超声心动图在心血管疾病临床诊治中的应用.docx

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超声心动图在心血管疾病临床诊治中的应用

超声心动图在心血管疾病临床诊治中的应用

心肌组织多普勒成像

上海复旦大学附属华山医院超声心动图室黄国倩

原理

活体心脏的多普勒信号是由流动的血液和室壁运动所产生，两者的速度和振幅范围不同，具有不同的多普勒信号特征。

心肌组织多普勒成像（TissueDopplerImaging，TDI）技术择出低速、高振幅的室壁运动信息，通过自相关信号处理技术，对代表心肌运动的多普勒频移信息进行彩色编码，以彩色二维，M型或多普勒频谱等形式，将心肌室壁运动的信息实时展现在荧光屏上。

TDI的显示形式

有组织速度显像（TissueVelocityImaging,TVI）、加速度图、能量图、组织追踪显像（TissueTrackingImaging,TTI）、跨壁速度梯度（MyocardialVelocityGradient,MVG）、应变/应变率成像（StrainRateImaging,SRI）、组织同步化成像（TissuesynchronizationImaging,TSI）等几种形式。

一、组织速度显像形式

又可分为：

（一）彩色二维显像（Color2DTDI）

对心肌的运动速度和方向进行彩色编码，朝向探头运动编码成暖色，速度由低到高依次被编码成红色、橙色和白色；背离探头运动编码成冷色，由低到高依次被编码成蓝色、浅蓝色和白色。

无色表示心肌无运动。

早期主要用于识别室壁运动的方向和速度，提高目测诊断的敏感性和准确性。

随着TDI成像技术进一步成熟，以及定量分析软件的发展，彩色二维组织多普勒显像已成为定量分析心肌功能的各种新方法的基础，可以定量不同节段的平均速度、加速度、位移、变形以及运动相位等，各节段的速度曲线可以同时显示，相互比较，为临床提供更多的信息。

（二）脉冲多普勒速度频谱曲线（PW－TDI）

将取样容积放置于感兴趣区域，记录该处心肌运动的多普勒速度频谱信号。

以二尖瓣环纵向运动频谱为例，TDI速度曲线通常包括三个主波：

●收缩期Sa波：

从心电图QRS波之后开始，到T波结束时终止，反映心室在射血过程中，心室肌牵拉瓣环下移的速度；

●舒张早期左室充盈波Ea：

心电图T波之后，由于心室快速充盈，二尖瓣开放，瓣环向心底移动产生的第一个舒张早期波；

●舒张晚期Aa波：

心电图P波之后，心房收缩，瓣环再次向心底移动产生的第二个舒张晚期波。

另外还有两个时相：

局部等容收缩期（RIVCT），Aa结束至Sa波开始之间；局部等容舒张时间（RIVRT），Sa波结束至Ea波开始。

正常心脏不同节段间PW-TDI的形态和速度不相同。

心肌的运动速度从瓣环至心尖段逐渐减小；与室间隔相比，左室侧壁Sm加速更快，波形为双相，而室间隔Sm波发生较晚，波形较平坦；侧壁舒张运动发生较室间隔早。

左室后壁心内膜的运动速度最高，前间隔右室面运动速度最低，左室后壁心内膜和前间隔的左室面运动速度也不一致。

与左室相比，右室的心肌运动频谱中Sm、Em的速度大小与左室相似,但是Am要比左室更加明显。

与二尖瓣血流图类似，PW-TDI也会受到年龄的影响，表现为随年龄增加，Em逐渐下降，Am逐渐升高。

各节段舒张期心肌运动速度Em/Am比值均大于1。

（三）彩色M型（colorM-modeTDI）

1.直线解剖M型

直线解剖M型克服了传统M型取样线只能围绕探头旋转的局限性，它的取样线可以调节到任意部位进行任意旋转，可在各切面评价任意节段的室壁运动，即使在心脏形态发生改变或移位的情况下也能迅速获得准确信息。

解剖M型适用于老人，有胸廓畸形或肋间隙窄的患者。

此外，直线解剖M型能在回放或冻结后的二维图像上进行分析，可做多根取样线同时扫描，提高了工作效率。

2.曲线解剖M型（coloranatomicM-mode,简称为CAMM）

曲线解剖M型的取样线不是直线，而是环绕心内膜的曲线。

该技术记录的是取样线上沿心内膜按顺时针方向环绕心脏一周各节段随时间变化而运动的曲线。

图像的纵坐标自上至下是沿心内膜按顺时针方向依次排列的心肌各节段，而在水平方向是这些节段的运动曲线经彩色编码后而呈现出的红蓝相间的色带，红色代表心肌朝向探头方向运动，而蓝色代表心肌背向探头方向运动。

正常情况下，各节段运动协调统一，色带的时间－空间的分布整齐而有规律。

越靠近二尖瓣环，节段色带越明亮，提示运动速度较快。

曲线解剖M型图像的时间和空间分辨率高，能精确地显示心肌空间与时间分布的关系，直观反映室壁节段心内膜相位信息，为心肌缺血、心肌激动顺序及多节段心肌运动分析带来了新的手段。

二、加速度图

对心肌运动的加速度进行彩色编码，显示为二维彩色图像，蓝、绿、红依次表示低、中、高加速度。

加速度图可以检测心肌组织的运动速度变化率，用于评价心电的传导功能和心肌激动顺序。

三、能量图

以室壁运动的多普勒信号强度的平方值表示其能量，得到能量-频率曲线，将曲线下面积进行彩色编码，形成二维彩色心肌组织运动图像即为能量图。

由于多普勒信号中的强度主要取决于运动物体的散射体的数量，因而与超声束和室壁运动方向之间的夹角无关。

能量图能够识别心肌多普勒信号的强度和范围，多用于评价声学造影时的心肌灌注。

四、组织追踪显像（tissuetrackingimaging）

是利用多普勒原理自动测量某时段内的心肌组织运动位移，利用7种层次颜色进行半定量分级，快速直观地评价收缩期室壁沿多普勒轴方向运动产生的位移变化，为评价左室收缩功能开辟了一种新的途径。

组织追踪显像的优点是彩色标记后肉眼更易识别，是判断位移梯度的最快方法。

五、跨壁速度梯度（myocardialvelocitygradient,MVG）

从心外膜至心内膜心肌运动的速度逐渐升高，两者之间的速度梯度即为心肌跨壁速度梯度，反映了局部心肌的增厚与变薄，即径向方向的心肌应变率。

其计算方法为心内膜与心外膜心肌运动速度之差除以室壁厚度，即MVG=（Vend-Vepi）/L。

MVG可以用于评价局部心肌功能，它随着年龄的增长而明显下降。

在各种病理情况下，如扩张型心肌病、肥厚型心肌病、急性心梗缺血坏死的心肌节段MVG均显著低于正常。

负荷试验中，非缺血区域MVG呈显著的剂量-反应性增高，而缺血区域MVG却无明显改变。

心脏移植的受体如发生排异反应，收缩期和舒张期的MVG均可显著降低。

六、应变（strain，ε）及应变率（strainrate,SR）显像

应变反映了心肌在张力的作用下发生变形的能力，常用心肌长度的变化值占心肌原长度（即不受外力作用时）的百分数表示。

负值代表心肌纤维缩短或变薄，正值代表心肌组织延长或增厚。

应变率是应变的时间导数，反映了心肌发生变形的速度，单位为1/s。

应变（率）可以二维、M型或应变率-时间曲线的形式表现。

对二维和M型应变率图像进行彩色编码，可使观察更加直观敏感。

随着负的应变率递增，彩色从黄色过渡为红色，随正的应变率递增，由蓝绿色过渡为蓝色，应变率值接近0时，显示为绿色。

正常的应变率-时间曲线包含3个波型，而应变曲线则呈正弦波型。

以纵向应变为例，收缩期心肌应变率和应变为基线下方波形（S），提示收缩期心肌缩短，应变（率）为负值。

舒张期应变率和应变位于基线上方（D），提示心肌延长，应变（率）为正值。

应变率曲线舒张期呈现出两个正向波，舒张期E峰和A峰，代表早期心室充盈和心房收缩。

在健康个体中，不论是收缩期或舒张期，应变（率）在整个心室的分布和传播都是协调有序的。

心肌径向应变（率）的值高于纵向，右室纵向的应变（率）值高于左室。

对于室间隔及左室的各个室壁，纵向的应变（率）在基底段，中间段和心尖部的各个节段上大小均衡，不像心肌速度那样从瓣环水平向心尖逐渐递减。

SRI能更客观更直接地反映心肌的局部功能，在评价心肌功能，检测灌注异常方面优于心肌速度及位移，它可以鉴别心肌的运动是主动还是被动。

七、组织同步化显像（TissuesynchronizationImaging,TSI）

在TVI基础上衍生出的新的超声技术，它用不同的颜色表示QRS起始点到峰值收缩的时间，60-150ms用绿色表示，150-300ms用黄色表示，300-500ms用红色表示，实时叠加在二维图像上，能直观地显示运动延迟的部位。

TDI的临床应用

一、评价心功能：

（一）评价左室整体收缩功能

二尖瓣环处的Sa波常用于评价左室整体收缩功能。

二尖瓣环6个节段Sa的平均值与左室射血分数呈正相关（r=0.746），>5.4cm/s提示LVEF>50%，其敏感性和特异性分别是88%和97%。

而心电图Q波至Sa的间期与EF呈负相关。

组织追踪法测定的收缩期二尖瓣环下移距离与左室造影测定的左室射血分数也有密切相关。

收缩期二尖瓣环下移距离小于4.8mm预测左室射血分数≤30%的敏感性为98%，特异性为78%。

（二）评价左室舒张功能

二尖瓣环运动频谱反映了左室的机械运动，从另一角度反映了左室的舒张功能，简单实用。

舒张功能减退表现为早期充盈波Em降低，延迟，Em/Am比值倒置。

TDI受左室机械运动影响较大，而受左室充盈状况和左房压的影响较小，Em值降低，总是反映了左室弛张功能受损，因此可揭示二尖瓣血流图假性正常化的舒张功能异常；与二尖瓣血流图E峰相结合，来评价左室充盈压；定量左室局部的舒张功能。

（三）估测心腔内压力

二尖瓣血流图E峰速度与二尖瓣环TDIEa峰速度的比值（E/Ea）可以估测平均左室舒张压，比值小于8可视为正常，大于15为左室充盈压升高，8-15则需要结合其它测量指标综合考虑。

右房平均压（RAP）与三尖瓣舒张早期流速E与三尖瓣环舒张早期运动速度Ea之比正相关，根据公式：

RAP=1.76（E/Ea）-3.7估测RAP值与心导管的实际测量值相差仅0.3±3.7mmHg。

肺毛细血管楔压（PCWP）与二尖瓣舒张早期流速E与二尖瓣环舒张早期运动速度Ea之比正相关，根据公式：

PCWP=1.55+1.47（E/Ea）估测的PCWP值与心导管的实际测量值相差仅为0.4±2.8mmHg。

该方法无创，简便，可以床旁进行，重复操作，对于临床休克，心衰等各种危重病员的抢救和监护具有重要的应用价值。

二、评价心肌局部功能及心肌存活性

冠心病节段运动异常在TDI上的表现包括：

收缩起始的延迟，心肌增厚或缩短的程度及速度降低，以及收缩期后的收缩（Post-systolicshortening,PSS）。

PSS是指心肌缺血时，心肌收缩出现在主动脉瓣关闭之后，或在左室压力明显下降时。

PPS并不总是病理表现，也可见于正常个体，但在缺血节段中，PSS发生的比例更高，其幅度也明显增大，且峰值的出现较正常节段的PPS延迟。

此外，病理性的PPS还同时伴有收缩期应变的降低，并要超过一定的幅度。

缺血心肌的舒张活动也延迟并减弱，局部心肌舒张起始时间（Timetoonsetofregionalrelaxation,TR）是另一项用于定量评价心肌运动功能,识别心肌缺血的指标，定义为心电图上的R波与心肌节段运动从收缩转变为舒张的转折点之间的时间间期，单位为ms。

局部心肌功能的异常在彩色二维TDI上常表现为运动异常的局部彩色暗淡或消失，而非缺血区活动代偿性增加因而色彩明亮；在彩色M型TDI上心肌功能异常的部位可出现杂乱无章的彩色条带，或是因运动时相（如延迟收缩）改变而导致缺血区和非缺血区之间色带的错位；在TTI上，运动异常的节段位移降低，甚至因无位移而无色彩叠加；在TDI，PW-TDI以及SRI上，运动异常的心肌其运动速度和应变率均明显降低，消失，或出现矛盾运动，如有存活心肌，还可以在ECG的T波后出现异常的收缩波形，提示PSS。

TDI的另一个临床应用是识别存活心肌。

以MRI为金标准，没有存活心肌就不会有PSS；如果心肌部分受损，有50%的存活心肌，那么PSS最显著。

应用TDI对存活心肌活性作出正确的判断，可以为临床PTCA、CABG术前病例的选择和术后心功能的随访提供可靠依据。

虽然TDI技术能定量测量局部心肌的运动速度，但却无法区分心肌速度的产生是由于主动收缩还是受到周围节段的被动牵拉。

SRI通过定量分析局部心肌的变形，能更直接地反映了心肌的局部功能，不受到周围节段的影响，可以帮助我们判断局部心肌是否真地参与了收缩过程，因此对心肌功能的评价更加客观可靠。

三、定量评价负荷超声

传统的负荷超声主要依靠目测，主观性大，观察者必须受到专门的训练，同时受到成像条件和图像质量的影响。

TDI为负荷超声提供了定量工具，TDI与DSE相结合，能够更敏感地诊断早期心肌缺血，提高观测者间的可重复性。

各种TDI的定量分析与二维图像相结合，使结果分析更加客观，明显地提高了诊断的特异性和敏感性，比二维目测法更准确。

通过对心肌的运动速度，位移，应变率等进行彩色编码，运动异常的部位显示得更加清楚直观，大大增加了检查效率，缩短了检查时间。

在负荷超声心动图高峰阶段的心肌收缩速度，常被用于判断心肌节段运动功能是否正常。

研究发现，DSE达到峰剂量时，室壁运动速度平均增加148%，而运动负荷试验达到最大负荷时，心肌运动速度可增加99%。

组织速度不能相应增加甚至异常降低常提示心肌缺血或左室功能障碍。

以峰剂量时室壁（除心尖外）运动速度<5.5cm/s为截点，TDI诊断室壁节段异常的敏感性、特异性和准确性分别是96%、81%和86%。

用TTI测量前降支狭窄患者前壁和前间隔基底段位移发现，在低剂量DSE负荷试验时，前壁和前间隔的位移与对照组无明显差异，在20-40ug/kg/min时，前壁和前间隔的位移明显低于对照组，提示该指标可以定量评价负荷超声，提高临床诊断室壁缺血或存活心肌的敏感性和准确性，减少观察者间的变异。

SRI也被用于负荷试验时心肌缺血的诊断。

对于正常的心肌组织，心肌最大收缩期应变率值在负荷超声的各个阶段持续升高，在高峰期达到峰值；而应变则仅在开始的小剂量（5、10mg/kg/min）阶段轻度增加，以后随着剂量的增加并不发生明显的改变。

缺血心肌在负荷高峰时收缩期应变率增加量减少，收缩期室壁缩短延迟或延长，或发生了PSS。

PSS与该节段的最大应变之比是诊断DSE诱导心肌缺血最佳的定量指标。

DSE中局部心肌舒张起始时间TR较静息状态下明显缩短，正常节段其缩短的百分比明显高于缺血节段，以20％作为临界值可识别DSE诱导的心肌缺血，其敏感性为92％，特异性为75％。

与TVI比较，SRI与负荷超声相结合可以更好地检测灌注异常或运动异常的节段。

SRI还可以区分慢性透壁性心梗和非透壁性心梗。

心梗后的疤痕组织范围决定了局部心肌的变形能力。

在非透壁心梗中,静息状态应变率较正常明显降低，在小剂量DSE时（5mg/kg/min）轻微升高，在更高灌注速率时下降，而应变不随多巴酚丁胺滴注改变。

透壁心梗静息状态下收缩期应变率明显降低,应变几乎不能测及,两者均不随多巴酚丁胺的滴注而改变。

在小剂量DSE中检测异常的收缩期后应变率是一种无创伤性评价心肌存活性的有效参数，收缩期后异常增高的应变率存在于慢性缺血心肌，但不存在于陈旧性心梗，是存活心肌的重要标志。

评价局部心肌收缩功能对小剂量DSE的反应也可以有效地识别存活心肌。

梗死的心肌没有收缩功能储备，收缩期应变（率）的异常不随多巴酚丁胺的滴注而改善，与存活心肌形成了鲜明的对比。

小剂量DSE（10mg/kg/min）的前后测定收缩期应变率峰值以及收缩期速度峰值，收缩期应变率峰值升高≥-0.23秒-1可以准确识别存活心肌，其敏感性和特异性分别为83％和84％，大大优于速度指标。

四、在心肌再同步化治疗难治性心衰中的应用

TVI测量不同节段心肌的收缩速度和时间，可以更精确地定量分析机械不同步、左心室整体和局部的功能，从而帮助选择合适的病人，优化起搏程序，评价并随访疗效。

左室内收缩不同步的测量指标主要有：

1）左心室12个节段收缩达峰时间的标准差为左心室不同步指数（Ts-SD）大于32.6ms；

2）室间隔和左心室侧壁基底段收缩达峰时间的差值大于60ms；

3）左心室12个节段中任2个节段收缩达峰时间的最大差值大于100ms。

室间隔基底段和右室游离壁收缩达峰时间的差值常用来定量分析左、右心室间收缩不同步。

运用TTI和SRI也可定量分析左心室内收缩不同步。

收缩期TTI中灰色预测着该部位运动的消失或矛盾运动，表示左心室纵向延迟收缩（delayedlongitudecontraction,DLC）的存在，而舒张期的TTI可显示心肌DLC的程度，即左心室延迟收缩的节段数占总的左心室节段数的百分比。

结合SRI定量分析局部心肌的变形，能更直接的反映心肌的局部功能，不受到周围节段的影响，进一步判断室壁运动是主动收缩或被动收缩。

TSI用不同的颜色表示QRS起始点到峰值收缩的时间，直观地显示出心肌运动延迟的部位，指导电极的摆放。

五、对不同类型心肌肥厚进行研究TDI可对生理性和病理性心肌肥厚进行鉴别诊断。

运动员心脏中，生理性的心肌肥厚并不导致心肌收缩舒张功能的减退，PW-TDI上Sm，Em速度增加，Em/Am比值仍大于1。

原发性高血压病患者存在多节段舒张功能受损，表现为舒张早期Em速度降低，Em/Am比值减小，异常的节段数越多，二尖瓣血流图E/A比值越低。

而肥厚型心肌病患者心肌收缩及舒张功能均较正常减退，Sm及Em速度降低。

在左室轻度肥厚的年轻运动员中，Sa及Ea速度小于9cm/s有助于早期识别肥厚型心肌病患者，避免竞技运动导致猝死的发生。

六、鉴别缩窄性心包炎和限制型心肌病

缩窄性心包炎和限制型心肌病在临床及常规超声心动图上较难鉴别，测量二尖瓣环TDI频谱中的Ea峰值可以帮助诊断。

在缩窄性心包炎中，Ea速度常显著升高，而在限制型心肌病中Ea速度明显低于正常。

Ea<8cm/s提示限制性心肌病可能。

七、其他

SRI可在心肌淀粉样变性的早期，心衰发生前组织速度尚正常时检测出心肌功能的异常。

而组织速度的异常改变仅见于心衰患者。

梗阻性肥厚型心肌病室间隔无水酒精灌注消融后，消融部位的心肌应变率与同一部位消融之前、与其他部位比较均明显降低。

而心肌运动速度在消融前后，在消融部位与其他部位之间未发现明显的差异。

SRI在评价心肌功能方面较组织速度更加敏感，可以精确地反映出局部细微的心肌坏死，评价梗阻性肥厚型心肌病介入治疗的疗效。

早期糖尿病患者即使不合并基础心脏疾病，心肌组织也存在变形功能和微小结构的异常，其应变（率）峰值与健康对照组相比均明显下降。

法乐氏四联症术后患者右室游离壁、室间隔、以及左室径向和纵向的应变（率）明显低于健康个体，其右室心肌功能的异常在跨瓣环补片者较单纯圆锥部补片的患者表现得更加突出。

TDI检查的局限性

TDI的一个重要的局限性在于明显的角度依赖性。

由于左室心肌纤维带呈“8”字形空间螺旋环绕，左室心肌运动呈现为一种复杂的空间三维运动，不仅包括矢量大小，还包括方向、角度及时相等诸多要素。

同时，由于心肌的不可压缩性，心肌在一个方向上的变形总是伴随着另一个方向上的变形。

各种病理情况所导致的心肌功能的损害表现为心肌各个方向上运动和变形的异常。

由于TDI技术受声束角度的影响，而心肌带的排列并不与声束方向平行，因此TDI所得到的结果仅仅是心肌实际运动在声束方向上的投射，不能代表左室实际的运动情况。

此外，TDI技术无法对心肌径向和圆周运动，以及心室扭转进行评价，因此不能对左室的运动进行全面分析。

其次，TDI受到帧频的限制，更易受到噪声的干扰，尤其是应变率-时间曲线的噪声更加明显，从而影响分析结果的准确性和重复性。

TDI检查还受到心脏本身的运动和呼吸的影响。

呼吸时的胸廓运动、以及心脏移位均可影响TDI分析的准确性

近年来，以二维斑点追踪成像技术为基础，新的定量评价心肌运动及变形功能的技术不断出现，如心肌速度向量成像技术（VVI），心肌自动功能成像技术（AFI），二维应变等。

这些技术克服了传统TDI技术对角度的依赖性,通过实时追踪每帧图像上心肌像素的运动轨迹，得到心肌运动速度和方向的变化曲线,并自动计算出心肌在各个方向上的运动速度和变形，包括以往TDI技术无法分析的径向和圆周运动，以及心肌的旋转，从而对心肌功能进行更加全面的评价。

目前，这些技术已初步应用于临床，其临床价值尚有待于进一步的评价。