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编号:10270300
体元模型三维重建超声显像评价肺动脉高压对右心室容积和心肌质量的影响
http://www.100md.com 《中华超声影像学杂志》 2000年第7期
     作者:杨茗 沈学东 陈世波 张煜 陈灏珠

    单位:200032 上海医科大学中山医院心内科

    关键词:超声心动描记术,三维;心室功能,右;肺动脉;心肌

    中华超声影像学杂志000705

    【摘要】 目的 探讨体元模型动态三维重建超声显像评价肺动脉高压对右心室容积及心肌游离壁质量的影响。方法 将25例各种原因引起的肺动脉高压患者,按疾病对右心室产生的负荷性质分为以容量负荷过重为主和以压力负荷过重为主的肺动脉高压两组;15例正常人为对照组。结果 15例正常人和25例肺动脉高压患者右室腔及游离壁均获得满意的三维重建,肺动脉高压患者右室腔较正常人膨展饱满,右室游离壁呈瓦片状。正常人和肺动脉高压患者右室游离壁的质量分别为(18.17±5.23)g 和 (39.81±12.31)g,舒张末期容积分别为(34.57±11.01)ml 和 (76.15±41.26)ml,收缩末期容积分别为(19.17±6.34)ml 和 (46.69±27.86)ml,肺动脉高压患者各项指标均大于正常人(P<0.05)。其中压力负荷增加为主的肺动脉高压患者的右室游离壁质量(47.37±11.71)g,明显高于容量负荷增加为主的肺动脉高压患者(31.62±6.35)g(P<0.05),但两者的收缩末期容积、舒张末期容积、射血分数之间无明显差别(P>0.05)。结论 肺动脉高压患者右室腔容积和游离壁质量均大于正常人,同时以压力负荷过重为主的肺动脉高压患者右室游离壁质量大于以容量负荷过重为主的肺动脉高压患者。但无论压力负荷过重或容量负荷过重为主的肺动脉高压患者其右室腔容积间的差别均无显著意义。
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    Assessment of the effect of pulmonary hypertension on right ventricular volume and free wall mass by dynamic three-dimensional voxel imaging of echocardiography

    YANG Ming,SHEN Xuedong,CHEN Shibo,et al.

    (Department of Cardiology,Zhongshan Hospital,Shanghai Medical University Shanghai 200032,China)

    【Abstract】 Objective To evaluate the effect of pulmonary hypertension on right ventricular (RV) volume and free wall mass by dynamic three-dimensional voxel imaging.Methods Twenty-five patients with pulmonary hypertension were divided into two groups, Group A included patients with volume overload, Group B included patients with pressure overload.Control group included 15 normal subjects.Results Three-dimensional reconstruction of the RV volumes and free wall mass was successfully performed in all the subjects. The means of free wall mass in the normal subjects and the patients were(18.17±5.23)g and (39.81±12.31)g respectively. The mean end diastolic volumes of the normal people and the patients were (34.57±11.01)ml and (76.15±41.26)ml respectively. The mean end systolic volumes of them were (19.17±6.34)ml and (46.69±27.86)ml respectively. Both the RV volume and mass of the patients were larger than those of normal persons(P<0.05).The RV mass of group B [(47.37±11.71)g] was greater than that of group A [(31.62±6.35)g,P<0.05].Conclusions Both RV volume and free wall mass of pulmonary hypertension patients were greater than those of normal subjects. The free wall mass of patients with pressure overload is greater than that of patients with volume overload. However, the right ventricular volume and ejection fraction was of no significant difference between these two groups.
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    【Key words】 Echocardiography,three-dimensional;Ventricular function,right;Pulmonary artery;Myocardium

    精确定量右室腔容积和游离壁质量对研究肺动脉高压引起的右心功能损害具有重要的临床意义。由于右心室是一个既不对称,又极不规则的结构,具有一个相对独立的流出道,不能以简单的几何模型来描述,故采用二维超声心动图测定右室容积是一项难度极大的工作。本研究旨在评价体元模型动态三维重建超声显像定量压力负荷或容量负荷过重为主的肺动脉高压患者右室腔容积和右室游离壁心肌质量的价值。

    资料与方法

    一、研究对象

    研究对象为25例各种原因引起的肺动脉高压患者,其中男8例,女17例,年龄(40.20±13.54)岁。包括风湿性二尖瓣狭窄6例,原发性肺动脉高压5例,房间隔缺损12例,动脉导管未闭1例,肺动脉瓣狭窄1例。按疾病对右室发生的负荷性质,将12例以容量负荷为主的房间隔缺损患者分为一组(容量负荷组),将13例以压力负荷为主的原发性肺动脉高压、二尖瓣狭窄、肺动脉瓣狭窄、动脉导管未闭患者分为一组(压力负荷组)。15例正常人为对照组,其中男9例,女6例,年龄(43.75±12.95)岁。
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    二、仪器和方法

    图像采集选用美国HP Sonos 2500超声诊断仪和 5.0 MHz多平面经食管超声探头。三维重建采用德国Tomtec公司的计算机工作站。

    1.图像采集:每例患者都先行常规的经食管超声检查,调整探头位置使右心室各部分在换能器位于0°至180°位时均在可采集的象限之中。调节确定R-R间期在50~100 ms,呼吸间期在呼气末。设置每个切面之间的夹角2°~2.5°,每个心动周期采集的帧数为12帧左右。

    2.图像处理:先选定所需处理的原始资料(raw data),然后提取感兴趣区(ROI)进行后处理,此步骤由计算机自动进行。

    3.图像重建:图像重建可在采集之后即刻或以后脱机进行。通过调节α、β、γ角度及平行移动钮(0°~180°)可对参考点和参考线在心脏中的位置作任意改变,选取所需的相应切面。选取适当的短轴切面后,进入提取(extract)窗口,对右心室单独提取分析。首先将右室游离壁(包括流出道)分隔成相等厚度的若干层,用轨迹球在短轴切面上勾出心动周期中每层右室壁内外膜,并作标记(label)。最后计算机可自动显示其体积数,将游离壁心肌体积乘以心肌比重(1.05)即为其质量。右室游离壁心肌的体积数取心动周期中各时相的平均值。
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    提取后右室成份在三维(3D)窗口下进行三维重建。调节α、β、γ角度和平行移动钮,规定旋转起始和结束度数,可显示右室游离壁不同方位的三维图像。

    三、统计学处理

    测量和计算结果以均数±标准差表示,各测量组之间的比较采用t检验,采用医用统计软件SPSS for Windows 进行统计分析。P<0.05为差异有显著性意义。

    结果

    一、正常人和肺动脉高压患者右心室的定性比较

    15例正常人和25例肺动脉高压患者均能耐受检查,右室腔和游离壁都获得满意重建(图1~3)。在三维展示方式(demo)中,可见正常人的右室腔(包括流出道)呈动作一致的收缩和舒张活动,室间隔面凹陷,短轴截面呈半月形。收缩期心尖部及流出道较窄小,室腔小而深,舒张期则较膨展,室腔变大略浅,外壁亦可见肌小梁和乳头肌的压迹。正常人的右室游离壁(包括流出道)呈动作一致的收缩和舒张活动,收缩期心尖部及流出道较窄小,室腔小而深,舒张期则较膨展,室腔变大略浅,内壁亦可见突出的肌小梁和乳头肌。
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    图1A 正常人右室游离壁收缩末期的三维超声图像;

    1B 肺动脉高压患者右室游离壁二维图像(RVOT-右室流出道,TCRV-三尖瓣环)

    图2A 正常人右室腔收缩末期的三维超声图像;

    2B 肺动脉高压患者右室腔的三维图像(RVIT-右室流入道)

    图3A 正常人右室腔舒张末期的三维超声图像;

    3B 肺动脉高压患者右室腔的三维图像

    肺动脉高压患者的右室腔三维形态与正常人相似,但比正常人饱满,表面乳头肌和肌小梁的压迹与正常人相仿,室间隔面仍然凹陷,短轴截面基本为半月形。肺动脉高压患者的右室游离壁虽亦呈动作一致的收缩舒张活动,但整个游离壁较正常人大,心尖部和流出道部的活动程度要低于正常人,内壁乳头肌和肌小梁变化不大。
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    二、正常人和肺动脉高压患者右心室的定量比较

    由提取得到正常人和肺动脉高压患者的右室腔和游离壁体积,体积乘以比重1.05即为质量。正常人右室舒张末期容积和收缩末期容积分别为(34.57±11.01)ml 和 (19.17±6.34)ml, 右室游离壁的质量(18.17±5.23)g;肺动脉高压患者右室舒张末期容积和收缩末期容积分别为(76.15±41.26)ml和(46.69±27.86)ml,右室游离壁的质量(39.81±12.31)。肺动脉高压患者右心腔和游离壁各指标均大于正常人,差别有显著性意义(P<0.05)。

    肺动脉高压患者中压力负荷组和容量负荷组三维重建后定量测定结果见表1。压力负荷组的右室游离壁质量明显高于容量负荷组,差别有显著性意义(P<0.05),而右室容积和射血分数在二组间无显著性差别(P>0.05)。

    表1 压力负荷组和容量负荷组的肺动脉
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    高压患者右室各指标测值 组别

    例数

    右室游离壁

    心肌质量(m2)

    右室腔收缩

    末期容积(m2)

    右室腔舒张

    末期容积(m2)

    右室射血

    分数

    压力负荷组

    13
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    47.37±11.71

    47.10±27.85

    67.10±30.39

    31.35±14.49

    容量负荷组

    12

    31.62±6.35

    46.24±29.10

    85.95±50.05

    44.89±9.39

    讨论 近年来人们在超声心动图评价右心功能方面作了许多尝试,如超声多普勒技术测定右室收缩时间间期[1,2],二维超声心动图上利用假设的几何模型计算出右室的容积和射血分数[3-6],也有人尝试用心腔内超声[7]和声学造影[8]等方法测定右室功能,但由于右室的特殊结构,上述方法都无法获得满意的标准切面进行计算,无法显示右室的漏斗部,因此二维超声显像作为一种平面显像方法,在测定右心室腔容积和游离壁质量方面的价值有限。
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    超声三维重建的出现使完善地重建并测定右心室功能成为可能。目前的重建方法主要有三种:①立体几何构成法(CGS模型):此法需要大量的几何原物,对于解剖学上的或多数生物学结构的三维模型并不适合,现已很少应用。②表面提取法:此法认为任何一个三维物体均由若干相接的表面轮廓确定的,这些表面可由一系列坐标点连成若干直线来描述,每个点均具有向量性,故连接必须有严格的顺序。此法最适于重建表面结构光滑的物体,所需计算机内存量少,运算速度快,但只能重建比较简单的心脏结构。③体元模型法:Voxel模型法是目前最为理想的重建方法,可动态三维重建心脏、血管所有结构的组织灰阶信息,并随意动态地从各个角度对心脏进行切割,保证所需信息不被遗漏。1992年美国Pandian等[9]首先将这项技术应用于临床心血管病的显像取得成功。笔者[10-12]于1995年在国内也已应用该技术成功地进行各种心血管疾病的三维重建,为右室的定性和定量研究奠定了基础。

    笔者[13,14]以往对17只离体新鲜猪心的三维重建研究显示,三维法测量右室腔容积和右室游离壁心肌质量与实测值非常接近,与实测值间的差别无统计学意义(P>0.05),并且二者高度相关(r=0.95,0.97,P<0.0001)。
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    为进一步探讨肺动脉压力与右室形态改变之间的关系,本研究将肺动脉高压患者按照右室容量负荷为主和压力负荷为主分成两组,比较两组之间右室容积和室壁厚度的关系,发现压力负荷过重为主的游离壁质量明显高于容量负荷过重为主的患者(P<0.05),而右室容积、射血分数之间无此差别。研究中体会到多平面经食管超声体元模型动态三维重建评价肺动脉高压患者右室容积和游离壁质量具有如下特点:①对右心室的形态学诊断明确,与二维超声显像比较,不易遗漏右室流出道;②用于各种右心疾病右室腔大小和右室游离壁质量的定量研究,还能提供右室射血分数指标,为临床评价治疗效果和估计患者预后提供客观依据。

    多平面经食管超声体元模型动态三维重建评价右室容积和游离壁质量克服了以往二维超声心动图的不足,为临床评价右心功能开辟了新途径。然而目前笔者所应用的经食管动态三维重建技术尚待完善,包括食管探头较粗,非成人体格难以使用;因需描记右室内外膜,导致多时相分析时间过长;操作较复杂需经培训,三维重建的满意要依靠二维采集图像足够清晰等。但是随着超声诊断技术的不断进步和计算机功能的进一步完善,相信不久的将来这项技术一定能得到推广。
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    参 考 文 献

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    2,Tei C, Dujardin KS, Hodge DO, et al. Doppler echocardiographic index for assessment of global right ventricular function. J Am Soc Echocardiogr,1996,9:838-847.

    3,Kaul S, Tei CW, James M, et al. Assessment of right ventricular function using two-dimensional echocardiography. Am J Heart, 1984,107:526-531.
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    4,Linker DT, Moritz WM, Pealman AS, et al. A new three-dimensional echocardiographic method of right ventricular volume measurement in vitro validation. J Am Coll Cardiol, 1986,8:101-106.

    5,Tomita M, Masuda H, Sumi T, et al. Estimation of right ventricular volume by modified echocardiographic subtraction method. Am Heart J, 1992,123:1011-1022.

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    11,洪涛,沈学东,王敏生,等.三维体元模型超声重建法定量测定左室容积的实验研究.中国超声医学杂志, 1996,12(3):5-8.

    12,洪涛,沈学东,王敏生,等.三维体元模型超声重建法定量左室壁心肌重量的实验研究.中国超声医学杂志,1996,12(4):1-4.

    13,沈学东,张煜,陈世波,等.多平面经食管体元模型动态三维重建评价右室射血分数的临床应用.中国超声医学杂志,1997, 13(6):24.

    14,梁振纲,张煜,沈学东,等.多平面经食管体元模型三维成像定量右室游离壁心肌质量的临床应用.中华心血管病杂志, 1997,25:346.

    (收稿日期:1999-11-21), 百拇医药