背景引言
心血管系統是以心臟(泵) 為中心的力學系統。心血管疾病有著共同的發病機理及基本的病理過程、結構與功能的改變即血管重建與心臟重構。血管的重建與重構受生物、化學和物理等各種體內外因素影響 ,其中力學因素在血管重建與心臟重構中影響最大。速度向量成像技術(VVI) 是評估心臟力學 及心臟運動 原始力的可視可量化的分析 ,為臨床提供創新觀察心肌力學結構的方法 ,表達心肌和血管的收縮及扭轉 運動。
原理
VVI顯示SR三維圖像速度向量成像技術 (velocity vector imaging , VVI) 是新近推出的研究心肌結構力學 ,分析局部心功能的新技術 ,它不依賴都卜勒原理 ,基於二維灰階成像的原理 ,利用超聲像素的空間相干、斑點追蹤(pixel tracking) 及邊界追蹤等技術 , 採集原始的二維像素的振幅及相位信息 ,運用一種實時心肌運動 跟蹤運算法 ,計算並以矢量方式顯示局部心肌組織真實的活動方向、速度、距離、時相等。通過一種實時心肌運動跟蹤運算法 ,跟蹤每幀圖像上的像素點 ,能在二維的高幀頻灰階圖像上得到其運動速度和方向的變化曲線 , 對心肌組織在多個平面運動的結構力學進行量化分析。VVI 採用組織灰階最佳化技術成像 ,既保持了應變率成像技術的優點,所形成的灰階圖像又不受超聲幀頻、超聲入射角度、信號噪聲 ,心臟整體運動和鄰近心肌節段被動牽拉的影響 ,能更準確地估測局部心肌形變 ,更有效地判斷心室壁運動功能 ,有廣闊的套用前景。VVI 成像以線長度來顯示速度梯度 ,用箭頭顯示速度向量 ,能夠定量分析心肌組織在多個平面的結構力學變化 ,真實描繪局部心肌的運動曲線 ,能夠反映局部心室的收縮後收縮 ,還能觀察各個部位心肌對射血分數的貢獻度 ,能夠定量檢測心肌長軸、短軸和圓周方向的運動速度、應變、應變率 。
測量與分析方法
所有受檢者取左側臥位 , 平靜呼吸 ,連線同步心電圖 ,取圖時囑受檢者減小呼吸幅度 ,以減低呼吸對心臟運動的影響。選取清晰的感興趣切面 ,連續三個心動周期採集二維動態灰階圖像並儲存(MO 盤) ,待脫機後行 VVI 分析。
套用 AcusonVVI 軟體脫機分析 ,進入 VVI 工作站 2D2VVI 操作界面 ,將圖像定幀於收縮早、中期後 ,於單幀圖像上手工逐點沿左室 心內膜邊界取點(12 點以上) ,點擊“計算”即可顯示動態的速度向量圖像。進入 SR 界面 ,得出感興趣節段的速度、ε、SR 曲線 ,將滑鼠移至曲線處點擊右鍵即可得到不同時間點的數值。選取每一心動周期中收縮期負值最大值作為ε、SR 收縮期峰值。還可測量各室壁基底段、中間段和心尖段 心肌的縱向運動達峰值速度、75 %速度、50 %速度的時間。進入各節段EF 值界面 ,可得到感興趣各節段的 EF 值 。
臨床套用
在心臟同步化(CRT) 治療中的套用
通過植入起搏器起搏雙心室或左心室 , 使左右心室同步收縮 , 改善心力衰竭患者的心功能 ,即心臟同步化治療 (cardiac resynchronizationtherapy , CRT) 。目前以組織速度顯像技術套用最為廣泛 ,但由於該技術上的局限性 ,對心肌徑向方向以及心尖部心肌的評價則存在明顯缺陷 。有研究表明在對左心室收縮功能的貢獻上 ,環行纖維的力學行為更為重要 ,而環行纖維與心肌徑向與環向運動有關。因此 ,同時顯示左心室各節段在縱向、環向和徑向上的力學行為 ,能更準確地評價左心室收縮的同步性。
冠心病心肌缺血中的套用
VVI顯示組織速度、ε和SR彩色顯像、曲線心肌缺血的早期表現是室壁的局限性運動異常 , 局部心肌長軸方向 SR 的改變可更客觀的反映心肌 缺血時的狀態。活動障礙的節段因鄰近組織的牽拉可能產生接近於正常的速度 ,此時目測法判定室壁運動無法確定該運動是主動收縮還是被動牽拉造成的 ,而運用應變、應變率就可區分主動運動和被動運動 ,可以更加敏感而準確的識別異常節段運動。心肌缺血時其功能異常在應變率/ 應變上表現為 : 運動異常的心肌收縮期和舒張早期的應變率/ 應變明顯降低、消失、或出現倒置 ,提示矛盾運動 ,冠狀動脈阻塞都造成危險心肌節段的 SRI 參數包括峰值收縮SR 及ε明顯降低 ;相反 ,收縮後應變反而升高。
心肌疾病鑑別診斷與隨診
縮窄性心包炎(CP) 與限制性心肌病(RCM) 的鑑別非常重要 ,因為 CP 有可能通過心包剝離術獲得痊癒 ,而 RCM 常需要心臟移植 ,然而這兩種疾病的血流 動力學及臨床特點非常相似 ,均表現為限制性充盈障礙及靜脈壓升高 ,心排量降低 ,不易鑑別。過去 ,通常利用房室環的運動來區分二者 ,Arnold 等利用 DMI(Doppler muscle imaging) 和 SRI 成像技術可以準確且敏感的將其區分出來 ,大大地提高了臨床 的診治水平。
評估手術整形效果
擴張型心肌病(dilated cardiomyopathy , DCM) 是以左心室或雙心室擴大伴收縮功能障礙為特徵的心肌疾病 ,由於心肌廣泛變性壞死 ,間質結締組織增生 ,引起左心室收縮功能明顯減低。DCM 患者心臟高度擴張 ,心肌纖維伸長 ,超過最佳的收縮長度 ,導致心搏出力明顯降低 ,且過度膨脹的心臟使心臟收縮前負荷加大 ,進一步加重心臟損害 ,形成惡性循環 ,加速病程的進展 ,因此有人提出 ,切除部分擴張的心室以達到改善 DCM臨床症狀的效果。擴心病患者左心室壁 12 節段的應變率明顯低於正常 ,心肌應變率 可敏感反應 DCM 患者左心室收縮功能的減低。從理論上講連續波都卜勒檢測的 LVdp/ dt max受左心室前負荷的影響 ,LV EF 受左心室後負荷的影響 ,使兩者評價左心室收縮功能的準確性受到影響 ,而應變率反應形變發生的速度 ,不受心室容積及心室負荷的影響 ,因此從心肌纖維的形變角度提供了一種全新的、定量評價局部心肌 運動的方法。
評估房顫患者的左心房功能 (復發的可能性、竇性心率轉換預激等)
左心房 的機械功能包括輔泵功能、儲存功能和管道功能。輔泵功能即舒張晚期左房的收縮功能 , SRa 在左室舒張晚期呈負向 ,意味著左房壁的縮短 ,能用來評價輔泵功能。儲存功能是心室收縮期左房的充盈能力 ,SRs 是心房充盈時房壁的被動拉伸運動所引起 ,可以反映左房的儲存功能 ;管道功能在心室舒張早期發揮作用 ,是血液從肺靜脈流入左室的一個通道 ,用 SRe 來表示
心臟手術後室間隔異常運動
正常心臟發育有賴於正常的血流 和各房室正常的壓力關係 ,先心病患者多有體循環和肺循環血流和血管阻力的異常 ,這都會影響心臟的發育降低心臟儲備 ,對心臟產生一定的病理生理改變。心臟直視手術經體外循環、心肌灌注、心臟停搏、對心肌造成不同程度的損害 ,心臟結構和功能的恢復是一個長期的過程 ,在心臟恢復過程中 ,室間隔表現運動異常 ,顯示術後左右室之間重建新的平衡。其室間隔的代償性運動及室間隔的移位 ,對左右心室起協調作用。VVI 能測量室間隔各節段的峰值速度、應變、應變率 ,從而對心臟形態及功能恢復情況進行檢查 ,對心臟術後遠期療效做客觀評價。
胎兒心臟超聲
對產科醫生來說 ,由於不能直接接觸到胎兒 ,對宮內胎兒 狀況的正確評價始終是一項困難的工作。近來的臍動脈血流頻譜的測定對胎兒循環的評價體現了較高的價值。但這些測量並不是特異性的 ,通常要到胎兒受到嚴重影響時才出現顯著改變。胎兒心臟舒張功能不良 可能是胎兒缺氧的一個早期信號。因此 ,用 VVI 來評價胎兒心臟舒張功能為我們在病理產科中評價胎兒宮內狀況提供了一個新方法。
套用前景
彩色速度三維
VVI 是新近開發的一種反映心臟結構 力學結構力學新技術 ,如能進一步和實時三維超聲心動圖相結合 ,有可能直觀顯示心肌立體活動狀態、電激動的傳導過程、肌力強弱 、速度快慢、應激情況、評價心肌活動的同步性 ,其潛力之大 ,將非常可觀。
最佳化治療
1）安裝雙心室起搏器時引導左心室導線的放置位置
起搏器在臨床中的套用已很廣泛 ,套用雙心室起搏使心肌再同步化來改善心衰患者的心功能也是近期發展起來的一項有前途的新技術 。而起搏器安裝前後患者心功能的評價及全程中的監測、導線位置的放置、治療後的隨訪 ,都需要一個客觀的指標。VVI 技術通過對左室應變率/ 應變進行評價 ,可滿足臨床上的需求 ,為其提供了一個量化的指標 ,從而為VVI 的臨床套用開闢了一條新的道路。
2）室間隔消融術中判斷手術的有效性
因心室內傳導疾病造成的電激動不同步 ,必然導致心室內心肌機械收縮不同步 ,但資料表明 :即使是目前臨床套用最廣泛的組織都卜勒成像 ( TDI) 技術以及反映心肌形變的組織應變率成像(SRI) 技術 ,在提供心肌收縮同步性信息和標測異位興奮灶上仍存在不足 。其主要原因在於 :心臟收縮是由複雜的心肌纖維結構在心底和心尖之間做縱向、軸向和旋轉運動實現的 ,而以上超聲技術均存在技術限制 ,僅能提供單純縱向運動信息 ,而遺漏了更為重要的心肌環向、軸向運動信息所致。最新的 VVI 技術則有望進一步提高超聲心動圖在評價心室同步收縮性和標測異位興奮點及室間隔消融術中判斷手術的有效性的臨床套用價值。
3）評價預後
VVI 技術特有的二維超聲切面上直觀顯示心肌的運動速度和方向 ,能提供獨特的心肌運動成像方式 ,客觀精確地展現出心臟收縮與扭轉運動 ,更完整地表達心臟射血動力 ,準確定量心臟容積及射血功能 ,為臨床 的各項治療 ,評價預後提供了一項客觀的指標 ,具有廣闊的套用前景 。
