陳曉雨 柳茵

超聲心動圖技術評價心臟功能研究進展

陳曉雨 柳茵

超聲心動圖;心臟功能;評價

超聲心動圖(Echocardiography)是最近 50年發(fā)展起來的一種新型的非侵入性診斷技術,它對人體相對無害,卻能為心臟病患者提供準確的診斷信息,已被廣泛用于臨床,是臨床評價左心室結構和功能的最主要的方法。從 20世紀 70年代首次在動物心臟進行超聲三維重建以來,三維超聲診斷技術(3DE)發(fā)展迅速,已經(jīng)成為超聲領域里的一項重大技術突破。與二維超聲心動圖(2DE)相比,三維超聲心動圖不僅能夠隨心動周期變化再現(xiàn)心臟的空間立體結構,還可以從任意角度進行觀察和模擬手術,具有直觀性、動態(tài)性、連續(xù)性和立體性,可采用無創(chuàng)的方法準確地觀察心臟的解剖圖譜和功能,在心臟疾病輔助診斷、治療等方面將發(fā)揮重大的作用。

1 超聲心動圖分類

1.1 M型超聲心動圖M型超聲心動圖大多采用立方法測量左心室容積：假定正常心臟左心室類似橢圓體,兩條短軸徑相等,長軸徑為短軸徑的一倍,經(jīng)超聲心動圖測定左心室短軸徑,計算出左心室的容量。一般在檢查時要求患者平臥或左側臥,平靜呼吸,在胸骨左緣涂導電糊,探頭與胸壁垂直,如波型不清,略加轉動,從上而下,由內而外逐肋間進,以獲得滿意圖形。掃描時通過集中探查身體部位某一點,取樣點上信息量大,能在曲線上顯示出細微快速活動,對診斷具有重要意義。M型曲線能與心電圖、心內壓力曲線、心尖與脈搏搏動圖以及Doppler等同步記錄,故可進行切面圖所不易進行的波形分析、血液動力學研究。由于 M型曲線連續(xù)記錄時可顯現(xiàn)多個心動周期變化,較切面圖能更清晰、更方便地觀察舒縮兩期變化,觀察心壁與瓣膜的活動規(guī)律、計測心腔的縮短分數(shù)與射血分數(shù)。進行聲學造影時,M型曲線能顯示造影劑反射光點所形成的流線,故能準確地顯示造影起始時間、流線方向、血流速度等。所以M型超聲心動圖仍有其不可替代的作用。但是,立方法是把心臟假想成一個橢圓體,估測時左心室內徑變化 1 cm,經(jīng)過立方后誤差會幾何級數(shù)擴大,這就會導致測量數(shù)據(jù)準確性差、圖像質量欠佳和重復性差。且 M型超聲心動圖只能提供心臟的一維圖像,定點地反映心臟情況,因此僅僅是一種位置、時間曲線,不能觀察心內結構的空間方位。

1.2 二維超聲心動圖應用 Simpson's法測量左心室容積,它能將心臟斷成許多平面,提供二維空間圖像,可形象、直觀地了解心內結構的空間方位,圖形與心臟解剖相似,很易辨認理解,尤其對解剖異常,如間隔缺損、動脈導管未閉,能直接顯示。以左心室長軸、左心室二尖瓣短軸、四腔心、心底部大血管短軸、劍下右室流出道長軸及鎖骨上主動脈短軸、右肺動脈短軸最常用?？膳cM型并用,互相對照,提供更多信息,并且不受固定幾何體模型的限制。但二維超聲心動圖的測定和計算方法復雜,在有節(jié)段性室壁運動異?；蚴冶诹龅幕颊?測定數(shù)據(jù)的準確性差,故其應用受到一定限制。

1.3 組織多普勒 采用脈沖多普勒檢測血流的方法,測定心肌做功指數(shù)(Tei指數(shù)),即等容收縮期間期與等容舒張期間期之和與心室射血間期的比值,作為綜合評價心臟整體功能的多普勒指標。傳統(tǒng) Tei指數(shù)多應用血流脈沖多普勒技術來測量,在兩個切面分別采集二尖瓣口和主動脈瓣口的參數(shù)進行計算,因而,其時間間隔的測量不在同一心動周期內,不僅測量煩瑣,且受影響因素較多。若在心尖五腔圖將取樣容積置于左室流人道與流出道交界處,可同時獲取二尖瓣血流頻譜和主動脈血流頻譜,但此種方法頻譜的起止點不夠清晰,可能導致測量誤差。定量組織多普勒技術(TDI)測定 Tei指數(shù)為脈沖多普勒技術的拓展。通過顯示每一個心動周期的收縮期 Sa波、舒張早期 Ea波、舒張晚期 Aa波、等容收縮波和等容舒張波等 5種波,以及它們相應的間期來計算Tei指數(shù)。TDI頻譜圖的一個心動周期內包含著測算 Tei指數(shù)的所有參數(shù),起始點清晰且容易獲取,故TDI技術較脈沖多普勒技術更簡便也更準確。但由于這兩種方法都是通過多普勒原理來反映室壁運動速度和方向,因而會受到室壁運動方向和聲束夾角的影響,并且不能排除呼吸和心臟轉位的影響。

1.4 三維超聲心動圖自 1974年世界上首例心臟三維超聲重建成功以來,三維超聲目前已發(fā)展到實時三維成像階段[1],超聲三維重建技術曾經(jīng)將心臟的二維切面進行重組為立體結構,顯示了常規(guī)二維超聲所無法顯示的部分信息[2]。三維超聲心動圖測量左心室容積按照左心室的實際形狀,可以在左心室表面的心內膜采集多點進行計算,測定數(shù)據(jù)準確,重復性好。但三維重建心臟結構較耗時費力,而且在圖像處理過程中容易丟失許多重要信息影響疾病的診斷,因此較難推廣應用。近年來,實時三維成像理論使心臟超聲診斷技術史上又增添了新的一頁[3]。實時三維超聲心動圖能全面地反映冠心病心肌缺血時整體和局部心室容積、室壁運動及心室功能的動態(tài)變化情況,不僅能準確評價心臟的整體功能,還能準確評價心臟的局部功能,為冠心病心肌缺血的診斷與治療提供了更完整可靠的定量信息,且無創(chuàng)、價格低廉、重復性好,具有重要的臨床意義,值得在臨床廣泛應用。

2 臨床應用

2.1 心臟結構或形態(tài)異常 對于心臟結構或形態(tài)異常,目前廣泛用于評價心功能的方法是二維超聲心動圖(two-dimensional echocard-iography,2DE),二維超聲心動圖結合聲學造影及多普勒血流成像術基本上可以提供心臟形態(tài)結構變化,觀察復雜畸形中的部分血流方向、時相及性質改變等,是目前主要的診斷手段。但心臟是復雜的立體空腔器官,傳統(tǒng)的 2DE難以顯示完整的心臟解剖結構。在測量既定指標時存在依靠既定公式計算心室容積和 LVEF的缺點,尤其當心室形狀不規(guī)則或呈球形增大時計算誤差率較高。為此人們希望通過三維超聲對心臟功能進行準確評價。在 20世紀 80～90年代,國內外許多研究機構應用多種三維超聲技術包括靜態(tài)三維超聲心動圖、四維超聲心動圖、經(jīng)胸及經(jīng)食管重建三維超聲心動圖等進行了臨床研究。特別是近年來發(fā)展起來的實時三維超聲心動圖能真實準確的反映心臟結構與功能。這已被國內外多項研究所證明。在三維重建的基礎上,Kardon等[4]發(fā)現(xiàn) VSD的一些解剖特點,如所有膜部或膜周部缺損均為圓形或卵圓形,而肌部缺損則呈三角形或新月形。然而其他研究也證實一些小的或高位的室缺無法顯示[5,6]。實時三維超聲心動圖計算出的球形指數(shù)是早期的、更精確的預示急性心肌梗死后左心室重構的指標,優(yōu)于心電圖及超聲心動圖的其他指標[7]。Marx等[8]認為3DE還能改善對解剖結構細節(jié)上的觀察,如從三維重建圖像上,能看到右心室粗大的肌小梁,并能清晰地與左心室側細小的肌小梁和光滑的室間隔鑒別開來,還能看到正常連接關系的主動脈瓣與二尖瓣的纖維連接以及完全性大動脈轉位患者肺動脈瓣與二尖瓣的纖維連續(xù)。研究表明實時三維超聲心動圖測量先天性心臟病患者的左心室質量有較高的準確性和重復性,適合危險分層及隨訪[9]。而 M型超聲心動圖測量的左心室質量因患者左心室形狀改變導致精確性降低。二維超聲和三維超聲心動圖實時結合可以指導心動過速手術治療[10]。

2.2 左心室質量 左心室形態(tài)與左心室功能相關密切,心臟病患者左心室趨于球形。二維超聲心動圖用球形指數(shù)來描述左心室,但是三維超聲心動圖計算出的球形指數(shù)更符合實際情況。實時三維超聲心動圖計算出的球形指數(shù)是早期的、更精確的預示急性心肌梗死后左心室重構的指標,優(yōu)于心電圖及超聲心動圖的其他指標[8],即使在左心室肥厚和左心室形狀不規(guī)則的患者,三維超聲心動圖也顯示出了準確性和良好重復性[11]。在臨床流行病學調查和臨床藥物實驗工作中,超聲心動圖檢查應用最多的指標是左心室質量的計算,特別是在高血壓的治療效果判斷中,左心室質量是一個非常重要的指標。M型和二維超聲心動圖測量計算出的左心室質量的誤差超出了藥物治療以后可以引起的左心室質量的變化,但是,實時三維超聲心動圖可以勾畫心肌的心外膜和心內膜[12],通過計算機自動計算出心肌的體積,乘以心肌的密度,計算出心肌的質量,其與核磁共振計算出的左心室質量有良好的相關性和準確性,優(yōu)于 M型和二維超聲心動圖測量左心室質量[13]。Poutanen等[14]用3DTTE估測 30名健康兒童和 169例年齡在 2～27歲健康人左心房容積的動態(tài)改變,并將結果與MRI所測進行對比。研究表明：3DE和 MRI在研究兒童左心房的心動周期生理容積改變時,都具有十分重要的意義。

2.3 左心室收縮、舒張功能 收縮末期容量(ESV)、舒張末期容量(EDV)、每搏量(SV)、左心室射血分數(shù)(LVEF)及心肌做功指數(shù)(Tei指數(shù))等是評價左心室整體收縮功能和舒張功能的參數(shù),對于心臟疾病的診斷、治療及隨訪有著非常重要的作用。在目前的臨床實踐中,整體舒張功能的評價指標常應用M型或二維超聲心動圖的方法獲得,但誤差大。二維超聲心動圖低估左心室容量,而三維超聲心動圖測得的LVEF要比二維超聲心動圖準確[15]。亦可應用組織多普勒方法獲得,此法易受到室壁運動方向、聲束夾角等因素的影響,而影響各指標的測量。有關研究表明采用三維超聲心動圖測得EDV、ESV、LVEF,容量-時間曲線可以顯示出整個心動周期中容量隨時間的連續(xù)變化情況,分析左心室的收縮和舒張功能[16]。左心室容量和LVEF的準確測量對左心室收縮功能的判斷尤其是心肌梗死(MI)后左心室重構、室壁瘤切除及預后的評估有重要的意義[17]。Schmidt等[18]對 4例正常人和 21例 MI患者在同一天內進行磁共振(MRI)和 3DE檢查,結果顯示：兩種方法測量的左室容量明顯相關。Poutanen等[19]用經(jīng)胸壁三維超聲心動圖(3DTTE)來估測 30名健康兒童左室容積的動態(tài)改變,并將其結果與 MRI所測進行對比。結果認為：對于左心室舒張末期容量(LVEDV),左心室收縮末期容量(LVESV),3DE有與 MRI相同的價值,二者所測結果高度相關。應用實時三維超聲心動圖評價左心室收縮功能正?；虿徽５幕颊叩淖笮氖沂湛s不同步情況時,我們可以看到,左心室收縮不同步,且左心室收縮功能有很大的差別。左心室整體收縮功能變化主要與左心室收縮不同步性相關。實時三維超聲心動圖不僅能評價左心室收縮同步性,還可以識別對左心室再同步化治療反應欠佳者。應用實時三維超聲心動圖評價左心室收縮同步性及左心室功能臨床容易操作,重復性好,變異性小。

綜上所述,三維超聲心動圖已應用在臨床,發(fā)揮了重大作用,三維重建技術也日趨成熟。當前,超聲心動圖的發(fā)展已到實時三維超聲心動圖時代,在不久的將來,實時三維超聲心動圖將隨著計算機和超聲技術的發(fā)展發(fā)揮出巨大的診斷潛能,將代表今后超聲心動圖的發(fā)展方向,成為研究和日常臨床實踐的重要工具[20]。

1 Rubio V idal MD,Deiros Bronte L,del Cerro Marín MJ,et al.Threedimensional echocardiography：preliminary experience in congenital cardiac disease.An Pediatr(Barc),2008,69：141-146.

2 Mor-Avi V,Sugeng L,Lang RM.Three-dimensional adult echocardiography：where the hidden dimension helps.Curr Cardiol Rep,2008,10：218-225.

3 Light ED,Angle JF,Sm ith SW.Real-time 3-D ultrasound guidance of interventional devices.IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control,2008,55：2066-2078.

4 Kardon RE,Cao QL,Masani N,et al.New insights and observations in three-dimensional echocardio-graphy visualization of ventricular septal defects.Circulation,1998,98：1307-1314.

5 Salustri A,Spitaels S,Mcghie J,et al.Transthoracic three-dimensional echocardiography in adult patients with congential heart disease.JAm Coll Cardiol,1995,26：759-767.

6 Dall'Agata A,McGhie J,Taams M,et al.Secundum atrial septal defect is a dynam ic three-dimensional entity.Am Heart J,1999,137：1075-1081.

7 Herman FJM,Johannes A van der H,Otto K,et al.Early identification of left ventricular remodeling after myocardial infarction,assessed by transthoracic 3D echocardiography.Eur Heart J,2004,25：680-687.

8 Marx GR,Fulton DR,Pandian NG,et al.Delineation of site,relative size and dynamic geometry of atrial septal defects by real-time threedimensional echocardiography.JAm Coll Cardiol,1995,25：482-490.

9 MweriST,Deng Y,Cheng P.Evaluation ofatrial septal defect using real-time three-dimensional echocardio-graphy：comparison with surgical findings.JHuazhong Univ Sci Technolog Med Sci,2009,29：257-259.

10 Khaykin Y,Skanes A,Whaley B,et al.Real-time integration of 2D intracardiac echocardio-graphy and 3D electroanatomical mapping to guide ventricular tachycardia ablation.Heart Rhythm,2008,5：1396-1402.

11 Annem ien E van den B,Danielle RV,Boudewijn JK,et al.Comparison of real-time three dimensional echocardiography to magnetic resonance imaging for assessment of left ventricular mass.Am J Cardiol,2006,97：113-117.

12 Solis J,Sitges M,Levine RA,et al.Three-dimensional echocardiography.New possibilities in mitral valve assessment.Rev Esp Cardiol.2009,62：188-198.

13 Qin JX,Jones M,Travaglini A,et al.The accuracy of left ventricular mass determined by real-time three-dimensional echocardiography in chronic animal and clinical studies：A comparison with postmortem exam ination and magnetic resonance imaging.JAm Soc Echocardiogr,2005,18：1037-1043.

14 Poutanen T,Jokinen E,Sairanen H,et al.Left atrial and left ventricular function in healthy children and young adults assessed by three dimensional echocardiography.Heart,2003,89：544-549.

15 Gutierrez-Chico JL,Zamorano JL,LP de Isla,et al.Comparison of left ventricular volumes and ejection fractionsmeasured by three-dimensional echocardiography versus by two-dimensional echocardiography and cardiacmagnetic resonance in patients with various cardiomyopathies.Am JCardiol,2005,95：809-813.

16 Zeidan Z,Erbel R,Barkhausen J,et al.Analysis of global systolic and diastolic left ventricular performance using volume-time curves by realtime three-dimensional echocardiography.J Am Soc Echocardiogr,2003,16：29-37

17 Mor-Avi V,Jenkins C,Kǜhl HP,et al.Real-time 3-dimensional echocardiographic quantification of left ventricular volumes：multicenter study for validation withmagnetic resonance imagingand investigation of sourcesof error.JACCCardiovasc Imaging,2008,1：413-423.

18 Schm idt MA,Ohazama CJ,Agyeman KO,et al.Real-time threedimensional echocardiography for measurement of left ventricular volume.Am JCardiol,1999,84：1434-1439.

19 Poutanen T,Ikonen A,Jokinen E.Transthoracic three dimensionalechocardiography is as good as magnetic resonance imaging in measuring dynamic changes in left ventricular volume during the heart cyc le in children.Heart,2001,2：31-39.

20 Correale M,Ieva R,Di Biase M.Real-time three-dimensionalechocardiography：an update.Eur J Intern Med,2008,19：241-248.

R 656.9

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1002-7386(2010)05-0609-03

100071 西寧市,青海大學醫(yī)學院 2007級碩士研究生(陳曉雨);青海大學醫(yī)學院附屬醫(yī)院心內科(柳茵)

柳茵,050071 青海大學醫(yī)學院附屬醫(yī)院心內科;E-mail：liuyin2@yahoo.com.cn

2009-12-27)