超声斑点追踪成像技术的临床应用

胡艳兵 吕冬梅 (吉林大学白求恩第二医院电诊科，吉林 长春 130041)

超声斑点追踪成像技术(speckle tracking imaging，STI)〔1〕是超声医学领域内新近高速发展起来的一项新技术，该技术通过运算重建心肌组织的实时运动和变形，能定性及定量地显示心肌运动速度、应变、应变率以及心脏整体的旋转角度和旋转速度。该技术为研究心脏整体和局部功能提供了新的方法，有望在科研和临床中起到更为重要的作用。

1 斑点追踪成像技术的原理

二维灰阶图像中小于入射超声波长的细小结构产生散射、反射、干扰等现象，形成心肌组织中所谓的“回声斑点”〔2〕。STI又称二维应变显像，利用高分辨率的二维灰阶图像分析声学斑点的运动轨迹，因此该技术时间分辨率较高;同时它又是由非多普勒技术发展而来，不受心脏整体运动及声束方向与室壁运动方向夹角的影响，无角度依赖性，从而能够更真实、准确的反映心脏运动情况。研究表明，同一组健康人群的二维图像经过不同的斑点追踪分析软件分析，并进行左室功能评价，可以得到相同的结果〔3〕，这也证明STI的可重复性及无机器、软件的依赖性。

2 正常心肌斑点追踪成像的特征

心脏的收缩和舒张运动基本包括四个部分:(1)纵向运动，表示心脏长轴方向的运动，各节段室壁沿心肌纵行纤维方向上的平均应变值在收缩期心肌节段室壁缩短时为负值，舒张期伸长时为正值。(2)径向运动，表示心脏短轴方向的运动，该应变值反映了室壁收缩期的增厚程度，心肌节段室壁增厚时为正值，变薄时为负值。(3)圆周运动，表示心脏短轴方向的环形运动，各室壁节段沿心脏左室短轴圆周方向上的平均应变值，收缩期心肌节段室壁缩短时为负值，舒张期伸长时为正值。(4)旋转运动，表示心脏短轴方向的旋转角度，以心脏左室短轴中心为假想圆心，计算感兴趣区中各节段心肌的扭转角度，从心尖方向观察，顺时针扭转为负值，逆时针扭转为正值。四种运动都是整体收缩功能的组成部分，对于左室射血功能具有重要意义，通过测量不同运动的应变可以定量评价心室整体或局部收缩功能。姚涵文等〔4〕研究表明:STI评价心肌运动的四种指标检测冠脉狭窄≥75%的敏感度、特异度、阳性预测值和阴性预测值对比，其先后顺序均为纵向应变＞径向应变＞圆周应变＞旋转角度，即纵向应变的敏感度、特异性、阳性预测值和阴性预测值均为各项指标之首。

Grabskaya等〔5〕通过对48名健康志愿者(平均年龄36±3岁，20例为男性)经胸骨旁短轴切面观通过转换探头角度分别获取左室不同节段的图像，并分别应用不同的分析软件对心肌圆周应变进行分析，结果发现圆周应变无角度依赖性，对比而言，心肌旋转的测定则依赖于探头角度，而准确的转换探头角度则可抵消旋转的角度依赖性。李卫芹等〔6〕通过研究117例3～15岁的健康儿童，取胸骨旁左室心尖和心底短轴切面对左室扭转进行测量，并分析各节段室壁旋转角度及心尖水平、心底水平的旋转角度，结果显示:同一年龄组，心底水平各节段室壁旋转角度从前壁逐渐递增(前壁＜前间壁＜侧壁＜后间壁＜后壁＜下壁)(P＜0.05)。在研究左室心肌形变特征与左室收缩功能的关系中还发现左室射血分数(EF)与左室收缩扭转相关具有统计学意义〔7〕。

3 临床应用

3.1 STI在正常人及心肌梗死患者中的应用 张微微等〔8〕通过对35例正常人及35例心肌梗死患者行超声心动图检查，运用STI测量正常人及心肌梗死患者左心室短轴各节段的二维应变值，观察正常人室壁二维应变规律，表明正常人收缩期室壁最大增厚程度在同水平各节段间分布较一致，乳头肌水平的径向应变值显著高于心尖水平;观察心肌梗死患者的心肌梗死节段的径向应变值、圆周应变值比正常组相应节段显著下降，说明梗死节段心肌增厚和缩短程度明显下降。可通过STI分析得出具体数值，从而评价心肌坏死的程度，为临床治疗提供了可靠信息。莫莹等〔9〕通过对兔梗死心肌收缩运动的研究，应用STI测量左冠状动脉前降支梗死的兔模型和正常兔相对应的心肌节段的二维应变值，表明梗死组兔子的前间壁及左室前壁心肌节段收缩期径向应变值与正常组比较明显减低，具有显著性差异，再次证明超声STI可准确评价节段性室壁运动异常，将成为临床评价心肌梗死患者左心收缩功能的新方法。有研究表明，STI能够通过逐帧图像分析心肌二维图像，并从心肌形变中区别心肌梗死的不同程度，即不同程度的透壁心梗〔10〕。相关文献〔11，12〕报道STI既能定量测定左室局部和整体心肌的变形能力，评价局部和整体心肌组织的收缩功能，且与反映左室重构的指标间(左室收缩末期容积、左室舒张末期容积、左室EF)相关良好，急性心肌梗死导致左室收缩同步性下降的发生率为64.62%，研究发现STI能够为评价心肌梗死后的左室重构提供客观参数，也能准确的评价左心室收缩的同步性。贾大林等〔13〕通过采用STI检测局部心肌功能，研究发现通过检测心肌舒张功能可准确诊断冠状动脉病变。

3.2 STI在肥厚型心肌病室壁运动中的应用 谢明星等〔14〕对心功能正常的肥厚型心肌病(HCM)患者及正常对照组患者各20例的左室旋转运动进行测量分析，与对照组相比，HCM组心底部旋转角度峰值(MV-Prot)、心尖部旋转角度峰值(APProt)、扭转角度峰值(Ptw)、收缩期末扭转角度(AVCtw)、等容舒张期末扭转角度(MVOtw)和解旋减半时间(HTU)测值均增加，解旋率(Untw R)测值减低(P均＜0.05);HCM组左心室扭转角度达峰时间测值较对照组明显增加(P＜0.05);HCM组内左心室旋转心尖部达峰时间较心底部测值明显增加(P＜0.05)。结果表明应用STI可无创性评价HCM患者左心室旋转及扭转运动特征，HCM患者左心室旋转运动力学参数较正常人有明显异常改变。房芳等〔15〕人应用STI评价EF正常的HCM心肌应变及收缩同步性的变化情况，并探讨左室流出道梗阻对于上述指标的影响。分别测量HCM组和对照组的应变值，结果显示HCM组与正常组相比EF值无明显差异，但各种应变均显著降低，分组资料表明梗阻型患者较非梗阻型应变进一步降低，不同步性高于非梗阻型患者。HCM早期即可出现心肌变形能力下降及收缩不同步，左心室流出道梗阻加剧上述变化。

3.3 STI在心力衰竭患者心脏再同步化治疗中的应用 心脏再同步化治疗〔16〕(cardiac resynchronization therapy ，CRT)，是通过双心室起搏的方式治疗心室收缩不同步的心力衰竭患者。重度心衰患者多存在心室收缩的不同步，CRT在传统的双腔起搏的基础上增加了左室起搏，左室起搏电极经右房的冠状静脉窦开口，进入冠状静脉左室后壁侧壁支起搏左室，同时起搏右心室，通过多部位起搏恢复心室同步收缩，减少二尖瓣反流。对于心衰伴心室失同步的患者，这种治疗可以改善患者的心脏功能，提高运动耐量以及生活质量，同时显示出逆转左室重构的作用。CRT是近年兴起的一种新方法，张军等〔17〕通过观察10例慢性心力衰竭患者进行CRT后应用STI评价其左室扭转及其与左室收缩功能之间的关系，测量心底部旋转角度及心尖部旋转角度，发现CRT术后3个月左室心尖部旋转角度较术前明显增加，左室扭转角度明显增加，证明可以应用STI检测左心室扭转角度来评价CRT后患者的左心室收缩功能。另有文献表明STI能够定量测定心力衰竭患者左心室局部和整体心肌的变形〔18〕。

3.4 STI评价经皮房室间隔封堵术后患者心脏扭转运动的变化 雍永宏等〔19〕应用STI分别测量25例单纯房间隔缺损的患者术前及封堵术后3 d的左室基底部及心尖部短轴6个节段的收缩期的旋转角度峰值及平均峰值，绘出左室基底部及心尖部短轴的平均旋转角度-时间曲线。结果证明房间隔缺损引起的右室容量负荷增加及右室重构对左室基底部的旋转和左室整体扭转运动有影响，对心尖部的旋转运动的影响不明显。经皮房间隔缺损封堵术可以改善左室基底部的旋转因而也改善了左室整体扭转运动。庄艳等〔20〕运用STI评价经皮室间隔封堵术前后患者心脏扭转运动的变化，表明经皮室间隔缺损封堵术通过逆转左室的重构而改善左室的扭转运动，且左室整体的扭转运动与左室EF的相关性最好。运用STI定量的评价经皮房室间隔封堵术后左室扭转运动，充分地反映了左室的扭转运动与左室的收缩功能的良好相关性。

3.5 STI评价2型糖尿病患者左心室收缩功能早期改变 Ng等〔21，22〕应用STI对单纯2型糖尿病及其合并左心室肥厚患者进行观察，并以正常健康人为对照组，分别量取入组患者收缩期左室长轴基底段、中段、心尖段峰值应变、并计算左心室基底段、中段、心尖段收缩期平均峰值应变及左心室整体应变值，结果显示糖尿病并左心室肥厚患者除心尖段外，其他各节段峰值应变低于单纯糖尿病患者，两组糖尿病患者左心室长轴基底段、中段、心尖段收缩期平均峰值应变及左心室整体应变明显低于正常对照组，而糖尿病并左心室肥厚组较单纯糖尿病组降低。从而说明STI能够评价2型糖尿病患者早期左心室长轴局部和整体收缩功能改变。

3.6 STI临床应用的局限性 ①要求高清的二维灰阶图像;②只有较高的帧频STI才能准确反映局部心肌瞬时的运动信息;③心肌运动是三维的，目前临床中仍局限在二维平面的观察，不能完全跟踪斑点运动的空间位置，其精确性欠佳。

3.7 STI与三维超声心动图结合进行研究的前景 目前已有相关研究〔23〕应用三维实时超声心动图与STI同时应用，评价左心室心肌收缩同步性。若能把二者结合，使STI在三维超声心动图的前提下使用，即可以弥补二维STI的缺乏空间位置的缺点，使STI更好地应用于临床工作中。

综上所述，STI能够定性、定量的对心肌局部运动、左室整体的运动及功能进行评价，随着超声影像技术的不断进步，STI将具有广阔的发展前景，可为临床诊断各种心脏疾病以及评价治疗效果提供重要信息和依据。

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