超声成像新技术在高血压心脏病中的研究进展

李会英，贾坤，赵浩天综述 薛红元审校

心血管疾病是全球范围内死亡和致残的重要原因，高血压是心血管疾病发病及死亡的主要危险因素[1]，发病率在我国乃至全球呈不断上升趋势。高血压可影响心脏的结构和功能，甚至增加猝死风险[2]。目前我国高血压知晓率和控制率仍处于较低水平。超声心动图评价心脏结构和功能在国内外均已被广泛应用。常规超声可测量心腔大小、室壁厚度，评估左室舒张及收缩功能。近年来出现的超声成像新技术逐渐应用于临床，Tei指数为心肌做功指标，可反映心脏整体功能；超声背向散射技术能有效评价心肌异常；组织多普勒超声成像可较好评价左心室舒张功能变化；实时三维超声成像可准确定量评价房室功能和容积；斑点追踪成像可定量评价心肌旋转和扭转等特征。本文对超声成像新技术在高血压心脏病中的应用研究进展进行综述。

1 常规超声成像在高血压心脏病中的应用

常规超声是评价心脏结构和功能的基础，已成为评估心脏最常用的检查手段。M 型超声、二维超声及多普勒超声通过多切面的扫查，可以从不同角度观测心脏的形态和结构。M型超声和二维超声通过测量心房心室的径线、室壁的厚度等，可以评估血压升高患者是否发生房室腔的扩大、室壁的肥厚等心脏构型改变；计算左心室射血分数、短轴缩短率等可反映左心室的收缩功能。频谱和脉冲多普勒超声通过测量血流频谱各参数可评判左心室的舒张功能。有学者证实， 超声心动图通过测算左心房内径(LAD)、二尖瓣充盈早期的E峰 /充盈晚期的A峰(E/A)、左心室射血分数(LVEF)、左心房内径/主动脉根内径可以较好地诊断高血压患者是否发生左心室肥厚、左心房增大、主动脉扩张、主动脉弹性减退等情况，并且检出率均高于心电图[3]。马逸宜等[4]研究显示，除了与上述学者相似的结果，还进一步认为对高血压分期后，左心室舒张末期容积(LVEDV)和LAD随着血压的升高而升高，E/A、LVEF则有所降低。Gaudron等[5]认为室间隔增厚是早期高血压心脏病的超声心动图标志，对于超声心动图无意发现的所有室间隔增厚的患者，都应进行综合的血压评估，包括静息血压和动态血压监测。

常规超声心动图测得的各指标在临床评估高血压心脏病方面已得到较为广泛的应用。M 型超声、二维超声与多普勒超声仍是评估高血压心脏病的重要工具。随着超声软件、硬件技术的发展，不断出现新的超声成像技术进一步扩充了心脏超声的检测能力。

2 超声成像新技术在高血压心脏病中的应用

超声成像新技术不单纯从二维角度评价心腔大小、室壁厚度及心脏功能，而是能进一步评价高血压患者心脏总体功能改变，可以获取心肌运动图像，分析高血压患者心脏是否发生心肌病变及病变程度。还能够实时显示心脏的立体结构，定量评价高血压患者左心室旋转及扭转特征等。但超声成像新技术仍存在数据处理复杂，样本量待提高，分辨率及降噪不足等局限性，仍需进一步的成熟及完善。

2.1 心肌做功Tei指数 1995年日本学者Tei提出Tei指数，是由等容收缩期时间(isovolumetric contraction time，ICT)与等容舒张期时间(IRT)之和除以射血时间(ejection time，ET)所得。该指标为心肌做功指标，可有效评价心脏的整体收缩舒张功能。有研究显示[6]，高血压患者的 Tei指数较正常者延长，Tei 指数能反映血压正常高值者早期心脏总体功能改变情况，对早期监测预防高血压亚临床心功能损害、逆转心脏功能具有重要意义。Tei指数获取简便，且受心率变化影响较小，有学者探索发现Tei 指数能够准确、灵敏地反映高血压状态下小鼠左心室舒张功能降低，且该参数几乎不受小鼠麻醉深度和心率的影响[7]。Tei指数能反映高血压患者心脏总体功能改变，对监测预防高血压心功能损害具有一定价值，但该指标的可重复性仍需大样本量的研究。

2.2 背向散射技术 超声波在传播过程中如果遇到的界面远远小于它的波长就会发生散射，若对背向散射进行积分便得出超声背向散射积分(integrated backscatter，IBS)。 IBS以组织声学密度为基础，不同的组织结构因其对超声的散射、反射、吸收和衰减不同，会产生不同的超声表现。当组织病理结构变化达到一定程度时即可引起IBS的改变，因此应用该技术可以分析心脏是否发生心肌病变，病变的程度和类型等。

高血压性心脏病患者心肌胶原纤维增多，可引起心肌弥漫性纤维化和左心室肥大。IBS技术可以评估高血压患者左心室重构情况，并可指导预后。有研究表明，高血压患者平均背向散射积分周期变化幅度(averaged cyclic variation inintegrated backscatter，ACVIB)值显著降低，该学者认为ACVIB的降低与心肌功能的减退密切相关，观察左心室心肌ACVIB的变化可用于评估高血压患者的左心室功能[8]。背向散射技术还可用于评估高血压药物治疗后的疗效。Mizuta等[9]发现长期缬沙坦药物治疗后，高血压患者已经降低的ACVIB和E/A比显著提高，认为该药物长期治疗可减轻高血压患者的心肌纤维化并改善舒张功能障碍。心肌背向散射参数的观测能有效评价心肌异常，但有较高的角度依赖性，缺乏一致的结果评判标准，其广泛应用仍需进一步的规范与改进。

2.3 多普勒超声成像 组织多普勒(tissue Doppler imaging，TDI)超声成像是通过检测心肌在运动时产生的较低的频率、较高的振幅信号，得到心肌的局部动态图像而并不获取血流信号，从而测得心肌各节段在同一心动周期沿长轴方向的运动速度。在心脏舒张时，心肌纵向延长、径向变薄、圆周率变长；而收缩时，心肌则产生相反的变化。其中二尖瓣环运动相对不受前负荷状态等血流动力学的影响，常通过测量二尖瓣口舒张早期血流速度E、二尖瓣环舒张早期运动速度e′及二者比值来反映左心室心肌纤维在纵轴方向上的力学变化特征，被认为是评价左心室舒张功能较稳定的指标。左心室舒张功能在高血压早期即可发生变化。Morka等[10]研究显示，与常规超声心动图相比，TDI可以更精确地评估青少年高血压患者左心室舒张功能，在检查过程中将探头放置在二尖瓣环间隔和外侧时，TDI评估左心室舒张功能障碍更有意义。另有学者应用TDI研究儿童青少年原发性高血压患者舒张功能，发现高血压合并左心室肥大患者的E/e′高于其他无左心室肥大患者，提出左心室肥厚患者的舒张功能障碍可能更高，而与血压值无明显相关性[11]。也有学者用该技术研究右心功能，Ifeoluwa等[12]联合组织多普勒技术发现，继发于高血压心脏病的心力衰竭患者右心室收缩功能受损。左心室舒张功能检测的金标准是应用心导管测量左心室舒张末压，但由于操作的有创性难以在临床上常规开展。组织多普勒超声成像能够得到较高分辨率的心肌运动图像，测量e′、E/e′等参数可以较好的评价左心室舒张功能变化。血流向量(vector flow mapping，VFM)是一种基于彩色多普勒检测血流动力学的超声新技术，可以定量测量血流速度向量[13]，能够动态显示心腔内的血流动力学变化。有学者研究认为，VFM能够量化心腔内血流状态，测量的相关参数能够准确评估高血压患者左心室收缩与舒张功能[14]。

2.4 三维超声成像 目前，临床上主要通过二维超声对高血压患者心脏的结构与功能进行评价，而二维超声只是观察心脏某一个平面的径线、面积与运动等，再通过公式计算出整个心动周期心脏的容积，不能真实反映心脏立体的容积变化。三维超声成像是连续截取不同切面和角度的心脏二维图像，再利用计算机技术重建心脏三维图像，该技术完全根据心脏的实际形状而并非几何假设，因而具有更高的准确性。三维超声成像能够实现对心脏的实际形状立体、全容积显像，无论高血压是否引起左心室重构的变化，都可以对高血压患者的房室容积和功能进行准确评价。Tadic等[15]应用二维(2DE)和三维(3DE)超声心动图技术对213例不同左心室构型的高血压患者测定左房容积和功能，显示高血压患者左心室构型对左心房功能有显著影响，其中向心肥厚型与左心房增大有最显著的负相关性。3D心脏解剖模型超声成像(heart model，HM)是近年发展起来的基于三维超声评估心功能的新技术。HM是一种基于解剖智能模型的、新的分割算法评价心功能，较之前的三维超声技术更为快速和准确，克服了重复性差、主观性强、分析时间长等局限性。吴伟春等[16]研究表明，3D-HM能够准确测量 LVEDV 及 LVEF 值，并且重复性好、客观性强，与MR有较好的相关性，是一种值得推荐的测量心脏功能的新方法。另有学者用3D-HM技术评价左心房和左心室重构患者左心容量及左心室功能的可行性与重复性，证明3D-HM是一项快速、可行的技术，对左心房和左心室重构患者的左心定量具有高度的可重复性[17]。目前国内外罕见有报道将该技术用于高血压心脏病，相信随着技术的逐步成熟，用于精确评估高血压早期心功能变化是必然的趋势。`

2.5 四维超声成像 四维超声成像即实时三维超声成像(RT-3DE)，是最近发展起来的一项超声成像新技术，采用三维超声图像加上时间维度参数，可以实时获取三维图像，能够精确提供更细节、深度的超声图像，具有更强的诊断能力。随着超声技术的发展，该技术逐步用于高血压心脏成像。实时三维超声成像能够实时显示心脏的立体结构，并且不受心脏形态的影响，国内外研究表明，实时三维超声成像可以真实地反映心脏的立体结构与功能，与MR有较好的相关性[18]。此外，RT-3DE比常规超声心动图能更好地识别高血压患者早期LA功能的变化。Kanar等[19-20]应用RT-3DE测定原发性高血压(HT)患者的LA容积相关指标，发现高血压患者的LA容量增加，并损害了心房顺应性和收缩力，还进一步表明LA容积和功能变化与高血压靶器官损害有关。另有学者探讨实时三维超声心动图评价原发性高血压患者左心室不同构型患者右心室早期结构和功能的变化，证实以向心性肥厚患者右心室结构和功能受损最重，该技术能较准确地评价高血压病患者右心室结构及功能的变化，有较好的临床应用价值[21]。最新的四维应变技术增加了新的成像参数，可测量心室圆周、面积、径向及纵向的应变，通过追踪心肌组织随时间在三维空间的运动，真实地反映心肌在三维空间的位移，从而更精确地评价心肌形变能力。有研究证实高血压病患者在常规测得LVEF在正常参考范围的情况下，左心室整体收缩功能已降低，四维应变成像技术能早期发现高血压病患者左心室整体收缩功能的变化[22]。二维超声因右心室的不规则新月形结构，增加了测量右心室大小和功能的难度。四维容积定量分析作为一种新兴的超声成像技术，可以在三维立体空间内实时追踪右心室心内膜，从多个层面及角度分析右心室的形态和功能，并可任意旋转重建的立体图像，减小误差，更接近真实的右心室容积。有学者采用四维右心室容积定量分析技术发现，高血压左心室不同重构阶段存在右心室收缩功能异常，该技术为早期评价高血压患者右心室功能提供了新方法[23]。

2.6 斑点追踪超声成像 斑点追踪超声成像有二维和三维斑点成像。二维斑点追踪成像(two-dimensional speckle trackingimaging，2D-STI)是在二维超声图像上追踪超声波在反射和散射过程中形成的斑点回声，对追踪的斑点运动轨迹进行对比分析即可获得心肌组织的位移信息，从而定量测量感兴趣区心肌的组织速度、应变、应变率、扭转角度等参数，进而对局部和整体心肌组织的运动情况进行评价。2D-STI不依赖于多普勒超声原理，因此无角度依赖性，并且准确性优于常规超声。一些研究表明[24-25]，2D-STI 能敏感地发现高血压患者心脏的早期改变，在血压轻度升高、EF尚保留或未发生左心室重构时也可检测出左心房及左心室运动参数的异常, 认为高血压患者的左心室扭转运动异常较构型改变提前出现，为早期评价左心室功能提供了指标。另有学者应用2D-STI技术观测妊娠高血压不同孕期孕妇左心室旋转及扭转运动,认为有助于对妊娠高血压患者早期心功能的评价[26]。但基于二维平面的斑点追踪成像存在“跨平面失追踪”的不足 , 难以全面反映心肌在三维空间的立体信息，存在一定局限性。由此，产生了三维斑点追踪成像(3D-STI)，该技术是在原有 2D-STI 的基础上，在三维空间内追踪心肌斑点回声的运动轨迹。心肌长短轴方向上的纵径向、圆周及旋转运动构成心脏的复杂运动，3D-STI通过三维全容积成像获取信息，在不同维度计算心肌运动各参数，能更准确地评价心肌组织的功能改变。有研究显示[27]，3D-STI在心肌运动应变参数的测量方面与磁共振相当，较二维具有更高的抗干扰能力和准确度。有报道显示[28]，3D-STI可早期发现高血压患者左心室收缩及舒张功能的变化，能为高血压患者亚临床改变的早期诊治提供客观依据。另有学者应用3D-STI技术联合常规超声鉴别心肌淀粉样变、肥厚型心肌病和高血压性心脏病，结果显示左心室纵向收缩功能和同步性及舒张功能在三者中均有所不同[29]。斑点追踪超声成像可定量评价不同分级及构型高血压患者左心室旋转及扭转特征，为高血压患者的心脏评估提供了一种新的无创检测手段。

3 小结与展望

改善我国高血压疾病负担最重要的是早期诊断，并对心脏损害进行敏感的评估，从而选择最佳干预时机来降低疾病风险。近年来各种无创、快速的心脏成像技术迅速发展，心电图只能发现心脏形态结构的晚期病变，心脏磁共振成像尽管是准确可重复的方法，但由于经济成本及操作时效性等原因，目前不建议常规用于评估高血压心脏病的临床实践[30]。超声成像新技术联合传统的二维超声成像可敏感地评价高血压患者心腔大小、室壁厚度、心脏收缩舒张功能、房室容积及心肌旋转扭转运动等，不仅有助于高血压患者尽早发现心脏受累，而且对预防和早期治疗高血压病、保护心肌功能有十分重要意义。在临床实践中，应当根据患者不同情况合理搭配应用各项超声技术。相信，随着技术的不断创新超声成像将会在高血压心脏病评估中发挥越来越重要的作用。