孫妍 安瑩波 喬英艷 吳山 孫琪瑋 江波 王琴 楊婭

三維斑點追蹤成像技術對冠心病患者狹窄冠脈灌注區(qū)域局部應變的評價

孫妍 安瑩波 喬英艷 吳山 孫琪瑋 江波 王琴 楊婭

作者單位：100028 北京市，首都醫(yī)科大學附屬安貞醫(yī)院超聲診斷科在讀博士研究生（孫妍、喬英艷、孫琪瑋、江波、王琴）；北京市海淀醫(yī)院急診科（安瑩波）；安貞醫(yī)院超聲診斷科（吳山、楊婭）

目的 結合冠狀動脈所屬區(qū)域各項應變參數，分析冠狀動脈狹窄對該局部區(qū)域應變的影響。方法 入選2012年5～11月我院行冠脈造影檢查的擬診或確診冠心病51例，其中男性36例，女性15例，年齡40～70（56.01±8.55）歲。將所有入選者按三支冠脈分布區(qū)分為左前降支灌注區(qū)、左回旋支灌注區(qū)及右冠狀動脈灌注區(qū)，共153個區(qū)域；按冠脈造影狹窄是否＞50%將各區(qū)域分組，共分為6組：左前降支狹窄≥50%組（25個）、左前降支狹窄＜50%組（26個）、回旋支狹窄≥50%組（23個）、回旋支狹窄＜50%組（28個）、右冠狹窄≥50%組（29個）和右冠狹窄＜50%組（22個）。所有入選者采集標準心尖四腔切面左心室全容積圖像并存儲，應用3DST在線分析軟件獲得各應變參數。將各冠脈灌注區(qū)域內各項應變等參數分別求和計算均數。分析冠心病左室局部應變等參數。結果 ①左前降支狹窄＜50%組與狹窄≥50%組的左前降支灌注區(qū)域各項應變平均值分別為：縱向峰值應變-16.17±5.26 比-13.03±4.84，P＜0.01；周向峰值應變-31.79±14.10 比-24.74±9.12，P＜0.01；徑向峰值應變 32.02±14.64 比 27.70±10.48，P＜0.05；心內膜面積應變-41.42±14.87 比-33.54±11.74，P＜0.01。②回旋支狹窄＜50%組與狹窄≥50%組的回旋支灌注區(qū)域各項應變均值分別為：縱向峰值應變-14.95±6.01 比-12.04±4.25，P＜0.05；周向峰值應變-28.46±15.09 比-24.23±10.22，P＜0.05；徑向峰值應變31.81±14.45 比 26.59±12.45，P＜0.05；心內膜面積應變-37.15±13.83 比-30.47±12.29，P＜0.05。③右冠狀動脈狹窄＜50%組與狹窄≥50%組的右冠狀動脈灌注區(qū)域各項應變均值分別為：縱向峰值應變-14.23±5.01比-12.09±4.67，P＞0.05；周向峰值應變-28.47±11.95 比-23.50±10.22，P＜0.05；徑向峰值應變 30.22±15.86 比26.32±7.93，P＞0.05；心內膜面積應變-39.40±14.23 比-30.29±10.84，P＜0.05。④冠脈分布區(qū)局部心內膜面積峰值應變對該區(qū)域灌注血管狹窄的診斷價值較高。結論 ①三維斑點追蹤成像技術通過多項應變參數可以發(fā)現冠心病患者早期缺血時心肌形變能力的減低。②左室局部周向、縱向應變可用于冠心病患者心肌缺血的檢測，但診斷價值較低。③局部心內膜面積峰值應變對早期心肌缺血有較好的診斷價值。

三維；應變；冠狀動脈疾病

全球冠心病的發(fā)病率逐年上升，成功的再灌注治療可以挽救瀕死心肌、有效改善和消除心肌的缺血狀態(tài)、改善心肌收縮和舒張功能減低，從而改善患者的近期和遠期預后。因而，對冠心病患者早期準確地進行左室整體及局部功能的評價，提供再灌注治療的依據更顯致關重要。三維斑點追蹤成像技術不受心肌運動方向限制，可以在三維容積內客觀、準確地追蹤心肌的運動軌跡，彌補了二維斑點追蹤技術局限于所掃描的平面內追蹤心肌運動斑點的不足，有望對復雜的心肌運動進行評價[1-3]。本研究擬應用這一超聲新技術對冠心病患者左室局部功能進行定量分析，以期為臨床尋找簡便而準確的評價左室功能的新方法。

1 對象與方法

1.1 研究對象 入選2012年5～11月間在我院CCU及心內科、心外科住院擬行冠脈造影檢查的擬診或確診冠心病55例，其中4例（7.2%）因圖像質量較差，不能清晰顯示心內膜邊界而被排除。入選者中男性36例，女性15例，年齡40～70（56.01±8.55）歲。排除標準：心肌梗死、心肌病、先天性心臟病、嚴重瓣膜病患者，高血壓并導致左室肥厚者，糖尿病患者。所有入選者先進行超聲心動圖的常規(guī)檢測及3DT檢測。所有入選者左室心肌按三支冠脈分布區(qū)分為3個區(qū)域，分別為左前降支灌注區(qū)、左回旋支灌注區(qū)及右冠狀動脈灌注區(qū)，共153個區(qū)域。根據冠脈造影結果對153個區(qū)域進行分組，按冠脈造影狹窄是否＜50%將各區(qū)域分為正常組與狹窄組：左前降支正常組（26個）、左前降支狹窄組（25個）、回旋支正常組（28個）、回旋支狹窄組（23個）、右冠正常組（22個）和右冠狹窄組（29個）。冠脈造影各血管狹窄程度由操作者進行評估。超聲檢查前由本人簽署知情同意書。

1.2 研究方法

1.2.1 研究儀器 Toshiba Artida彩色多普勒超聲診斷儀，配有PST-30SBT及PST-25SX探頭，內置3DT分析軟件。

1.2.2 圖像采集 常規(guī)超聲檢查：受檢者左側臥位，平靜呼吸，同步記錄心電圖。采用Toshiba Artida彩色多普勒超聲診斷儀，PST-30SBT探頭進行常規(guī)數據采集，包括左室收縮及舒張末期內徑、左心室射血分數（LVEF），應用二維Simpson法測量左室容積及射血分數。更換為PST-25SX探頭，置于左室心尖部，啟動“PRE FULL”掃查模式，存儲左室全容積動態(tài)圖像。

1.2.3 圖像分析 調出存儲的動態(tài)圖像，按“Layout”鍵切換至同時顯示5個切面的界面，左側由上至下依次顯示心尖、乳頭肌和心底水平短軸切面，右側2個為心尖四腔和兩腔切面；調節(jié)2條縱線分別置于兩腔和四腔切面軸心；調節(jié)3條橫線，使其與縱線垂直，且將左室均分成3等份。啟動3DT分析軟件，分別在兩腔和四腔切面上各取3個點，其中2個置于二尖瓣環(huán)前、后葉根部心內膜面，另1個置于距二尖瓣環(huán)最遠的心尖處內膜面。軟件將自動勾畫出左室心內膜和心外膜輪廓，適當調整勾畫線，使其與心內膜和心外膜邊界重合，點擊屏幕左上方“Start”鍵，軟件自動計算出左室局部16節(jié)段多項應變等指標。

1.2.4 冠脈分布區(qū)域與其對應超聲心動圖各節(jié)段劃分 將每例入選者左室心肌按三支冠脈分布區(qū)分為3個區(qū)域，分別為左前降支灌注區(qū)、左回旋支灌注區(qū)及右冠狀動脈灌注區(qū)。對應超聲心動圖各節(jié)段分別為：①左前降支（LAD）灌注區(qū)域對應：前間隔、左室前壁基底段及中間段，室間隔、左室前壁、左室側壁心尖段。②左回旋支（LCX）灌注區(qū)域對應：左室側壁、后壁基底段及中間段。③右冠狀動脈（RCA）灌注區(qū)對應：左室下壁基底段、中間段、心尖段，后間隔基底段、中間段。將各區(qū)域所屬各節(jié)段應變等參數分別求和計算均數，即各冠脈灌注區(qū)應變均數。

1.3 統計學方法 采用SPSS 11.0統計軟件進行統計分析。所有計量資料以±s表示，組間比較采用非配對t檢驗，應用ROC曲線分析該檢測手段中部分指標的敏感度和特異度。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 冠脈分區(qū)各項應變平均值計算方法 各區(qū)內所有節(jié)段心肌局部應變算術平均值，例如左前降支分布區(qū)縱向應變=前間隔、左室前壁基底段及中間段，室間隔、左室前壁、左室側壁心尖段的各節(jié)段縱向應變之和/7；左回旋支分布區(qū)周向應變=左室側壁、左室后壁基底段及中間段的各節(jié)段周向應變之和/4；右冠狀動脈分布區(qū)徑向應變=左室下壁基底段、中間段、心尖段，后室間隔基底段、中間段各節(jié)段徑向應變之和/5。

2.2 冠脈分布區(qū)各項應變平均值

2.2.1 前降支灌注區(qū)域應變參數 左前降支正常與狹窄組的左前降支灌注區(qū)域各項應變平均值分別為：縱向峰值應變-16.17±5.26 比-13.03±4.84，周向峰值應變-31.79±14.10 比-24.74±9.12，徑向峰值應變32.02±14.64比27.70±10.48，心內膜面積應變-41.42±14.87比-33.54±11.74。見圖1。

2.2.2 回旋支灌注區(qū)域應變參數 回旋支正常組與狹窄組的回旋支灌注區(qū)域各項應變均值分別為：縱向峰值應變-14.95±6.01比-12.04±4.25，周向峰值應變-28.46±15.09 比-24.23±10.22，徑向峰值應變 31.81±14.45比 26.59±12.45，心內膜面積應變-37.15±13.83 比-30.47±12.29。見圖2。

2.2.3 右冠狀動脈灌注區(qū)域應變參數 右冠狀動脈正常組與狹窄組的右冠狀動脈灌注區(qū)域各項應變均值分別為：縱向峰值應變-14.23±5.01比-12.09±4.67，周向峰值應變-28.47±11.95 比-23.50±10.22，徑向峰值應變30.22±15.8比26.32±7.93，心內膜面積應變-39.40±14.23 比-30.29±10.84。見圖3。

2.3 冠脈正常組與狹窄組的灌注區(qū)域各項應變均值比較 冠脈狹窄組各項峰值應變均小于正常組。前降支正常組與狹窄組比較，前降支灌注區(qū)縱向、周向、徑向及心內膜面積峰值應變差異有統計學意義（P＜0.05）。見表1?；匦д＝M與狹窄組比較，回旋支灌注區(qū)縱向、徑向、周向及心內膜面積峰值應變差異有統計學意義（P＜0.05）。見表2。右冠狀動脈正常組與狹窄組比較，右冠狀動脈灌注區(qū)縱向、周向及心內膜面積峰值應變差異有統計學意義（P＜0.05）。見表3。

表1 前降支正常組與狹窄組前降支灌注區(qū)域各項應變均值比較（±s）

表1 前降支正常組與狹窄組前降支灌注區(qū)域各項應變均值比較（±s）

注：與正常組比較，aP＜0.05

組別 例數 縱向應變 周向應變 徑向應變 面積應變正常組 26 -16.17±5.26 -31.79±14.10 32.02±14.64 -41.42±14.87狹窄組 25 -13.03±4.84a -24.74±9.12a27.70±10.48a-33.54±11.74a

表2 回旋支正常組與狹窄組回旋支灌注區(qū)域各項應變均值比較（±s）

表2 回旋支正常組與狹窄組回旋支灌注區(qū)域各項應變均值比較（±s）

注：與正常組比較，aP＜0.05

組別 例數 縱向應變 周向應變 徑向應變 面積應變正常組 28 -14.95±6.01 -28.46±15.09 31.81±14.45 -37.15±13.83狹窄組 23 -12.04±4.25a-24.23±10.22a26.59±12.45a-30.47±12.29a

表3 右冠狀動脈正常組與狹窄組右冠狀動脈灌注區(qū)域各項應變均值比較（±s）

表3 右冠狀動脈正常組與狹窄組右冠狀動脈灌注區(qū)域各項應變均值比較（±s）

注：與正常組比較，aP＜0.05

組別 例數 縱向應變 周向應變 徑向應變 面積應變正常組 22 -14.23±5.01 -28.47±11.95 30.22±15.86 -39.40±14.23狹窄組 29 -12.09±4.67 -23.50±10.22a 26.32±7.93 -30.29±10.84a

2.4 ROC曲線分析 將上述參數中差異有統計學意義的變量即周向峰值應變、縱向峰值應變及心內膜面積峰值應變進入ROC曲線，比較各參數識別心肌缺血的相對能力。各指標ROC曲線下面積分別為：縱向應變（0.69）、周向應變（0.71）、心內膜面積應變（0.86）。ROC曲線分析顯示，冠脈分布區(qū)局部縱向、周向及心內膜面積峰值應變對該區(qū)域灌注血管狹窄的診斷準確度一般，心內膜面積峰值應變對灌注區(qū)血管狹窄的診斷價值較高。最佳診斷分界點為-36.74%。

3 討論

每年我國有大量患者因急性胸痛入院檢查，而部分患者由于診斷延誤導致病情加重甚至死亡。因而，早期及時準確地評價急性胸痛患者是否存在心肌缺血狀況至關重要。目前對僅存在心肌缺血的患者，超聲心動圖很難做出迅速準確的評價。雖然負荷超聲心動圖可以通過增加患者心肌耗氧量，進而引發(fā)患者出現缺血部位心肌的運動異常進行臨床判斷，但其具有一定的風險，因而限制了該項檢查在基層醫(yī)院的廣泛應用。

1973年Mirsky與Parmley將應變這一概念引入心臟研究領域[4]，為超聲檢測提供了一項可以對心肌收縮特性進行定量的參數測量。心肌應變就是指心肌的伸長和縮短。一維應變可用Lagrangian公式表示：ε=（L-L0）/L0=ΔL/L0。式中ε代表應變，L0代表心肌初始長度，L代表檢測時心肌的瞬時長度，ΔL=L-L0即心肌長度的改變量，應變成像使得檢測特定區(qū)域局部收縮成為可能。二維斑點追蹤成像技術是在應變及應變率顯像基礎上發(fā)展而來的一種新技術，它可以在高幀頻超聲圖像上，用最佳模式匹配技術追蹤識別心肌內回聲斑點的空間運動，標測連續(xù)不同幀之間同一位置的心肌運動軌跡，以此測算出心肌的位移、速度、應變等力學參數來評價心肌的形變[5]，故其沒有角度依賴性[1]，不受周圍心肌的牽拉和心臟整體運動干擾[2,3]。由于其可以通過測量縱向、徑向及周向應變，得到心肌增厚程度、心肌纖維在心室短軸圓周方向的縮短能力和心臟在長軸方向的伸縮能力[6]，因而可用來評價局部心肌的收縮與舒張功能、血供情況、心肌活力等。由于心肌組織的運動及其功能是在三維的空間環(huán)境中實現的，故二維斑點追蹤技術受到一定的制約。近期發(fā)展的三維斑點追蹤成像技術是通過對特定心肌組織運動軌跡的三維跟蹤觀測，更為客觀真實地反映心肌組織的運動功能狀態(tài)[7-10]。1998年加拿大蒙特利爾大學的Meunier[11]報道了采用三維超聲斑點跟蹤成像技術評價心室模型的擺動、旋轉和形變等基本心肌力學特征，結果發(fā)現組織的軸向擺動和旋轉運動與三維的超聲斑點運動軌跡跟蹤結果密切相關。該研究同時認為，采用較低的頻率和較短的超聲脈沖波在較小的聲束寬度內能夠較好地跟蹤心肌組織的斑點信號。2005年美國芝加哥大學的O.Donnell研究小組[12]報道了應用組織模塊驗證三維超聲斑點跟蹤成像的可靠性和準確性，結果表明由二維超聲斑點跟蹤成像導致的失關聯現象可被三維超聲斑點跟蹤成像技術最小化。通過技術改進，2007年英國癌癥研究所的Harris等[13]報道，三維超聲斑點跟蹤成像已經能夠在所有的檢測深度同時在較小的位移范圍內（2 mm）獲得較高的測量精度（0.4 mm）。

本研究應用三維斑點追蹤成像技術對冠心病患者進行各項力學參數測定，結果顯示，缺血動脈灌注區(qū)徑向、縱向及周向應變均低于對照組，且縱向、周向應變指標差異有統計學意義，與前期研究相似。既往研究顯示，左心室收縮運動中心內膜下心肌起重要作用。生理基礎狀態(tài)下，心內膜下心肌和心外膜下心肌的血流灌注和收縮狀態(tài)不同，靜息狀態(tài)下室壁的收縮期增厚主要由心內膜下心肌完成。但心內膜下心肌對缺氧的耐受力差。冠心病患者心肌缺血時，冠狀動脈血液供應減少，心內膜下心肌將首先受累，勢必引起由心內膜主要參與的縱向及周向應變的顯著改變。本研究結果中左室局部周向應變較其他兩個方向的應變對心肌缺血的診斷價值高，說明周向運動在左室三維運動中的重要性。形態(tài)學研究表明，左室中層主要由環(huán)向纖維組成，內層及外層由斜行縱向纖維組成，雖然內外層斜行縱向纖維收縮是使長軸縮短，但一些力也作用于圓周方向。左室主動收縮時，當左室所有纖維方向和作用力的向量的合力，是最利于環(huán)向縮短的，所以環(huán)向纖維縮短較縱向纖維縮短更明顯，因而周向運動較縱向運動更明顯[14]。另外，心肌微結構表明，左室主動收縮時，肌小節(jié)長度與左室圓周變化呈線性相關[15]。

本研究結果顯示，缺血區(qū)心肌心內膜下面積應變率同正常組比較顯著減低，且差異有統計學意義。分析其原因可能是由于心內膜下面積應變反映了各項應變的綜合情況，因而可以更好地反映缺血所引起的改變（圖4、5）。本研究顯示，心肌缺血患者局部應變同前期整體應變比較，縱向應變的差異也同樣具有統計學意義。分析原因，一方面由于冠心病患者除受累階段出現應變的減低外，可能還存在正常心肌的代償性應變增強，以維持心臟的整體功能，因而各節(jié)段應變平均值（既整體應變）的差異可能會減小。

對于心肌缺血而無梗死的患者，早期的診斷治療至關重要。然而大多數患者在到達醫(yī)院時胸痛癥狀已經緩解，常規(guī)超聲及心電圖都很難發(fā)現異常，這就使一些患者失去了最佳的治療時間。但本研究結果發(fā)現，該類患者局部面積應變指標已有顯著性差異，這就為我們超聲診斷提供了一個能夠早期發(fā)現心肌缺血的良好定量指標。心臟功能比較和評價必須在準確的心臟解剖空間定位基礎上進行，本課題應用血流灌注區(qū)的局部應變進行定量測量，因而更有臨床意義。

本研究的局限性：①同其他超聲技術一樣，超聲圖像的采集和質量仍是限制因素。超聲斑點追蹤成像要求有清晰的二維圖像，在肺氣腫、肥胖等二維圖像欠清晰的患者中，成像的準確性受到限制。②受掃查寬度影響，存在心尖部室壁瘤及心室顯著擴張的患者無法完成該檢測。③幀頻有待進一步增大，較低的幀頻，亦造成追蹤斑點的丟失，影響評價的準確性。④由于各冠脈供應區(qū)所包含的節(jié)段數目不同，且這些節(jié)段所屬區(qū)域也不相同，導致各灌注區(qū)域間同一應變指標存在差異。

綜上所述，本研究具有以下臨床意義：①三維超聲斑點追蹤成像技術的出現和臨床應用，為心臟固體力學的準確和可靠性評價提供了新的領域。②三維斑點追蹤成像技術通過多項應變參數可以發(fā)現冠心病患者早期缺血時心肌形變能力的減低。③左室局部周向、縱向及心內膜面積峰值應變可用于冠心病患者心肌缺血的檢測。④局部心內膜面積峰值應變對早期心肌缺血有較好的診斷價值[16,17]。

圖1 左前降支正常與狹窄組的左前降支灌注區(qū)域各項應變平均值比較

圖2 回旋支正常與狹窄組的回旋支灌注區(qū)域各項應變平均值比較

圖3 右冠狀動脈正常與狹窄組的右冠狀動脈灌注區(qū)域各項應變平均值比較

圖4 冠脈無狹窄者心內膜應變

圖5 冠脈狹窄者心內膜應變：冠脈造影回旋支狹窄75%；左室側壁心內膜面積峰值應變減低

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Three-dimensional speckle tracking imaging in evaluating local strain of stenosis coronary perfusion area in patients with coronary heart disease

SUN Yan＊，AN Ying-bo，QIAO Ying-yan，et al.＊Deparment of Ulruasound，Anzhen Hospital，Capital Medical University，Beijing 100028，China

YANG Ya，E-mail：yangya99@hotmail.com

ObjectiveTo study the influence of coronary artery stenosis on the local area strain by coronary respective districts contingency parameter.Methods51 patients（36 males and 15 females）undergone coronary angiography were enrolled in the study.Aged 40 to 70 years，average of （56.01±8.55）years old.Exclusion criteria:myocardial infarction，cardiomyopathy，congenital heart disease，severe valve disease，hypertension with ventricular hypertrophy，diabetes.Every left ventricular was divided into three perfusion areas including anteriordescending （LAD）artery perfusion area，circumflex artery（LCX）perfusion area and right coronary artery（RCA）perfusion area.Those areas were divided into six groups according to whether coronary stenosis was less than 50%:anterior descending artery control group（n=26），left anterior descending artery stenosis group（n=25），circumflex artery control group（n=28），circumflex artery stenosis group（n=23），right coronary control group（n=22）and right coronary stenosis group （n=29）.Standard apical four-chamber view of left ventricular volume images were collected and stored for all selected patients.And 3DST online analysis software was used to obtain each strain parameters.The means of those parameters about the perfusion areas were calculated.The local strain parameters in patients with coronary heart disease were analyzed.Results⑴LS of the control and stenosis group of LAD perfusion area were（-16.17±5.26）and（-13.03±4.84）（P＜0.01），CS were（-31.79±14.10）and（24.74±9.12）（P＜0.01），RS were（32.02±14.64）and（27.70±10.48）（P＜0.05），AT were（-41.42±14.87）and（33.54±11.74）（P＜0.01）.⑵LS of the control and stenosis group of LCX perfusion area were（-14.95±6.01）and（12.04±4.25）（P＜0.05），CS were（-28.46±15.09）and（-24.23±10.22）（P＜0.05），RS were（31.81±14.45）and（26.59±12.45）（P＜0.05），AT were （-37.15±13.83）and （30.47±12.29）（P＜0.05）.⑶LS of the control and stenosis group of RCA perfusion area were（-14.23±5.01）and（12.09±4.67）（P＞0.05），CS were（-28.47±11.95）and （-23.50±10.22）（P＜0.05），RS were（30.22±15.86）and（26.32±7.93）（P＞0.05），AT were（-39.40±14.23）and（-30.29±10.84）（P＜0.05）.⑷Local AT has higher diagnostic value of its perfusion areas coronary vascular stenosis.Conclusion⑴Using three-dimensional speckle tracking imaging can find deformation ability reduced in early stage of myocardial ischemia through the reduced deformation capacity.⑵LS，CS can be used for the detection of myocardial ischemia in patients with coronary heart disease，but the diagnosis values are low.⑶AT has better diagnostic value of early myocardial ischemia.

Three-dimensional；Local strain；Coronary heart disease

楊婭，E-mail：yangya99＠hotmail.com

10.3969/j.issn.1672－5301.2015.01.014

R541.4

A

1672-5301（2015）01-0051－05

2014-09-01）