2. 400014 重庆, 重庆医科大学附属儿童医院流行病学与生物信息学研究室;
3. 400014 重庆, 重庆医科大学附属儿童医院儿科研究所;
4. 400014 重庆, 重庆医科大学附属儿童医院儿童发育疾病研究教育部重点实验室, 儿童发育重大疾病国家国际科技合作基地, 儿科学重庆市重点实验室
2. Department of Epidemiology and Bioinformatics, Children's Hospital of Chongqing Medical University, Chongqing, 400014, China;
3. Pediatric Research Institute, Children's Hospital of Chongqing Medical University, Chongqing, 400014, China;
4. Key Laboratory of Child Development and Disorders of Ministry of Education, International Science and Technology Cooperation Base of Child Development and Critical Disorders, Chongqing Key Laboratory of Pediatrics, Children's Hospital of Chongqing Medical University, Chongqing, 400014, China
二维斑点追踪成像(two-dimensional speckle tracking imaging, 2D-STI)技术是一项具有发展前景的定量分析整体及局部心肌功能的超声心动图技术[1]，通过斑点追踪原理来评价心肌运动, 能对整体及局部心肌应变及应变率进行测量研究[2]，该技术用于分析成人心肌运动已逐步成熟。2D-STI技术与基于组织多普勒的应变成像原理不同，该技术克服了组织多普勒成像的一些弊端，不受声束方向和室壁运动夹角的影响，也不受心脏整体运动及相邻牵拉效应的影响[3]，反映了局部心肌自身运动的性质。目前，对研究儿童心肌运动基本特征的较少，故本研究应用二维斑点追踪成像技术定量分析健康儿童左心室收缩期心肌纵向应变及应变率，旨在探索其特征并初步分析不同年龄段正常参考值，为临床早期评价患儿左心室局部心肌收缩功能异常奠定基础。
1 资料与方法 1.1 研究对象回顾性分析2015年9月至2016年11月来我院超声科体检的330例健康儿童的超声心动图(男性179例, 女性151例)，年龄为0~＜18岁。分成新生儿组[0~28 d(0.05±0.02) 岁]；婴儿组[＞28 d至＜1岁(0.42±0.26) 岁]；幼儿组[1~＜3(1.74±0.52) 岁]；学龄前期组[3~＜6(4.47±0.81) 岁]；学龄期组[6~＜9岁，(7.45±0.81) 岁]；青春前期组[9~＜13(10.83±0.98) 岁]；青春期组[13~＜18(14.42±1.29) 岁]。纳入标准：① 无心脏杂音的健康体检儿童；② 普通超声心动图未见明显异常；③ 具有M型图像，左心室心尖二腔、三腔及四腔的二维动态图像，且图像及心内膜显示清晰；④ 具有同步心电图连接，且为窦性心律；⑤ 帧频＞50帧/s。排除标准：① 有心脏杂音的体检儿童；② 有遗传代谢性疾病、心肺疾病及其他系统性疾病；③ 普通超声心动图可见异常；④ M型图像，左心室心尖二腔、三腔及四腔的二维动态图像缺项者；⑤ 图像或心内膜显示不清晰；⑥ 无同步心电图连接或非窦性心律；⑦ 帧频＜50帧/s。本研究已经本院伦理委员会审核同意[(2016) 年伦审(研)第(141) 号], 并取得受检儿童家属知情同意。
1.2 仪器与方法选用GE Vivid E9彩色多普勒超声诊断仪，M5S心脏探头，频率2.5~5.0 MHz。全部受检者均在睡眠或安静状态下检查。连接同步心电图并获取动态图像存储。采用光盘对超声诊断仪上纳入对象的M型图像，左心室心尖二腔、三腔及四腔的二维动态图像进行备份，并导入GE Echo PAC工作站。首先进行常规超声参数测量，包括M型测量左心室射血分数(left ventricular ejection fraction, LVEF)和短轴缩短率(fraction shortening of short axis, FS)，心尖双平面Simpson法测量LVEF。参照美国超声心动图学会[4]推荐的方法将左心室分为6个室壁，各室壁分为基底段、中间段、心尖段共18个节段。启动斑点追踪软件的自动功能成像技术分析左心室心尖3个长轴切面的动态图像，获取左心室收缩期局部心肌纵向应变、应变率值及其相应曲线图和牛眼图，同时得出左心室收缩期心肌整体纵向应变(global longitudinal strain, GLS)。
1.3 统计学方法采用SPSS 18.0统计软件, 计量资料以x±s表示，计数资料以百分率表示。比较性别差异采用独立样本t检验，比较室壁各节段间差异采用配对样本t检验，比较各年龄组间差异采用单因素方差分析，与年龄及心率的相关性采用Pearson相关分析。
2 结果 2.1 基本资料及常规超声参数比较结果330例不同年龄段间健康儿童基本资料及常规超声参数比较，除新生儿组与婴儿组间年龄差异无统计学意义(P>0.05)，余各年龄组间年龄、身高、体质量、心率的差异均有统计学意义(P＜0.05)，各年龄组间LVEF、FS、双平面法(Simpson)测LVEF的差异均无统计学意义(P>0.05，表 1)。
| 组别 | 男 [例(%)] |
女 [例(%)] |
年龄 [岁, (x±s)] |
身高 [cm, (x±s)] |
体质量 [kg, (x±s)] |
BMI [(kg/m2, (x±s)] |
心率 [/min, (x±s)] |
LVEF [%, (x±s)] |
FS [%, (x±s)] |
双平面法测LVEF [%, (x±s)] |
| 0~28 d | 8(4.47) | 5(3.31) | 0.05±0.02 | 51.85±1.82 | 3.72±0.63 | 13.83±2.40 | 143.77±15.07 | 62.54±2.82 | 32.15±1.82 | 60.15±2.08 |
| ﹥28 d~﹤1岁 | 28(15.64) | 26(17.22) | 0.42±0.26 | 63.65±6.86 | 6.82±1.95 | 16.55±2.99 | 124.83±16.30 | 63.11±3.23 | 33.65±2.41 | 61.35±1.97 |
| 1~﹤3岁 | 36(20.11) | 24(15.89) | 1.74±0.52 | 83.23±7.59 | 11.12±1.93 | 16.11±2.27 | 105.72±14.68 | 63.70±3.55 | 33.08±2.49 | 61.08±2.70 |
| 3~﹤6岁 | 42(23.47) | 39(25.83) | 4.47±0.81 | 105.72±7.06 | 17.05±3.19 | 15.20±1.92 | 101.01±14.84 | 63.70±3.55 | 33.53±2.79 | 61.07±2.70 |
| 6~﹤9岁 | 27(15.08) | 20(13.24) | 7.45±0.81 | 124.15±8.99 | 22.68±5.11 | 14.59±2.12 | 92.28±15.40 | 63.75±3.55 | 33.66±2.78 | 60.91±2.55 |
| 9 ~﹤13岁 | 27(15.08) | 30(19.87) | 10.83±0.98 | 142.65±9.53 | 31.77±7.25 | 15.47±2.26 | 81.30±12.27 | 63.04±3.81 | 33.46±2.85 | 61.02±2.94 |
| 13~﹤18岁 | 11(6.15) | 7(4.64) | 14.42±1.29 | 162.78±7.40 | 50.11±8.35 | 18.90±2.89 | 73.89±11.19 | 62.39±3.70 | 32.83±2.38 | 60.06±2.88 |
| 合计 | 179 | 151 | 5.20±4.30 | 104.74±31.92 | 18.92±12.21 | 15.94±2.55 | 101.32±22.28 | 63.71±3.58 | 33.34±2.66 | 61.00±2.60 |
2.2 局部心肌LS比较结果
健康儿童左心室收缩期18节段收缩期纵向应变曲线形态相似(图 1)，6室壁节段间局部心肌LS差异有统计学意义(P＜0.05)，且LS绝对值从基底段到心尖段呈逐渐增加趋势，即|LS基底段|＜|LS中间段|＜|LS心尖段|。18节段LS不同性别间差异均无统计学意义(P>0.05)。除后壁、下壁、后间隔基底段外，余各室壁节段|LS新生儿组|＜|LS婴儿组|＜|LS幼儿组、学龄前组、学龄组|＜|LS青春前期组、青春期组|，即随着年龄的增长，左心室收缩期局部心肌纵向应变绝对值呈逐渐增加趋势(表 2)。
|
| A：左心室心尖2、3、4腔切面应变曲线及牛眼图(男性，4岁7个月，身高107 cm，体质量20 kg)；B：左心室心尖3腔切面应变曲线 图 1 左心室心尖腔切面应变曲线及牛眼图 |
| 组别 | 前间隔 | 前壁 | 侧壁 | 后壁 | 下壁 | 后间隔 | |||||||||||||||||
| 基底段 | 中间段 | 心尖段 | 基底段 | 中间段 | 心尖段 | 基底段 | 中间段 | 心尖段 | 基底段 | 中间段 | 心尖段 | 基底段 | 中间段 | 心尖段 | 基底段 | 中间段 | 心尖段 | ||||||
| 新生儿组 | -12.60±3.36a | -16.40±2.57a | -22.12±2.39 | -13.44±2.84a | -16.63±1.67a | -20.56±2.41a | -12.32±2.21a | -15.48±2.85a | -19.82±2.84 | -15.71±2.62a | -18.39±2.69a | -22.32±2.88 | -14.58±1.57a | -16.87±1.47a | -20.75±1.98a | -15.64±2.62a | -17.72±2.85a | -20.67±2.70 | |||||
| 婴儿组 | -16.65±3.60b | -19.11±3.23b | -22.59±4.40b | -16.84±3.73b | -19.76±3.66b | -23.48±4.07b | -15.90±2.93b | -19.01±2.77b | -21.98±3.35b | -19.19±4.26 | -20.96±3.22 | -23.37±3.39 | -19.44±3.53 | -21.22±2.84b | -23.75±3.62b | -18.56±2.58 | -20.13±2.37b | -21.55±3.66b | |||||
| 幼儿组 | -18.83±3.98 | -21.77±3.89 | -25.06±4.09 | -19.05±3.69 | -22.37±3.39 | -26.06±4.49 | -17.48±4.05 | -20.66±3.35c | -24.28±4.43 | -19.08±3.79 | -21.16±3.26c | -24.55±3.15 | -19.57±3.53c | -22.39±2.92 | -26.17±3.86 | -18.99±3.12 | -21.91±2.85 | -25.32±4.05 | |||||
| 学龄前组 | -20.15±3.50 | -22.93±3.07 | -25.77±3.93 | -19.53±3.85 | -23.03±2.79 | -26.09±3.77 | -17.75±4.25 | -21.47±3.54 | -25.87±4.16 | -18.69±4.06c | -21.92±3.76c | -24.79±4.02 | -19.84±3.32 | -22.36±2.76 | -25.76±3.80c | -19.11±3.12 | -22.25±2.49 | -26.31±3.50 | |||||
| 学龄组 | -18.96±3.73d | -22.15±3.10d | -25.76±4.11d | -19.40±4.25 | -22.76±3.71d | -26.70±4.27d | -18.47±4.18 | -22.51±3.57d | -25.75±3.96d | -20.42±4.06 | -22.62±3.28 | -25.75±4.00 | -21.03±3.53 | -23.30±3.18d | -27.15±3.68d | -19.55±3.13 | -22.59±2.75d | -25.68±3.65d | |||||
| 青春前期组 | -21.86±3.21 | -24.80±2.87 | -27.86±3.54 | -20.27±3.91 | -24.15±3.40 | -28.30±4.11 | -18.74±3.40 | -24.17±2.69 | -29.85±4.07 | -19.65±3.57 | -22.97±3.32e | -27.03±3.77e | -21.95±3.34 | -25.27±3.18 | -29.39±4.11 | -19.56±2.92 | -23.73±2.75 | -29.51±3.82 | |||||
| 青春期组 | -20.73±3.99 | -23.80±3.87 | -28.53±5.42 | -20.40±3.89 | -24.45±2.95 | -29.76±3.69 | -19.55±3.82 | -24.89±3.30 | -30.04±4.34 | -21.40±4.98 | -25.03±4.25 | -29.39±4.35 | -20.40±2.77 | -23.90±2.33 | -29.77±3.60 | -20.51±4.07 | -23.85±4.42 | -29.02±4.38 | |||||
| a：P＜0.05，与婴儿组比较；b：P＜0.05，与幼儿组比较；c：P＜0.05，与学龄组比较；d：P＜0.05，与青春前期组比较；e：P＜0.05，与青春期组比较 | |||||||||||||||||||||||
2.3 整体心肌LS比较结果
健康儿童左心室GLS各年龄组间比较，GLS幼儿组、GLS学龄前组、GLS学龄组间差异无统计学意义(P>0.05)，GLS青春前期组与GLS青春期组间差异无统计学意义(P>0.05)，余各年龄组间差异有统计学意义(P＜0.05)，且|GLS新生儿组|＜|GLS婴儿组|＜|GLS幼儿组、学龄前组、学龄组|＜|GLS青春前期组、青春期组|，即左心室GLS绝对值随年龄的增长而逐渐增加。左心室GLS在不同性别间差异无统计学意义(P>0.05)。
2.4 局部心肌纵向应变率(longitudinal strain rate，LSr)比较结果6室壁节段间局部心肌LSr差异均有统计学意义(P＜0.05)，且LSr绝对值自基底段向心尖段呈逐渐增加趋势，即|LSr基底段|＜|LSr中间段|＜|LSr心尖段|。18节段LSr在不同性别间差异均无统计学意义(P>0.05)。前间隔心尖段、前壁、侧壁中间段、前壁基底段各年龄组间LSr差异无统计学意义(P>0.05)；其余节段部分年龄组间LSr差异有统计学意义(P＜0.05)，可得18节段LSr各年龄组间差异存在不均一性(表 3)
| 组别 | 前间隔 | 前壁 | 侧壁 | 后壁 | 下壁 | 后间隔 | |||||||||||||||||
| 基底段 | 中间段 | 心尖段 | 基底段 | 中间段 | 心尖段 | 基底段 | 中间段 | 心尖段 | 基底段 | 中间段 | 心尖段 | 基底段 | 中间段 | 心尖段 | 基底段 | 中间段 | 心尖段 | ||||||
| 新生儿组 | -1.20±0.27 | -1.44±0.21 | -1.82±0.34 | -1.26±0.33 | -1.47±0.29 | -1.86±0.45 | -1.19±0.33 | -1.34±0.33 | -1.74±0.29 | -1.44±0.35 | -1.55±0.35 | -1.76±0.35 | -1.43±0.16 | -1.60±0.17 | -1.91±0.41 | -1.38±0.19 | -1.57±0.15 | -1.79±0.25 | |||||
| 婴儿组 | -1.51±0.42a | -1.68±0.40a | -2.02±0.50 | -1.37±0.38 | -1.52±0.30 | -1.94±0.49 | -1.36±0.49 | -1.41±0.44 | -1.79±0.50 | -1.61±0.36 | -1.79±0.39a | -2.00±0.43 | -1.62±0.36a | -1.74±0.28 | -2.03±0.47 | -1.54±0.25a | -1.65±0.25 | -1.89±0.42 | |||||
| 幼儿组 | -1.42±0.41a | -1.60±0.39 | -1.97±0.48 | -1.32±0.37 | -1.46±0.34 | -1.94±0.47 | -1.33±0.38 | -1.45±0.36 | -1.96±0.47b | -1.42±0.32b | -1.55±0.32b | -1.84±0.44 | -1.45±0.26b | -1.65±0.23 | -2.00±0.44 | -1.41±0.32b | -1.61±0.26 | -1.99±0.44 | |||||
| 学龄前组 | -1.48±0.29a | -1.63±0.34 | -1.97±0.53 | -1.32±0.34 | -1.46±0.24 | -1.92±0.44 | -1.38±0.33 | -1.45±0.34 | -1.89±0.39 | -1.47±0.33b | -1.47±0.32b | -1.80±0.46b | -1.37±0.25b | -1.53±0.24bc | -1.93±0.37 | -1.30±0.24bc | -1.57±0.24 | -1.94±0.35 | |||||
| 学龄组 | -1.37±0.32b | -1.52±0.28b | -1.89±0.43 | -1.26±0.36 | -1.43±0.29 | -1.83±0.42 | -1.40±0.29 | -1.40±0.25 | -1.83±0.44 | -1.40±0.30b | -1.52±0.32b | -1.79±0.43b | -1.39±0.29b | -1.53±0.23bc | -1.89±0.34 | -1.26±0.21bc | -1.47±0.18bcd | -1.82±0.38c | |||||
| 青春前期组 | -1.47±0.31a | -1.60±0.35 | -2.04±0.50 | -1.29±0.35 | -1.54±0.28 | -2.06±0.48e | -1.32±0.34 | -1.52±0.35 | -2.13±0.51abcde | -1.33±0.23bd | -1.48±0.28b | -1.93±0.43 | -1.40±0.28b | -1.59±0.25b | -2.06±0.42e | -1.24±0.23bc | -1.54±0.25b | -2.12±0.45abde | |||||
| 青春期组 | -1.34±0.35b | -1.51±0.33 | -2.06±0.51 | -1.23±0.32 | -1.52±0.32 | -2.38±0.54abcdef | -1.19±0.30de | -1.54±0.39 | -2.23±0.60abcde | -1.37±0.28b | -1.58±0.30b | -1.99±0.47 | -1.23±0.20abcef | -1.50±0.21bc | -2.31±0.51abcdef | -1.28±0.28b | -1.56±0.35 | -2.17±0.56abde | |||||
| a：P＜0.05，与新生儿组比较；b：P＜0.05，与婴儿组比较；c：P＜0.05，与幼儿组比较；d：P＜0.05，与学龄前组比较；e：P＜0.05，与学龄组比较；f：P＜0.05，与青春前期组比较 | |||||||||||||||||||||||
2.5 LS与年龄、心率比较结果
18节段收缩期局部心肌LS与年龄、心率的相关性分析得出，与年龄呈正相关，以侧壁心尖段相关性最强(r=0.551，P＜0.01)；与心率呈负相关，以侧壁中间段相关性最强(r=-0.517，P＜0.01)。整体心肌LS与年龄呈正相关(r=0.665，P＜0.01)，与心率呈负相关(r=-0.625，P＜0.01)。
2.6 LSr与年龄、心率比较结果后壁(r=0.211)、下壁(r=0.252)、后间隔基底段(r=0.311)，后壁(r=0.262)、下壁(r=0.283)、后间隔中间段(r=0.246)，前壁(r=0.277)、侧壁(r=0.234)、下壁(r=0.243)、后间隔心尖段(r=0.279) LSr与年龄具有相关性(P＜0.05)。前壁(r=-0.137)、后壁基底段(r=-0.294), 下壁(r=-0.289)、后间隔基底段(r=-0.404), 前间隔(r=-0.291)、前壁(r=-0.238)、后壁(r=-0.293)、下壁(r=-0.347)、后间隔中间段(r=-0.284)，前间隔(r=-0.235)、后壁(r=-0.273)、下壁心尖段(r=-0.246) LSr与心率具有相关性(P＜0.05)。这说明18节段LSr与年龄、心率的相关性存在不均一性。
3 讨论本研究主要探讨了健康儿童左心室收缩期心肌纵向应变及应变率的特点，本研究结果显示，各节段局部心肌LS及LSr绝对值自基底段向心尖段逐渐增加, 与成人及儿童的研究结果一致[5-7]。我们认为可能与心尖部心肌最薄，室壁应力最低有关，故心尖部心肌产生形变最大[8]；以及心肌纤维独特的螺旋状排列是由斜行的右手螺旋形心内膜下肌纤维、左手螺旋形心外膜下肌纤维及环形走行的室壁中层肌纤维组成[9]，整个左心室大约含70%的纵行肌和30%的环形肌纤维[10]，每条纵行心肌两端均附着在二尖瓣瓣环，自瓣环向下走形至心尖后形成一扭转又回到瓣环，形成心尖段肌纤维以斜行走形为主，使得心脏在收缩期的运动呈现为纵轴方向从基底段到心尖段的心肌纤维逐渐缩短。
本研究发现，健康儿童左心室收缩期局部及整体心肌LS与年龄呈正相关，与心率呈负相关。各年龄组间LS差异无统计学意义主要集中在幼儿期到学龄期、青春前期到青春期两个阶段，而新生儿期到幼儿期、学龄期到青春前期年龄组间LS差异有统计学意义，即左心室收缩期LS绝对值随年龄的增长而增加，且两阶段的变化与儿童生长发育中生长速度最快的两阶段相符。MARCUS等[11]研究结果得出，婴幼儿期收缩期LS绝对值最低，青春期收缩期LS绝对值最高，与本研究结果相一致。其原因可能有：① 左心室细胞成分比例不同，出生后心肌细胞与非心肌细胞数量不成比例增加，心肌纤维体积、长度及心肌细胞间质体积均随年龄增长而增加[12]。② 心肌纤维内肌球蛋白分子重链(myosin heavy chain，MHC)亚型比例不同，新生儿期到幼儿期以β-MHC为主，青春期为α-MHC为主, 导致心肌对ATP的需求及反应不同，影响心肌的收缩力[13]。③ 心率的快慢程度不同，随着年龄的增长，心率在逐渐减慢，而新生儿期到幼儿期是心率最快的阶段，心室充盈时间缩短，左心室舒张末期内径减小，心肌被前负荷拉长时每一肌小节粗、细肌丝相互重叠部分的数量也发生改变，即肌球蛋白和肌动蛋白交联数量发生改变，当肌小节的长度小于或大于最适初长度时，心肌的收缩力减小，致使新生儿到幼儿期LS绝对值最小。④ 有研究证明，青春期性激素与生长激素等浓度增加，影响心脏的生长和收缩功能[14]。然而心脏活动是一个复杂的协调过程，在特定时相及特定心肌节段会发挥主要或次要的作用，以维持稳定的心室功能[9]。此研究中，健康儿童左心室收缩期心肌LSr部分节段与年龄、心率有相关性，各年龄组间LSr大部分无明显差异，说明18节段LSr与年龄、心率的相关性及在各年龄组间差异存在不均一性，与姜岚等[15]研究结果不同。其可能原因是采用不同的超声波供应商，导致其不均一性[16]，以及应变率的测值与时间密切相关，2D-STI较低的时间分辨率会影响应变率指标的测量结果，导致其敏感性低。
本研究存在一定的局限性，由于时间限制，该研究样本量偏小，有待进一步扩充样本量；不同测量者的一致性和同一测量者的可重复性有待进一步研究证实。
综上所述，本研究通过分析330例健康儿童左心室收缩期LS及LSr，建立了不同年龄段健康儿童左心室收缩期心肌纵向应变及应变率的正常参考值，并发现其具有自身特征，为临床早期评价患儿左心室局部心肌收缩功能异常提供正常值参考依据，并为进一步探讨各年龄段儿童心脏疾病在纵轴方向的力学改变提供了初步的参考价值。
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