組織多普勒成像評價右心室收縮和舒張功能作用的研究進展

管麗潔,高秋琦,吳 琪,倪顯達,胡元平,陳 斌

右心室對維持心臟排血量、有效容量和整體心臟血流動力學具有重要意義[1-2],但是右心室功能的檢測受圖像質量差、右心室形態多變、無金標準進行對照等因素的影響,使其研究進展極慢。具有無創傷、易重復、無放射性、不需要造影劑等優點的超聲心動圖檢查,隨著其技術的不斷開發和改進,正在這些方面起著日益重要的作用[3-4]。本文就超聲心動圖新技術——組織多普勒成像 (tissue Doppler imaging,TDI)——在檢測右心室收縮和舒張功能方面的應用進展進行綜述。

1 右心室解剖特點和病理生理特點

右心室腔橫面呈新月形,側面呈三角形,其內有突出的肌小梁及肺動脈圓錐,影響其心內膜描畫的準確性;構成右心室的流入道、小梁部和流出道三部分結構處于不同的空間平面,致使右心室幾何形狀很不規則,難以用固定的數學模型加以模擬。故傳統的左心室功能的測量方法并不適用于右心室功能的測量,如 Simpson法和面積 -長度法。

長期以來認為環行心肌纖維構成的心室短軸運動在心臟泵血過程中起主導作用,實際上心室射血是由環行心肌纖維和縱行心肌纖維共同完成的。左右心室壁的肌肉組成有所不同,左室壁肌纖維以環形肌肉為主,而右心室則以縱行方向的淺層螺旋狀肌肉為主,它們貫穿于心尖與右房室環之間。收縮期右心室在淺層肌纖維牽拉下心底部移向心尖部并靠向室間隔,同時在室間隔協同作用下把右心室的血液擠向肺循環,因此測定右心室長軸功能更能代表右心室的射血功能。

2 檢測右心室功能的幾種傳統檢查方法比較

在各種測定右心室功能的技術中,右心導管檢查和 X線右心造影最為可靠,但由于具有創傷性而難以成為常規檢查。核素心血池造影對血容量的測量具有一定的優勢,但左、右心室的重疊可能影響其準確性;MRI分辨率高,可改進右心室容量的測定,觸發技術提供室壁運動形式和運動速度的信息,特別是在右心室肥厚時具有重要意義。但是昂貴而笨重的儀器使其臨床應用受到一定的限制。

傳統的超聲心動圖用于檢測右心室功能的幾個指標及其局限性:等容期指標,如從右房室瓣反流計算的 dP/dt或做功指數 (Tei指數)均受前負荷的影響;而射血期指標,加速時間和射血時間、排血做功和排血做功指數、射血分數和右心室縮短分數都受后負荷的影響。

3 TDI的技術原理

TDI是在傳統的探查心腔內血流基礎上,通過改變多普勒濾波系統將心腔內高頻率和低振幅的血流信號濾掉而保留低頻率和高振幅的室壁運動信號,并以色彩、頻譜或曲線選擇性地顯示室壁運動的頻率或振幅信息,能定量測量室壁運動速度,系一種新近開發的無創性室壁運動檢測技術。克服了既往目測分析室壁運動的主觀局限性,可直觀定量檢測心肌運動的方向與速度以及局部心臟功能,是一個不受前、后負荷影響的右心室收縮功能指標[5]。

4 TDI觀測右心室功能的常用方法和參數

4.1 常用方法 目前,測量心肌的室壁運動速度可用彩色多普勒法 (colour-coded TDI)和脈沖法 (PW TDI)[6]。

colour-coded TDI通過對心肌組織反射回來的低頻高幅頻移信號進行彩色編碼,以顏色和亮度代表心肌運動的方向和速度,表現為心肌色彩充填均勻,色彩變換時相一致,未見心肌色彩充填缺損、花斑樣改變或時相滯后,是最基本的 TDI技術。彩色二維組織速度圖著重對心肌運動的速度進行定性觀察,常在呼氣末從心尖四腔切面觀察:收縮期室間隔、左室側壁和右心室壁顯示為紅色,舒張期為藍色,心尖受胸壁限制,保持相對靜止,顯示色彩較暗。另外,也可觀察左房室瓣環的運動 (見圖 1)。

圖 1 心尖四腔心切面二維彩色組織多普勒聲圖像Figure 1 Colour-coded TDI in the apical four chamber view

PW TDI在心尖四腔觀察右心室長軸方向運動時,將取樣容積置于右心室游離壁心肌或右房室瓣環處,可直接得到一系列的波群。于心電圖 R波頂點開始出現短暫振幅高尖的等容收縮波 (IVC),之后是寬大的收縮波 (Sa),心電圖 T波后依次出現小的等容舒張波 (IVR)、早期舒張波 (Ea)、反向波 (R),于下一心動周期 P波后出現舒張晚期波 (Aa)。其中 Sa波、Ea波、Aa波是主波,且 Sa波與 Ea、Aa波方向相反,IVC與 IVR為單向或雙向波 (見圖 2)。

圖 2 右房室瓣環處脈沖組織多普勒頻譜聲圖像 (IVC:等容收縮波;Sa:收縮波;IVR:等容舒張波;Ea:早期舒張波;R:反向波;Aa:晚期舒張波)Figure 2 Typical example of a pulsed-wave tissue Doppler imaging myocardial velocity profile recorded at the septal tricuspid valve annulus.Note the peak systolic myocardial velocity(Sa),the early diastolic myocardial velocity(Ea)and the late diastolic myocardial velocity(Aa)

有研究報道,colour-coded TDI和PW TDI兩種檢查方法的測量結果有所差別,在同一取樣點的測量數據比較,后者通常要比前者高 10%～20%。colour-coded TDI采集包含心室多個不同節段的完整扇形圖像,與 PW TDI采用逐個節段測量的方法比較,要明顯節約掃描時間[7]。

隨著數字化超聲心動圖的發展,出現定量組織多普勒速度成像技術,在分析室壁運動的方便性和敏感性方面較傳統的低頻組織多普勒技術有很大提高。通過后處理系統,可以對存儲信息進行任意兩個甚至更多部位的測定指標進行對比分析,如測量分析右心室運動特征時,將取樣容積分別置于右心室側壁基底段、中間段的心內膜下心肌層,獲取該 2個取樣點的同步組織多普勒速度運動曲線,分別以黃色和綠色區別 (見圖 3)。右心室的定量組織多普勒速度成像特征表現為:等容收縮期,右心室心肌耗能主動收縮,心肌長軸運動曲線上等容收縮波為一短暫的高速正向波或正負雙向波;射血期,右心室肌運動速度逐漸增加,收縮波為一上升支與下降支基本對稱的高鈍正向波;等容舒張期則為一零線附近,占時短暫的低速負相波。右心室肌的舒張早期波和舒張晚期波均顯示為高速的負相波。定量組織多普勒速度成像技術是在高頻狀態下,在采集動態圖像基礎上實現對心肌運動信息顯像的新技術,定量測定心肌峰值速度,為右心室功能的評價開拓了廣闊的前景。

4.2 組織多普勒技術檢測右心室功能的常用參數 常用參數有速度參數和時間參數。速度參數包含 5個波形參數:(1)等容收縮波;(2)收縮波,其最大收縮速度為 Vs;(3)等容舒張波;(4)早期舒張波,其最大舒張速度為 Ve;(5)晚期舒張波,其最大舒張速度為 Va。在此基礎上,可計算 Ve/Va比值,以及經右房室瓣舒張早期最大血流速度 (E)與右房室瓣環 Ve的比值 (E/Ve)。

時間參數主要包含3個時間參數:(1)等容收縮時間 (IVCT);(2)射血時間(ET);(3)等容舒張時間 (IVRT)。在此基礎上,可計算右心室心肌 Tei指數、等容收縮期心肌加速度 (IVA)。IVA=等容收縮最大速度/加速時間,即等容收縮時的升支斜率[8-9]。

4.3 組織追蹤成像 組織追蹤成像是TDI技術的特殊方式,它顯示收縮期組織速度的積分,即為收縮期沿多普勒軸方向運動的距離,并在心電圖監控下同時確定收縮期的開始和結束。它能夠迅速評價收縮期心室所有心肌組織向心尖方向的運動距離,用紅、黃、橙、綠、青、藍、紫 7種層次顏色表示,實時而直觀 (見圖 4)。可以提供一種全新的、快速的評價心室功能的方法,特別在圖像質量差的患者中,它比傳統的檢查方法更敏感[10]。有研究顯示組織追蹤法測定左房室瓣瓣環下移距離與 M型超聲心動圖法測定的距離非常接近[10]。

4.4 應變率顯像 (strain rate imaging,SRI) 應變率顯像技術是近年來發展的在組織多普勒基礎上判斷心肌兩點間運動速度階差的技術,它既可評價心肌向心性和縱向運動,又可區分心肌自身的運動和心臟擺動,是一種定量評價心肌運動比較理想的技術。TDI用于測量心肌運動速度,但不能區分心肌自身的運動和心臟擺動,因此 TDI估測的心室壁運動速度受到心臟位移和鄰近心肌節段運動的影響,而SRI克服了心臟整體運動和鄰近心肌節段的被動牽拉對室壁運動速度的影響,因而SRI較 TDI更能準確地估測心室壁運動功能[11-13]。

圖 3 心肌組織多普勒速度運動曲線圖Figure 3 Example of the myocardial velocity curve,derived from colour-coded tissue Doppler imaging data

圖 4 組織追蹤法顯示收縮期組織速度的積分Figure 4 Integrating the regional velocity curve results in a local displacementmap

5 組織多普勒檢測右心室功能的臨床意義

5.1 評價右心室整體收縮功能 Ueti等[14]研究發現,右房室瓣環處的 TDI指數:收縮期峰值速度 (Vs)、收縮期時間-速度積分以及右房室瓣環的收縮期位移,均與放射性核素所測右心室射血分數高度相關。還發現右房室瓣環 Sm＜11.5 cm/s的預測右心室射血分數 ＜45%的敏感度和特異度分別為 90%和 85%[15]。Meluzin等[16]和 Tuller等[17]均得出了類似的研究結論。Toyono等[18]認為 IVA是評價右心室收縮功能的一個新指標。以上觀點均提示,TDI檢測右房室瓣環的運動幅度和運動速度以及收縮期所得各項參數,可快速、準確、無創地評價右心室整體收縮功能。

5.2 評價右心室整體舒張功能 PW TDI可用于鑒別左室舒張功能的假性正常化已得到臨床認可,但用其評價右心室舒張功能的作用尚處于研究階段。Kukulski等[19]認為取樣容積置于心尖四腔觀右房室瓣環所記錄的頻譜形態可反映右心室心肌纖維在長軸方向的運動,而這種運動與右心室舒張功能密切相關。右房室瓣環的PW TDI的舒張期參數如 IRT、Ve、Va、Ve/Va等在右心室舒張功能障礙時均存在變化,但這些參數的影響因素尚不得知。Pela等[20]研究發現,Ve/Va是一個相對無負荷依賴性的評價右心室舒張功能的指標。 D′Andrea等[21]分析認為,右心室舒張早期的峰值速度及收縮期峰值速度與右心室的每搏輸出量獨立相關。等容舒張時間 (IRT)是一個反映心室松弛性的指標。健康人右心室 IRT很短,但隨著肺動脈壓力的增高而變長。Gorgulu等[22]用TDI技術檢測了房間隔缺損 (ASD)者的右心室功能,認為平均肺動脈壓(MPAP)與右心室 IRT相關性良好 (r=0.73)。在慢性阻塞性肺疾病中,這種關系表現得也很明顯[23]。并且有學者指出,右房壓與 IRT成反比[24]。因此,IRT還可作為一個無創評價肺動脈壓與右房壓的參數。在 Aoki等[25]的研究中,右房室瓣口血流舒張早期速度 (E)/右房室瓣環運動舒張早期峰值速度 (Ve)被作為反映右心室充盈壓的指標,心衰胎兒的 E/Ve(9.71±0.91),顯著高于對比組的(6.20±0.97)。

5.3 評價右心室綜合功能 Tei指數傳統測量方法是在不同心動周期內描記右心室流入道與流出道的多普勒血流頻譜圖,根據相關時間間期計算 Tei指數,但這難以避免生理情況下心率波動帶來的不準確性。TDI技術可在同一心動周期內完成Tei指數的測量[26],較傳統方法更便捷、準確。其次,傳統方法描記的是血流頻譜,可能會受到前負荷的影響,而 TDI反映的是心肌本身的運動,受前負荷影響小,能更好地反映室壁功能,是評價右心室整體功能的較好指標。

5.4 評價右心室局部收縮和舒張功能colour-coded TDI可以通過局部顏色的變化定性觀察局部收縮和舒張功能,PW TDI通過對局部心肌的實時速度追蹤,可以定量地評價心肌運動,如各波峰值有無減低、消失,波型是否雜亂,有無波時相的變化,以及心內外膜下速度階差的變化。

6 TDI檢查的影響因素

除考慮心肌纖維本身的收縮速度外,還需考慮下列因素的影響:(1)多普勒聲束與室壁運動方向的夾角:為了獲得真實的室壁運動速度,超聲束與室壁運動速度方向應盡可能平行。 (2)拖帶效應:整體心臟運動即心臟移位和鄰近心肌節段運動的影響。如果某些心肌的運動方向正好與心臟整體運動相同時,則該心肌運動速度將被高估,反之,將被低估。 (3)呼吸運動的影響。 (4)系統增益和采樣容積的影響:在進行二維 TDI時,當系統的增益最低時,TDI能清楚地顯示心內外膜邊緣以及心內膜與心肌的邊界,但心肌卻得不到相應的彩色顯像;當系統增益太大時,整個心臟被彩色充填,不能區別內外膜,因此必須認真調節增益至最佳狀態,并在整個研究過程中保持不變。

7 TDI方法學進行標準化和規范化的必要性

和其他超聲技術一樣,診斷的準確性取決于影像的質量。為了盡可能取得好的影像,正確的操作非常重要。但目前,不論是國外還是國內,組織多普勒超聲心動圖尚無明確的方法學和臨床應用指南,導致組織多普勒超聲心動圖的測量結果出現較大的誤差。組織多普勒及其相關技術正在從臨床研究向臨床實踐過渡,為了使這項技術能夠得到正確和合理的應用,有必要對其方法學進行標準化和規范化,只有這樣才能使這項技術得到推廣和普及,其價值才能得到臨床的驗證與接受[27]。

綜上所述,右心室形態的不規則性給人們評價右心室功能帶來一定困難。超聲心動圖技術由于簡便、安全、準確性較高等特點,在右心室功能的評價中得到了廣泛應用,且易于普及,能實時顯示心腔內結構及血流動力學變化是其他方法不可及的。尤其是近年來發展起來的組織多普勒技術在右心室功能評價方面已經顯示出很好的應用前景,它所獲得的速度指標和時間指標是評價右心室功能的重要指標,優于傳統的影像學方法,值得進一步探討和研究。

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