实时三维超声心动图评价心血管疾病研究进展

　　　作者：邢淑芬 作者单位：300051 天津市胸科医院超声科

　　【摘要】 超声作为一种无创、简便、可靠的检查方法，已广泛应用于临床。实时三维超声心动图(real time three dimensional echocardiography，RT-3DE)作为医学影像学领域发展起来的一项新技术，可用于观察与声束方向呈任意角度的切面，能够体现心脏立体结构，直观地了解房室、瓣膜及大血管的形态、厚度、腔径、方位、走向及连续关系，实时显示心脏与大血管的活动状况，并可快速成像，目前已广泛应用于心血管疾病诊断的研究，对心血管疾病诊断有重要价值。

　　【关键词】 超声心动图;三维;心血管疾病

　　二维超声心动图只能提供断面图像，需要多切面扫查，并借助空间想象得到完整印象，而且图像质量很大程度上依赖操作者的手法。传统的三维超声心动图可以获得脏器的立体图像，但因获取图像费时而限制了其临床应用，实时三维超声心动图(real time three dimensional echocardiography，RT-3DE)作为医学影像学领域内发展起来的一项新技术，不依赖任何几何学假设，采用超矩阵探头、高通量数据处理系统及三维空间定位系统，可以观察与声束方向呈任意角度的切面，可以立体发射和接收图像信息，快速成像，而不存在运动伪差，使三维成像能够应用于临床[1]。

　　RT-DE可以从三个相互垂直的切面实时显示心脏各结构的立体形态、毗邻位置、空间关系及动态变化[2，3]。本文对实时三维超声心动图在评价心血管疾病诊断中的研究进展综述如下。

　　1 在心脏瓣膜疾病诊断中的应用

　　RT-3DE可清楚地显示瓣膜结构及功能变化，可以准确判断瓣膜的狭窄程度和范围，并能准确测量瓣口面积、瓣膜脱垂、瓣膜赘生物、腱索结构及反流信息。Zamorano等[4]研究了29例存在二尖瓣脱垂的风湿性二尖瓣狭窄的患者，分别采用二维超声心动图及RT-3DE测量二尖瓣口面积，并与经皮二尖瓣成形术中直接测量所得值进行比较，结果显示RT-3DE与后者测量所得值平均相差0.01(-0.31-0.33)cm，而二维超声与后者测量所得值平均相差0.12(-0.71-0.47)cm。此试验证实RT-3DE测量瓣口面积较二维超声更准确。王静等[5]对32例行二尖瓣和(或)主动脉瓣以及三尖瓣人工瓣膜置换术的患者，应用RT-3DE的灰阶成像和彩色成像模式，观察人工瓣膜和支架的结构形态及相应的血流动力学改变，研究发现RT-3DE可清晰显示人工生物瓣膜回声、附属支架强回声及人工瓣口的反流柱大小、方向。Kwan等[6]利用RT-3DE对扩张型心肌病和缺血性心肌病引起的二尖瓣反流机制进行研究发现，扩张型心肌病的二尖瓣瓣叶中部为漏斗形，侧壁发生脱垂，反流束有两股，一股来自瓣间，而另一股来自瓣叶的中部;缺血性心肌病的二尖瓣瓣叶自中部至侧壁形成均匀的漏斗状，故反流束只有来自瓣间的一股，该研究进一步显示了RT-3DE在评价瓣膜疾病方面的优势。Kasliwal等[7]认为RT-3DE可以清晰显示各瓣膜形态及瓣下装置，明确瓣膜界限，准确测量瓣膜面积，另外能很好地显示瓣膜脱垂、瓣膜穿孔、瓣膜裂的部位和程度及多种先天性瓣膜疾病。Acar等[8]研究了Ebstein畸形后认为RT-3DE可立体显示下移的三尖瓣与周围结构的解剖关系，为手术治疗提供参考价值。

　　2 在大动脉疾病诊断中的应用

　　由于实时三维超声可以沿大动脉走行任意切面扫描大动脉，对检查部位立体成像，清楚显示管腔的解剖结构、血管走行特征、狭窄程度、病变周围的侧支循环以及动脉粥样硬化斑块的空间形状、病变进展，因而逐渐成为评价血管疾病的首选方法。Allott等[9]利用三维成像软件对采集的二维图像进行三维重建以显示管腔及附壁的低回声结构，并测定斑块容积和随访观察，研究证实三维超声能准确评价血管结构及功能异常，动态观察动脉粥样硬化病变发展演变情况，但图像质量受二维图像和探头性能影响较大，操作复杂,而RT-3DE可以快速成像，因而节省了大量时间。张鹏飞等[10]采用不同浓度比例的琼脂、明胶和碳化硅颗粒混合物制作成硬度、回声强度各异的含有斑块的血管仿体32个，先后应用Philips Sonos 7500超声诊断仪的11L-3探头和X4探头扫查仿体，并获取仿体的全容积图像导入TomTee 4D Cardio View工作站，由两名超声医师双盲、随机分别在2、4、8、16平面状态下测量体积，其中一位观察者在1个月后按此原则再次进行测定，结果在斑块及其回声强度的判断上，RT-3DE与传统二维血管成像具有良好的一致性，该技术具有较高的可重复性。

　　3 在先天性心脏病诊断中的应用

　　RT-3DE可以实时显示心脏的立体结构，从任意切面和角度观察了解病变的部位、形态、大小及其与周围结构的空间毗邻关系，因而在先天性心脏疾病的诊断及指导制订手术方案等方面较二维超声具有独特的优势。对房室间隔缺损进行立体显示,不仅显示间隔的连续性中断，还通过对两个正交切面的切割显示缺损的平面，可以准确判断缺损的有无、位置、边缘、形状、面积及其与相邻结构的关系。Vanden Bosch等[11]运用RT-3DE测量的房间隔和室间隔缺损的面积、形态与术中所见高度一致。张梅等[12]报道，采用RT-3DE确定的室间隔和房间隔缺损的空间位置、形态以及测量的缺损最大直径与手术结果无显著差异。RT-3DE可以完整显示先天性心脏瓣膜病的瓣叶位置、数目、狭窄口面积及功能状态，清晰显示心内膜垫缺损的共同房室瓣，清晰显示部分动脉导管未闭患者的导管走行及形态，并显示肺动脉瓣病变患者的肺动脉瓣发育情况，法洛四联症患者病变的复杂结构及在主动脉根部的短轴观方位显示室间隔的骑跨程度。Kevin等采用肋缘下RT-3DE指导，对一个9 mm的房间隔缺损进行封堵，利用活动图像旋转，可以清晰地显示缺损部位以及对术中情况进行监控。梁雪村等[13]对62例先心病患者进行RT-3DE检查以心血管造影和(或)手术诊断为金标准，与二维彩色多普勒超声心动图检查结果进行比较，结果62例均获得较满意的三维容积图像，在心内解剖结构及近心端大血管走行方面能提供更丰富准确的空间解剖信息。RT-3DE在主要畸形的诊断方面与二维彩色多普勒超声心动图一致率达98.4%。以上实验研究均表明RT-3DE可以提供更为丰富和精确的解剖学信息，更有益于手术方案的制订和选择。

　　4 在心肌病变诊断中的应用

　　准确定位危险心肌及心肌梗死范围对临床治疗方案的选择具有重要的指导作用，对梗死心肌的精确测量有助于评价缺血再灌注的效果及估计预后。目前在非创伤性测量心肌质量的方法中，磁共振技术被公认为测定心肌质量的“金标准”。李秀昌等[14]对33例患者分别应用经胸M型、二维和三维超声心动图测定心肌质量与磁共振检查测定左室心肌质量，其相关系数分别为0.90、0.91和0.98(P均<0.05)，该试验证明了三维超声测量心肌质量的准确性。李靖等[15]采用RT-3DE观察了8例肥厚型心肌病患者的心脏形态及二尖瓣收缩期前向运动，结果表明RT-3DE可以清楚显示肥厚型心肌病的肥厚部位、肥厚形态、室壁运动状况和SAM现象。Camarano等[16]结扎20只羊的冠状动脉建立心肌灌注缺损模型，利用RT-3DE结合左房造影对充盈缺损的心肌质量、整体心肌质量进行测量，计算出二者比值，并与处死后心肌Evans染色直接测量值进行对照，发现两者具有良好的相关性，说明RT-3DE与造影剂结合可以更精确的评价心肌缺血的部位及范围。

　　5 在评价心室功能方面的应用

　　Schindela等[17]应用RT-3DE的B、C切面分别测量了39只具有准确解剖结构的乳胶右心室模型的容积，RT-3DE所测值与真实容积关联良好(B型r=0.99;C型r=0.98;P均<0.001)。谢明星等[18]应用RT-3DE与常规二维超声，测量30例正常人与30例冠心病患者收缩末期及舒张末期左心房容积、左心房射血分数，结果显示正常组与冠心病组之间，二维超声测量值与三维超声测值差异有显著性意义(P<0.05);三维超声测量的EF值及E/A与二维测量的EF值及E/A有良好的正相关性，RT-DE能通过三维容积测量评价冠心病患者左心房功能。准确评价左室容积及功能对于先天性心脏病的诊断、手术方案的选择及患者的预后评价都是相当重要的。Vanden等[11]在应用核磁共振成像作为对照，研究了数例成人先心病左心容积、功能后，认为RT-3DE可精确测量失去正常形态左心室的先心病患者左心室容积和心功能;以上研究结果均提示RT-3DE是一种较理想的动态实时评估左室容积及搏出量的技术。由于右室的几何形状和结构复杂，难以用数学模型进行模拟，使得二维图像难以准确测量右室容积及功能。Prakasa等应用RT-3DE研究致心律失常型右室心肌病的右室形态及功能，并以核磁共振显像作为对照，研究结果表明RT-3DE检测这种右室疾病的右室心功能EF值、每搏量与核磁共振显像结果高度相关。现代RT-3DE成像技术和超声声学定量、彩色室壁运动技术相结合，可快速实时计测心腔瞬时容积，推算出心搏量和心输出量，在心功能准确测定方面有很大的潜力，而且具有较强的准确性和可重复性，是传统二维超声测量无法比拟的。

　　另外，心衰患者普遍存在不同程度的心室内或心室间的不同步化运动，心脏再同步治疗可以增强患者的心肌功能，改善患者的临床症状。随着心脏再同步化治疗的广泛开展，RT-3DE日渐被用于评价心脏再同步化治疗的短期和长期效果。Kapetanakis等[19]观察了1例患有扩张性心肌病及右束支传导阻滞并植入双腔起搏器的老年患者，通过对左室进行扫描和图像处理，发现RT-3DE及其定量技术在分析心肌运动同步性方面具有独到的优势。

　　RT-3DE在评价心血管疾病中具有独到的优势，具有实时快速成像;侧向分辨率高;高敏感性和高穿透性;可以观察与声束方向呈任意角度的切面，多方位交互观察脏器等优点。虽然RT-3DE尚属于起步阶段，但其在临床应用方面具有广阔的前景：(1)RT-3DE可以和负荷试验相结合，记录心室壁的立体图像变化，从而在观察心室运动的同步性和全面性等方面提供更为精确的诊断信息;(2)RT-3DE和彩色多普勒相结合，对彩色血流图进行三位重建，将可以立体显示血管的空间走向、狭窄位置及其周围的侧支循环，从而为无创性检查冠状动脉病变开辟新的途径;(3)RT-3DE和心脏电生理技术结合，可用来观察心肌的活动顺序，研究心脏起搏位点及传导途径，此技术有可能成为观察心律失常的新方法;(4)如果对RT-3DE的探头加以改进，实现经食管操作，则可以获得较二维超声更为清晰的图像，为临床诊断提供更为精确的信息。

　　RT-3DE显像也存在着局限性：图像重组受被检者呼吸运动及身体移动影响较大;Alestrini等发现其对小房间隔缺损和完全型大动脉转位的冠状动脉畸形不易显示;目前也缺少高频、高速适用于较快心率婴幼儿的探头;目前尚不能直接进行三维距离与容量测量。目前此项技术的形态学研究仍缺乏公认的规范化诊断方案，该技术的价值仍有待深入研究，对复杂性先天性心脏病的研究仍较少，将RT-3DE应用于先天性心脏病心室容积测量的研究尚少。随着现代超声工程技术的快速发展，相信RT-3DE的局限终将会克服，RT-3DE技术的缺陷将进一步得到弥补，为临床疾病的诊断、治疗和评价预后提供更多的信息。

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