超声二维斑点示踪技术原理及诊断儿童先天性心脏病的应用价值研究

陈玉龙，肖 乾2，张 琛，赵静涵

先天性心脏病是一种因胚胎发育不良所致的心脏或胸腔大血管结构异常疾病，虽然随着胎诊断技术的进步，先天性心脏病可在胚胎发育阶段就可诊断出来，但仍有近5%的儿童在学龄期阶段发病[1]。及早对儿童心室功能结构异常进行诊断，有助于临床处理措施的应用，保障先天性心脏病儿童生命安全和生活质量。超声检查是先天性心脏病临床诊断的常用手段，但易受儿童心脏或胸腔异常解剖结构、胸腔骨骼的影响，加之人体心脏结构复杂，因此仍存在较高的漏诊率，虽然临床确诊可以结合心导管检查和心血管造影检查，但会对儿童机体造成损伤。同时亦有研究证实，心室功能结构改变是先天性心脏病儿童最常见的临床表现，因此，早期准确评估患儿心室形态与功能在先天性心脏病儿童早期诊断中具有至关重要的作用[2]。但由于心室几何形态不规则，常规超声难以准确反映心室真实病变，因此其诊断准确率较低。二维斑点追踪成像技术是近年开展起来的超声新技术，其应用超声分析仪内配备斑点追踪技术分析系统对左心室前壁、后壁、下壁、室间隔等各个部位进行准确定位，从而形成相应的参数，能准确、客观地评价右心室形态与功能[3]，因此，在先天性心脏病儿童早期诊断中可能具备一定的诊断价值。本研究在分析超声二维斑点示踪技术原理基础上，探讨二维斑点追踪技术在先天性心脏病儿童早期诊断中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选取2016年1月—2017年5月徐州市儿童医院收治的120例先天性心脏病儿童为病例组，病例纳入及排除标准：①符合中华医学会心血管病学分会制订的先天性心脏病诊断标准[4]，即具有先天性心脏病临床表现及体征，具有明确的心外科彩色超声的明确诊断结果；②排除综合型先天性心脏病如18-三体综合征、Alagille综合征等；③可获取儿童三维超声、二维超声检查临床资料；④儿童家属同意参与研究，并签订研究知情同意书。另以同期100名健康体检儿童作为对照组。病例组：男64例，女56例，年龄4～14(8.74±1.61)岁；对照组：男51名，女49名，年龄3～14(8.63±1.67)岁。两组儿童一般资料比较差异无统计学意义(P>0.05)。

1.2 观察指标及测定方法

1.2.1 一般临床资料 检测并收集两组儿童的年龄、性别、体质指数、血压、空腹血糖(FBG)、三酰甘油(TG)、总胆固醇(TC)、高密度脂蛋白胆固醇(HDL-C)、低密度脂蛋白胆固醇(LDL-C)等。

1.2.2 常规超声心动图检测及室壁运动功能评价 采用超声诊断仪(生产商：Philips公司，探头X5-1，频率：1～5 MHz)对两组儿童进行常规超声心动图检查。记录两组儿童左房内径(LAD)、左室后壁厚度(LVPWd)、室间隔舒张末厚度(IVSd)、二尖瓣口舒张早期最大血流速率(E)、左室舒张末期内径(LVEDD)、左室收缩末期内径(LVESD)、心房收缩期最大血流速率(A)、二尖瓣室间隔基底内侧瓣环舒张早期峰值速度(Ve)、舒张期晚峰值速度(Va)、左室射血分数(LVEF)等参数。

1.2.3 二维斑点应变参数 采用超声诊断仪(生产商：Philips公司，探头X5-1，频率：1～5 MHz)内配备斑点追踪技术分析系统，采集并保存两组儿童左心室的3个心动周期图，采用Philips公司提供的专用的Qlab 8.1定量分析软件计算左心室部位的纵向、周向、径向应变参数。

1.2.4 ROC曲线绘制及评价[5]以SPSS20.0绘制各左心室部位的纵向、周向、径向应变参数诊断ROC曲线。以ROC曲线最接近左上角的点作为最优临界点，并以最优临界点的纵坐标为检测灵敏度，横坐标为检测特异性，线下面积表示准确度。

2 结 果

2.1 两组儿童基本资料比较(见表1) 两组儿童男性比例、年龄、体质指数、空腹血糖等指标比较，差异无统计学意义(P>0.05)。两组儿童TG、HDL-C、LDL-C、TC、糖化血红蛋白比较，差异有统计学意义(P<0.05)，两组儿童收缩压和舒张压比较差异有统计学意义(P<0.01)。提示先天性心脏病儿童的心功能及相关代谢功能均存在异常。

表1 两组儿童基本资料比较

注：1 mmHg=0.133 kPa

2.2 两组儿童常规超声参数比较(见表2) 两组儿童的左房内径、左室后壁厚度、室间隔舒张末厚度、二尖瓣口舒张早期最大血流速率、左室舒张末期内径、左室收缩末期内径、心房收缩期最大血流速率、二尖瓣室间隔基底内侧瓣环舒张早期峰值速度、舒张期晚峰值速度、左室射血分数比较，差异无统计学意义(P>0.05)。提示常规超声参数难以准确诊断先天性心脏病心室改变。

表2 两组儿童常规超声参数比较(±s)

2.3 两组儿童常规二维斑点应变参数比较 病例组儿童左室前壁、后壁、下壁、室间隔的纵向、径向、周向应变参数的绝对值低于对照组，差异有统计学意义(P<0.05)。详见表3。

表3 两组儿童二维斑点参数比较表(±s)

2.4 左室二维斑点纵向、周向、径向应变参数ROC曲线分析 以病例组儿童左室前壁、后壁、下壁和室间隔的纵向、周向、径向二维斑点应变参数为数据，建立ROC曲线，比较各参数识别先天性儿童心室病变的相对能力，结果显示：前壁、后壁、下壁和室间隔的纵向应变参数ROC曲线下面积均大于周向、径向应变参数ROC曲线下面积。详见图1～图4。

图1 前室壁纵向、周向、径向应变参数ROC曲线图

图2 后室壁纵向、周向、径向应变参数ROC曲线图

图3 下室壁纵向、周向、径向应变参数ROC曲线图

图4室间隔纵向、周向、径向应变参数ROC曲线图

3 讨 论

人体心脏的心肌形态复杂，主要由外层的斜行肌、中层的环行肌和内层的纵行肌3个走向不同的肌肉组成，因此，人体心脏收缩与舒张，其运动必然保持着纵向、圆周和围绕心轴的3种复合运动[6]。研究证实，心肌纵向运动可使心脏在长轴方向伸长或缩短，圆周运动可使心脏增厚或变薄，纵向心肌运动可使心脏舒张或收缩，从而维持心脏的正常功能[7]。心脏的复杂运动方式给先天性心脏病儿童心脏形态及心脏功能的实时评估带来难度，常规超声检查很难准确检测，由此基于心脏超声技术的二维斑点追踪技术被广泛应用于先天性心脏病儿童心脏形态及心脏功能的评价。其技术原理为：通过重建心肌组织的实时运动参数和变形参数，从而定性和定量地描述心脏心肌应变功能及心肌形变。由于二维斑点追踪技术的定量测算参数是建立在二维超声灰阶图像的基础上的，因此并未有检测角度依赖性，且不受心脏周围心肌牵拉等心脏整体运动的干扰[8-9]。二维斑点追踪技术可以通过测量心室前壁、后壁、下壁、室间隔等不同部位的运动应变，来评价分析心肌厚度、心肌纤维在心室长轴方向的伸缩能力，是全面评价先天性心脏病儿童心脏形态及心脏功能的重要方法[10]。

本研究结果显示，两组儿童TG、HDL-C、LDL-C、TC、糖化血红蛋白比较，差异有统计学意义(P<0.05)，两组儿童收缩压和舒张压比较差异有统计学意义(P<0.01)。提示心血管疾病儿童的心功能及相关代谢功能均存在异常。但是先天性心脏病儿童和健康儿童的常规超声参数指标(左房内径、左室后壁厚度、室间隔舒张末厚度、二尖瓣口舒张早期最大血流速率、心房收缩期最大血流速率、左室舒张末期内径、左室收缩末期内径、左室射血分数、心房收缩期最大血流速率、二尖瓣室间隔基底内侧瓣环舒张早期峰值速度、舒张期晚峰值速度等)比较，差异无统计学意义(P>0.05)，与既往研究结果一致[11-12]。提示先天性心脏病儿童存在局部心脏功能改变，血压指标及代谢指标异常，但是常规超声心动图很难准确检测出，常规超声检查诊断小儿先天性心脏病存在一定的难度。

研究证实先天性心脏病儿童心室功能即使出现微小病变，也可运用二维斑点追踪技术准确检测出[13]。本研究证实，先天性心脏病儿童的左室前壁、后壁、下壁、室间隔的纵向、径向、周向应变参数的绝对值低于健康儿童，差异有统计学意义(P<0.05)，提示二维斑点参数能有效反映先天性心脏病儿童心室功能的改变。其原因在于：先天性心脏病儿童心室局部心肌变形能力减低或室壁形变减弱，常规超声检测技术难以对这种微小变化进行检测，而由于二维斑点追踪技术的定量测量应变参数不受心脏周围心肌牵拉等心脏整体运动的干扰，因此可客观反映先天性心脏病儿童心室功能改变情况[14-15]。另外本研究还针对性研究了二维斑点纵向、径向、周向应变参数分ROC曲线的诊断准确性，结果证实前壁、后壁、下壁和室间隔的纵向应变参数ROC曲线下面积均大于周向、径向应变参数ROC曲线下面积，表明纵向峰值应变参数是先天性心脏病儿童心室病变的最佳二维斑点诊断指标。Kokubu等[16]研究阐述了纵向应变参数在诊断病人LVEF改变、室壁运动功能改变中的机制，其认为由于左心室心肌收缩运动病变是心血管病儿童早期常见临床表现，因此在生理状态下，当心血管病儿童心肌发生病变时，冠状动脉血液供应减少时，必然引起由心内膜主要参与的纵向应变的显著改变，从而导致心血管病。

总之，二维斑点追踪成像技术不受心脏周围心肌牵拉等心脏整体运动的干扰，可准确、客观地评价心室形态与功能，应用该技术可早期发现先天性心脏病儿童心室功能异常，在小儿先天性心脏病早期诊断中具有较高的应用价值。