斑点追踪成像技术在缺血性心脏病诊断中的应用

朱 冰，王 旭

(哈尔滨医科大学附属第一医院 心血管内科，黑龙江 哈尔滨 150001)

缺血性心脏病(ischemic heart disease，IHD)又叫冠状动脉粥样硬化性心脏病(coronary atherosc-lerotic heart disease)，简称冠心病(coronary heart disease，CHD)，病因通常是冠状动脉管壁内脂质不同程度的沉积，导致相应动脉管腔发生狭窄或阻塞，引起心肌缺血缺氧、心肌营养障碍，从而增加了心律失常、心肌梗死及心力衰竭发生的风险[1]。因此，在临床上早期发现心功能下降尤为重要。斑点追踪成像(speckle tracking imaging，STI)技术是在传统多普勒组织成像(Doppler tissue imaging，DTI)技术基础上逐渐发展起来的新技术，克服了其角度依赖性的缺点，可在至少3个连续心动周期内观察心脏的运动变化，从而更直观、准确地评估心脏的运动情况[2]。同时也可早期识别传统DTI上显示无明显室壁运动异常、但已有局部或整体的室壁运动相对不协调的缺血性心脏病患者， 此时如果及时给予干预治疗，可以延缓病情进展并改善预后[3]。随着心脏超声技术的进一步精进和完善，该项技术已广泛应用于临床，在评估先心病、高血压病、急性冠脉综合征及心脏移植术后心功能方面已有许多研究。

1 缺血性心脏病(IHD)

1.1 缺血性心脏病的病理及临床特点

随着人们许多不良生活习惯的形成，很多人身体处于亚健康状态，高脂血症、高血压病、糖尿病等疾病发病率逐年增加，导致动脉粥样硬化的发生率越来越高。缺血性心脏病则是由于冠状动脉管壁内脂质沉积，导致相应管腔不同程度的狭窄或阻塞，引起局部心肌运动相对不协调，最早出现的是左室舒张功能下降，进一步出现收缩功能下降，如不积极控制危险因素或给予药物干预治疗，随着疾病进展逐渐出现心肌缺血缺氧和营养障碍，心血管缺血事件发生率增高，甚至会发展为心力衰竭。因此及时发现、诊断、治疗早期心功能下降非常重要，早期干预可以延缓病情进展、改善患者预后、提高生存率、降低心血管事件的发生率。

1.2 缺血性心脏病的诊断

诊断缺血性心脏病的辅助检查包括：心电图、运动心电图、心脏彩超、冠状动脉螺旋CT血管成像、冠状动脉造影等，其中金标准是冠状动脉造影，为一种有创检查，可以直观地观察冠脉管径、血流情况及狭窄程度，必要时可行冠状动脉支架植入，扩张狭窄的血管管腔，增加冠脉血流量，改善心脏供血[4]。心脏超声为无创检查，可以显示心脏的结构及室壁运动情况，尤其斑点追踪技术可以更精细地观察局部及整体室壁运动，提高冠心病的临床诊断准确率，且因其价格低、无创性和可重复性更易被人们所接受。

2 斑点追踪成像(STI)技术

2.1 斑点追踪技术概述

斑点追踪图像处理技术原理是应用特定软件，在至少3个以上连续心动周期自动逐帧追踪医学图像感兴趣区域(region of interest，ROI)内心肌组织在心动周期中声学斑点的位置和运动轨迹，通过测量心肌组织的运动形变来获取心肌组织运动的心肌力学参数，如局部感兴趣区域应变、应变速度及应变率等，进而定量地评估心功能情况[5-6]，此外该技术不受超声声束和室壁运动方向的影响，还可以就整体应变参数对左心室整体运动情况进行评估[7]。同时还能识别在传统DTI中未见明显射血分数下降及室壁运动异常、但已有疾病早期局部室壁运动不协调的缺血性心脏病患者，为亚临床心血管疾病的诊断及治疗提供了指导和依据[8]。

2.2 斑点追踪技术的准确性比较

与其他检查相比，斑点追踪技术对于一些疾病的诊断具有较高的准确性。在研究[9]中，对于入选的93例急性心肌梗死患者在发病48 h内均行斑点追踪超声心动图(speckle tracking echocardiography,STE)及晚期钆增强心脏磁共振(late gadolinium enhancement cardiac magnetic resonance，LGE-CMR)检查，并比较两者对于心功能评估的准确性。结果发现斑点追踪检查对于预测节段性功能改善的敏感性为71.6%，特异性为58.1%，并发现通过分析心内膜周向应变，可以提高节段功能改善的预测准确性，且斑点追踪成像技术可以预测急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)后整体功能恢复以及左室重构的情况，其准确性与LGE-CMR相当。在探究超声心动图评估心肌应变是否可以排除疑似NSTE-ACS患者的严重冠状动脉狭窄的研究中[10]，也证实了整体纵向收缩期峰值应变可用于区分有无冠状动脉狭窄的患者，其敏感性和特异性分别为93%和78%。有研究[11]同样证实当整体收缩期纵向峰值应变临界值为-13.50%时可以有效地检测出具有明显狭窄的患者，且诊断狭窄的敏感性为88.9%，特异性为70.8%。这提示斑点追踪技术作为一项新技术在疾病诊断、判断预后等方面具有较高准确性。

2.3 斑点追踪成像技术的局限性

斑点追踪成像技术现已为临床疾病的诊断及治疗提供了很多指导和依据，但仍然有一定的局限性。由于斑点跟踪的准确性取决于图像质量，因此所测得的结果具有主观性。并且因其时间及空间分辨率较低，因此会导致不同缺血状态下心肌运动分析过程中细微的差异[12]。

3 斑点追踪成像(STI)技术在缺血性心脏病(IHD)中的临床应用价值

3.1 慢性冠脉疾病(chronic coronary artery disease，CAD)

3.1.1 稳定型心绞痛:二维斑点追踪成像技术(2D-STI)对于早期诊断稳定型心绞痛具有一定的应用价值。在研究[13]中，比较了作为金标准的冠状动脉造影和三维斑点追踪显像(three-dimensional speckle tracking imaging，3D-STI)技术对于诊断稳定型心绞痛患者严重程度准确性的差异。结果发现与非严重狭窄组相比，严重狭窄组患者所有应变参数显著更差，并且随着狭窄程度的增加，心肌应变呈线性降低；如果整体面积应变临界值设为>-21%，则检测严重CAD的灵敏度为97.2%，特异性为88.1%，同时整体纵向、周向、径向应变对于检测严重狭窄CAD都具有极高的灵敏度。有研究[14]也证实了二维斑点跟踪超声心动图可预测是否存在CAD，并判断其严重程度。同时整体及分段纵向收缩期峰值应变在单支血管、两支血管和三支血管病变之间的差异具有统计学意义。

3.1.2 缺血性心肌病:缺血性心肌病(ischemic cardiomyopathy，ICM)指的是由于冠脉不同程度的狭窄，导致心肌缺血及营养障碍，心肌细胞出现变性、坏死等，导致心功能受损，逐渐出现射血分数降低等改变的疾病[15]，是心室结构、功能改变和电重构的结果[16]，属于慢性冠状动脉综合征的一种。其诊断的金标准为正电子发射计算机断层显像(positive emission computed tomography,PET-CT)，斑点追踪技术通过观察心脏运动情况判断心肌活性。有研究选取了拟择期行冠状动脉支架植入术的缺血性心肌病患者30例，术前一周内均行PET-CT及二维斑点追踪检查，两者结果相比较发现，对于同一心肌节段来说，峰值径向应变随着PET-CT评分增加而逐渐降低；对于不同心肌节段来说，有存活心肌的节段比无存活心肌的节段峰值径向应变更高[17],提示当由于缺血性心肌病导致的心肌营养障碍而影响心肌活性时，会造成心脏局部的运动功能下降，且下降程度随着狭窄程度增加而增加。

3.2 急性冠脉综合征(acute coronary syndrome，ACS)

3.2.1 不稳定型心绞痛(unstable angina pectoris，UA):UA是一种介于急性心肌梗死及稳定性心绞痛之间的心绞痛综合征，斑点追踪成像技术具有早期诊断UA的临床意义。在研究[18]中，比较了GRACE评分和2D-STE对于左室射血分数(LV ejection fraction，LVEF)正常的UA患者冠心病检出的准确性。结果显示2D-STE中当GLS临界值设定为-17.5%时，区别UA患者有无明显冠脉狭窄的敏感性为87%，特异性为82%，相比于LVEF和GRACE评分具有更高的准确性。一项中国的研究[19]发现，当GLS临界值设定为-20.18%时，诊断UA的敏感性为66.96%，特异性为74.36%，此结果比前一实验较低，这可能是由于2D-STI 要求图像高清晰、高帧频，导致在部分肥胖、肺部病变的患者中应用时敏感性降低，而在本实验中并未区分此类患者。

3.2.2 急性非ST段抬高型急性冠脉综合征:在研究[20]中，将入组的58例患者整体纵向应变(global longitudinal strain，GLS)和区域纵向应变(territorial longitudinal strain，TLS)参数情况与造影结果对比，发现冠心病组的GLS较无冠心病组变化更明显。此外，当GLS临界值设为-21%，避免了16例(28%)患者接受不必要的冠脉造影检查，提示二维斑点追踪成像技术对于冠心病的诊断具有一定价值，且如果选取合适的临界值可以避免可疑患者行不必要的冠脉造影检查。实验还发现，无论生物学标志物是否阳性，GLS均能有效区分有无冠心病的患者。有研究[21]认为对于特定层应变分析可以更加提高斑点追踪技术在非ST段抬高型急性冠脉综合征的诊断率。三层心肌层均可受到CAD的影响，其中心内膜层最易受到缺血损伤，并且CAD严重病变者心内外膜之间的GLS的差异比无CAD者大，且这种差异随着冠心病复杂程度增加而增大。他们还认为三维斑点追踪技术中的整体面积应变(global area strain，GAS)可以更好的观察并反映心内膜情况。有研究[22]也证实了这一点，其结果发现斑点追踪技术的心内膜纵向应变及应变率可以很好地评估存活心肌(viable myocardium，VM)，并且其检测VM的敏感性、特异性和准确性与双核素心肌代谢及灌注显像(dualisotope simultaneous acquisition single photon emission computed tomography，DISA-SPECT)相似，这提示心内膜应变参数变化可作为评估急性心肌梗死后心肌存活情况及心肌功能的有效指标。

3.3 非冠脉阻塞性缺血性心脏病

非冠脉阻塞性缺血性心脏病(ischaemia with non-obstructive coronary arteries，INOCA)是指患者有反复典型或不典型胸痛，但行冠脉造影检查示无明显狭窄(狭窄程度≤50%)的综合征，在2020年欧洲心脏病学会发表的关于INOCA的专家共识文件[23]中指出，其发生的机制可能与冠状动脉微血管功能障碍(coronary microvascular dysfunction,CMD)和心外膜血管痉挛有关。有文献报道[24]，心肌声学造影超声心动图(myocardial contract echocardiography,MCE)结合斑点追踪技术对于INOCA患者心肌微循环及收缩功能早期改变的研究中， 斑点追踪检查发现INOCA组患者左室GLS值为-15.01%±2.67%，而对照组为-20.31%±1.08%，提示在反复发生胸痛但造影示无明显冠脉狭窄的患者中，当早期左室容积和射血分数无明显变化时，但由于微循环功能障碍，则会导致左室整体或局部的长轴收缩功能的降低，此时应用斑点追踪成像技术可以更早更全面地发现这种功能降低。但目前对于应用斑点追踪成像技术检测INOCA的相关研究较少，且本实验的样本量较小，其诊断的准确性有待考证，今后需要更大量的样本研究来证实。

3.4 其他方面

斑点追踪成像技术还可以通过观察纵向心肌应变来评估心脏移植术后异体心脏血管病变的情况。有研究[25]研究了69例(38.8%)经心脏移植出现冠状动脉异体移植血管病变的患者，发现其GLS显著降低(-15.9%±3.0%，对照组为-20.6%±1.4%)，且GLS随病变严重程度加重而显著降低，提示GLS可作为冠脉移植物功能监测的一种新方法。此外，在其他方面也有许多斑点追踪技术应用的研究，如对于先心病心功能评价价值的研究[26]、探究主动脉瓣狭窄患者后负荷与心肌纤维化关系[27]、评价不同构型高血压患者左室心肌应变[28]等等。

4 结语

斑点追踪成像技术已在很多方面展现出较高的应用价值，不仅可以识别早期缺血性心脏病患者心功能下降及室壁运动异常，早期干预早期治疗可明显延缓疾病进展、改善患者预后。并且还能通过斑点追踪成像技术评估临床治疗的疗效和价值。目前很多研究都集中于观察左室、左房的应变率来判断疾病严重程度及治疗的有效性和价值，而对于右室及解剖结构更加复杂的右房研究还很少，同时也缺乏更加精准的参考值和观察标准，未来可以有更多集中于右室右房的研究，并且通过优化系统及检查方法，提出更精准的标准范围来提高诊断的准确率。还可以利用斑点追踪成像技术探究药物在疾病中临床应用的价值及疗效方面的研究，为临床治疗提供更多指导价值。斑点追踪成像技术是一项很有发展前景的技术，未来可更加广泛地应用于临床。