斑点追踪成像技术在心血管领域的应用

孙妍 吴山 江波 李宜嘉 王琴 杨娅

综 述

斑点追踪成像技术在心血管领域的应用

孙妍 吴山 江波 李宜嘉 王琴 杨娅

斑点追逐成像； 应变； 心血管疾病

心肌运动是一个复杂的运动模式，它与心肌纤维的解剖排列走向密切相关。正常心室肌分为三层：心外膜下层肌纤维呈左手螺旋状围绕心室腔，心内膜下肌纤维则呈右手螺旋状围绕心室腔，而室壁中层肌纤维呈环形走行。心肌纤维的排列方向决定了其收缩形变特点。研究证实，心脏主要呈现三种基本运动方式：径向运动、纵向运动和周向运动。如何能更好地对心肌运动进行评价一直困扰着临床及科研工作者。1973年Mirsky和Parmley提出应变（strain）的概念[1]，从而使人们可以对心肌收缩特性进行定量的参数测量。心肌应变是指心肌在心动周期中发生变形的能力，心肌应变大小的改变可以用来评价局部及整体心肌收缩与舒张功能。目前，有多种技术可用于检测心肌应变，如置入声学测微计或钽标记物实验[2-4]。但因其有创性而不能广泛应用于临床。组织标记核磁共振技术可以无创伤地获得应变指标，但受到检查时间较长、费用较高、时间分辨率较低的限制。基于斑点追踪技术（speckle tracking imaging，STI）的二维或三维应变成像是在应变及应变率显像的基础上发展而来的一种新技术，它可以在二维或三维动态超声图像中连续追踪每个斑点并计算出运动轨迹，从而测定心肌全切面、节段和各点的应变及应变率、旋转及位移。由于其帧频高，相对不受心脏摆动和牵拉影响，故超声斑点追踪成像能更准确地反映心肌的运动，从多方面评价左心室收缩功能。该技术无角度依赖性，因而不仅能反映心脏纵向方向的变形运动，还可以反映径向及周向的变形运动，而径向及周向的运动是影响左室扭转的重要因素，进而可以反映左室的扭转及解旋运动。二维斑点追踪技术开展后，国内外应用该项技术进行了大量的临床研究工作，用于分析各类心脏疾病，并取得一些研究结果。目前基于心脏三维结构的三维斑点追踪技术也有少数相关研究[5-8]。斑点追踪技术在心血管领域的应用主要包括冠心病、高血压、糖尿病和心肌病等，现就这些内容作一综述。

1 冠心病

在心脏的运动中，正常心肌节段的速度是由局部纤维的缩短和周围区域的牵拉共同产生。当局部心肌缺血时，可导致局部心肌的运动异常。STI通过追踪图像上感兴趣区内小于入射超声波长的细小结构在心动周期中产生的散射斑点的位置和运动，从而反映整个感兴趣区内各节段心肌的变形，因此可以更加敏感、准确地识别异常心肌节段运动。Bjork-Ingul等所描述的多巴酚丁胺负荷超声心动图中的应变与室壁运动分析缺血心肌的预测价值，突出显现出STI克服了TDI检查中的角度依赖性的不足。Leitman等[9]指出，STI能够区分正常心肌和缺血心肌的收缩期应变。进行心肌长轴方向纵向应变研究后认为，健康人左心室各节段纵向应变曲线呈一致性分布，而心肌梗死组呈不同程度的降低。STI还能够评估梗死面积从而增加重要的诊断和预后信息[10]。葛丽丽等[11]认为，急性心肌梗死患者非梗死节段左心室心尖位收缩期纵向、径向及周向峰值应变较对照组相应节段均减低，且达峰时间延迟。Becker等[12]对48例心肌梗死患者进行研究，将心肌按16节段法划分，用增强的心脏磁共振将心肌各节段按增强的程度分为5组（0%、0～24%、25%～49%、50%～74%、75%～100%），二维超声应变成像中的室壁径向应变分别为（27.7±7.9）%、（21.9±10.6）%、（18.9±8.3）%、（13.6±9.1）%和（8.3±6.4）%（P＜0.01），对检测透壁型心肌梗死的敏感性和特异性分别为83.2%和80.1%。Zhang等[13]通过超声应变成像评价存活心肌的功能及心肌梗死后心肌损害的范围和节段并与MRI作比较，发现二者有较好的相关性。

2 高血压

高血压是临床上常见的心血管疾病，随着病程进展，出现心肌细胞肥大、心内膜下心肌纤维化和心肌纤维重排等病理改变，进而影响心脏结构与功能。然而大部分高血压患者即使发展为左心室肥厚，其左室射血分数（LVEF）仍正常。常规超声心动图检查可早期发现其舒张功能异常，而很难早期检测收缩功能异常。李玉曼等[14]通过基于三维斑点追踪技术的应变参数分析，认为高血压患者左室GLS、GRS、GCS及3DGRS均较对照组减低，差异有统计学意义（P均＜0.05）；Pearson相关分析表明，高血压组左室 GCS、GLS、GRS与 LVEF相关（r1=0.930，P1＜0.001；r2=0.705，P2＜0.01；r3=0.474，P3=0.001）。高血压心肌各项应变指标的减低可能是由于血压增高导致左室射血阻力增加，左室发生代偿性重构。研究已经证实，高血压患者存在心内膜下心肌灌注不足，血管周围及间质纤维化增加，这些病理生理改变导致室壁收缩形变能力减低。高血压患者左室扭转角度分析一些研究结果并不一致。Takeuchi等[15]认为，高血压左心室肥大患者收缩期扭转峰值与对照组相比无明显变化，仅舒张早期解旋角度及解旋率明显下降。但是另有研究认为，左心室扭转是后负荷依赖性[16]，后负荷的缓慢增加导致心尖部旋转和左心室扭转增大[17]。韩伟等[18]也认为，高血压患者左心室扭转角度峰值较对照组增大，等容解旋比例下降，解旋率减小。Egidio等[19]认为，对高血压患者，斑点追踪技术可以提供比常规超声及TDI技术所得到的更为详尽的参数，它可以揭示高血压心肌肥厚发生前出现的收缩功能减低并能发现早期的左室功能改变，因而有利于针对此类患者的临床管理

3 糖尿病

糖尿病患者存在代谢紊乱、心肌细胞能量供应障碍，导致心肌细胞学改变等。随着病情进展出现心肌纤维变性、结构改变、胶原纤维增多，从而产生收缩和舒张功能的异常。李朝军和罗向红[20]应用斑点追踪技术对糖尿病患者进行研究，认为2型糖尿病患者左心室各节段纵向应变明显低于对照组。心内膜心肌对心肌纵向应变起主要作用[21]。糖尿病患者毛细血管数量、密度与心肌纤维数量比显著下降，毛细血管基底膜增厚，出现毛细血管瘤样改变等病理改变，使心肌处于缺血状态，心尖部心内膜下心肌缺血更加明显。杜丽娟等[22]在对2型糖尿病患者左心室扭转运动的研究中发现，左心室舒张功能正常及舒张功能减低的糖尿病患者左心室扭转角度曲线特征与对照组相同，但收缩期扭转角度峰值明显增大。

4 心肌病

心脏的形态结构也影响着心肌的收缩功能，包括心肌收缩力和收缩的协调性、心脏扩张性能等。正常心脏为类椭圆形，当心室壁增厚或心脏向类球形发展，出现左心室重构时，心肌纤维走行的方向及夹角将发生改变，心肌的应变也会产生相应的变化。Serri等[23]在应用STI对肥厚型心肌病患者的研究中发现，左心室长轴纵向、短轴径向及圆周应变均较对照组减低，分别为［（－20.3±5.6）%比（－15.1±6.2）%，（36.8±17.2）%比 （25.2±13.9）%，（－19.6±13.9）%比（－16.8±7.1）%，均 P＜0.001］。在对肥厚型心肌病患者左心室旋转及扭转运动的研究中，Jose等[24]应用三维斑点追踪技术对肥厚型心肌病患者（40例）及对照组（40例）进行研究，结果显示，肥厚型心肌病组左室峰值扭转角度增加［（16.5±4.7）°比（12.0±3.9）°，P＜0.001］。研究者认为这一现象的主要原因是由于有左室流出道梗阻的患者存在心尖旋转增加［梗阻（12.7±4.4）°比非梗阻（9.7±2.8）°，P=0.02］。在扩张型心肌病的研究中[25,26]，左心室各室壁节段在长轴纵向、短轴径向及圆周应变均明显减低，并且旋转角度及扭转角度减小。张玲利等[27]研究结果显示，与冠造正常者比较，扩张型心肌病患者左心室心尖部及心底部旋转角度明显减低。另有研究证实，通过STI应变成像技术评价扩张型心肌病局部心肌的纵向、轴向及径向收缩功能及左室扭转，发现与对照组比较，扩张型心肌病患者各参数减低（P＜0.01），纵向应变在整体功能上的作用减弱（β值0.66比0.54，P＜0.01），周向应变作用加强（β值 0.38比0.44，P＜0.01）。徐伟忠[28]通过对扩张型心肌病患者左室心肌的应变成像研究发现，扩张型心肌病患者不但收缩功能明显减退，舒张功能同样严重减退。

5 局限性

其局限性有：①同其他超声技术一样，超声图像的采集和质量仍是限制因素，超声斑点追踪成像要求有清晰的二维图像，对肺气肿、肥胖等二维图像欠清晰的患者，成像的准确性受到限制。②受扫查宽度影响，存在心尖部室壁瘤及心室显著扩张的患者无法完成该检测。③帧频有待进一步增大，较低的帧频可造成追踪斑点的丢失，影响评价的准确性[29,30]。

6 结论

斑点追踪技术最主要的优点是无创性定量评价局部心肌功能，可以于整体功能改变前先发现节段功能异常，相对于传统的测量局部心肌功能有较好的敏感性，可以提供心肌纵向、径向及轴向三个方向的应变及心室扭转等多项力学参数。相信随着超声成像技术和计算机技术的不断发展，它将为心血管疾病的基础研究、临床诊断及治疗效果评价等提供一种全新的手段，具有广阔的应用前景。

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The use of speckle tracking imaging technology in cardiovascular disease

Speckle tracking imaging； Strain； Cardiovascular disease

100029 北京市，首都医科大学附属安贞医院超声诊断科在读博士研究生（孙妍、江波、李宜嘉、王琴），超声诊断科（吴山、杨娅）

杨娅，E-mail：yangya99@hotmail.com

10．3969/j．issn．1672－5301．2014．06．023

R54

A

1672-5301（2014）06-0556－04

2014-01-13）