超聲斑點追蹤技術測量心肌梗死兔心室短軸切面各室壁節段應變參數的應用價值

楊道玲　陳靜婉　王戲丹

[摘要] 目的 應用超聲斑點追蹤成像技術（STI）測量心肌梗死兔心室短軸切面各室壁節段的應變參數，探討其臨床應用價值。 方法 選取健康成年日本大耳白兔20只，開胸并結扎冠狀動脈左前降支中斷血流以構建動物心肌梗死模型。分別在術前和術后30 min、6 h、1周各時段行超聲心動圖檢查，測量實驗兔室間隔與左室后壁運動幅度、左室射血分數（EF）及左室短軸縮短率（FS）;應用QLAB軟件測量實驗兔左室圓周應變（CS）及徑向應變（RS），觀察超聲心動圖診斷指標變化，取出心臟與病理診斷結果比較。 結果 心梗兔左室短軸乳頭肌水平病理組織學檢查共發現梗死節段63個，二維斑點追蹤技術共發現異常節段53個，符合率為84.1%（53/63）;建模后6 h室間隔運動幅度、EF、FS開始減低，且隨時間的延長測值逐漸下降;建模后30 min心梗兔左室前壁、前間隔徑向應變值減低;建模后6 h前壁、前間隔圓周應變值減低，與徑向應變相比，其測值變化晚于徑向應變，差異有統計學意義（P<0.05）。 結論 超聲斑點追蹤技術可準確、定量評價心臟節段性室壁運動異常，消除傳統超聲心動圖僅能評價心臟整體室壁運動及心功能變化的缺點，二者結合可充分發揮各自優勢，提高心肌梗死診斷的準確性和敏感性。

[關鍵詞] 兔;心肌梗死;斑點追蹤;心肌應變

[中圖分類號] R541.4? ? ? ? ? [文獻標識碼] B? ? ? ? ? [文章編號] 1673-9701（2022）14-0025-04

Application value of speckle tracking imaging in measuring strain parameters of each ventricular wall segment in short-axis views of rabbits with myocardial infarction

YANG? Daoling? ?CHEN? Jingwan? ?WANG? Xidan

Department of Ultrasound，Jinhua Hospital Affiliated to School of Medicine of Zhejiang University，Jinhua 321000，China

[Abstract] Objective To measure the strain parameters of each ventricular wall segment in the short-axis view of rabbits with myocardial infarction （MI） by using speckle tracking imaging （STI），so as to investigate its application value in clinical practice. Methods A total of 20 healthy adult Japanese large-eared white rabbits were selected，and the middle dissection of the left anterior descending branch of the coronary artery was opened and ligated to construct an animal MI model. Echocardiography examinations were performed before， at 30 min， 6 h and 1 week after surgery to measure the motion range of the ventricular septum and left ventricular posterior wall，left ventricular ejection fraction （EF） and left ventricular fractional shortening （FS） of the experimental rabbits.QLAB software was applied to measure the left ventricular circumferential strain （CS） and radial strain （RS） of the experimental rabbits.The changes in diagnostic indices of echocardiography were observed， and these diagnostic indices were compared with the pathological diagnosis results after the heart was removed. Results A total of 63 infarcted segments were found at the level of the short-axis papillary muscle in rabbits with MI， and 53 abnormal segments were found by the two-dimensional STI， with a compliance rate of 84.1%（53/63）.The ventricular septum motion range， EF and FS began to decrease at 6 h after modeling， and the measured values gradually decreased with time. The RS values of the left ventricular anterior wall and anterior septum in rabbits with MI decreased at 30 min after modeling.The CS values in the left ventricular anterior wall and anterior septum decreased at 6 h after modeling，and the measured CS values changed later than the RS values，with statistically significant difference（P<0.05）. Conclusion STI can accurately and quantitatively assess the abnormalities of segmental ventricular wall motion， which eliminates the shortcomings of traditional echocardiography which can only assess the overall ventricular wall motion and changes in cardiac function. Furthermore， the combination of the two can give full play to their respective advantages and improve the accuracy and sensitivity of MI diagnosis.DCDC1E84-EA32-4131-B731-86AA2FF19B8B

[Key words] Rabbits; Myocardial infarction; Speckle tracking; Myocardial strain

心肌梗死（myocardial infarction，MI）是由于冠狀動脈急性閉塞，導致部分心肌缺血、缺氧引起心肌細胞發生不可逆性壞死，在臨床中屬于危急重癥，病死率較高。急性缺血發作后超聲心動圖對心臟的評估包括整體收縮和舒張功能的評估及局部心肌收縮異常的評估。但是，臨床工作中對心肌梗死患者局部收縮功能的評估并非常規進行。目前組織多普勒成像（tissue doppler imaging，TDI）和斑點追蹤成像技術（speckle tracking imaging，STI）可用于定量分析心臟局部收縮功能[1-2]。與TDI不同，STI無角度依賴性，可在多個方向測量心肌應變和應變率[3-4]。該技術不僅可區分心肌梗死初期心肌的正常段和缺血段，而且還可評估心肌梗死再灌注后心肌恢復情況。因此本研究主要目的是采用超聲新技術斑點追蹤評估兔心肌梗死模型，并與傳統超聲心動圖比較，以期尋找一種更快、更準確的評估心肌梗死超聲新方法，以幫助臨床醫生準確判斷，快速治療，減少病死率。

1 資料與方法

1.1 實驗動物及心肌梗死模型建立

20 只健康成年日本大耳白兔，體重（3.0±0.5）kg，由金華市實驗動物中心提供，動物生產許可證號：SYXK（浙）2016-0008。麻醉后胸前區備皮、消毒，連接肢體導聯心電圖。栓線牽拉肋骨法打開胸廓及心包，輕抬左心耳，在肺動脈圓錐與左心耳交界處往下3～5 mm處雙線結扎冠狀動脈左前降支。肉眼觀察結扎遠端心肌變暗，室壁運動減弱甚至矛盾運動及心電圖提示ST段持續抬高為模型建立成功標志。

1.2 傳統超聲心動圖檢查

采用Philip EPIQ 7C專業心臟彩色多普勒超聲診斷儀，S8-3探頭。分別于建模前、建模后30 min、6 h、1周行超聲心動圖檢查。得出兔標準左室長軸切面，M型超聲測量左室收縮末期和舒張末期內徑，得出兔左室射血分數（ejection fraction，EF）及左室短軸縮短率（fractional shortening，FS）;測量兔室間隔及左室后壁運動幅度。動態記錄3個心動周期的左室短軸乳頭肌水平切面二維動態圖像，以備分析。

1.3 斑點追蹤技術

使用QLAB工作站，對左室短軸乳頭肌水平切面進行脫機分析，選擇最清晰的一幀圖像進行凍結，于舒張末期勾畫出心內膜，軟件自動定義心內膜及心外膜之間斑點追蹤感興趣區后，手動調整感興趣區范圍使斑點落于所有追蹤范圍之內。軟件自動顯示6個室壁節段的二維應變-時間曲線，并得出6個節段心肌的收縮期峰值圓周應變（circumferential strain，CS）及徑向應變（radial strain，RS）。整個圖像采集及分析過程均由一人完成。

1.4 病理檢查

實驗結束后，處死實驗兔，取出心臟，參照超聲心動圖心肌節段劃分方法，于左室短軸二尖瓣水平、乳頭肌水平、心尖水平切片，行HE及MASSON染色，觀察心梗兔心肌損傷情況。

1.5 統計學方法

采用SPSS 24.0統計學軟件進行分析，計量資料以（x±s）表示，該實驗中多組樣本均數比較用單因素方差分析，P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 病理結果

正常兔心肌纖維排列整齊，胞質染色均勻，細胞核位于中央，呈橢園形。見圖1。心梗兔心肌纖維腫脹、排列紊亂、可見空泡變，胞漿內出現顆粒及不規則橫帶，部分梗死灶周邊可見肉芽組織增生，可見有長條形的充血，散在的出血。見圖2。

20 只心梗兔，共發現梗死節段138個，二尖瓣水平短軸切面47個，乳頭肌水平短軸切面63個，心尖部水平短軸切面28個。

2.2 傳統超聲心動圖評價結果

對建模前和建模后30 min、6 h、1周共20只兔心臟彩超結果行單因素方差分析，室間隔運動幅度、EF、FS比較，差異均有統計學意義（均P<0.05），心梗后6 h室間隔運動幅度、EF、FS開始減低，且隨著時間的延長測值逐漸下降。見表1。

2.3 二維斑點追蹤技術評價實驗兔左室心肌應變結果

2.3.1 應變曲線? 建模前兔心室短軸切面乳頭肌水平各節段徑向應變曲線表現為排列較整齊，達峰時間基本一致的正向曲線，圓周應變為達峰時間一致的負向曲線。見圖3。建模后30 min兔各節段室壁徑向應變、圓周應變曲線雜亂，達峰時間不一致。見圖4。

2.3.2 斑點追蹤技術評價實驗兔左室短軸乳頭肌水平各節段室壁徑向應變情況? 建模前兔心肌各室壁節段徑向應變比較差異無統計學意義（P>0.05）;對同一手術時間不同兔心肌節段徑向應變值行單因素方差分析，建模后30 min兔左室前壁、前間隔徑向應變值即減低，早于EF、FS變化，差異有統計學意義（P<0.05）。見表2。

2.3.3 斑點追蹤技術評價實驗兔左室短軸乳頭肌水平各節段室壁圓周應變情況? 建模前兔心肌各室壁節段圓周應變比較，差異無統計學意義（P>0.05）;對同一手術時間不同兔心肌節段圓周應變值行單因素方差分析，建模后6 h心梗兔左室前壁、前間隔圓周應變值減低，差異有統計學意義（P<0.05）。與徑向應變相比，其測值變化晚于徑向應變。見表3。

3 討論

左室局部收縮功能障礙與多種因素有關，最常見的是冠狀動脈狹窄閉塞[5]。當冠狀動脈狹窄大于75%或斑塊突發破裂急性血栓形成引起冠狀動脈持續閉塞時，均可導致心肌細胞缺血、缺氧引起急性心肌梗死[6-9]。梗死面積較大時，大量心肌細胞喪失收縮功能，導致急性心功能不全發生。心肌細胞是不可再生細胞，梗死后壞死的心肌細胞被廣泛的纖維組織所取代，從而影響整個心功能和預后，其致死率、致殘率高。因此快速確定心梗患者心肌梗死區域，精確量化心肌功能，可幫助臨床醫生選擇最佳治療方案。目前，超聲是診斷急性心肌梗死不可缺少的重要方法之一，因此如何能夠更加快速、準確地利用超聲新技術分析室壁運動狀態，確定梗死區域是研究的重點。DCDC1E84-EA32-4131-B731-86AA2FF19B8B

臨床工作中，常使用傳統超聲心動圖評價心肌梗死患者心臟功能，其主要參數包括左室射血分數（LVEF）、左室短軸縮短率（LVFS）、左室舒張末期容積（LVEDV）、左室收縮末期容積（LVESV）等，且已被證實具有參考價值。盡管LVEF、LVFS易于計算，方便獲得，但其在檢測心肌缺血中初期變化的靈敏度、特異性較低。作者在對慢性腎功能不全患者心功能的研究中發現，慢性腎衰患者心臟EF、FS正常時，慢性腎衰患者心肌縱向應變、圓周應變已開始減低[10]。

本研究通過制備動物心肌梗死模型，對實驗兔心梗前后行傳統超聲心動圖檢查，發現結扎兔冠狀動脈左前降支后，即刻會出現節段性室壁運動異常，但改變較小，M型超聲心動圖測量早期心功變化并不明顯，僅6 h后EF、FS輕微減低。因此，僅以傳統超聲心動圖診斷兔心肌梗死，結果并不可靠。

心肌細胞實際上無氧儲備功能，缺血幾秒鐘，細胞內氧張力就會顯著下降，因此冠狀動脈閉塞時，其對應供血區心肌即喪失收縮功能，出現節段性室壁運動異常。所以說節段性室壁運動異常是早期診斷心肌缺血特異性指標[11-15]。斑點追蹤技術（STI）是在二維超聲圖像的基礎上，通過斑點匹配法及自相關搜索在心動周期中逐幀掃描某個像素的位置，通過運算重建心肌組織實時運動和變形。該技術可根據病變部位及檢查所需，獲取任意層心肌網絡狀感興趣區追蹤，可測量任何可視角度心肌的徑向、縱向或環形應變及應變率，準確反映心肌細微功能的多種參數。它不受聲束方向與室壁運動方向夾角的影響，克服了組織多普勒（TDI）角度依賴的缺陷[16-17]。本研究組通過對比實驗兔心梗前后心肌應變指標變化進一步證實這一理論。實驗中發現STI在分析心肌梗死兔節段性室壁運動狀態中，其準確性，敏感性高于傳統超聲心動圖，術后30 min即出現陽性結果，冠狀動脈分布對應梗死區心肌節段與周圍正常心肌組織節段徑向應變、圓周應變比較，差異均有統計學意義（均P<0.05），梗死區域心肌圓周應變值、徑向應變值均低于正常心肌節段。

綜上所述，傳統超聲心動圖可判斷兔心臟整體收縮功能，可測量兔心腔大小、容量等變化;斑點追蹤技術可準確定位心肌梗死兔局部室壁運動異常部位，兩種技術結合能夠綜合評價冠狀動脈閉塞后心臟整體及細微運動狀態，為臨床醫生評估心臟功能提供一種可靠有效的方法。本研究尚有不足之處，二維斑點追蹤技術定量評價室壁運動狀態是建立在清晰的二維圖像基礎之上，圖像質量嚴重影響其追蹤測量指標[18-20]。實際操作中，由于兔心腔較小，心率偏快，心尖部聲窗顯示欠滿意，很難評價兔心肌縱向應變。因此為達到實驗的嚴謹性、科學性、準確性等要求，本研究選用顯示較好的乳頭肌水平切面分析兔室壁節段的運動情況。對兔心肌的縱向應變、旋轉應變未深入研究。本課題組將在冠心病的進一步研究中攻克難點，努力改進，爭取達到實驗的規范化、完整化。

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（收稿日期：2021-01-22）DCDC1E84-EA32-4131-B731-86AA2FF19B8B