第一章　心血管疾病影像设备与成像技术

声波是由物体(声源)振动产生的一种机械波，每秒振动的次数称为频率，人耳可闻声波的频率范围为16～20kHz。超过人耳听觉阈值，即频率大于20kHz的声波称为超声波，而频率小于16Hz的声波称为次声波。超声诊断应用较高频率超声作为信息载体，从人体内部获得某几种声学参数的信息后，形成图像、曲线或其他数据，用以分析临床疾病。医用超声常用频率范围约2.5～30MHz，一般心血管系统常用频率为2.5～10MHz。

超声诊断仪的基本组成包括超声探头、主机和显示器三大部分。超声探头：超声诊断仪用以产生超声辐射和接收超声的关键部件；主机：负责控制电脉冲激励换能器发射超声，同时接收探头获取的回波信号进行放大，检测处理输送到显示器；显示器与记录部分：显示器将主机获取的图像信号最后采用的标准电视光栅方式显示出来，以及将超声诊断仪生成的图像转变为数字信息加以存贮。

心血管超声检查技术主要包括M型超声心动图、二维超声心动图、多普勒超声心动图、经食管超声心动图、负荷超声心动图、超声造影、三维超声及血管内超声，各超声技术将在下一小节具体介绍。

M型超声心动图是以光点辉度来显示心脏与大血管各界面的反射，显示心脏各层组织对于体表(探头)的距离随时间变化的曲线，即超声心动图曲线。在二维超声心动图的引导下，M型超声心动图取样变得简便快捷，可取得心脏大血管的径线、搏动幅度、瓣膜活动度及心功能或血流动力学数据，可用于分析室壁厚度、运动速度、幅度、斜率及瓣膜等高速运动的轨迹。

检查部位包括胸骨旁、剑突下、胸骨上窝等部位，主要采用胸骨旁部位，于胸骨旁3～4肋间探查，超声束在二维超声心动图胸骨旁左心室长轴观的引导下，由心尖向心底作弧形扫描可获得5个标准曲线。

1区：曲线由上至下依次为右心室前壁、右心室腔、室间隔、左心室腔、后乳头肌及左心室后壁。此区不常用，通常不作为特殊测量的部位。

2A区：从前到后依次为右心室前壁、右心室腔、室间隔、左心室腔与左心室后壁。该区系测量左心室腔前后径、室间隔与左心室后壁厚度的标准区。正常M型图像收缩期室间隔朝向后方、左心室后壁朝向前方运动，左心室后壁的运动幅度稍大于室间隔的运动幅度。测量采用舒张末期，即心电图R波的顶点，收缩末期采用心电图T波结束及左心室后壁前向运动的最高点。分别于舒张末期和收缩末期，测量室间隔左心室心内膜与左心室后壁心内膜间距离，即为左心室舒张末期和收缩末期内径。正常2A区M型曲线见图1-1-1。

2B区：重点显示左心室腔内二尖瓣前后叶的运动曲线。前叶曲线呈“M”形，后叶与前叶逆向运动呈“W”形。收缩期二尖瓣瓣叶关闭接合点呈一细线。此区主要用于测量右心室腔前后径，以及观察二尖瓣前后叶的运动关系。舒张期右心室心内膜面至室间隔右心室面垂直距离，即右心室前后径。正常2B区M型曲线见图1-1-2。

3区：声束依次通过右心室前壁、右心室腔、室间隔、左心室流出道、二尖瓣前叶与左心房后壁。可用于测量二尖瓣前叶运动幅度。二尖瓣收缩期略向前斜的关闭线称CD段。舒张期二尖瓣开放，二尖瓣前叶向前运动，形成双峰样曲线，第一峰称E峰，反映了左心室舒张期的快速充盈过程；第二峰称A峰，代表快速充盈后的缓慢充盈。

4区：即心底波群，由前至后声束依次通过右心室流出道、主动脉根部和左心房。主要用于测量主动脉瓣搏幅，以及主动脉和左心房的前后径。主动脉根部M型曲线为两条平行的强回声，主动脉瓣的M型超声，在舒张期表现为一条与主动脉壁平行的瓣叶闭合线，收缩期主动脉瓣开放，呈六边形盒样曲线，曲线回声纤细，前、后方细线分别代表主动脉右冠瓣和无冠瓣，盒的宽度相当于左心室射血时间，盒的高度代表瓣叶的开放幅度，正常值>15mm。

二维超声心动图将从人体反射回来的回波信号以光点的形式组成切面图像，可从二维空间清晰、直观、实时显示心脏各结构的形态、空间位置及连续关系，是心脏超声的核心检查手段，适合于各种类型心血管疾病的检查。

检查部位包括胸骨旁、心尖、剑突下、胸骨上窝等部位，特殊病例可采用其他部位，如右位心患者可在胸骨右侧探查。

探头常置于胸骨左缘第三、四肋间隙，探头标点指向9～10点钟，探测平面与右肩左腰方向平行。该图应清晰显示右心室、室间隔、左心室、左心房、主动脉、主动脉瓣以及二尖瓣等结构。左心房底部与二尖瓣后叶根部相邻的管腔为冠状静脉窦横断面。正常胸骨旁左心长轴切面图像见图1-1-3。

探头置于胸骨左缘第二、三肋间，探查平面与左肩右腰方向平行。该切面主要显示主动脉根部及其瓣叶、左心房、右心房、三尖瓣、右心室流出道、肺动脉近端等结构。如切面稍向上倾斜，则可显示肺动脉主干及其左、右分支等。

在心底大动脉短轴切面基础上，将探头继续向下倾斜可显示此切面。该切面可显示半月形右心室、室间隔、圆形左心室和二尖瓣口等。在该切面基础上探头再向下倾斜可显示乳头肌水平左心室短轴切面。该切面同样显示半圆形右心室、室间隔、左心室，左心室内可见前后两组乳头肌的圆形断面回声。

探头置于心尖，扫查方向指向右肩胛部，扫查平面中线经过心脏十字结构。该切面显示心脏的四个心腔、房间隔、室间隔、两组房室瓣及肺静脉。在该切面的基础上将探头轻度向前上方倾斜，即可获得心尖五腔心切面，心脏十字交叉结构被左心室流出道和主动脉根部管腔所代替，主动脉根部管腔位于左、右心房之间，近侧腔内有主动脉瓣回声。正常心尖四腔心切面图像见图1-1-4。

探头置于心尖部，在心尖四腔心切面基础上，逆时针旋转探头约60°直至右心完全从图像中消失，该切面可显示左心室、左心房、二尖瓣。在该切面基础上继续逆时针旋转探头直至主动脉根部长轴出现，即为心尖三腔心，此切面可显示心尖、左心室流入和流出道、二尖瓣及主动脉。

其余常用切面还包括右心室流入道长轴切面、剑突下四腔心切面、剑突下双心房及上、下腔静脉长轴切面、胸骨上窝主动脉弓长轴及短轴切面等，此外，还有一些非标准切面用以全方位探查心脏结构。

多普勒超声心动图利用多普勒效应原理，探测心血管系统内血流方向、速度、性质、途径和时间等血流动力学信息。目前常用的超声多普勒包括脉冲多普勒、连续多普勒、彩色多普勒(CDFI)以及组织多普勒等，脉冲和连续多普勒是血流速度测定的主要方式。

脉冲多普勒(PW)由单一晶体片发射和接受超声波，晶体片在一定时间内间断发射超声脉冲信号，在一选择性时间延迟(Td)后才开始接受回声信号，并利用其频谱成分组成灰阶频谱。与二维超声结合，可选择心脏或血管内任意部位的小容积血流，显示血流实时频谱，频谱可显示血流方向(朝向探头的血流在基线上，背离探头的血流在基线下)、血流性质、血流速度、血流持续时间，可供定性、定量分析。其特点为所测血流速度受探测深度及发射频率等因素限制，通常不能测高速血流。

心尖四腔心或两腔心切面，将取样容积放于二尖瓣下，可获得二尖瓣口典型的舒张期双峰频谱。第一峰为E峰，为舒张早期左心室快速充盈所致；第二峰为A峰，为心房收缩所致。两者均加速支频谱较窄，减速支频谱较宽。正常情况下，E峰>A峰，E峰和A峰均为层流。成人E峰最大流速平均为0.9m/s(0.6～1.3m/s)，儿童为1.0m/s(0.8～1.3m/s)。正常二尖瓣口血流频谱见图1-1-5。

心尖四腔心或右心室流入道切面，将取样容积放于三尖瓣下，可获得舒张期双峰频谱，类似二尖瓣口频谱，但幅度较低，且受呼吸运动影响明显，吸气时峰值高，呼气时峰值低。成人E峰平均值为0.5m/s(0.3～0.7m/s)，儿童E峰平均值为0.6m/s(0.5～0.8m/s)。

取心尖五腔或三腔心，取样容积放置于主动脉瓣口，收缩期可见负向单峰频谱。与肺动脉瓣口血流频谱相比，主动脉瓣口血流频谱加速支陡峭，血流加速时间短。成人最大流速平均值为1.3m/s(1.0～1.7m/s)，儿童最大流速平均值为1.5m/s(1.2～1.8m/s)。正常主动脉瓣口血流频谱见图1-1-6。

一般取胸骨旁心底短轴切面，显示肺动脉瓣及主肺动脉；将取样容积置于肺动脉瓣下，收缩期可见负向单峰频谱。频谱加速支的上升和减速支的下降均较缓慢，形成近于对称的圆钝形曲线。成人最大流速平均值为 0.75m/s(0.6～0.9m/s)，儿童最大流速平均值为 0.7m/s(0.5～1.0m/s)。

频谱多普勒还可根据不同疾病的需要灵活选择测量其他部位频谱，如肺静脉或下腔静脉等。

连续多普勒(CW)采用双晶体片探头，一晶体片连续发射超声脉冲信号，另一晶体片同时连续接收回声信号。可单独使用，也可与二维超声心动图结合。其优点为可以测定高速血流，缺点为无距离分辨能力，无法对声束方向的任意一点进行定点评价，可测血流流速一般大于7m/s，足以满足临床需要。当某个瓣膜口或其他部位狭窄出现高速血流时，可使用连续多普勒进行流速的测定。

彩色多普勒血流显像(CDFI)采用多点选通技术(multi-gate)，即在众多超声声束上多点取样方法，利用自相关技术和彩色数字扫描转换技术而实现，根据感兴趣区内血流流速、方向和湍流程度，应用红、蓝、绿和三基色的混色显示心腔内血流。红、蓝色显示血流速度及方向，颜色色调表示速度大小。朝向探头的血流多普勒频移编码为红色，远离探头的血流编码为蓝色，与扫描线垂直的血流则不标色。在尼奎斯特极限内，颜色明亮表示血流速度较快，而颜色黯淡表示血流缓慢。

正常情况下，在心尖四腔切面上，二尖瓣口舒张期可见红色为主血流信号通过二尖瓣口进入左心室，收缩期二尖瓣口关闭，无血流信号；三尖瓣口血流信号类似于二尖瓣口，亦可见舒张期红色为主血流信号通过三尖瓣口入右心室，收缩期瓣口关闭，无血流通过。心尖五腔或三腔心切面上，收缩期主动脉瓣开放时见蓝色为主的血流通过主动脉瓣口，舒张期瓣口关闭，无血流信号。右心室流出道切面，收缩期肺动脉开放时可见蓝色为主血流信号进入主肺动脉，舒张期瓣口关闭，无血流通过。

传统的多普勒成像以血流运动为观测目标，其最大限度地保留了血流运动的频移信号，而滤除了运动较慢的心肌组织频移信号。TDI采用相同原理，但其滤除高速度的血流信号而保留了低速度的心肌组织运动信号。目前临床常用TDI测量左心室二尖瓣环的运动速度，以帮助判断左心室收缩和舒张功能。取心尖四腔心切面，将取样容积置于二尖瓣环，记录二尖瓣环运动的多普勒频谱，该频谱由收缩期s’峰、舒张早期e’峰及舒张晚期a’峰组成。左心室舒张功能正常时，e’峰>a’峰，舒张功能减退时，e’峰<a’峰，随着舒张功能不断减低，e’峰进一步减低，a’峰增大。与二尖瓣口舒张期血流频谱相比，该法可鉴定假性正常化。另外，组织多普勒还可以指导和评价心脏再同步化治疗效果。正常二尖瓣环组织多普勒频谱见图1-1-7。

经食管超声心动图(TEE)：将特殊的食管探头置于食管或胃底，从心脏后方向前扫查心脏，避免了肋骨、肺以及皮下组织的干扰，图像清晰度和分辨力较高。

行TEE检查时，不同心脏切面是按照特定图像采集所需旋转角度来描述的。每个位置探头均从0°开始旋转，角度增加幅度为5°～15°直至 180°，标准水平面(横轴)定义为0°，心脏短平面在45°，纵切(纵轴)面定义为90°，长轴图像定义为135°。各标准切面角度因人而异。

通过探头的插入、调整位置和角度来获得不同的平面从而观察心脏。经常使用的有四腔心切面、多种短轴切面、左心室短轴切面。四腔心切面能清晰显示心房、心室以及房室瓣的情况。短轴切面能显示主动脉瓣以及邻近组织结构；左心室短轴切面，是最有用的通过乳头肌水平长程监测左心室功能的方法；在这些水平上通常能够观察节段性室壁运动变化、心脏功能以及左心室充盈情况。此外，还可显示升主动脉和降主动脉的长、短轴切面，可用来评价主动脉疾病如夹层和动脉瘤。

正常食管中段左心耳切面图像见图1-1-8。

负荷超声心动图是指在生理、药物和电生理等方法增加心脏负荷的情况下，应用超声检测心血管系统对负荷的反应状况，从而对其产生的相应心血管生理及病理状态做出判断的一种检查方法。自20世纪80年代早期负荷超声心动图开始应用以来，此技术已经逐渐成熟，并广泛应用于冠心病心肌缺血的诊断、危险性分层及判断心肌存活性等领域。

判断心肌缺血的主要标准，是在静息状态下运动正常的心肌，在负荷状态下运动减弱；判断心肌存活性的主要标准，是静息状态下运动异常的心肌，在负荷状态下运动改善。

负荷超声心动图根据负荷方式分为运动、药物、起搏及冷加压试验等。目前应用最多的是多巴酚丁胺、腺苷、踏车运动及活动平板负荷试验。

声学造影，即通过外周静脉或心导管向心脏内注入可产生强烈超声波反射的制剂，从而显示出强烈的对比效果，以便观察心脏的解剖结构、心内膜边界及心功能、血流信息和心肌灌注等。近年来，超声造影已从单纯显示心腔内结构和血流信息，扩大至显示冠状动脉及其微动脉的充盈状态，从而反映局部心肌的血供，以评价冠心病的严重程度以及各种治疗措施的疗效，为当前超声领域发展极其迅速且前景广阔的一个分支。

现阶段声学造影主要包括右心声学造影、左心声学(分为左心室声学造影和心肌声学造影)。应用范围：①协助显示心内分流；②改善多普勒血流频谱的显示效果；③协助显示心内未知结构；④改善心内膜边界的显示效果；⑤显示心肌的灌注状态。

左心声学造影在心肌致密化不全诊断中的应用见图1-1-9。

心脏结构复杂，随着计算机技术的飞速发展，图像处理速度与数据存储量的极大提高，利用三维成像技术实时显示心脏立体结构、空间关系成为现实。自20世纪70年代推出三维超声成像概念以来，迄今已经历了静态三维、动态三维、实时三维超声心动图三个阶段。

三维超声心动图可以显示心脏整体形态及各结构的毗邻关系，确定心脏瓣膜病变，帮助诊断先天性心脏疾病，在心脏手术时进行实时监测以及测定腔室内径。

三维超声心动图换瓣术后应用见图1-1-10。

血管内超声(intravascular ultrasound，IVUS)是无创性超声心动图技术和有创性心导管技术相结合的一种新方法。通过心导管或导引钢丝将超声换能器插入心血管腔内进行探查，再经过电子成像系统显示心血管断面的形态和血流图形。目前有两大功能：一是血管内超声显像，能反映血管和心脏内膜下各层结构的解剖形态；二为血管内多普勒血流速度描记，能记录血管内的血流速度。

IVUS主要应用于冠状动脉病变的诊断，可以诊断经导管冠状动脉造影不能明确的病变。IVUS也可以用于其他血管病变的诊断，如应用于观察肺动脉高压患者肺动脉壁结构，从而对疾病进行评估。

自20世纪70年代超声心动图问世以来，发展迅猛，应用广泛，已成为诊断各种心脏疾病不可缺少的手段。

其中，M型超声心动图可以帮助测量各腔室大小和心功能，以及观察二尖瓣及主动脉瓣等瓣膜运动情况等。二维超声心动图更是诊断各类心脏疾病的核心，是各种类型超声心动图发展的基础，如超声造影、经食管超声等均要建立在二维超声心动图像的基础上。多普勒超声心动图能够提供心脏内血流方向、血流性质、血流速度、血流量、异常血流束的途径、异常分流时相等信息。经食管超声心动图能够清晰显示心脏细微结构，大大提高了对某些心脏疾患的敏感性和特异性，如左心耳血栓、卵圆孔未闭等。负荷超声心动图目前在临床上主要用于冠心病心肌缺血和心肌梗死后心肌存活性的检测，通过观察负荷前后室壁节段运动变化，判断缺血心肌和存活心肌。其他超声心动图新技术，如超声造影、三维超声、血管内超声，也均在各自领域发挥着巨大的作用。