全容积三维超声心动图定量评价正常人、冠心病患者的左心室收缩功能

         作者：韩增辉，钱蕴秋，周晓东，张军，李军

【关键词】  左心室

     【Abstract】 AIM: To validate the feasibility and accuracy of full volume three dimensional echocardiography （FV3DE） in evaluating the global and regional contractile function of left ventricle in normal persons and patients with coronary artery diseases. METHODS: FV3DE images were acquired in 16 normal subjects and 18 patients with coronary artery disease by a matrix array transducer, the global and regional volume and ejection fraction （EF） of left ventricle were measured by TomTec 4D LVanalysis software. At the same time, the results of global and regional volume and EF were compared with those measured by Simpsons method. RESULTS: The global volume and EF of left ventricle could be measured with FV3DE well and truly in the normal subjects and the patients. There were no statistically significant differences among the results of FV3DE and Simpsons method. Meanwhile, detailed data about regional volume and contractile function of left ventricle could be get by FV3DE. CONCLUSION: FV3DE is a novel, noninvasive technique capable of detecting global and regional volume and contractile function of left ventricle.

    【Keywords】 echocardiography；threedimensional ultrasound；coronary artery disease；left ventricular function

    【摘要】 目的：探讨新技术全容积三维超声心动图（FV3DE）定量检测正常人、冠心病患者左心室整体及各节段收缩功能的可行性与准确性. 方法：使用全容积三维超声成像技术，于心尖四腔切面采集16例正常人及18例冠心病患者左心室的“金字塔”三维数据库，使用容积及收缩功能分析软件，脱机测算左心室整体及各节段的容积及收缩功能，并与二维超声双平面Simpson法测量结果进行对比. 结果：无论在正常人及冠心病患者，FV3DE均可准确获得收缩末期和舒张末期的左心室容积、射血分数，与二维超声双平面Simpson法结果高度一致；另外，FV3DE数据脱机分析还可全面获得整个心动周期中左心室各壁各节段的局部容积及射血分数变化曲线. 结论：全容积三维超声心动图可以准确测量左心室容积，左心室整体收缩功能，并全面分析左心室各节段的收缩功能，为系统且无创的研究左心室功能开辟了新途径.

    【关键词】 超声心动图；三维超声；冠心病；左心室功能

     0引言

    快速、安全而准确地测量左心室收缩功能在临床上有重要意义. 本研究我们应用新技术全容积三维超声心动图(full volume 3Dechocardiography, FV3DE)研究正常人及冠心病患者的左心室三维结构，使用脱机分析软件分别测量正常成人、冠心病患者的左心室整体及局部的心室容积及射血分数，以评价该技术测定左心室整体及局部节段收缩功能的可行性与准确性.

    1对象和方法

    1．1对象对照组：为健康志愿者16(男14，女2)例，年龄27～58（41.6±10.7）岁，经临床诊断及二维超声检查均为无心脏疾患者，血压正常，窦性心律，平均心率(75±8)次/min. 冠心病组：共18例，均为男性，年龄39～64（平均47.3±12.3）岁，为本院住院的急性心肌梗死病例、既往确诊为陈旧性心肌梗死的患者及拟行冠脉搭桥术的病例.

    1．2方法Philips公司IE33超声诊断仪，使用S4探头进行常规二维超声心动图检查及左心室容积双平面Simpson法的测量；该机配备实时三维超声成像技术，三维成像探头频率2～4 MHz. 该机三维成像包括实时显示(Live 3D)与全容积（full volume）两种显像方式；Tom Tec三维超声工作站，配备有4D LVanalysis软件，可对三维数据资料进行任意剖切，测量心腔整体、局部的容积及射血分数. 受检者取左侧卧位，连接肢体导联心电图. 首先使用S4探头进行常规二维超声检查，并于心尖位置采用双平面Simpson法测量左心室收缩末期（ESV）和舒张末期容积（EDV），获得左心室整体射血分数（GEF）. 改用三维成像探头，于心尖四腔切面仔细调整探头,将理想的左心室图像置于中央，启动 “full volume”功能键，屏幕上出现左右排列的两幅互为正交的二维图像,使二者均包含整个左心室，嘱受检者暂时屏气，按“acquire”键进行图像采集，仪器将采集到的4 个心动周期的三维图像重建为包容整个心脏的“金字塔”形图像，启动切割调节键对“金字塔”依次进行前后、左右和上下方向的切割，进行切面显像的观察，获得满意图像. 每例均采集3个“金字塔”数据图像，将所有图像存储于超声诊断仪硬盘中，检查结束后刻录于光盘保存. 启动Tom Tec三维超声工作站中4D LVanalysis软件，将三维数据光盘中所有数据导入工作站硬盘中，逐个进行测量. 将每个患者的全容积三维图像进行任意方位的旋转移动，直至在3个平面上分别同时显示左心室心尖四腔观、两腔观和短轴观，取心内膜显示最清晰一帧心尖四腔和两腔图像，标定二尖瓣环及心尖位置，然后确定舒张末期和收缩末期，以心尖四腔与两腔观作为基础平面，采用心尖长轴8平面法，手动勾画一个完整心动周期中每帧图像的左心室心内膜面，完成以后，软件将自动完成计算，并可分别动态显示一个心动周期内左心室形态的变化，左心室整体及16节段局部的射血分数变化曲线及容积变化曲线（图1）. 将鼠标定于曲线任一位置，软件可自动显示该区域在特定时相的容积或者射血分数值.

    图1一个心动周期中正常人左心室16节段中4个节段的射血分数变化曲线

    统计学处理：定量数据用x±s表示. 两测量方法间比较采用配对t检验， P<0.05为差异有统计学意义.

    2结果

    2.1正常人左心室收缩功能测量

    2.1.1整体收缩功能在对照组中，FV3DE测得的ESV，EDV，GEF分别为(40±12) mL， (95±17) mL，（60±8）％；双平面Simpson 法测得的ESV，EDV，GEF分别为(44±14) mL，(99±19) mL，（64±10）％，两种方法的结果差异均无统计学意义（P＞0.05）.

    2.1.2室壁节段收缩功能对照组中，不同室壁最大射血分数之间的差异大于不同心室水平之间的差异：后壁（72±10）％>前壁（68±12）％>下壁（63±11）％>侧壁（55±9）％>室间隔（53±9）％. 而同一室壁的腱索水平、高位乳头肌、低位乳头肌水平之间射血分数差异很小，心尖水平则有所降低.

    2.2冠心病患者左心室收缩功能测量

    2.2.1整体收缩功能FV3DE测得的ESV，EDV，GEF分别为(67±13) mL，(118±23) mL，（42±14）％；双平面Simpson 法测得的ESV，EDV，GEF分别为(70±13) mL，(127±22) mL，（45±11）％. 两种方法测得的数值差异均无统计学意义（P＞0.05），与对照组比较，冠心病患者ESV，EDV均增大，GEF明显降低（P＜0.05）.

    2.2.2室壁节段收缩功能在冠心组，无论是急性还是陈旧性心肌梗死，心梗节段的心肌的射血分数明显减低，平均只有（23±6）％，曲线明显低平（图2）. 而无心肌梗死节段心肌的射血分数未见明显变化，但是射血分数曲线与正常组不同，有波动现象出现.图2一个心动周期中陈旧性后壁心肌梗死患者6个节段的射血分数变化曲线

    3讨论

    左心室容积及收缩功能是心脏患者重要的临床指标，能帮助正确指导临床及判断预后，因此如何简洁、安全而准确地测量左心室容积及收缩功能具有重要意义. 目前临床上较为常用且相对精确的心功能测量方法是二维超声心动图的双平面Simpson法. 长期的研究及临床应用证明此法对形态正常左心室的功能测量有很高的准确性［1］，但经胸探测心尖切面观时往往高估或低估左心室长轴径及容量，进而高估或低估射血分数，当多次多处心肌梗死、室壁瘤形成等心室变形严重并且不均衡的情况下［2］，该方法只能获得左心室整体的心室容积和射血分数，对心室各壁各节段局部的收缩功能的评价作用有限.

    实时三维超声心动图（realtime 3dimensional echocardiography, RT3DE）是问世不久的一项最新超声心动图诊断技术，它操作简便，成像快速，能够实时显示心脏正常、病理结构的立体形态以及动态变化，能逼真显示以往二维超声无法或很难获得的切面结构，显示各结构与病变的毗邻位置及空间关系，提供更丰富的诊断信息，是具有重要意义的一项新突破［3-5］. RT3DE包括实时显示（Live 3D）与全容积（Full Volume）两种显像方式，其中Live 3D方式为真正的实时三维成像，成像快速清晰，图像直观，质量好，伪像少，但成像图像宽度小，无法包含整个左心室结构，因此我们使用准实时的全容积成像方式进行本研究.

    研究结果表明，FV3DE成像范围较大，形象逼真，在所有正常者以及大部分的冠心病例中，FV3DE能够快速再现左心室内膜面的立体形态，通过不同方向、部位的切割和旋转，可以很好地多方位观察左心室内结构的立体形状，使用伪彩后显示效果更佳. FV3DE可以动态地直观地观察左心室各室壁的运动情况，对于心肌梗死部位的心肌不仅可以观察到室壁的厚度变化，也可观察到明显的运动异常，但遗憾的是不能单帧回放. 对于FV3DE三维数据进行脱机的软件分析，可以方便地获得左心室整体容积与射血分数. 采用8平面法切割数据，可以获得左心室16节段室壁局部的容积、射血分数的变化曲线. 其中左心室整体容积及射血分数检测结果与常规二维超声Simpson法检测结果非常接近. 16节段室壁局部的容积、射血分数的变化曲线直观形象，较好显示出正常人不同节段室壁对于收缩功能分布特点，在冠心病患者清楚显示出运动异常的室壁节段和正常室壁心肌的运动变化，弥补了全方位M型的不足.

    本研究提示，FV3DE存在以下不足：①图像质量不及Live3D清晰，脱机分析数据时，心内膜面清晰度有所下降，勾画心内膜面时难度较大. 我们设想如果将左心室超声显影技术（LVO）与FV3DE联合应用，将有望弥补这一缺陷. ②FV3DE的“金字塔”形取样容积的扇角尽管明显大于Live3D，但仍嫌不足，对于心腔扩大及室壁瘤形成的患者往往不能完整显示整个左室及室壁瘤的边缘，会遗漏部分心室壁结构. ③由于是准实时成像，FV3DE在取样过程中，受检者的呼吸、心律失常或体位移动会造成形成的三维图像错位，影响结果的准确性. ④目前实时三维超声成像系统上尚未装备联机分析软件，需脱机分析结果，若要了解整个左心室各壁各节段的运动情况，分析步骤还很繁琐.

    【】

    ［1］ Silverman NH, Ports TA, Snider AR, et al. Determination of left ventricular volume in children: Echocardiographic and angiographic comparisons［J］. Circulation, 1980, 62（3） :548-557.

    ［2］ Wyatt HL, Meerbaum S, Heng MK, et al. Crosssectional echocardiography Ⅲ: Analysis of mathematic models for quantifying volume of symmetric and asymmetric left ventricles［J］. Am Heart J, 1980, 100（6 Pt 1）: 821-828.

    ［3］ 王新房. 实时三维超声心动图超声技术领域内的新突破［J］. 中华超声影像学杂志, 2003, 12（4）: 71-75.

    ［4］ 谢明星, 王新房, 吕清，等. 实时三维超声心动图应用初步探讨［J］. 中华超声影像学杂志, 2003, 12（7）: 80-84.

    ［5］ 黄润青, 王新房, 谢明星，等. 实时三维超声心动图在正常人左心室容积及其收缩功能检测中的应用［J］. 中华超声影像学杂志, 2003, 12（8）: 94-97.