组织多普勒成像评价右心室收缩和舒张功能作用的研究进展

管丽洁,高秋琦,吴 琪,倪显达,胡元平,陈 斌

右心室对维持心脏排血量、有效容量和整体心脏血流动力学具有重要意义[1-2],但是右心室功能的检测受图像质量差、右心室形态多变、无金标准进行对照等因素的影响,使其研究进展极慢。具有无创伤、易重复、无放射性、不需要造影剂等优点的超声心动图检查,随着其技术的不断开发和改进,正在这些方面起着日益重要的作用[3-4]。本文就超声心动图新技术——组织多普勒成像 (tissue Doppler imaging,TDI)——在检测右心室收缩和舒张功能方面的应用进展进行综述。

1 右心室解剖特点和病理生理特点

右心室腔横面呈新月形,侧面呈三角形,其内有突出的肌小梁及肺动脉圆锥,影响其心内膜描画的准确性;构成右心室的流入道、小梁部和流出道三部分结构处于不同的空间平面,致使右心室几何形状很不规则,难以用固定的数学模型加以模拟。故传统的左心室功能的测量方法并不适用于右心室功能的测量,如 Simpson法和面积 -长度法。

长期以来认为环行心肌纤维构成的心室短轴运动在心脏泵血过程中起主导作用,实际上心室射血是由环行心肌纤维和纵行心肌纤维共同完成的。左右心室壁的肌肉组成有所不同,左室壁肌纤维以环形肌肉为主,而右心室则以纵行方向的浅层螺旋状肌肉为主,它们贯穿于心尖与右房室环之间。收缩期右心室在浅层肌纤维牵拉下心底部移向心尖部并靠向室间隔,同时在室间隔协同作用下把右心室的血液挤向肺循环,因此测定右心室长轴功能更能代表右心室的射血功能。

2 检测右心室功能的几种传统检查方法比较

在各种测定右心室功能的技术中,右心导管检查和 X线右心造影最为可靠,但由于具有创伤性而难以成为常规检查。核素心血池造影对血容量的测量具有一定的优势,但左、右心室的重叠可能影响其准确性;MRI分辨率高,可改进右心室容量的测定,触发技术提供室壁运动形式和运动速度的信息,特别是在右心室肥厚时具有重要意义。但是昂贵而笨重的仪器使其临床应用受到一定的限制。

传统的超声心动图用于检测右心室功能的几个指标及其局限性:等容期指标,如从右房室瓣反流计算的 dP/dt或做功指数 (Tei指数)均受前负荷的影响;而射血期指标,加速时间和射血时间、排血做功和排血做功指数、射血分数和右心室缩短分数都受后负荷的影响。

3 TDI的技术原理

TDI是在传统的探查心腔内血流基础上,通过改变多普勒滤波系统将心腔内高频率和低振幅的血流信号滤掉而保留低频率和高振幅的室壁运动信号,并以色彩、频谱或曲线选择性地显示室壁运动的频率或振幅信息,能定量测量室壁运动速度,系一种新近开发的无创性室壁运动检测技术。克服了既往目测分析室壁运动的主观局限性,可直观定量检测心肌运动的方向与速度以及局部心脏功能,是一个不受前、后负荷影响的右心室收缩功能指标[5]。

4 TDI观测右心室功能的常用方法和参数

4.1 常用方法 目前,测量心肌的室壁运动速度可用彩色多普勒法 (colour-coded TDI)和脉冲法 (PW TDI)[6]。

colour-coded TDI通过对心肌组织反射回来的低频高幅频移信号进行彩色编码,以颜色和亮度代表心肌运动的方向和速度,表现为心肌色彩充填均匀,色彩变换时相一致,未见心肌色彩充填缺损、花斑样改变或时相滞后,是最基本的 TDI技术。彩色二维组织速度图着重对心肌运动的速度进行定性观察,常在呼气末从心尖四腔切面观察:收缩期室间隔、左室侧壁和右心室壁显示为红色,舒张期为蓝色,心尖受胸壁限制,保持相对静止,显示色彩较暗。另外,也可观察左房室瓣环的运动 (见图 1)。

图 1 心尖四腔心切面二维彩色组织多普勒声图像Figure 1 Colour-coded TDI in the apical four chamber view

PW TDI在心尖四腔观察右心室长轴方向运动时,将取样容积置于右心室游离壁心肌或右房室瓣环处,可直接得到一系列的波群。于心电图 R波顶点开始出现短暂振幅高尖的等容收缩波 (IVC),之后是宽大的收缩波 (Sa),心电图 T波后依次出现小的等容舒张波 (IVR)、早期舒张波 (Ea)、反向波 (R),于下一心动周期 P波后出现舒张晚期波 (Aa)。其中 Sa波、Ea波、Aa波是主波,且 Sa波与 Ea、Aa波方向相反,IVC与 IVR为单向或双向波 (见图 2)。

图 2 右房室瓣环处脉冲组织多普勒频谱声图像 (IVC:等容收缩波;Sa:收缩波;IVR:等容舒张波;Ea:早期舒张波;R:反向波;Aa:晚期舒张波)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)

有研究报道,colour-coded TDI和PW TDI两种检查方法的测量结果有所差别,在同一取样点的测量数据比较,后者通常要比前者高 10%～20%。colour-coded TDI采集包含心室多个不同节段的完整扇形图像,与 PW TDI采用逐个节段测量的方法比较,要明显节约扫描时间[7]。

随着数字化超声心动图的发展,出现定量组织多普勒速度成像技术,在分析室壁运动的方便性和敏感性方面较传统的低频组织多普勒技术有很大提高。通过后处理系统,可以对存储信息进行任意两个甚至更多部位的测定指标进行对比分析,如测量分析右心室运动特征时,将取样容积分别置于右心室侧壁基底段、中间段的心内膜下心肌层,获取该 2个取样点的同步组织多普勒速度运动曲线,分别以黄色和绿色区别 (见图 3)。右心室的定量组织多普勒速度成像特征表现为:等容收缩期,右心室心肌耗能主动收缩,心肌长轴运动曲线上等容收缩波为一短暂的高速正向波或正负双向波;射血期,右心室肌运动速度逐渐增加,收缩波为一上升支与下降支基本对称的高钝正向波;等容舒张期则为一零线附近,占时短暂的低速负相波。右心室肌的舒张早期波和舒张晚期波均显示为高速的负相波。定量组织多普勒速度成像技术是在高频状态下,在采集动态图像基础上实现对心肌运动信息显像的新技术,定量测定心肌峰值速度,为右心室功能的评价开拓了广阔的前景。

4.2 组织多普勒技术检测右心室功能的常用参数 常用参数有速度参数和时间参数。速度参数包含 5个波形参数:(1)等容收缩波;(2)收缩波,其最大收缩速度为 Vs;(3)等容舒张波;(4)早期舒张波,其最大舒张速度为 Ve;(5)晚期舒张波,其最大舒张速度为 Va。在此基础上,可计算 Ve/Va比值,以及经右房室瓣舒张早期最大血流速度 (E)与右房室瓣环 Ve的比值 (E/Ve)。

时间参数主要包含3个时间参数:(1)等容收缩时间 (IVCT);(2)射血时间(ET);(3)等容舒张时间 (IVRT)。在此基础上,可计算右心室心肌 Tei指数、等容收缩期心肌加速度 (IVA)。IVA=等容收缩最大速度/加速时间,即等容收缩时的升支斜率[8-9]。

4.3 组织追踪成像 组织追踪成像是TDI技术的特殊方式,它显示收缩期组织速度的积分,即为收缩期沿多普勒轴方向运动的距离,并在心电图监控下同时确定收缩期的开始和结束。它能够迅速评价收缩期心室所有心肌组织向心尖方向的运动距离,用红、黄、橙、绿、青、蓝、紫 7种层次颜色表示,实时而直观 (见图 4)。可以提供一种全新的、快速的评价心室功能的方法,特别在图像质量差的患者中,它比传统的检查方法更敏感[10]。有研究显示组织追踪法测定左房室瓣瓣环下移距离与 M型超声心动图法测定的距离非常接近[10]。

4.4 应变率显像 (strain rate imaging,SRI) 应变率显像技术是近年来发展的在组织多普勒基础上判断心肌两点间运动速度阶差的技术,它既可评价心肌向心性和纵向运动,又可区分心肌自身的运动和心脏摆动,是一种定量评价心肌运动比较理想的技术。TDI用于测量心肌运动速度,但不能区分心肌自身的运动和心脏摆动,因此 TDI估测的心室壁运动速度受到心脏位移和邻近心肌节段运动的影响,而SRI克服了心脏整体运动和邻近心肌节段的被动牵拉对室壁运动速度的影响,因而SRI较 TDI更能准确地估测心室壁运动功能[11-13]。

图 3 心肌组织多普勒速度运动曲线图Figure 3 Example of the myocardial velocity curve,derived from colour-coded tissue Doppler imaging data

图 4 组织追踪法显示收缩期组织速度的积分Figure 4 Integrating the regional velocity curve results in a local displacementmap

5 组织多普勒检测右心室功能的临床意义

5.1 评价右心室整体收缩功能 Ueti等[14]研究发现,右房室瓣环处的 TDI指数:收缩期峰值速度 (Vs)、收缩期时间-速度积分以及右房室瓣环的收缩期位移,均与放射性核素所测右心室射血分数高度相关。还发现右房室瓣环 Sm＜11.5 cm/s的预测右心室射血分数 ＜45%的敏感度和特异度分别为 90%和 85%[15]。Meluzin等[16]和 Tuller等[17]均得出了类似的研究结论。Toyono等[18]认为 IVA是评价右心室收缩功能的一个新指标。以上观点均提示,TDI检测右房室瓣环的运动幅度和运动速度以及收缩期所得各项参数,可快速、准确、无创地评价右心室整体收缩功能。

5.2 评价右心室整体舒张功能 PW TDI可用于鉴别左室舒张功能的假性正常化已得到临床认可,但用其评价右心室舒张功能的作用尚处于研究阶段。Kukulski等[19]认为取样容积置于心尖四腔观右房室瓣环所记录的频谱形态可反映右心室心肌纤维在长轴方向的运动,而这种运动与右心室舒张功能密切相关。右房室瓣环的PW TDI的舒张期参数如 IRT、Ve、Va、Ve/Va等在右心室舒张功能障碍时均存在变化,但这些参数的影响因素尚不得知。Pela等[20]研究发现,Ve/Va是一个相对无负荷依赖性的评价右心室舒张功能的指标。 D′Andrea等[21]分析认为,右心室舒张早期的峰值速度及收缩期峰值速度与右心室的每搏输出量独立相关。等容舒张时间 (IRT)是一个反映心室松弛性的指标。健康人右心室 IRT很短,但随着肺动脉压力的增高而变长。Gorgulu等[22]用TDI技术检测了房间隔缺损 (ASD)者的右心室功能,认为平均肺动脉压(MPAP)与右心室 IRT相关性良好 (r=0.73)。在慢性阻塞性肺疾病中,这种关系表现得也很明显[23]。并且有学者指出,右房压与 IRT成反比[24]。因此,IRT还可作为一个无创评价肺动脉压与右房压的参数。在 Aoki等[25]的研究中,右房室瓣口血流舒张早期速度 (E)/右房室瓣环运动舒张早期峰值速度 (Ve)被作为反映右心室充盈压的指标,心衰胎儿的 E/Ve(9.71±0.91),显著高于对比组的(6.20±0.97)。

5.3 评价右心室综合功能 Tei指数传统测量方法是在不同心动周期内描记右心室流入道与流出道的多普勒血流频谱图,根据相关时间间期计算 Tei指数,但这难以避免生理情况下心率波动带来的不准确性。TDI技术可在同一心动周期内完成Tei指数的测量[26],较传统方法更便捷、准确。其次,传统方法描记的是血流频谱,可能会受到前负荷的影响,而 TDI反映的是心肌本身的运动,受前负荷影响小,能更好地反映室壁功能,是评价右心室整体功能的较好指标。

5.4 评价右心室局部收缩和舒张功能colour-coded TDI可以通过局部颜色的变化定性观察局部收缩和舒张功能,PW TDI通过对局部心肌的实时速度追踪,可以定量地评价心肌运动,如各波峰值有无减低、消失,波型是否杂乱,有无波时相的变化,以及心内外膜下速度阶差的变化。

6 TDI检查的影响因素

除考虑心肌纤维本身的收缩速度外,还需考虑下列因素的影响:(1)多普勒声束与室壁运动方向的夹角:为了获得真实的室壁运动速度,超声束与室壁运动速度方向应尽可能平行。 (2)拖带效应:整体心脏运动即心脏移位和邻近心肌节段运动的影响。如果某些心肌的运动方向正好与心脏整体运动相同时,则该心肌运动速度将被高估,反之,将被低估。 (3)呼吸运动的影响。 (4)系统增益和采样容积的影响:在进行二维 TDI时,当系统的增益最低时,TDI能清楚地显示心内外膜边缘以及心内膜与心肌的边界,但心肌却得不到相应的彩色显像;当系统增益太大时,整个心脏被彩色充填,不能区别内外膜,因此必须认真调节增益至最佳状态,并在整个研究过程中保持不变。

7 TDI方法学进行标准化和规范化的必要性

和其他超声技术一样,诊断的准确性取决于影像的质量。为了尽可能取得好的影像,正确的操作非常重要。但目前,不论是国外还是国内,组织多普勒超声心动图尚无明确的方法学和临床应用指南,导致组织多普勒超声心动图的测量结果出现较大的误差。组织多普勒及其相关技术正在从临床研究向临床实践过渡,为了使这项技术能够得到正确和合理的应用,有必要对其方法学进行标准化和规范化,只有这样才能使这项技术得到推广和普及,其价值才能得到临床的验证与接受[27]。

综上所述,右心室形态的不规则性给人们评价右心室功能带来一定困难。超声心动图技术由于简便、安全、准确性较高等特点,在右心室功能的评价中得到了广泛应用,且易于普及,能实时显示心腔内结构及血流动力学变化是其他方法不可及的。尤其是近年来发展起来的组织多普勒技术在右心室功能评价方面已经显示出很好的应用前景,它所获得的速度指标和时间指标是评价右心室功能的重要指标,优于传统的影像学方法,值得进一步探讨和研究。

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