检测心室重构的医学影像学新技术

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  【中图分类号】R-0 【文献标识码】B 【文章编号】1008-1879(2012)03-0060-03
  心力衰竭(heart failure,HF)是多种心血管疾病的终末期表现,左室重构(Ventricular remodeling,VR)是从多种心脏疾病发展为心衰的重要病理生理过程,贯穿其始末。因此,对于左室重构发生过程的研究已成为近年来心血管疾病病理生理研究的一个热点。近年来,医学影像技术在心肌重构的检测方面有了很大的进展,本文就近年来关于左室重构的检测在医学新技术做以综述。
  1 斑点追踪技术
  斑点追踪显像技术是基于医学超声成像模式,通过对组织内部的大量散射粒子形成的斑点进行跟踪,从而实现对人体组织运动的跟踪。在获取高帧频二维灰阶超声图像的基础上,通过寻找序列图像中最优近似的散斑模式,跟踪每一帧图像的心肌回声斑点位置、运动轨迹及空间运动,以此显示心肌运动速度、位移、应变和应变率、旋转角度等参数[1,2]。斑点追踪显像技术具有组织多普勒时间分辨率较高的优点,由于它本身是非多普勒原理衍生而来的技术,所以它不同于多普勒技术,不受角度和心脏摆动的影响,既可以实现横向(垂直于超声束方向)的跟踪,也可以实现纵向(即沿超声束方向)跟踪,反映心脏纵向方向的变形运动 [3],反映环形方向及径向的变形运动。它排除了周围组织牵拉和心脏整体移动对心肌运动速度的影响,反映局部心肌的变形速率,准确评价心肌局部组织的舒张和收缩功能,而无角度依赖性,从机械做功角度来看,它真实的反映了心肌局部功能。国内外学者对经组织多普勒与斑点追踪显像技术的应变与应变率成像两者间进行了相关性研究,用两种方法测得同一受试者的应变值不同,但两者相关性良好。Modestokm等研究结果显示,斑点追踪显像的测值与组织多普勒测值之间高度一致(应变r=0.94;应变率r=0.96) [4];另有研究显示斑点追踪显像研究结果与相关报道的核磁共振技术结果一致[5,6]。而核磁共振方法是是评价收缩期心肌形变的金标准。在临床上,斑点追踪显像技术对心肌形变能力的分析也是可行的,可作为心脏的常规检查[7]。
  所以,从理论讲二维斑点追踪显像技术可以评价心室重构。Park 等[8]研究了左室的纵向应变能否能预测左室的重构。他研究了50例急性前壁心肌梗死患者,用组织多普勒显像技术及斑点追踪显像技术测得冠脉再灌注治疗后前降支供应的左室各节段的峰值收缩速度及纵向应变。左室的重构被定义为随访超声左室舒张末期容量的增加≥15%。结果显示,组织多普勒显像技术(P=0.005)与斑点追踪显像技术(P=0.001)测得的纵向应变能预测左室的重构。结论是急性前壁心及梗死再灌注治疗后,即刻的左室纵向应变能很好地预测左室的重构。Edvardsen等[9] 研究结果也证实了这一点。
  随着应用斑点追踪显像技术的动物及临床研究日益增多,其可提供心脏空间运动的多维信息,无创、迅速、定量地评价局部及整体心功能,能够准确测量心室肌在心动周期中的扭转特征,帮助识别早期心功能变化,有望为临床冠心病的诊断与治疗提供更加客观准确的信息。
  2 电影磁共振成像(Cine-MRI)技术
  核磁共振技术是软组织对比分辨率最高的影像学方法,特别是心脏核磁共振技术心肌灌注延迟显像的应用使得体外检测坏死心肌能够达到近乎“组织学”般准确[10]。核磁共振技术已被认为是测量心功能的最佳方法,它可全面显示左左室测量各处心室心肌收缩、舒张期内径,定量评价其病变程度,它直接测量体素数目,并可显示早期缺血心肌网格运动减弱的程度以及与正常心肌运动不同步的情况[11]。无需行左室形状的几何学假设,无放大率等问题。这些功能指标对判断左室功能、估计预后有着重要的意义,是目前诊断左室重构的主要诊断指标之一。
  电影磁共振成像技术与自旋回波门控技术相比较,90°脉冲后无180°脉冲,代之为磁场回波,因其产生快,勿须等待R波触发,而为连续扫描,故提高了时间分辨率。电影磁共振成像技术的时间分辨率一般为29~36ms,最多可采集心动周期的32个时相。电影磁共振成像技术与一般门控图像不同,由于其使用很短的TR(一般为30~100ms)、磁场回波和血流补偿,故大血管腔及心腔内流动的血流为高信号,相对静止的动脉壁、心壁为低信号。加之与心脏周围的肺野组织对比,心脏各腔室的内外边界清晰。因此电影磁共振成像技术具有良好的空间分辨力和时间分辨力,为观察室壁心肌运动及测量室壁心肌厚度、长度和左室腔容积提供了可靠的依据,为检测左室重构提供了较为准确的数据。Pflugfelder等[12]利用室壁增厚率将心肌节段的运动分为运动正常、运动减弱、运动消失和矛盾运动四种形式,运动减弱、运动消失和矛盾运动为异常运动,该项检查与血管造影和心电图结果有良好的相关性。另有学者Sechtem等[13]注意到仅以室壁增厚率小于18%为判定运动异常的标准是不够全面的,应加注室壁增厚幅度小于2mm,其研究结果证实当有舒张期室壁心肌变薄时,尽管收缩期增厚率大于18%,仍考虑存在异常运动。有研究表明[14]电影磁共振成像技术测定的左室缩末容积、舒末容积及左室射血分数与左室造影和超声心动图检查所得结果相关性良好,能真实反映左心室收缩功能受损情况。
  3 超声背向散射积分技术
  超声背向散射积分(IBS)技术是通过分析心肌背向散射信号的变化对心肌物理特性和结构进行量化分析,该技术可无创地评价心肌细微结构和功能变化[15],通过探测组织的声学参数来定量描述正常和病理组织特性的方法。他是通过特制的时间门控电路,在射频信号处理前,提取相关区域的射频信号,将理想平面与功率谱的反射器的回声信号功上比,取其有效频率范围时行积分,并将积分值显示出来。
  许多实验显示,左室重构时左室心肌细胞及其细胞外基质增生,肥大与重新排列、功能改变,细胞外基质最主要的成分是胶原。左室重构心肌间质胶原沉积是决定病变心肌组织超声背向散射积分的主要因素,超声背向散射积分与胶原沉积间存在着良好相关性关系;心肌胶原网络存在重构时,超声背向散射积分参数值较正常心肌有明显升高[16]。另有研究结果表明,心肌组织及胶原网络发生重构时,室间隔超声背向散射积分参数也有所改变[17]。所以,超声背向散射积分技术可成为检测心室重构的一项有意义的方法[18]。   4 实时三维超声
  三维超声(RT-3DE)是超声医学领域新近发展起来的一项新技术,近几年,国内外学者研究证实三维超声为容积式成像,是评价左室功能、左室容积及左室腔内径的无创方法。测量时,无需依赖心脏几何形状的假设,是从左心室整体采集数据,根据左室实际几何形状测量左室容积,较传统超声心动图检查优越[19-21]。实时三维超声心动图只需要一个心动周期即可获得三维数据,克服了图像重复性差、获取时间长等问题。实时动态三维超声心动图,换能器的晶体片呈矩阵样排列,探头发射声束时按相控阵式沿着y轴(纵向)进行方位转向,形成二维图像,后者在沿z轴方向扇形移动,进行立体仰角转向,形成金字塔式数据库。由于三维超声是特殊的发射与接收方法,使扫描速度提高60余倍,仅在几个心动周期内便可采集到完整心脏结构的三维数据,从而实现动态的三维成像[20,21]。三维计算容积公式中的平面实际面积,并非通过径线测量假设左室椭圆体面积,能真实地计算出左室容积,所以在段性室壁心肌运动异常、心腔变形节等病理状态下可获得较为准确的检测结果。研究表明[19]利用三维超声心动图测量体外左室室壁瘤模型左室容积与实测室壁瘤容积存在一致性,证实了三维超声心动图测量不规则左室容积的准确性。Jiang和Qin等[22,23]用三维超声心动图分别对室壁瘤模型、动物活体心室壁瘤、离体心脏的室壁瘤体积、左室总体容量与实测值高度相关;且左室舒张末期容积、收缩末期容积、每搏输出量和左室射血分数与实测值也高度相关。Buck等[19]也进一步用三维超声与核磁共振对比计算了23个慢性左室室壁瘤形成的患者左室腔容积和功能,证明两者一致性好。国内学者研究表明[22]分别用实时三维超声心动图测量了10例左室明显增大并整体收缩活动普遍减弱者,8例陈旧性心肌梗死伴左室节段性室壁运动异常者以及20例正常人的左室容积及收缩功能,并与M型Teicholz法和二维超声心动图Simpson法测量结果进行对照比较,结果显示4、8、16平面法所测数值更加准确。所以实时三维超声对于心室重构的预测尤其是不规则结构的心室重构有较为重要的临床意义。
  实时三维超声心动图测量左室容积和功能尤其是不规则左室以及节段性室壁运动异常的左室容积和功能有其优越性,现已逐渐应用于临床,目前,实时三维超声心动图还存在着一定的局限性如二维图像欠清晰,扇角过小,帧频过低,随着实时三维超声心动图技术的不断发展及这些问题的进一步解决,其将具有更广阔的临床应用前景[23]。
  5 多普勒心肌组织成像技术
  多普勒心肌组织成像技术(Doppler tissue imaging,DTI)是将多普勒频移原理应用于心肌组织,从而获得关于心肌组织运动速度、时间、方向等方面的信息,以便更直观的来检测心脏功能的一项新型技术。
  多普勒心肌组织成像技术恰与普通超声心动图相反,它在启动普勒心肌组织成像技术功能时,来自室壁运动的低频高振幅信号不再通过高通滤波器,而是通过一系列自相关信号处理技术,对代表心肌运动的多普勒频移信号进行分析和彩色编码,以多种方式显示出来以供临床应用[24]。
  定量组织速度成像技术是基于组织多普勒,可测定数个节段的心肌收缩和舒张速度,是一种能够定量检测心功能的方法[25]。每一帧的二维彩色多普勒组织速度图中均含有心肌运动速度的信息,对二维彩色多普勒组织速度图中不同心肌节段的速度信息进行采样,以时间速度曲线的方式显示出来,即形成了定量组织速度成像曲线,定量组织速度成像曲线可以同时记录多个节段心肌的速度信息。组织多普勒显像技术可测得冠脉动脉再灌注治疗后的左室心肌各节段的峰值收缩速度及纵向应变。左室的重构被定义为随访超声左室舒张末期容量的增加≥15%。结果显示,组织多普勒显像技术(P=0.005)测得的纵向应变能预测左室的重构。结论是即刻的左室纵向应变能很好地预测左室的重构。Edvardsen等[26]研究结果也证实了这一点。并且,定量组织速度成像舒张期测值不受心脏负荷状态的影响,可准确地反映左室重构的舒张功能。研究中显示心肌梗死组各节段平均VE/VA与二尖瓣血流频谱E/A比值之间存在高度相关,分别为(r=0.58和r=0.62,P<0.01)。这与Carcia等[27]的报告相符。所以定量组织速度成像技术可反映心肌梗死后左室重构的舒张功能。
  总之,定量组织速度成像技术在分析冠心病室壁运动的敏感性和方便性方面较传统的组织多普勒技术有了进一步的提高,近几年来,随着计算机技术的发展,多普勒心肌组织成像技术不断地完善和丰富,从基础研究到临床应用已成为一项较为成熟的检查技术。
  6 心肌灌注显像
  核素心肌断层显像评价心肌梗死后左室重构具有独到之处,它可准确地显示梗死部位、梗死面积、心肌细胞功能等多项指标。心肌灌注显像的特点[28]是图像直观,不仅能清楚显示灌注分布及异常改变,而且容易对梗死部位(灌注减低缺损区)进行解剖定位,可客观形象地显示病变的部位、范围及程度,减少误差,并可直观反映心肌能量代谢,血流灌注,存活力,进行室壁运动测定等,是研究左室重构的重要手段。有研究结果提示[29],心肌梗死组膨展指标EG/EF、FG/EF、球化指标EF/AB明显高于正常组,表明心肌梗死患者存在梗死区膨出、左室球形化等左室重构现象。国内学者张居洋[30]等证实选定正常组EG/EF、FG/EF、EF/AB为界值(分别为0.506,0.6283,0.798)其特异性分别为88.33%,89.45%,83.36%,心肌梗死患者组分别为76%(19/25)、36.67%(11/30)和81.82%(45/55)表现为EG/EF、FG/EF和EF/AB增高,显示核素心肌灌注显像在观察心肌细胞血流灌注的同时,通过左室梗死区膨展指标和左室球形化指标的测定,可对左室重构进行定量评估。反映左室重构的定量指标(EG/EF、FG/EF、EF/AB)可对冠心病心肌梗死患者提供全面、客观、准确的临床评价,为指导治疗及判断预后提供可靠的依据。且定量指标容易获得、重复性高、可靠性好,因此有较高的临床推广价值。   参考文献
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