应变和应变率成像评价冠状动脉支架置入术前后左心收缩功能变化
作者：段言峰，倪锐志，乌若丹，张翔，郭涛
【关键词】 超声心动描计术；左心收缩功能；冠状动脉内支架置入术；应变；应变率
［摘要］ 目的 探讨应变和应变率成像技术在定量评估冠心病患者冠状动脉支架置入术前后左心收缩功能变化的临床应用价值。方法 应用应变和应变率对20例正常人和30例冠心病患者冠状动脉支架置入术前后心尖四腔、两腔、左室长轴切面相应节段局部心肌功能进行定量分析；测量左室射血分数（EF）。结果 术前缺血节段心肌应变和应变率曲线中应变值和收缩期峰应变率值均小于健康人相应心肌节段并可出现收缩后收缩（PSS）波；术后经的缺血心肌各指标较术前明显增加，PSS波消失，术后左室射血分数有增加。结论 应变和应变率可准确识别缺血心肌节段，能定量评价冠状动脉支架置入术前后左室壁心肌局部和整体心功能的变化。
［关键词］ 超声心动描计术；左心收缩功能；冠状动脉内支架置入术；应变；应变率
Study of the left ventricular systolic function after intracoronary stent implantation by strain and strain rate imaging
［Abstract］ Objective To investigate the application of strain and strain rate imaging to estimate the left ventricular systolic function in coronary artery disease before and after intracoronary stent implantation.Methods Twenty healthy people and thirty patients with coronary artery disease were studies at apical fourchamber and twochamber and left ventricular long axis view before and after intracoronary stent implantation using strain and strain rate imaging and EF was measured.Results Compared with normal myocardium， the peaks of strain and strain rate curve of ischemic myocardium in systole and EF reduced. The postsystolic shortening(PSS) wave appeared before operation. Each index increased and PSS wave disappeared after operation.Conclusion ε and SRI can accurately differentiate abnormal perfusion segments from normal ones and can quantitively analyse the left ventricular regional and global myocardial functional changes.
［Key words］ echocardiography;left ventricular systolic function;intracoronary stent implantation;strain;strain rate
应变（strain，ε）和应变率成像（strain rate imaging，SRI）是在组织多普勒成像(tissue Doppler imaging，TDI)基础上的新的成像技术，是评价局部心肌功能的新的量化指标。本研究观察冠状动脉支架置入前后局部心肌应变和应变率的变化并与健康人比较，旨在为缺血心肌再灌注的疗效评价提供客观依据。
1 资料与方法
1.1 研究对象
1.1.1 对照组 20例健康人，男16例，女4例，平均年龄55.75岁，经病史、体检、心电图、X线胸片、超声心动图、血生化、甲状腺功能检查排除心血管疾病或可继发心血管病的其他疾病，如糖尿病、肾病、高血压、甲亢等。
1.1.2 试验组 30例行冠状动脉支架置入术患者，男23例，女7例，平均年龄60.40岁。均经病史、临床表现、心电图及心肌酶学检查确诊，冠状动脉造影前降支、左旋支、右冠支及其分支中至少有一支狭窄>70%，病变严重部位均置入支架。
1.2 仪器与方法
1.2.1 使用仪器 美国GE ViViD7超声诊断系统，探头频率2.0～4.0 MHz，组织多普勒成像帧频>80帧/s，其图像系统和图像定量分析软件可定量分析8个心肌节段同步应变和应变率等参数。
1.2.2 检查方法 正常对照组和冠状动脉支架置入患者术前1天及术后1周进行超声心动图检查。受检者取左侧卧位，连接胸导联心电图，启动组织多普勒速度显像模式，获得心尖四腔切面、心尖两腔切面、心尖左心长轴切面动态图像，存入MO磁盘中，进行脱机分析。采用美国超声心动图学会推荐的16节段划分室壁节段，置取样点于相应室壁的基底段和中间段，获取应变－时间曲线和应变率时间曲线，测量收缩期峰值应变率和应变值，各数值均取3个心动周期的平均值。用Simpson双平面法测左室射血分数。
1.3 统计学方法 应用SPSS11.5统计分析软件，计量资料以均数±标准差表示，两组变量间的关系采用简单相关回归分析，组间对比及手术前后比较采用t检验，P<0.05认为差异有统计学意义。
2 结果
2.1 一般情况比较 两组间性别、年龄差异均无统计学意义。
2.2 两组心脏多普勒检查情况比较 正常对照组20例被研究心肌节段480个，心肌各节段的应变和应变率曲线的形态整体有一定的性。应变曲线的整体趋势为单峰曲线：随心脏收缩，心肌纵向缩短，应变由0值向负值发展，于心电图T波终末（收缩期末）前后达最大应变，舒张期又渐恢复至0点。应变率－时间曲线包括3个主要波峰，即收缩期基线下方的S峰，舒张期位于基线上方的两个正向波，舒张早期的E峰和舒张晚期的A峰，曲线轮廓整齐。30例冠心病患者被研究心肌节段共188个，均是有病变并经支架置入术治疗的节段。治疗前病变节段与正常对照组心肌节段相对比，应变和应变率－时间曲线（见图1，图3）失去正常形态，轮廓杂乱，波峰低小、消失甚至倒置，峰值较正常心肌节段明显降低，其中95个节段还可检测到心电图T波后出现的代表室壁收缩后收缩（PSS）的异常增高的应变率波形。冠状动脉支架置入术后7天，经治疗病变节段的应变和应变率－时间曲线波形趋于正常（见图3，图4），轮廓趋于整齐，原降低的峰值较治疗前明显上升，但较正常心肌节段仍减低（见表1），95个出现PSS波的节段中有70个节段的PSS波消失。正常对照组射血分数为（0.719±0.061），冠心病患者术前1天为（0.536±0.084），术后7天为（0.582±0.079），正常人与冠心病患者术前以及冠心病患者术前、术后比较均有统计学差异（P<0.05）。
表1 正常组及冠心病组左心室心肌节段长轴方向收缩期峰值应变率和应变值比较 （略）
注：正常组与经治疗缺血节段术前比较，P<0.05；经治疗缺血节段术前1天与术后7天比较，P<0.05
3 讨论
应变（ε）和应变率显像（SRI）是全定量分析心肌运动的新技术［1］，因其克服了声束－室壁运动方向的夹角及正常节段对异常节段牵拉效应的影响，为心肌功能的研究提供了新的超声诊断方法。应变是指相对于起始长度的变化，反映的是心肌发生形变的程度；应变率指局部心肌组织运动速度的阶差，即两点的速度差与两点间距离之比，反映的是局部心肌形变发生的速度。
左室心肌纤维［2］主要由纵行和环行肌纤维组成，其中纵行纤维占70％。根据心肌的解剖排列，心肌沿左室长轴方向的舒缩运动对正常心脏的舒缩功能的维持起重要作用，心肌缺血时的运动异常应该也表现在长轴方向的运动上。本研究运用应变和应变率成像技术对健康人和冠心病患者冠状动脉内支架置入治疗前后局部心肌的纵向运动进行了系统分析。
关于正常左室壁纵向SR的特点，目前不同学者间存在争议［3］，有学者认为左心室不同室壁节段的ε和SR参数是均一的，也有学者发现不同部位的ε和SR存在差异，基底段、中间段和心尖段的ε和SR依次递减。本研究显示，健康人左室壁同一室壁收缩期应变率的绝对值及应变的绝对值基底段高于其中间段，不同室壁同一水平节段间应变与应变率相同。
冠状动脉狭窄时，其供应的心肌可发生不伴有心肌坏死的功能障碍和伴有心肌坏死的功能障碍［4］，前种状态下心肌被认为是有活力的心肌，称为存活心肌。其特点是细胞代谢存在，细胞膜完整，具有潜在的收缩功能储备。后种状态下心肌被认为是没有活力的心肌，称坏死心肌，其特点是细胞代谢消失，细胞膜不完整，没有潜在的收缩功能储备。但这两种情况均可导致心肌收缩力减弱，室壁厚度变薄，心脏排空能力下降。根据Laplace定律，室壁应力与心室内压力和心腔半径成正比，与室壁厚度成反比，推断室壁应力下降，应变率也相应降低。本研究显示术前各病变节段应变和应变率和健康人相应节段比较明显减低。进行冠状动脉再通术后，缺血心肌的血供得以恢复，存活心肌的心肌活性恢复，心肌收缩力增加，运动功能改善，结果显示经188个异常节段，术后7天节段运动较前恢复，应变和应变率也相应增加，但仍较正常组相应节段降低，术后7天差异有显著性意义，表明存活心肌的存在是术后心功能改善的基础。Kukulski等［5］通过对60例稳定型心绞痛患者在行PTCA期间进行应变率成像研究，发现在右冠状动脉或回旋支阻塞和左前降支阻塞时，局部心肌的横向和纵向的收缩期速度、应变率均降低，在评价心肌缺血时，应变率的敏感性和特异性均高于收缩期运动速度。
应变和应变率成像能够定性、定量地评价局部心肌收缩功能。整体心功能是局部心功能的总和，只有局部心肌功能改善了，左室整体心功能才会改善。本研究显示冠状动脉支架置入术后7天左室射血分数增加，反映整体心功能得到改善，表明血管再通后7天存活心肌的活性已经开始恢复，左室整体功能得到改善。
心肌缺血时，心肌的运动状态和时相都会发生相应的改变，包括收缩起始的延迟、心肌的增厚或缩短的程度和收缩后缩短（postsystolic shortening，PSS）。PSS指局部心肌沿纵轴方向上收缩末期后的收缩，发生于主动脉瓣关闭之后，是心肌缺血的敏感指标。本研究在分析缺血心肌的应变和应变率－时间曲线时发现，188个缺血节段的曲线收缩期波形失去正常形态，且有95个节段在收缩后出现另一个运动波形，即PSS波，为负向波形，表明等容舒张期出现了纵行负向应变率。这种收缩期后应变率能较好地区分缺血心肌和非缺血心肌。Voigt等［6］研究发现心肌缺血和正常人都出现此现象，但生理性和病理性收缩后缩短差异有显著性，病理性PSS的应变、应变率绝对值明显增高，峰值时间较正常者延迟，可准确区分异常心肌节段和正常心肌节段。本研究显示，应变率－时间曲线中出现PSS波的95个缺血心肌节段，在再灌注治疗7天时，有70个节段局部运动状态明显好转，PSS波明显减小或消失，各峰值应变率增高，这一结果表明该部位的心肌是存活心肌，再灌注后恢复了活性，证实了上述结论。
本文研究的只是纵向应变率和应变，国外已有学者［7］在实验室及临床上探讨二维应变率的价值，发现它可以同时获得纵向和横向形变的信息，可望能更准确的评价心肌局部功能。
［］
1 Heimdal A，Stoylen A，Torp H，et al.Realtime strain rate imaging of the left ventricle by ultrasound.J Am Soc Echocardiogr，1998，11(11)：1013-9.
2 舒先红，黄国倩，潘翠珍，等.正常人心肌应变及应变率定量分析.中华超声影像学杂志，2004，13(11)：805-807.
3 Jones CJH，Rapeso L，Gibson DG.Functional importance long axis dynamics of the human left ventricle.British Joural，1990，63(4)：215.
4 Pasquet A，Robert AD，Hondt AM，et al.Prognostic value of myocardial ischemia and viability in patients with chronic left ventricular ischemic dysfunction.Circulation，1999，100(1)：141.
5 Kukulski T，Jamal F，D’Hooge J，et al.Acute ischemic change in systolic and diastolic events during clinical coronary angioplasty：comparison of regional velocity，strain rate and strain measurement.J Am Soc Echocardiogr，2002，15：1-12.
6 Voigt JU， Lindenmeier G， Exner B， et al. Incidence and characteristics of segmental postsystolic longitudinal shortening in normal， acutely ischemic， and scarred myocardium.J Am Soc Echocardiogr，2003，16(5)：415-423.
7 Langeland S，D’Hooge J，Claessens T，et al.RFbased twodimensional cardiac strain estimation：a validation study in a tissuemimicking phantom.IEEE Trans Ultrason Ferroelectr Freq Control，2004，51(11)：1537-1546.
