组织速度成像

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组织速度成像


  组织速度成像（Tissue velocity imaging,TVI）又称组织多普勒成像（Tissue doppler imaging,TDI）或彩色多普勒心肌组织成像（color doppler myocardial imaging,CDMI）是一项新近开发的可定量分析室壁运动的无创技术,由McDicken等于1992年首先提出，后逐渐应用于临床[1]。TVI技术能实时定量地测定心肌运动速度，从而可以敏感、直观地反映室壁运动状态，为精确评价室壁运动提供了一种无创性检测手段。

  1TVI基本原理

  1.1 成像原理

  TVI是传统彩色血流显像信号处理的饰变[2]，通过降低总增益，绕过高通滤波器等方法，来自组织运动的低速高振幅信号（<10 cm/s）被提取，而高速低振幅（10~100 cm/s）的血流信号被除去，提取的信号被输送到自相关和速度计算单元进行分析和彩色编码等处理，计算并联机实时显示心肌组织的低速运动信息。由于这些低速的组织运动速度未超过由脉冲重复频率所决定的尼奎斯特极限频率，因此不会出现色彩倒错现象。

  1.2 工作模式TVI主要有五种工作模式：①速度显示模式，又称多普勒组织速度图（Doppler tissue velocity, DTV）；②加速度显示模式，又称多普勒组织加速度图（Doppler tissue acceleration, DTA）；③能量显示模式，又称多普勒组织能量图（Doppler tissue energy, DTE）；④频谱显示模式，又称多普勒组织频谱图（Doppler tissue pulse wave,DT?PW）；⑤M型显示模式，又称多普勒组织M型（Doppler tissue M?mode, DT?M?mode）。

  2TVI在心脏疾病中的应用价值

  2.1 心功能的评价

  2.1.1 左心收缩功能的评价及其指标:①心肌收缩的速度：如瞬时运动速度、平均速度、峰值速度、加速度、减速度等。在限制型心肌病患者，其心肌运动速度模式低平，加速度和减速度均减小。主动脉瓣狭窄行主动脉瓣置换术的患者术后早期左心室肥厚尚无改善之前，左心室收缩速度较术前已有增加。Derumeaux等对34名心脏移植术后的患者进行心肌活检同时接受TVI检查，结果发现当发生轻度急性排斥反应时，TVI可出现明显的心肌运动速度减低，特别是左心室后壁心内膜下心肌在舒张早期运动速度减低10%可作为轻度急性排斥反应的标志[3]。②心肌运动速度阶差（myocardial velocity gradient,MVG）：即心内膜与心外膜运动速度之差除以室壁厚度[4]。研究表明，扩张性心肌病（DCM）患者的左室后壁心内外膜运动速度差、心室快速射血期、减慢射血期、快速充盈期、心房收缩期的MVG均较正常人低[5，6]。肥厚性心肌病（HCM）患者左室后壁心室快速射血期、减慢射血期MVG消失[7]。③二尖瓣环收缩期下移速度：二尖瓣环收缩期下移速度是指左室射血期二尖瓣环朝向探头的速度，它不受心内膜显示的清晰度的影响，是快速评价左室收缩功能的一个良好指标。Gulati应用TVI检测了二尖瓣环六个部位（前壁、下壁、侧壁、后间隔部、后壁、前间隔部）的运动速度，这六个部位的平均峰值瓣环下行速度与左室射血分数呈线形相关，并且当平均峰值瓣环下行速度>5.4 cm/s时，其诊断左室射血分数EF>50%的敏感性为88%，特异性为97%[8]。④二尖瓣环收缩期位移：应用DT?M?mode测量二尖瓣环收缩期位移可以评价左室收缩功能，位移的减小反映收缩功能的减低。二尖瓣的位移小于4.8 mm时，预测EF≤30%的敏感性为90%，特异性为78%[9]。⑤动脉壁运动速度：正常人主动脉前壁在收缩早期运动速度大于6 cm/s，左室收缩功能轻度下降时，其速度为4~6 cm/s，左室收缩功能显著下降时，其速度小于4 cm/s，用此指标可以对左室收缩功能进行快速估测。但是主动脉壁运动速度除了受左室收缩功能的影响之外，还受主动脉壁的弹性和顺应性的影响，故这种方法也存在局限性。⑥时间间隔:如心室电激动至心室收缩期峰值速度时间间隔、射血前期/左室射血期等，当左室收缩功能下降时，PEP（射血前期）延长，LVET(左室射血时间)缩短，PEP/LVET升高。

  2.1.2 左心舒张功能的评价及其指标:①二尖瓣环运动速度或心肌运动速度:在评价左心舒张功能时，我们通常用二尖瓣口血流频谱E/A比值来进行快速估测，然而二尖瓣口血流频谱是心房和心室收缩舒张功能、顺应性以及前后负荷等综合作用的结果，它并不能全面反映心肌松弛性和顺应性，且又易受年龄、心率、前后负荷及心肌收缩力等多种因素的影响。研究证明，在左房压力显著升高或限制性充盈时，E/A会出现伪正常现象。用TVI技术测量二尖瓣环运动速度可以准确反映左室舒张功能，且不受前负荷等因素影响。Nagueh等研究证明Ea（左室壁舒张早期峰值速度）是一个独立于前负荷的反映左室松弛性的指标，因而能对二尖瓣血流频谱的伪正常加以鉴别[10]。Takenaka等对DCM患者研究发现，二尖瓣血流频谱测定左室舒张功能为正常，但TDI测量心肌运动速度发现其舒张功能已经减低[11]。②MVG：MVG不仅是一个评价收缩功能非常好的指标，同时也可以很好地反映心脏的舒张功能。理论上通过假设心脏收缩中心，进行多普勒入射角校正后重建的MVG图像，不受心脏空间位移及入射角的影响，可以更好地反映心室局部收缩及舒张功能。DCM患者的左室后壁快速充盈期、心房收缩期的MVG均较正常人低[5，6]。HCM患者左室后壁心房收缩期MVG明显低于正常人，心室快速充盈期MVG甚至出现反向[7]。③主动脉壁活动速度：在冠脉疾病，当左室舒张功能障碍而收缩功能正常的患者，其主动脉前壁舒张早期峰值速度显著下降，舒张晚期峰值速度上升，舒张早期/舒张晚期峰值速度比值下降。④时间指标：如等容舒张期时间间隔、心室电激动至心室舒张期峰值速度时间间隔等，左室舒张功能下降时，这二者均延长。

  2.1.3 右心舒缩功能的评价:TVI技术已经广泛应用于左室功能的评价，同样，这项技术也陆续用来评价右室功能。从心尖测量三尖瓣环运动已经被建议用来评价右室收缩功能[12]。M型表现的振幅的下降直接反映着收缩功能的损害，而由DT?PW表现的三尖瓣环舒张早期峰值速度和Ea:Aa比值的下降可以很敏感地反映舒张功能的改变。Lindstrom等通过用TVI技术对致心律失常的右室心肌病（ARVC）患者进行分析研究表明，对三尖瓣环收缩和舒张指标的测量可以简便、易行、定量的评价右室功能，对ARVC患者的诊断和治疗有很大帮助[13]。

  2.1.4 心脏局部功能的评价:众所周知，明显的室壁运动异常可以用二维超声作出诊断，但是心肌缺血所导致的室壁功能障碍不易被检测出来。尽早发现并进行定位诊断室壁功能障碍对临床治疗和预后的重要性越来越引起人们的重视。TVI技术在这方面具有其独到之处。Esvardsen等通过对17只开胸犬建立心肌缺血模型，用TVI技术测量心尖两腔前壁及下壁共6个节段的收缩早期、收缩中期峰值速度、等容收缩期和等容舒张期最大速度、心肌长轴应变率（等于心肌运动速度除以测量点到左室心尖的距离），统计分析后作者认为TVI在诊断心肌缺血方面具有很大的潜力，并认为等容收缩期和等容舒张期峰值速度与射血期峰值速度结合可以定量反映局部心肌功能障碍。另外，作者还认为长轴应变率比速度在分布上更趋于均匀一致，可以提高TVI诊断疾病的能力[14]。

  临床上评价急性心肌梗塞室壁坏死的透壁程度仍然是一个迄待解决的课题。Derumeaux等用TVI对急性心肌梗塞行再灌注治疗的犬进行研究发现：再灌注60 min后，透壁性心梗收缩期MVG变化不明显，而在非透壁性心梗其收缩期MVG却有显著提高[15]。从而认为TVI可以在急性心肌梗塞行再灌注治疗后的早期区分透壁性和非透壁性心肌梗死。

  2.2 心脏电活动的评价TVI不仅能够定量评价心脏的舒缩功能，而且对正常和异常激动起源与收缩顺序，以及异常传导旁路的定位、监测和评价射频消融治疗等都具有其独特的应用价值。Ansalone等利用DT?M?mode和DT?PW对21例非缺血性伴有左束支传导阻滞(LBBB)的心力衰竭（HF）患者双心室起搏(BIV)前后进行定性分析，依据心室收缩和舒张时间间期如等容舒张时间、等容收缩时间、E-A间期、Com间期、左室射血时间等时间指标，来定性评价室壁电机械模式的不同步和/或功能异常程度及区域,从而达到利用TVI评价其治疗前后左室协调障碍的程度并评估BIV的治疗效果[16]。Sutherland等运用TVI速度和加速度图对30例正常人和12例安装心室按需起搏器和9例全自动起搏器患者进行研究，发现从M型和PW-TVI所得到的正常和不正常心肌加速度顺序可以准确反映心电去极化的方式和时间，从而认为TVI应该成为非创伤性检查异常心肌去极化（包括实时监测射频消融）的一种重要辅助手段[17]。使用经过改进的TVI对异常传导旁路的定位，所得结果与有创性电生理检查结果一致。Nakayama等通过对50例存在室性早搏和房室旁路的沃尔夫-帕金森-怀特氏（Wolff-parkinson-white）综合征患者进行TVI研究，发现早搏表现为在心电图α波时在心内膜下出现的一个红色或兰色亮点，且25例患者存在左侧房室旁路，在进行成功射频消融之后，早搏亮点也随之消失。故而认为TVI在房室旁路的定位和评价射频消融治疗效果方面有很大运用价值[18]。

  2.3 与其他技术结合应用的价值TVI结合其他技术如多巴酚丁胺负荷试验、冷加压负荷试验和/或经食道超声心动图、三维超声心动图等，可以不断拓宽TVI的应用领域，已经成为研究热点和必然趋势。许多研究已经证明经胸或经食道径路测量心内膜运动速度，并结合多巴酚丁胺负荷试验可以对左室室壁节段进行很好的定量评价[19~20]，并在检出存活心肌方面具有很大潜力。而用TVI图像进行三维重建，无论体外或体内试验测定左心室容量，系统误差和变异性均小于用标准灰阶图像进行三维重建的测定结果[21]。

  3 TVI技术的局限性TVI根本上是多普勒效应的又一个应用，因此，它同样会受到室壁运动方向和超声束夹角的影响，同时还不可避免地受到心脏转动和摆动以及呼吸运动的影响。

  总之，TVI作为一种新技术，它为人类进行心脏各种生理和病理研究打开了一个崭新的窗口，为临床诊断、治疗、预后、疗效判断提供了一种新的无创性的检测途径。当前，利用这一技术进行的动物实验和临床研究正如火如荼，超声工作者们将它应用到心脏研究的各个方面，试图挖掘出它的最大应用价值。随着相关计算机软件的进一步开发以及TVI与其他技术的紧密结合，我们有理由相信TVI将拥有愈加广阔的应用天地。

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