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编号:10500213
彩色室壁动力技术对节段室壁运动的定量研究
http://www.100md.com 《中国超声医学杂志》 1999年第4期
     作者:陆堃 廖京生 林 红 庞家传 阙绪光 吴妙玲

    单位:陆堃 林红 庞家传 阙绪光 吴妙玲(510080 广州市中山医科大学附属第一医院超声科);廖京生(广州民航医院内科)

    关键词:超声心动图;彩色室壁动力;冠心病;区域心内膜位移面积百分比

    中国超声医学杂志990410 摘 要 目的:应用彩色室壁动力技术(Color Kinesis,CK)研究局部心室壁运动。方法:我们以自行研制的计算机软件,通过由乳头肌水平的左室短轴切面和心尖四腔切面CK图像,获取各节段各时相的区域心内膜位移面积百分比(Regional Fraction Area Change,RFAC),对45名正常人和15名患陈旧性心肌梗死的冠心病患者的CK图像进行了定量分析研究。结果:正常人相同切面的CK图像具有比较一致的形态特点,其不同心肌节段在收缩期的RFAC均值有较恒定的范围。心肌梗死患者的RFAC面积堆积图与正常人比较有显著的不同,运动异常的节段其RFAC值明显低于正常人。结论:CK技术能够实时、客观地展示收缩期各时相心内膜的运动状态,RFAC是CK技术定量评价室壁运动的较好指标,值得进一步研究并应用于临床。
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    Echocardiographic Quantification of Regional Left Ventricular

    Wall Motion with Color Kinesis

    Lu Kum,Liao Jingsheng,Lin Hong,et al

    First Affiliated Hospital,Sun Yat-sen University of Medicine Sciences Guangzhou 510080

    ABSTRACT Objective:To quantitatively analyse regional ventricular wall motion with color kinesis(CK)by a specially designed soft ware.Methods:45 normal subjects and 15 old myocardial infarction patients were involved in this study.The end-systolic CK images of left ventricular midpapillary parasternal short axis view and apical four-chamber view were obtained from all subjects.And then regional fraction area change(RFAC) of every myocardial segment at specific phase during systolic cycle was calculated.Results:CK displayed endocardial motion in a multicolor-band mode accuratly.Patterns of CK images from normal subjects in the same kind of ultrasound views were relatively consistent.Conclusion:RFAC is a good index to quantitate regional ventricular wall motion.It is a powerful tool for the dectection of abnormal wall segment in patients with coronary artery disease.
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    KEY WORDS Echocardiogram Color Kinesis Coronary artery disease Regional fraction area change

    二维超声心动图,包括药物或运动负荷超声心动图,通过观察节段室壁运动状态对冠心病进行诊断,由于具有无创、简便、实时、价廉等优点,目前已被临床广泛应用。但其不足之处在于它们依赖于检查者对二维图像的肉眼观察,有一定的主观性,且缺乏定量的描述,难以比较观察。彩色室壁动力(Color Kinesis,CK)技术是近年发展起来的一种新的超声技术,它能够在单帧图像上显示整个收缩期内各节段心内膜位移的空间-时间变化状态,检查不受声束角度的影响,适宜进一步定量分析。至今世界医学核心期刊所发表的文章中,仅有美国芝加哥大学医学中心非侵入性心脏影像实验室的Roberto M.Lang及Victor Mor-Avi等人以他们自行设计的软件,对CK图像进行过初步的定量分析研究〔1,2〕,尚未有市售的软件面世。为此,我们自行设计了计算机软件,对CK图像作定量分析研究。
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    资料与方法

    研究对象 本研究共有3组对象。

    正常人组:45例,男17例,女28例,平均年龄52.3岁,均无心脏病史,常规心电图及超声心动图检查正常。

    重复研究组:5例,均为本校健康男性学生,年龄22~24岁。

    陈旧性心肌梗死冠心病组:15例,男性10例,女性5例,平均年龄62.1岁,均在本院住院确诊为冠心病、陈旧性心肌梗死,其中前间壁心梗2例,前壁心梗3例,广泛前壁心梗4例,广泛前壁心梗并下壁、后壁、或高侧壁心梗4例,下壁及后壁心梗2例。这些患者在受检时均为窦性心律,无完全性左束支传导阻滞,无心包积液。曾经左室造影或二维超声心动图检查证实存在局部室壁运动异常。

    仪器 使用HP SONOS 2500彩色多普勒超声心动图仪,探头频率为2.0~2.5MHz。深圳安科公司生产的ASG-340医学图像工作站。
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    二维超声心动图检查 受检查者取左侧卧位,连接肢体导联心电图,分别取心尖四腔及左室乳头肌水平短轴切面,获得理想图像后连续录像至少3个心动周期的动态图像。

    CK检查 保持上一步骤所用探头位置不变,启动CK系统,选择收缩期时相显示功能,调节内膜运动彩色编码在心电图的R波后心内膜开始向内运动时进行触发,冻结收缩末期CK图像(心尖四腔与左室乳头肌水平短轴切面各一帧),存储在ASG-340医学图像工作站中。

    数据处理 采用与Roberto M.Lang等人相同的分析模型,根据收缩末期的CK图像上彩色带的内边缘,利用自行设计的软件,计算并标出收缩末期左心室腔面积的重心,作为划分心室节段的中心。在乳头肌水平短轴切面,取右室后壁内膜与室间隔的连接处为标志点,将它与前述中心的连线作为0线,顺时针旋转将左室划分为6个60°角的楔形节段。在心尖四腔切面,把二尖瓣前叶根部与室间隔的连接处作为标志点,它与中心的连线作为0线,中心与心尖最远端的连线作为3线,将0线与3线之间的心室区域进一步划分为3个等角的楔形区域,再以二尖瓣后瓣根部与左室侧壁的连接处为标志点,它与中心的连线作为6线,将3线与6线之间的楔形区域也划分为3个等角的部分,从而排除二尖瓣运动对分析结果的影响(图1)。
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    图1 左室节段划分方法示意图

    对上述方法划分的每一节段,计算各种彩色像素点的数量,并计算该区域内所有像素点的总数,以一区域内某种彩色像素点的数量除以同一区域像素点的总数,获得各时相内该区域心内膜位移面积百分比(Regional Fraction Area Change,RFAC)。计算结果自动存入Access数据库内。

    统计分析 个体间差异通过所有正常组入选者各相应节段收缩期各时相RFAC的均值与标准差来反映,并以面积堆积图来表示。陈旧性心肌梗死冠心病组患者各节段各时相RFAC值亦以面积堆积图来表示,其低于正常组下限部分用阴影线填充,判定为室壁运动异常。重复性研究分别通过对随机抽取的4例正常组入选者不同心动周期的CK数据及5例重复研究组入选者不同日期检查所获得的CK数据进行相关分析,以其相关系数来反映。所有统计分析均采用SPSS 7.0社会统计分析软件包进行。

    结 果
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    正常人左室乳头肌水平短轴切面和心尖四腔切面的CK图像与面积堆积图(图2)表达的各节段各时相室壁运动的RFAC值见表1、2。

    表1 左室乳头肌水平短轴切面各节段RFAC均数和标准差 区别

    心肌节段数

    最小值

    最大值

    均数

    标准差

    一区

    二区

    三区

    四区
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    五区

    六区

    32

    32

    32

    32

    32

    32

    0.43

    0.51

    0.43

    0.41

    0.48

, http://www.100md.com     0.48

    0.79

    0.84

    0.89

    0.91

    0.96

    0.82

    0.6139

    0.6517

    0.6663

    0.6359

    0.6961

    0.6481
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    0.1104

    8.356E-02

    9.930E-02

    0.1132

    0.1013

    9.145E-02

    表2 心尖四腔切面各节段RFAC均数和标准差 区别

    心肌节段数

    最小值

    最大值

    均数

    标准差
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    一区

    二区

    三区

    四区

    五区

    六区

    26

    26

    26

    26

    26

    26

    0.22

    0.32
, 百拇医药
    0.15

    0.10

    0.27

    0.33

    0.52

    0.81

    0.58

    0.46

    0.72

    0.72

    0.3897

    0.5648

    0.3399
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    0.2817

    0.4128

    0.4943

    7.601E-02

    0.1163

    0.1029

    9.749E-02

    0.1055

    9.880E-02

    a
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    b

    c

    d

    a:正常人乳头肌水平短轴切面CK图像;

    b:正常人心尖四腔切面CK图像;

    c:正常人乳头肌水平短轴切面各节段各时相RFAC均值面积堆积图;

    d:正常人心尖四腔切面各节段各时相RFAC均值面积堆积图

    图2 正常人CK图像及RFAC均值堆积图

, http://www.100md.com     对4例正常组入选者同次检查不同心动周期的CK数据及对5例重复研究组入选者不同次超声检查的CK数据分别进行Pearson相关分析,结果表明在上述两种情况下,CK测值均有良好的相关,相关系数分别为0.897和0.703(P<0.01)。

    典型的心肌梗死后有室壁运动异常患者的CK图像及其相应的RFAC面积堆积图如图3所示,与正常人组RFAC下限的差距如阴影线所示,可直观室壁节段性心肌运动异常的部位及程度。

    a:室壁运动异常患者乳头肌水平短轴切面CK图像;
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    b:另一室壁运动异常患者心尖四腔切面CK图像;

    c:与a同一患者乳头肌水平短轴切面RFAC面积堆积图;

    d:与b同一患者心尖四腔切面RFAC面积堆积图

    图3 典型室壁运动异常患者CK图像及RFAC面积堆积图

    讨 论

    CK技术是近年出现的一种实时和直观显示室壁运动状态的新技术,它能检测并区分心肌组织和血液组织的回声信号而获得二者的交界,通过记录不同时相内这个交界的位移,以不同的色彩叠加形成贯穿整个收缩期的多层彩带,从而能够在一帧图像上展现出整个收缩期的心室内膜运动,为深入定量研究局部室壁运动异常提供了非常有用的工具。但目前国内外的研究多通过半定量评分、手工测量彩带内外缘之间的径线或手工勾画彩带边缘进行面积积分〔3~8〕,故显繁琐,而且没有充分利用CK图像所提供的时相信息。本实验选择与Roberto M.Lang等人相同的固定中心参照系统和室壁节段划分方法,其已证实了这一系统及划分法检测局部室壁运动异常的准确性,甚至在心脏平移和转位比较明显的药物负荷条件下,CK技术仍能客观地检出95%的局部室壁运动异常〔1〕。在评价局部心内膜位移量方面,本实验采用RFAC作为观察指标,这是因为该指标较某心肌节段径线方向上的位移距离这一传统指标更能全面反映相应心肌节段的运动情况。况且,RFAC通过除以各节段心内膜所在楔形区域的舒张末期面积进行标准化而获得,它将心脏的大小、所划分区域的拓扑结构等因素考虑在内,使同一受检不同节段的室壁,或不同受检者相对应的节段的室壁之间更具可比性。
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    乳头肌水平的左室短轴切面CK图像表现为一个厚度较为均匀一致的环行多层色带,色带在相当于乳头肌的位置处向左室腔内突出。正常人在此切面的RFAC均值的面积堆积图表明,不同心肌节段相同时相的RFAC均值大致相同,相同心肌节段不同时相的RFAC均值随收缩期时相的增加呈现递减的趋势,这种递减趋势在收缩末期时相中最明显。本研究与Roberto M.Lang等人的实验结果比较,本组的正常人各节段RFAC均数稍大,原因可能是软件设计过程中对噪音彩色点的处理有所不同;而本组的标准差较小,则可能是由于本组样本量较大,对于图像质量要求较为严格,令不同个体相应心室节段之间的变异较小。

    心尖四腔切面各节段CK色带厚度差异较大,室间隔心尖段和左室侧壁心尖段CK色带较为单薄,中间段和基底段的厚度相对均匀,各时相各节段RFAC均值的面积堆积图也显示出这种差异。室间隔心尖段和左室侧壁心尖段收缩期总RFAC的均值分别为33.99%和28.17%,室间隔中间段的运动在所有节段中最强,其收缩期总RFAC的均值为56.48%,这一现象与实际心脏的运动情况相一致。
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    不同观察者采用CK技术定性评价冠心病患者局部室壁运动情况的一致性的研究已有较多报道。本实验所进行的重复性研究结果表明,某一受检者在一次检查中不同心动周期的CK数据相关性良好,而同一患者不同次检查的CK数据相关性稍逊于前者。提示CK技术应用于临床时,宜尽量保持患者的体位、探头的位置、仪器的探测条件前述的可能影响因素不变更佳。

    陈旧性心肌梗死患者室壁节段异常的CK图像表现为节段性彩带变薄或消失,各节段各时相的面积堆积图表现为相应节段RFAC值较正常组下限减小。

    本研究并非所有的受检者均能获得满意的CK图像,这是超声技术本身的局限性。其次,本研究中图像的采集是通过图像采集卡将视频信号转换为数值信号,故此难以保证每一个像素点的颜色绝对归类正确,不过这种误差对最后的分析结果影响不大,以后全数字化超声仪的应用可从根本上解决这一问题。

    总之,CK技术能够实时、客观地将收缩期各时相心室内膜的运动以多层彩带的形式展示出来。正常人相同切面的CK图像具有比较一致的形态特点。这些形态特点与室壁运动的实际情况相吻合。RFAC是CK技术定量评价局部室壁运动的较好指标,可能成为定量诊断局部室壁运动异常的有力工具。
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    参考文献

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    (1998-10-19收稿), http://www.100md.com