三维斑点追踪成像技术评价心脏功能的研究进展

常荷 钟晖 肖迎聪

三维斑点追踪成像技术(three-dimentional speckle tracking imaging, 3D-STI)是超声诊断不断发展的一项新的检查技术,其以三维超声动态图像和斑点追踪技术为基础, 能够实时跟踪三维空间内心肌回声斑点运动, 定量评价心肌功能。近年来, 3D-STI已经成为国内外研究的热点, 现将其在心肌功能方面的研究进展做一综述。

1 3D-STI的原理

二维灰阶图像由很多小的像素构成, 这些像素作为声学标记均匀分布于心肌内, 构成稳定的声学斑点, 像素斑点与组织同步运动。二维斑点追踪成像技术(two-dimentional speckle tracking imaging, 2D-STI)利用高帧频二维超声图像,自动识别并追踪心肌组织回声斑点的空间运动, 反映心肌的实时运动及形变, 定量评价心肌运动速度、应变及应变率等。3D-STI是在实时三维超声心动图及2D-STI基础上发展起来的新技术, 通过采集左室全容积图像, 在三维空间追踪心肌回声斑点的运动, 确定心内膜边界, 获得心肌的运动信息,定量测定左心室各节段纵向、径向及圆周应变, 评价左心室局部及整体的收缩功能［1］；此外, 3D-STI还可计算获得心肌的扭转和旋转运动信息, 评价心肌的扭转和旋转运动。

作为一种更新的超声诊断技术, 3D-STI较2D-STI具有明显的优势。2D-STI在追踪二维图像上心肌斑点时, 斑点可能会移动到追踪范围外, 发生斑点的“失追踪”, 而3D-STI追踪三维容积状态下的运动斑点减少了这种情况的发生。其次, 2D-STI以及早期的3D-STI对心肌功能的测定在不同心动周期进行, 测定结果易受心律的影响, 不能很好的用于心律不齐患者, 随着技术不断发展, 3D-STI已经能够在同一个心动周期内测定心肌功能, 从而很好地避免心律不齐对计算结果的影响, 得出的结果更加可靠。

2 3D-STI的临床应用进展

2. 1 3D-STI评价左室容积和整体收缩功能 3D-STI能够定量、客观评价左室容积和整体收缩功能。研究表明［2］,3D-STI对左室容积和左室射血分数(LVEF)的评价结果与心脏磁共振检查结果具有良好的相关性。Brown等［3］应用整体纵向应变(GLS)评价左室收缩功能, 结果显示, GLS测定的左室心肌整体收缩功能与磁共振测定的左室射血分数具有良好的相关性。覃小娟等［4］用3D-STI评价慢性心力衰竭患者左心室GLS、径向应变(GRS)及圆周应变(GCS), 研究发现慢性心力衰竭患者左心室GLS、GCS、GRS较正常组减低(P＜0.05)。GLS、GCS、GRS与LVEF具有良好的相关性。

除了广为了解的GLS、GRS及GCS以外, 3D-STI技术引入面积应变(GAS)的概念, GAS是左心室收缩、舒张时心内膜表面形变, 是GLS和GCS的结合, GAS能够敏感检出心肌缺血［5］。梁慧青等［6］应用 3D-STI技术评价肥厚性心肌病患者左室整体收缩功能, 选取肥厚性心肌病患者和健康成人各40例, 结果显示, 肥厚性心肌病组GLS、GRS分别为(-9.3±6.5)%、(42.3±10.5)%, 均较正常对照组的(-22.1±0.5)%、(56.0±0.9)%减低, 差异有统计学意义 (P＜0.05)；GLS、GAS与左室舒张末期室间隔的最大厚度相关性较好(r=0.861、0.812, P＜0.01)。从而得出结论：3D-STI能够定量、客观评价肥厚性心肌病患者左室整体收缩功能。

2. 2 3D-STI评价左室局部收缩功能 评价左室局部室壁运动及收缩功能对心脏疾病的诊断具有重要意义, 也是超声心动图的研究热点与重点。目前, 常见的评价左室局部运动及收缩功能的方法有组织多普勒成像(tissue doppler imaging,TDI)、2D-STI、3D-STI等。TDI 技术根据局部心肌运动速度的改变评价病变心肌的收缩及舒张功能受损, 较传统多普勒超声可能具有很大优势, 但TDI 有角度依赖性, 且对心脏复杂的空间运动不能做出准确评价［7］。2D-STI技术的基础是二维超声图像, 易发生斑点的“失追踪”, 从而引起测量误差。3D-STI克服了以上技术中所存在的缺点, 并且可以在同一心动周期中进行心肌斑点追踪, 不受心律影响, 结果更加真实、可靠。

郭娟等［8］应用2D-STI和3D-STI 技术评价34例正常人左心室心肌应变并进行比较, 研究中测量左心室17节段心肌纵向应变(LS)、圆周应变(CS)及径向应变(RS), 结果表明,3D-STI较 2D-STI测得的 LS较小 , CS较大 (P＜0.05)。3DSTI获取图像及脱机分析时间明显少于2D-STI(P＜0.05)。王丁等［9］采用3D-STI 技术对24例心肌梗死患者及20例正常人进行心肌运动分析, 评价不同部位心肌梗死患者左室心肌应变特征及左室收缩功能, 研究表明, 前壁心肌梗死组左室12/17节段的面积峰值应变较正常对照组减低, 下壁心肌梗死组左室11/17节段面积峰值应变减低；梗死节段的纵向、圆周、径向及面积峰值应变较非梗死节段均显著降低(P＜0.05), 认为3D-STI能够客观、定量评价左室心肌局部室壁运动及收缩功能。

3D-STI也可用于诊断冠心病早期患者左室心肌节段性室壁运动异常。李国英等［10］对有心绞痛病史, 常规超声心动图未见室壁运动异常, 经冠状动脉造影证实为冠心病的患者应用3D-STI进行分析, 结果显示这些患者缺血心肌节段LS、CS、RS与非缺血节段及对照组比较差异均有统计学意义(P＜0.05), 认为3D-STI对于冠心病早期左室各节段收缩功评价具有重要意义。

2. 3 3D-STI评价左室心肌扭转运动 心肌运动不只是单纯的收缩与舒张, 还伴随着心肌的扭转运动。心肌扭转以左室短轴中心为圆心, 从心尖向心底方向看, 心肌收缩时心尖呈逆时针旋转, 心底呈顺时针旋转, 类似拧毛巾动作, 从而形成了左室心肌的扭转运动［11］。与心肌的收缩和舒张一样, 心肌的扭转也是构成心脏功能的重要组成部分。2D-STI曾用于评价心肌的扭转运动, 但众所周知, 2D-STI技术追踪二维灰阶图像内的回声斑点, 但是心肌的扭转运动以心脏三维立体结构为基础, 2D-STI并不能实现空间位置的斑点追踪, 局限于二维平面之中, 误差较大。3D-STI以实时三维超声心动图为基础, 结合斑点追踪技术, 能够在心脏三维结构中追踪心肌斑点, 从而真实、准确地反映左室扭转运动［12］。

裴莉平等［13］应用3D-STI评价冠心病患者左室扭转运动, 结果表明冠心病患者心尖段扭转角度峰值减低, 且心尖段扭转角度峰值与LVEF、左室三维位移具有良好的相关性(P＜0.05)。胡莉莉等［14］在应用3D-STI监测乳癌术后患者蒽环类化疗药物致左室扭转运动及心肌应变改变的研究中发现, 左心室扭转角度峰值、左心室扭矩可作为监测蒽环类化疗药物对心室功能早期损害的敏感参数, 对指导临床治疗具有重要意义。

2. 4 3D-STI评价左室心肌舒张功能 很多心脏疾病早期, 尚未出现收缩功能异常之前, 首先出现舒张功能减低。3D-STI能够定量评价左室心肌舒张功能。3D-STI通过经胸采集三维全容积图像, 计算左心室整体应变显像舒张功能指数(strain imaging diastolic index, SI-DI), 从而对左室舒张功能进行定量评价。薛娜等［15］应用3D-STI技术评价无节段性室壁运动异常冠状动脉狭窄患者左心室整体及局部舒张功能, 结果显示对照组和病例组相比, 三维应变参数GLS、GRS、GCS、GAS比较差异无统计学意义(P＞0.05), 两组间纵向应变显像舒张指数(L-SI-DI)、径向应变显像舒张指数(R-SI-DI)、圆周应变显像舒张指数(C-SI-DI)、面积应变显像舒张指数(A-SI-DI)比较差异有统计学意义(P＜0.05)；L-SI-DI的特异度和灵敏度均最高。

2. 5 3D-STI评价右室功能 3D-STI除了能够评价上述左室心肌功能外, 在右室功能的研究领域也有所涉及。3D-STI能测量右室心肌运动速度, 从而早期评价右室心肌功能受损情况。右室心肌以纵向心肌为主, 纵向心肌在右室射血中起主要作用, 因此, 对于右心室功能评价, 主要是纵向功能的研究［16］。胡路路等［17］应用3D-STI评价肺动脉高压患者右室心肌收缩功能发现, 肺动脉高压患者组右室GLS较对照组减低, 且GLS与肺动脉收缩压、三尖瓣环收缩期峰值速度具有较好的相关性(r=-0.366、0.421, P＜0.05), 认为3D-STI能够敏感、客观检测肺动脉高压患者右心室收缩功能异常, 从而为临床治疗提供依据。

3 3D-STI的局限性与发展前景

相较于DTI和2D-STI, 3D-STI有着明显的优势, 但是,作为一项发展中的超声新技术, 3D-STI也有其不足, 主要包括以下方面。①3D-STI对于超声图像质量要求很高, 高质量的超声动态图像才能清晰显示心内膜轮廓和运动, 对于图像质量差的患者, 3D-STI的使用就有所受限。②某些疾病引起被检查者心脏过大, 全容积成像不能采集心脏完整图像时,会造成心脏结构缺损, 影响结果的准确性。

随着科技的不断发展, 超声诊断技术的不断成熟, 相信3D-STI以及越来越多的超声新技术能够用于临床, 为疾病的早期、准确诊断提供可靠依据。