超聲成像新技術在高血壓心臟病中的研究進展

李會英，賈坤，趙浩天綜述 薛紅元審校

心血管疾病是全球范圍內死亡和致殘的重要原因，高血壓是心血管疾病發病及死亡的主要危險因素[1]，發病率在我國乃至全球呈不斷上升趨勢。高血壓可影響心臟的結構和功能，甚至增加猝死風險[2]。目前我國高血壓知曉率和控制率仍處于較低水平。超聲心動圖評價心臟結構和功能在國內外均已被廣泛應用。常規超聲可測量心腔大小、室壁厚度，評估左室舒張及收縮功能。近年來出現的超聲成像新技術逐漸應用于臨床，Tei指數為心肌做功指標，可反映心臟整體功能；超聲背向散射技術能有效評價心肌異常；組織多普勒超聲成像可較好評價左心室舒張功能變化；實時三維超聲成像可準確定量評價房室功能和容積；斑點追蹤成像可定量評價心肌旋轉和扭轉等特征。本文對超聲成像新技術在高血壓心臟病中的應用研究進展進行綜述。

1 常規超聲成像在高血壓心臟病中的應用

常規超聲是評價心臟結構和功能的基礎，已成為評估心臟最常用的檢查手段。M 型超聲、二維超聲及多普勒超聲通過多切面的掃查，可以從不同角度觀測心臟的形態和結構。M型超聲和二維超聲通過測量心房心室的徑線、室壁的厚度等，可以評估血壓升高患者是否發生房室腔的擴大、室壁的肥厚等心臟構型改變；計算左心室射血分數、短軸縮短率等可反映左心室的收縮功能。頻譜和脈沖多普勒超聲通過測量血流頻譜各參數可評判左心室的舒張功能。有學者證實， 超聲心動圖通過測算左心房內徑(LAD)、二尖瓣充盈早期的E峰 /充盈晚期的A峰(E/A)、左心室射血分數(LVEF)、左心房內徑/主動脈根內徑可以較好地診斷高血壓患者是否發生左心室肥厚、左心房增大、主動脈擴張、主動脈彈性減退等情況，并且檢出率均高于心電圖[3]。馬逸宜等[4]研究顯示，除了與上述學者相似的結果，還進一步認為對高血壓分期后，左心室舒張末期容積(LVEDV)和LAD隨著血壓的升高而升高，E/A、LVEF則有所降低。Gaudron等[5]認為室間隔增厚是早期高血壓心臟病的超聲心動圖標志，對于超聲心動圖無意發現的所有室間隔增厚的患者，都應進行綜合的血壓評估，包括靜息血壓和動態血壓監測。

常規超聲心動圖測得的各指標在臨床評估高血壓心臟病方面已得到較為廣泛的應用。M 型超聲、二維超聲與多普勒超聲仍是評估高血壓心臟病的重要工具。隨著超聲軟件、硬件技術的發展，不斷出現新的超聲成像技術進一步擴充了心臟超聲的檢測能力。

2 超聲成像新技術在高血壓心臟病中的應用

超聲成像新技術不單純從二維角度評價心腔大小、室壁厚度及心臟功能，而是能進一步評價高血壓患者心臟總體功能改變，可以獲取心肌運動圖像，分析高血壓患者心臟是否發生心肌病變及病變程度。還能夠實時顯示心臟的立體結構，定量評價高血壓患者左心室旋轉及扭轉特征等。但超聲成像新技術仍存在數據處理復雜，樣本量待提高，分辨率及降噪不足等局限性，仍需進一步的成熟及完善。

2.1 心肌做功Tei指數 1995年日本學者Tei提出Tei指數，是由等容收縮期時間(isovolumetric contraction time，ICT)與等容舒張期時間(IRT)之和除以射血時間(ejection time，ET)所得。該指標為心肌做功指標，可有效評價心臟的整體收縮舒張功能。有研究顯示[6]，高血壓患者的 Tei指數較正常者延長，Tei 指數能反映血壓正常高值者早期心臟總體功能改變情況，對早期監測預防高血壓亞臨床心功能損害、逆轉心臟功能具有重要意義。Tei指數獲取簡便，且受心率變化影響較小，有學者探索發現Tei 指數能夠準確、靈敏地反映高血壓狀態下小鼠左心室舒張功能降低，且該參數幾乎不受小鼠麻醉深度和心率的影響[7]。Tei指數能反映高血壓患者心臟總體功能改變，對監測預防高血壓心功能損害具有一定價值，但該指標的可重復性仍需大樣本量的研究。

2.2 背向散射技術 超聲波在傳播過程中如果遇到的界面遠遠小于它的波長就會發生散射，若對背向散射進行積分便得出超聲背向散射積分(integrated backscatter，IBS)。 IBS以組織聲學密度為基礎，不同的組織結構因其對超聲的散射、反射、吸收和衰減不同，會產生不同的超聲表現。當組織病理結構變化達到一定程度時即可引起IBS的改變，因此應用該技術可以分析心臟是否發生心肌病變，病變的程度和類型等。

高血壓性心臟病患者心肌膠原纖維增多，可引起心肌彌漫性纖維化和左心室肥大。IBS技術可以評估高血壓患者左心室重構情況，并可指導預后。有研究表明，高血壓患者平均背向散射積分周期變化幅度(averaged cyclic variation inintegrated backscatter，ACVIB)值顯著降低，該學者認為ACVIB的降低與心肌功能的減退密切相關，觀察左心室心肌ACVIB的變化可用于評估高血壓患者的左心室功能[8]。背向散射技術還可用于評估高血壓藥物治療后的療效。Mizuta等[9]發現長期纈沙坦藥物治療后，高血壓患者已經降低的ACVIB和E/A比顯著提高，認為該藥物長期治療可減輕高血壓患者的心肌纖維化并改善舒張功能障礙。心肌背向散射參數的觀測能有效評價心肌異常，但有較高的角度依賴性，缺乏一致的結果評判標準，其廣泛應用仍需進一步的規范與改進。

2.3 多普勒超聲成像 組織多普勒(tissue Doppler imaging，TDI)超聲成像是通過檢測心肌在運動時產生的較低的頻率、較高的振幅信號，得到心肌的局部動態圖像而并不獲取血流信號，從而測得心肌各節段在同一心動周期沿長軸方向的運動速度。在心臟舒張時，心肌縱向延長、徑向變薄、圓周率變長；而收縮時，心肌則產生相反的變化。其中二尖瓣環運動相對不受前負荷狀態等血流動力學的影響，常通過測量二尖瓣口舒張早期血流速度E、二尖瓣環舒張早期運動速度e′及二者比值來反映左心室心肌纖維在縱軸方向上的力學變化特征，被認為是評價左心室舒張功能較穩定的指標。左心室舒張功能在高血壓早期即可發生變化。Morka等[10]研究顯示，與常規超聲心動圖相比，TDI可以更精確地評估青少年高血壓患者左心室舒張功能，在檢查過程中將探頭放置在二尖瓣環間隔和外側時，TDI評估左心室舒張功能障礙更有意義。另有學者應用TDI研究兒童青少年原發性高血壓患者舒張功能，發現高血壓合并左心室肥大患者的E/e′高于其他無左心室肥大患者，提出左心室肥厚患者的舒張功能障礙可能更高，而與血壓值無明顯相關性[11]。也有學者用該技術研究右心功能，Ifeoluwa等[12]聯合組織多普勒技術發現，繼發于高血壓心臟病的心力衰竭患者右心室收縮功能受損。左心室舒張功能檢測的金標準是應用心導管測量左心室舒張末壓，但由于操作的有創性難以在臨床上常規開展。組織多普勒超聲成像能夠得到較高分辨率的心肌運動圖像，測量e′、E/e′等參數可以較好的評價左心室舒張功能變化。血流向量(vector flow mapping，VFM)是一種基于彩色多普勒檢測血流動力學的超聲新技術，可以定量測量血流速度向量[13]，能夠動態顯示心腔內的血流動力學變化。有學者研究認為，VFM能夠量化心腔內血流狀態，測量的相關參數能夠準確評估高血壓患者左心室收縮與舒張功能[14]。

2.4 三維超聲成像 目前，臨床上主要通過二維超聲對高血壓患者心臟的結構與功能進行評價，而二維超聲只是觀察心臟某一個平面的徑線、面積與運動等，再通過公式計算出整個心動周期心臟的容積，不能真實反映心臟立體的容積變化。三維超聲成像是連續截取不同切面和角度的心臟二維圖像，再利用計算機技術重建心臟三維圖像，該技術完全根據心臟的實際形狀而并非幾何假設，因而具有更高的準確性。三維超聲成像能夠實現對心臟的實際形狀立體、全容積顯像，無論高血壓是否引起左心室重構的變化，都可以對高血壓患者的房室容積和功能進行準確評價。Tadic等[15]應用二維(2DE)和三維(3DE)超聲心動圖技術對213例不同左心室構型的高血壓患者測定左房容積和功能，顯示高血壓患者左心室構型對左心房功能有顯著影響，其中向心肥厚型與左心房增大有最顯著的負相關性。3D心臟解剖模型超聲成像(heart model，HM)是近年發展起來的基于三維超聲評估心功能的新技術。HM是一種基于解剖智能模型的、新的分割算法評價心功能，較之前的三維超聲技術更為快速和準確，克服了重復性差、主觀性強、分析時間長等局限性。吳偉春等[16]研究表明，3D-HM能夠準確測量 LVEDV 及 LVEF 值，并且重復性好、客觀性強，與MR有較好的相關性，是一種值得推薦的測量心臟功能的新方法。另有學者用3D-HM技術評價左心房和左心室重構患者左心容量及左心室功能的可行性與重復性，證明3D-HM是一項快速、可行的技術，對左心房和左心室重構患者的左心定量具有高度的可重復性[17]。目前國內外罕見有報道將該技術用于高血壓心臟病，相信隨著技術的逐步成熟，用于精確評估高血壓早期心功能變化是必然的趨勢。`

2.5 四維超聲成像 四維超聲成像即實時三維超聲成像(RT-3DE)，是最近發展起來的一項超聲成像新技術，采用三維超聲圖像加上時間維度參數，可以實時獲取三維圖像，能夠精確提供更細節、深度的超聲圖像，具有更強的診斷能力。隨著超聲技術的發展，該技術逐步用于高血壓心臟成像。實時三維超聲成像能夠實時顯示心臟的立體結構，并且不受心臟形態的影響，國內外研究表明，實時三維超聲成像可以真實地反映心臟的立體結構與功能，與MR有較好的相關性[18]。此外，RT-3DE比常規超聲心動圖能更好地識別高血壓患者早期LA功能的變化。Kanar等[19-20]應用RT-3DE測定原發性高血壓(HT)患者的LA容積相關指標，發現高血壓患者的LA容量增加，并損害了心房順應性和收縮力，還進一步表明LA容積和功能變化與高血壓靶器官損害有關。另有學者探討實時三維超聲心動圖評價原發性高血壓患者左心室不同構型患者右心室早期結構和功能的變化，證實以向心性肥厚患者右心室結構和功能受損最重，該技術能較準確地評價高血壓病患者右心室結構及功能的變化，有較好的臨床應用價值[21]。最新的四維應變技術增加了新的成像參數，可測量心室圓周、面積、徑向及縱向的應變，通過追蹤心肌組織隨時間在三維空間的運動，真實地反映心肌在三維空間的位移，從而更精確地評價心肌形變能力。有研究證實高血壓病患者在常規測得LVEF在正常參考范圍的情況下，左心室整體收縮功能已降低，四維應變成像技術能早期發現高血壓病患者左心室整體收縮功能的變化[22]。二維超聲因右心室的不規則新月形結構，增加了測量右心室大小和功能的難度。四維容積定量分析作為一種新興的超聲成像技術，可以在三維立體空間內實時追蹤右心室心內膜，從多個層面及角度分析右心室的形態和功能，并可任意旋轉重建的立體圖像，減小誤差，更接近真實的右心室容積。有學者采用四維右心室容積定量分析技術發現，高血壓左心室不同重構階段存在右心室收縮功能異常，該技術為早期評價高血壓患者右心室功能提供了新方法[23]。

2.6 斑點追蹤超聲成像 斑點追蹤超聲成像有二維和三維斑點成像。二維斑點追蹤成像(two-dimensional speckle trackingimaging，2D-STI)是在二維超聲圖像上追蹤超聲波在反射和散射過程中形成的斑點回聲，對追蹤的斑點運動軌跡進行對比分析即可獲得心肌組織的位移信息，從而定量測量感興趣區心肌的組織速度、應變、應變率、扭轉角度等參數，進而對局部和整體心肌組織的運動情況進行評價。2D-STI不依賴于多普勒超聲原理，因此無角度依賴性，并且準確性優于常規超聲。一些研究表明[24-25]，2D-STI 能敏感地發現高血壓患者心臟的早期改變，在血壓輕度升高、EF尚保留或未發生左心室重構時也可檢測出左心房及左心室運動參數的異常, 認為高血壓患者的左心室扭轉運動異常較構型改變提前出現，為早期評價左心室功能提供了指標。另有學者應用2D-STI技術觀測妊娠高血壓不同孕期孕婦左心室旋轉及扭轉運動,認為有助于對妊娠高血壓患者早期心功能的評價[26]。但基于二維平面的斑點追蹤成像存在“跨平面失追蹤”的不足 , 難以全面反映心肌在三維空間的立體信息，存在一定局限性。由此，產生了三維斑點追蹤成像(3D-STI)，該技術是在原有 2D-STI 的基礎上，在三維空間內追蹤心肌斑點回聲的運動軌跡。心肌長短軸方向上的縱徑向、圓周及旋轉運動構成心臟的復雜運動，3D-STI通過三維全容積成像獲取信息，在不同維度計算心肌運動各參數，能更準確地評價心肌組織的功能改變。有研究顯示[27]，3D-STI在心肌運動應變參數的測量方面與磁共振相當，較二維具有更高的抗干擾能力和準確度。有報道顯示[28]，3D-STI可早期發現高血壓患者左心室收縮及舒張功能的變化，能為高血壓患者亞臨床改變的早期診治提供客觀依據。另有學者應用3D-STI技術聯合常規超聲鑒別心肌淀粉樣變、肥厚型心肌病和高血壓性心臟病，結果顯示左心室縱向收縮功能和同步性及舒張功能在三者中均有所不同[29]。斑點追蹤超聲成像可定量評價不同分級及構型高血壓患者左心室旋轉及扭轉特征，為高血壓患者的心臟評估提供了一種新的無創檢測手段。

3 小結與展望

改善我國高血壓疾病負擔最重要的是早期診斷，并對心臟損害進行敏感的評估，從而選擇最佳干預時機來降低疾病風險。近年來各種無創、快速的心臟成像技術迅速發展，心電圖只能發現心臟形態結構的晚期病變，心臟磁共振成像盡管是準確可重復的方法，但由于經濟成本及操作時效性等原因，目前不建議常規用于評估高血壓心臟病的臨床實踐[30]。超聲成像新技術聯合傳統的二維超聲成像可敏感地評價高血壓患者心腔大小、室壁厚度、心臟收縮舒張功能、房室容積及心肌旋轉扭轉運動等，不僅有助于高血壓患者盡早發現心臟受累，而且對預防和早期治療高血壓病、保護心肌功能有十分重要意義。在臨床實踐中，應當根據患者不同情況合理搭配應用各項超聲技術。相信，隨著技術的不斷創新超聲成像將會在高血壓心臟病評估中發揮越來越重要的作用。