超声斑点追踪技术测量心肌梗死兔心室短轴切面各室壁节段应变参数的应用价值

杨道玲　陈静婉　王戏丹

[摘要] 目的 應用超声斑点追踪成像技术（STI）测量心肌梗死兔心室短轴切面各室壁节段的应变参数，探讨其临床应用价值。 方法 选取健康成年日本大耳白兔20只，开胸并结扎冠状动脉左前降支中断血流以构建动物心肌梗死模型。分别在术前和术后30 min、6 h、1周各时段行超声心动图检查，测量实验兔室间隔与左室后壁运动幅度、左室射血分数（EF）及左室短轴缩短率（FS）;应用QLAB软件测量实验兔左室圆周应变（CS）及径向应变（RS），观察超声心动图诊断指标变化，取出心脏与病理诊断结果比较。 结果 心梗兔左室短轴乳头肌水平病理组织学检查共发现梗死节段63个，二维斑点追踪技术共发现异常节段53个，符合率为84.1%（53/63）;建模后6 h室间隔运动幅度、EF、FS开始减低，且随时间的延长测值逐渐下降;建模后30 min心梗兔左室前壁、前间隔径向应变值减低;建模后6 h前壁、前间隔圆周应变值减低，与径向应变相比，其测值变化晚于径向应变，差异有统计学意义（P<0.05）。 结论 超声斑点追踪技术可准确、定量评价心脏节段性室壁运动异常，消除传统超声心动图仅能评价心脏整体室壁运动及心功能变化的缺点，二者结合可充分发挥各自优势，提高心肌梗死诊断的准确性和敏感性。

[关键词] 兔;心肌梗死;斑点追踪;心肌应变

[中图分类号] R541.4          [文献标识码] B          [文章编号] 1673-9701（2022）14-0025-04

Application value of speckle tracking imaging in measuring strain parameters of each ventricular wall segment in short-axis views of rabbits with myocardial infarction

YANG  Daoling   CHEN  Jingwan   WANG  Xidan

Department of Ultrasound，Jinhua Hospital Affiliated to School of Medicine of Zhejiang University，Jinhua 321000，China

[Abstract] Objective To measure the strain parameters of each ventricular wall segment in the short-axis view of rabbits with myocardial infarction （MI） by using speckle tracking imaging （STI），so as to investigate its application value in clinical practice. Methods A total of 20 healthy adult Japanese large-eared white rabbits were selected，and the middle dissection of the left anterior descending branch of the coronary artery was opened and ligated to construct an animal MI model. Echocardiography examinations were performed before， at 30 min， 6 h and 1 week after surgery to measure the motion range of the ventricular septum and left ventricular posterior wall，left ventricular ejection fraction （EF） and left ventricular fractional shortening （FS） of the experimental rabbits.QLAB software was applied to measure the left ventricular circumferential strain （CS） and radial strain （RS） of the experimental rabbits.The changes in diagnostic indices of echocardiography were observed， and these diagnostic indices were compared with the pathological diagnosis results after the heart was removed. Results A total of 63 infarcted segments were found at the level of the short-axis papillary muscle in rabbits with MI， and 53 abnormal segments were found by the two-dimensional STI， with a compliance rate of 84.1%（53/63）.The ventricular septum motion range， EF and FS began to decrease at 6 h after modeling， and the measured values gradually decreased with time. The RS values of the left ventricular anterior wall and anterior septum in rabbits with MI decreased at 30 min after modeling.The CS values in the left ventricular anterior wall and anterior septum decreased at 6 h after modeling，and the measured CS values changed later than the RS values，with statistically significant difference（P<0.05）. Conclusion STI can accurately and quantitatively assess the abnormalities of segmental ventricular wall motion， which eliminates the shortcomings of traditional echocardiography which can only assess the overall ventricular wall motion and changes in cardiac function. Furthermore， the combination of the two can give full play to their respective advantages and improve the accuracy and sensitivity of MI diagnosis.DCDC1E84-EA32-4131-B731-86AA2FF19B8B

[Key words] Rabbits; Myocardial infarction; Speckle tracking; Myocardial strain

心肌梗死（myocardial infarction，MI）是由于冠状动脉急性闭塞，导致部分心肌缺血、缺氧引起心肌细胞发生不可逆性坏死，在临床中属于危急重症，病死率较高。急性缺血发作后超声心动图对心脏的评估包括整体收缩和舒张功能的评估及局部心肌收缩异常的评估。但是，临床工作中对心肌梗死患者局部收缩功能的评估并非常规进行。目前组织多普勒成像（tissue doppler imaging，TDI）和斑点追踪成像技术（speckle tracking imaging，STI）可用于定量分析心脏局部收缩功能[1-2]。与TDI不同，STI无角度依赖性，可在多个方向测量心肌应变和应变率[3-4]。该技术不仅可区分心肌梗死初期心肌的正常段和缺血段，而且还可评估心肌梗死再灌注后心肌恢复情况。因此本研究主要目的是采用超声新技术斑点追踪评估兔心肌梗死模型，并与传统超声心动图比较，以期寻找一种更快、更准确的评估心肌梗死超声新方法，以帮助临床医生准确判断，快速治疗，减少病死率。

1 资料与方法

1.1 实验动物及心肌梗死模型建立

20 只健康成年日本大耳白兔，体重（3.0±0.5）kg，由金华市实验动物中心提供，动物生产许可证号：SYXK（浙）2016-0008。麻醉后胸前区备皮、消毒，连接肢体导联心电图。栓线牵拉肋骨法打开胸廓及心包，轻抬左心耳，在肺动脉圆锥与左心耳交界处往下3～5 mm处双线结扎冠状动脉左前降支。肉眼观察结扎远端心肌变暗，室壁运动减弱甚至矛盾运动及心电图提示ST段持续抬高为模型建立成功标志。

1.2 传统超声心动图检查

采用Philip EPIQ 7C专业心脏彩色多普勒超声诊断仪，S8-3探头。分别于建模前、建模后30 min、6 h、1周行超声心动图检查。得出兔标准左室长轴切面，M型超声测量左室收缩末期和舒张末期内径，得出兔左室射血分数（ejection fraction，EF）及左室短轴缩短率（fractional shortening，FS）;测量兔室间隔及左室后壁运动幅度。动态记录3个心动周期的左室短轴乳头肌水平切面二维动态图像，以备分析。

1.3 斑点追踪技术

使用QLAB工作站，对左室短轴乳头肌水平切面进行脱机分析，选择最清晰的一帧图像进行冻结，于舒张末期勾画出心内膜，软件自动定义心内膜及心外膜之间斑点追踪感兴趣区后，手动调整感兴趣区范围使斑点落于所有追踪范围之内。软件自动显示6个室壁节段的二维应变-时间曲线，并得出6个节段心肌的收缩期峰值圆周应变（circumferential strain，CS）及径向应变（radial strain，RS）。整个图像采集及分析过程均由一人完成。

1.4 病理检查

实验结束后，处死实验兔，取出心脏，参照超声心动图心肌节段划分方法，于左室短轴二尖瓣水平、乳头肌水平、心尖水平切片，行HE及MASSON染色，观察心梗兔心肌损伤情况。

1.5 统计学方法

采用SPSS 24.0统计学软件进行分析，计量资料以（x±s）表示，该实验中多组样本均数比较用单因素方差分析，P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 病理结果

正常兔心肌纤维排列整齐，胞质染色均匀，细胞核位于中央，呈椭园形。见图1。心梗兔心肌纤维肿胀、排列紊乱、可见空泡变，胞浆内出现颗粒及不规则横带，部分梗死灶周边可见肉芽组织增生，可见有长条形的充血，散在的出血。见图2。

20 只心梗兔，共发现梗死节段138个，二尖瓣水平短轴切面47个，乳头肌水平短轴切面63个，心尖部水平短轴切面28个。

2.2 传统超声心动图评价结果

对建模前和建模后30 min、6 h、1周共20只兔心脏彩超结果行单因素方差分析，室间隔运动幅度、EF、FS比较，差异均有统计学意义（均P<0.05），心梗后6 h室间隔运动幅度、EF、FS开始减低，且随着时间的延长测值逐渐下降。见表1。

2.3 二维斑点追踪技术评价实验兔左室心肌应变结果

2.3.1 应变曲线  建模前兔心室短轴切面乳头肌水平各节段径向应变曲线表现为排列较整齐，达峰时间基本一致的正向曲线，圆周应变为达峰时间一致的负向曲线。见图3。建模后30 min兔各节段室壁径向应变、圆周应变曲线杂乱，达峰时间不一致。见图4。

2.3.2 斑点追踪技术评价实验兔左室短轴乳头肌水平各节段室壁径向应变情况  建模前兔心肌各室壁节段径向应变比较差异无统计学意义（P>0.05）;对同一手术时间不同兔心肌节段径向应变值行单因素方差分析，建模后30 min兔左室前壁、前间隔径向应变值即减低，早于EF、FS变化，差异有统计学意义（P<0.05）。见表2。

2.3.3 斑点追踪技术评价實验兔左室短轴乳头肌水平各节段室壁圆周应变情况  建模前兔心肌各室壁节段圆周应变比较，差异无统计学意义（P>0.05）;对同一手术时间不同兔心肌节段圆周应变值行单因素方差分析，建模后6 h心梗兔左室前壁、前间隔圆周应变值减低，差异有统计学意义（P<0.05）。与径向应变相比，其测值变化晚于径向应变。见表3。

3 讨论

左室局部收缩功能障碍与多种因素有关，最常见的是冠状动脉狭窄闭塞[5]。当冠状动脉狭窄大于75%或斑块突发破裂急性血栓形成引起冠状动脉持续闭塞时，均可导致心肌细胞缺血、缺氧引起急性心肌梗死[6-9]。梗死面积较大时，大量心肌细胞丧失收缩功能，导致急性心功能不全发生。心肌细胞是不可再生细胞，梗死后坏死的心肌细胞被广泛的纤维组织所取代，从而影响整个心功能和预后，其致死率、致残率高。因此快速确定心梗患者心肌梗死区域，精确量化心肌功能，可帮助临床医生选择最佳治疗方案。目前，超声是诊断急性心肌梗死不可缺少的重要方法之一，因此如何能够更加快速、准确地利用超声新技术分析室壁运动状态，确定梗死区域是研究的重点。DCDC1E84-EA32-4131-B731-86AA2FF19B8B

临床工作中，常使用传统超声心动图评价心肌梗死患者心脏功能，其主要参数包括左室射血分数（LVEF）、左室短轴缩短率（LVFS）、左室舒张末期容积（LVEDV）、左室收缩末期容积（LVESV）等，且已被证实具有参考价值。尽管LVEF、LVFS易于计算，方便获得，但其在检测心肌缺血中初期变化的灵敏度、特异性较低。作者在对慢性肾功能不全患者心功能的研究中发现，慢性肾衰患者心脏EF、FS正常时，慢性肾衰患者心肌纵向应变、圆周应变已开始减低[10]。

本研究通过制备动物心肌梗死模型，对实验兔心梗前后行传统超声心动图检查，发现结扎兔冠状动脉左前降支后，即刻会出现节段性室壁运动异常，但改变较小，M型超声心动图测量早期心功变化并不明显，仅6 h后EF、FS轻微减低。因此，仅以传统超声心动图诊断兔心肌梗死，结果并不可靠。

心肌细胞实际上无氧储备功能，缺血几秒钟，细胞内氧张力就会显著下降，因此冠状动脉闭塞时，其对应供血区心肌即丧失收缩功能，出现节段性室壁运动异常。所以说节段性室壁运动异常是早期診断心肌缺血特异性指标[11-15]。斑点追踪技术（STI）是在二维超声图像的基础上，通过斑点匹配法及自相关搜索在心动周期中逐帧扫描某个像素的位置，通过运算重建心肌组织实时运动和变形。该技术可根据病变部位及检查所需，获取任意层心肌网络状感兴趣区追踪，可测量任何可视角度心肌的径向、纵向或环形应变及应变率，准确反映心肌细微功能的多种参数。它不受声束方向与室壁运动方向夹角的影响，克服了组织多普勒（TDI）角度依赖的缺陷[16-17]。本研究组通过对比实验兔心梗前后心肌应变指标变化进一步证实这一理论。实验中发现STI在分析心肌梗死兔节段性室壁运动状态中，其准确性，敏感性高于传统超声心动图，术后30 min即出现阳性结果，冠状动脉分布对应梗死区心肌节段与周围正常心肌组织节段径向应变、圆周应变比较，差异均有统计学意义（均P<0.05），梗死区域心肌圆周应变值、径向应变值均低于正常心肌节段。

综上所述，传统超声心动图可判断兔心脏整体收缩功能，可测量兔心腔大小、容量等变化;斑点追踪技术可准确定位心肌梗死兔局部室壁运动异常部位，两种技术结合能够综合评价冠状动脉闭塞后心脏整体及细微运动状态，为临床医生评估心脏功能提供一种可靠有效的方法。本研究尚有不足之处，二维斑点追踪技术定量评价室壁运动状态是建立在清晰的二维图像基础之上，图像质量严重影响其追踪测量指标[18-20]。实际操作中，由于兔心腔较小，心率偏快，心尖部声窗显示欠满意，很难评价兔心肌纵向应变。因此为达到实验的严谨性、科学性、准确性等要求，本研究选用显示较好的乳头肌水平切面分析兔室壁节段的运动情况。对兔心肌的纵向应变、旋转应变未深入研究。本课题组将在冠心病的进一步研究中攻克难点，努力改进，争取达到实验的规范化、完整化。

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（收稿日期：2021-01-22）DCDC1E84-EA32-4131-B731-86AA2FF19B8B