为检测心肌收缩功能是否受损提供参考依据。笔者通过对性别进行分组研究表明，女性组整体纵向收缩期峰值分层应变绝对值均较男性组高，且差异具有统计学意义，提示性别不同左室各层心肌的收缩能力不同。此外本研究显示年龄分组对左心室心肌纵向收缩期峰值应变的影响差异无统计学意义，与其他研究结果相一致[12]。

心肌分层应变技术是基于2D-STI技术发展而来的一种新技术，因此该技术同样有2D-STI所存在的局限性：①图像质量要求高，必须能够清晰辨认出心内膜及心外膜；②该技术目前仅能追踪二维图像，因此容易导致追踪斑点脱离追踪视野；③一般要求心律齐，对房颤、房扑及其他心律失常者不能分析；④短轴切面易受二尖瓣及乳头肌运动影响；⑤切面必须标准，切面不标准可有较大误差。但左心室纵向收缩期峰值分层应变受二尖瓣及乳头肌运动影响较小，能够准确追踪三层心肌运动，因此在临床研究心肌功能方面具有广阔的应用前景，值得进一步研究。

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Quantitative analysis of left ventricular myocardial longitudinal layer-specific strain by two dimensional speckle tracking technique

CHEN Qingchang1, LI Tianliang2*, HU Xinling2, ZHANG Xiaoli2, HOU Yuehong3,WANG Zhongchao4, LI Bao4, SI Xuefei2, HAN Hong2

(1DepartmentofUltrasoundandMedicalImaging,ShanxiMedicalUniversity,Taiyuan030001,China;2DepartmentofUltrasound,ShanxiCardiovascularHospital;3DepartmentofRadiology,ShanxiCardiovascularHospital；4DepartmentofCardiology,ShanxiCardiovascularHospital;*Correspondingauthor,E-mail:tlli2013@163.com)

ObjectiveTo explore the value of two-dimensional speckle tracking imaging technology in quantitative analysis of left ventricular myocardial longitudinal layer-specific strain.MethodsTotally 82 selected subjects were divided into two groups according to the gender: male group(n=45) and female group(n=37), and then divided into three groups according to the age:37-50 years old group(n=16), 51-60 years old group(n=45), and 61-70 years old group(n=21). All subjects were measured by Echo PAC BT13 workstation to analyze longitudinal peak systolic strain in epicardial, mid-myocardial and endocardial layer of the left ventricular.ResultsThe absolute value of global longitudinal peak systolic strain(GLPS) increased layer by layer in epicardial, mid-myocardial and endocardial layers(P<0.001). In each layer of the myocardial, the absolute value of longitudinal peak systolic strain gradually increased segment by segment in basal, papillary muscle and apical levels(P<0.001). In case of basal segment, the absolute values of longitudinal peak systolic strain increased layer by layer in epicardial, mid-myocardial and endocardial layers(P<0.05). In the papillary muscle and apical levels, the absolute values of longitudinal peak systolic strain increased layer by layer in epicardial, mid-myocardial and endocardial layer(P<0.001). Absolute values of GLPS of the three-layer myocardial in female group were higher than those in male group(P<0.001). No significant difference was found in GLPS between the different ages.ConclusionTwo-dimensional speckle tracking imaging technology can assess the left ventricular layer-specific strain. The strain value can reflect the systolic capacity of myocardial in different segments. The absolute values of global longitudinal peak systolic strains of the three-layer myocardial in female group are significantly higher than those in male group. The age has no effect on GLPS of the three-layer myocardial.

2D-STI; echocardiography; left ventricular function; myocardial strain

山西省重点研发计划项目(201603D321058)

陈庆常，男，1989-07生，在读硕士，住院医师，E-mail:836229721@qq.com

2016-11-16

R540.45

A

1007-6611(2017)02-0110-04

10.13753/j.issn.1007-6611.2017.02.004