超声二维斑点跟踪显像技术评价左室心肌扭转运动的临床研究

论文摘要

虽然心脏结构与功能的研究已发展到了细胞与分子水平,但直到心肌带（ventricular myocardial band, VMB）学说的提出,人们才清楚地认识到整个心室肌是形式与功能结合的最完美产物之一。VMB学说认为心室肌在解剖上呈一条纵形带状结构,它起自肺动脉后呈螺旋形环绕至主动脉,形成两个螺旋,分别称基底环和心尖环,基底环包绕右室和左室心底部,心尖环先螺旋下降,至心尖后再扭转向上,构成了心尖环的降段和升段。在心动周期中,基底环与心尖环的协调运动是心脏整体射血和充盈的力学基础,正常心室肌带螺旋结构中斜行心肌纤维的角度是保证心室收缩期正常射血和舒张期抽吸血液的决定因素。心肌带概念的提出让我们进一步增强了对心肌解剖结构的认识,为深入理解心肌的功能与病变,如心肌收缩顺序、心动周期的力学机制、扩张型心肌病和慢性心力衰竭的发病机理等,奠定了基础并开辟了一个新的视角。基于对心肌解剖结构认识的不断深入,近年来影像学对心脏生物力学运动的研究已经从单纯左心室短轴、长轴的心肌运动和射血分数评价深入到对心脏做功过程中心室肌空间形变的研究,其中包括左心室的扭转运动。左室心肌扭转指心尖部相对于基底部的沿左室长轴的旋转运动,被认为在左室收缩和舒张功能中发挥着重要作用。自1682年William Harvey首次描述左室心肌扭转以来,对心肌扭转的评价越来越受到大家的关注。核磁成像技术在该方面已取得了一些成就,但因帧频较低、费用昂贵等多种原因不能被广泛应用。近年来基于组织速度成像的应变和应变率成像技术被用于评价心肌的纵向形变,但受角度影响较大。新近开发的超声二维斑点跟踪显像（Speckle- tracking imaging, STI）技术可以在高帧频条件下通过识别和跟踪心肌内部的自然声学斑点的空间运动,获得组织在心动周期内的形变信息,从而定量得出节段心肌的运动速度、应变、位移、旋转角度及速度等参数,定性和定量分析心脏的运动力学特征。该技术可以对正常与不同病变状态下的左室心肌扭转进行无创评价,为临床评价心脏的整体与局部力学运动提供了一种全新的方法。大量研究证实STI技术评估心肌扭转与MRI、DTI等技术所测值具有高度相关性,是一种更简便易行、无创的评估左室扭转的新方法。本研究第一部分主要应用STI技术探讨正常成人左室心肌扭转特点及其相关因素,进一步验证STI技术无创评价左室扭转运动的可行性。本研究的第二、三部分应用STI技术分别对血糖控制良好的单纯2型糖尿病患者以及前壁心肌梗塞患者的心肌扭转运动特点进行探讨,观察不同病理状态下左心室扭转的早期变化规律,为临床左心室功能评价提供客观依据,为临床心脏疾病的早期诊断、疗效评价和预后评估奠定基础。第一部分超声二维斑点跟踪显像技术评价正常人左室心肌扭转目的:应用STI技术观察正常成人左室心肌扭转特点,分析其与常规左室功能参数之间的关系以及年龄、性别等生理因素对各参数的影响规律。方法:选择80例门诊健康志愿者作为研究对象,其中男37例,女43例,平均年龄（50.7±18.9）岁。应用二维及多普勒超声心动图测量获得一些常规左室功能参数,包括左室射血分数（left ventricular ejective fraction, LVEF）、缩短率（short fraction, FS）、博出量（stroke volume, SV ）以及E/A、E峰减速时间（E-wave decending time, E-DT）、E峰加速时间（E-wave acceleration time, E-AT）和E峰加速度（E-wave acceleration, E-acc）等参数;应用二次谐波技术,以清晰显示二尖瓣口为标志取胸骨旁左室基底部短轴切面,无乳头肌显示为标志取左室心尖部标准短轴切面,运用Echo-PAC超声工作站对左室扭转运动进行脱机分析,自动获取各平面的前壁、侧壁、后壁、下壁、后间隔、前间隔等6个节段的旋转角度及速度数据,得到扭转角度峰值（peak of left ventricular twist, Ptw）、扭转速度峰值（peak twist velocity, PTV）、解旋率（rate of untwisting, Untw R）等参数。观察正常人左室扭转特点,分析Ptw、PTV及Untw R与常规左室功能参数之间的关系以及年龄、性别、体质指数等生理因素对各参数的影响。从心尖部观,逆时针旋转以正值表示,顺时针旋转以负值表示。左室节段扭转角度/速度定义为:心尖水平与心底水平对应节段扭转角度/速度差值;左室整体扭角度/速度转定义为:心尖水平六个节段旋转角度/速度均值和心底平面六个节段旋转角度/速度均值之差。Untw R定义为舒张期解旋占收缩期最大扭转的百分比,心率校正后Untw R=〔（Tw AVC-Tw MVO）/TwAVC×100〕/IVRT,其中TwAVC为主动脉瓣关闭时的扭转（twist at aortic valve closure）,TwMVO为二尖瓣开放时的扭转（twist at mitrial valve open）,IVRT（isovolumic ventricular relaxitive time）为等容舒张期。结果:本研究中共分析了984个节段,其中21个节段跟踪不满意（2.13%）,跟踪不满意节段≥3个者共4人,分析时剔除。共有78名入选者进入数据统计。（1）正常人心尖水平心肌扭转运动表现为逆时针旋转为主,切面旋转角度（6.79±3.47）°,基底部表现为顺时针旋转为主,切面旋转角度（-6.01±2.22）°,左室整体表现为心动周期内逆时针方向为主的扭转运动（12.4±4.17）°。扭转速度参数的方向在收缩期主要表现为逆时针方向为主,峰值为（127.71±40.36）°;在舒张期则表现为顺时针方向为主,峰值为（-111.26±38.92）°。左室各节段心肌扭转角度与速度无明显差异（P<0.05）。（2）正常人SV、LVEF、FS和Ptw呈正相关（ r=0.62, 0.62和0.88, P均<0.05）;LVEF与PTV呈正相关（r=0.59, P<0.05）;E-DT与Untw R呈负相关（r=-0.71, P<0.05）。（3）年龄与Ptw呈正相关（r=0.68, P<0.05）,与Untw R呈负相关（r=-0.70, P<0.05）;为进一步明确年龄因素对扭转参数的影响,将入选者按年龄分为青年组（18-45岁）27例、中年组（46-64岁）29例与老年组（≥65岁）22例,比较各年龄组间扭转参数差异,发现老年组Ptw（15.67±2.08°）明显高于青年组（12.56±3.57°）与中年组（13.67±2.84°）, （P<0.05）,但中年组与青年组间无明显差异（P >0.05）;老年组Untw R（0.45±0.27%/ms）较中年组（0.52±0.24%/ms）与青年组（0.59±0.33%/ms）明显减低,三组间比较有统计学差异（P<0.05）;三组间PTV差异无统计学意义（P>0.05）。体质指数、心率与Ptw、PTV及Untw R相关性不显著（P>0.05）。将受试者分为男性组和女性组,两组间各参数均无显著性差异（P>0.05）。结论: STI技术可以无创评估正常人左室心肌扭转。常规左室功能参数SV、LVEF、FS与Ptw正相关;LVEF与PTV呈正相关,E-DT与Untw R呈负相关。临床在应用扭转参数评价左室功能时应充分考虑年龄因素的影响。第二部分超声二维斑点跟踪显像技术评价2型糖尿病患者左室扭转运动目的:应用STI技术探讨单纯2型糖尿病患者左室心肌扭转运动的特点,进一步明确糖尿病患者左室舒张功能与扭转运动的相关性。方法:选取门诊确诊的、血糖控制良好的单纯2型糖尿病患者37例,男性20例,女性17例,平均年龄（48.3±10.1）岁。依据多普勒组织成像技术（tissue Doppler imaging,TDI）测量的二尖瓣环运动Em/Am,将该组患者分为A组,即左室舒张功能正常组（Em/Am>1）17例和B组,即左室舒张功能异常组（Em/Am≤1） 20例。与糖尿病组年龄匹配的正常健康人24例作为对照组,男性16例,女性8例,平均年龄（50.6±7.9）岁,应用TDI技术测量的二尖瓣环Em/Am均>1。所有入选者行常规超声心动图检查,获得LVEF、脉冲多普勒二尖瓣流入道E峰、A峰、E/A、E-DT、等容舒张期（isovolumic relaxitive time, IVRT）等参数。应用二次谐波技术获得心底和心尖水平左室短轴图像,运用Echo-PAC超声工作站对三组研究对象胸骨旁心尖水平和心底水平观的左室扭转进行定量分析,最后得出Ptw、TwAVC、TwMVO、扭转速度达峰时间（time to peak twist velocity, TPTV）以及解旋速度峰值（peak untwist velocity, PUV）及解旋速度达峰时间（time to peak untwist velocity, TPUV）、解旋率（rate of untwisting, Untw R）等参数。观察三组间各扭转参数的差异。左室扭转角度和扭转速度参数定义为心尖部相对于心底部的旋转角度和速度参数的净差。结果:本研究中共分析了732个节段,其中29个节段未满意跟踪（3.96%）,4名入选者跟踪不满意节段数≥3个,研究时将其排除,共有57名入选者进入数据统计,其中糖尿病左室舒张功能正常组16人,舒张功能异常组20人,正常对照组21人。（1）三组间的室扭转角度、扭转速度曲线形态基本一致;（2）糖尿病B组与A组Ptw（16.53±3.96°）和（15.63±2.48°）较对照组（12.66±2.96°）明显增加（P<0.05）,但糖尿病两亚组间无明显差异（P>0.05）。（3）与正常对照组Untw R（0.61±0.29%）相比,糖尿病组Untw R明显减低（P<0.05）,且糖尿病B组（0.40±0.17%）低于糖尿病A组（0.45±0.21%）;糖尿病B组PUV（-109.30±32.57°/s）较糖尿病A组（-116.41±34.09°/s）和对照组（-125.72±45.33°/s）增大,三组间比较有统计学意义（P<0.05）;三组间TPTV无明显差异（P>0.05）。结论:应用STI技术评估2型糖尿病患者左室心肌扭转运动,能早期发现2型糖尿病患者左室扭转运动异常,更敏感地评估左室运动功能变化。血糖控制良好的2型糖尿病组左室扭转较正常人明显增强,解扭转减弱。第三部分超声二维斑点跟踪显像技术评价前壁心肌梗塞患者心肌扭转运动的初步研究目的:应用STI技术探讨前壁心肌梗塞患者整体与局部心肌扭转运动特点,进一步探讨左室收缩功能与扭转运动的相关性。方法:选取于2006年10月-2007年4月间住院治疗的陈旧前壁心肌梗塞患者29例,男性17例,女性12例,年龄55～69岁,平均年龄（62.7±7.4）岁。根据LVEF分成A组（LVEF>45%）16例,B组（LVEF≤45%）13例。与前壁心肌梗塞组年龄匹配的门诊体检正常健康人22例作为对照组,男性13例,女性9例,年龄58～70岁,平均年龄（64.9±6.1）岁。超声心动图常规测量左室舒张末内径（left ventricular end-diastolic distance,LVEDd）、FS、双平面Simpson法LVEF等参数。应用二次谐波技术,以清晰显示二尖瓣口为标志取胸骨旁左室基底部短轴切面,无乳头肌显示为标志取左室心尖部标准短轴切面,运用Echo-PAC超声工作站对左室扭转运动进行脱机分析,自动获取各平面的前壁、侧壁、后壁、下壁、后间隔、前间隔等6个节段的旋转角度及速度数据,得到Ptw、PTV等参数。观察陈旧前壁心肌梗塞患者整体及局部扭转特点。从心尖部观,逆时针旋转以正值表示,顺时针旋转以负值表示。结果:本研究中共分析了612个节段,其中31个节段未满意跟踪（5.1%）,共有6名入选者跟踪不满意节段≥3个,研究时将其排除。共有45名入选者进入数据统计,其中心梗A组15人,心梗B组10人,正常对照组20人。（1）与正常组Ptw（12.77±2.67 o）相比,心梗B组左室整体Ptw（8.03±4.89 o）明显减低（P<0.05）,心梗A组（11.38±3.11 o）未见明显变化（P>0.05）;心梗B组整体PTV（100.62±21.41o/ms）较正常组（127.52±35.54 o/ms）和心梗A组（125.57±37.01 o/ms）组明显减小（P<0.05）;（2）心梗A组心尖部旋转角度（5.04±1.76 o）较正常对照组（6.74±1.90 o）减小（P<0.05）;心梗B组心尖和心底部旋转角度均减小,差异有统计学意义（P<0.05）;（3）与正常组相比,心梗A组左室前壁、前间隔扭转峰值较正常组减小[（10.34±1.85o） vs（12.01±2.35o）和（9.34±1.94o）vs（11.57±3.01 o）]（P<0.05）,其他室壁扭转运动未见明显异常（P>0.05）;心梗B组左室各节段扭转峰值均减低（P<0.05）;与正常对照组和心梗A组比较,心梗B组各节段PTV均明显减小（P<0.05）。结论:射血分数减低的前壁心肌梗塞患者左室扭转明显受损,STI技术可无创评估前壁心肌梗塞患者左室整体与局部扭转运动,为临床左心室功能评价提供客观依据。

论文目录

• 中文摘要
• 英文摘要
• 英文缩写
• 研究论文超声二维斑点跟踪显像技术评价左室心肌扭转运动的临床研究
• 引言
• 第一部分 超声二维斑点跟踪显像技术评价正常人左室心肌扭转运动
• 前言
• 材料与方法
• 结果
• 附图
• 附表
• 讨论
• 小结
• 参考文献
• 第二部分 超声二维斑点跟踪显像技术评价2型糖尿病患者左室扭转运动
• 前言
• 材料与方法
• 结果
• 附图
• 附表
• 讨论
• 小结
• 参考文献
• 第三部分 超声二维斑点跟踪显像技术评价前壁心肌梗塞患者左室扭转运动的初步研究
• 前言
• 材料与方法
• 结果
• 附表
• 讨论
• 小结
• 参考文献
• 结论
• 综述一 心肌扭转的临床研究进展
• 综述二 浅谈对超声二维斑点跟踪显像技术的初步认识
• 致谢
• 个人简历