超声斑点追踪成像在射血分数保留的心力衰竭中的应用进展

林艺霞，张丽，谢明星，李玉曼*

1.华中科技大学同济医学院附属协和医院超声医学科，湖北 武汉 430022；2.湖北省影像医学临床医学研究中心，湖北 武汉430022；3.分子影像湖北省重点实验室，湖北 武汉 430022；*通信作者 李玉曼 liym@hust.edu.cn

心力衰竭是各种原因导致心输出量不能满足组织及器官代谢需要的一组复杂临床综合征，同时也是各种心脏疾病的终末阶段。根据2016年欧洲心脏病学会（European Society of Cardiology，ESC）《急慢性心力衰竭诊断与治疗指南》，心力衰竭分为射血分数保留心力衰竭（heart failure with preserved ejection fraction，HFpEF）[左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）≥50%）]、射血分数中间值的心力衰竭[（heart failure with mid-range ejection fraction，HFmrEF），LVEF 40%～50%]及射血分数减低的心力衰竭[（heart failure with reduced ejection fraction，HFrEF），LVEF≤40%][1]。其中HFpEF是多种原因导致心脏结构或功能异常引起心室舒张功能障碍、充盈压增高、收缩功能正常或轻微受损，但LVEF仍在正常范围内。HFpEF患病率约占心力衰竭的50%，且随人口老龄化加速和心血管疾病危险因素（如高血压、糖尿病、肥胖等）患病率的升高，其发病率逐年上升[2]。2016年ESC指南明确了HFpEF的诊断标准[1]：（1）存在心力衰竭的症状和（或）体征；（2）LVEF≥50%；（3）利钠肽水平升高：脑钠肽＞35 pg/ml和（或）N末端脑钠肽前体＞125 pg/ml；（4）至少符合以下1条：①相关结构性心脏病[左心室肥厚和（或）左心房增大]；②左心室舒张功能不全。

心脏结构及功能变化的客观证据常需影像学检查获得，超声心动图是目前临床评估心脏结构及功能的首选方法。由于HFpEF的症状和体征无特异性，且LVEF在正常范围内，因此LVEF等常规超声心动图参数在HFpEF心功能评估中受限。超声斑点追踪成像（speckle tracking imaging，STI）技术的出现，为HFpEF的心功能评价及危险分层提供了新的影像学方法。本文拟对STI在HFpEF患者心功能评估方面的应用及进展进行综述。

1 STI 的原理

1.1 二维超声斑点追踪成像（2D-STI） 斑点又称为散斑，是二维超声成像中当声束通过小于入射超声波波长的微小结构时，产生反射、散射、干扰等现象形成的一种斑点样回声。由于这些斑点与心肌组织同步运动，其形态在相邻帧图像间无明显变化。2D-STI在二维超声图像基础上，软件自动逐帧追踪感兴趣区心肌组织的超声斑点并与第一帧图像中的斑点相比较，描绘出感兴趣区内各节段心肌的运动轨迹，从而获得心肌应变及应变率等参数[3]。2D-STI无角度依赖性，不受邻近心肌节段及心脏整体运动的影响，可定量研究心肌在各个方向（如纵向、径向及圆周平面）的形变及心室扭转[4-5]，已广泛用于各种心血管疾病的心功能评价[6-10]。与常规超声心动图相比，2D-STI可以敏感、准确地发现早期心肌功能受损[11]。

1.2 三维超声斑点追踪成像（3D-STI） 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，通过对心脏全容积图像进行分析更精确地追踪心肌斑点回声在三维空间的运动轨迹，获得心肌在三维空间上的应变、扭转及心室容积、射血分数等参数，进而准确评价心脏整体及局部功能。与“金标准”心脏磁共振（cardiac magnetic resonance，CMR）参数的相关性较常规超声心动图参数更强，是STI技术的一次革新，弥补了2D-STI仅局限于二维平面内追踪的不足[12-14]。

2 STI 心功能评估

2.1 左心室功能 既往研究认为，HFpEF患者LVEF在正常范围内是因为左心室舒张功能障碍而收缩功能正常；而近年有研究发现HFpEF患者并非仅舒张功能障碍，早期可能已存在亚临床收缩功能障碍[15]。心脏运动由纵行与环形心肌协调作用完成，心脏扭转运动代偿性增加使HFpEF患者LVEF保持在正常范围[1]，因此早期识别HFpEF患者左心室收缩功能障碍可为危险分层及早期干预提供依据。兰津等[16]研究发现HFpEF患者左心室心内膜下层、心肌中层及心外膜下层整体纵向应变（global longitudinal strain，GLS）均减低，表明HFpEF不仅影响心内膜下心肌，还可影响全层心肌。Bshiebish等[17]发现HFpEF患者左心室整体纵向应变（left ventricular global longitudinal strain,LVGLS）显著减低，而LVEF未显著减低，表明LVGLS较LVEF可以更敏感地检测左心室功能受损。Kosmala等[18]应用2D-STI分析207例有症状及60例无症状HFpEF患者，发现两组患者LVGLS均显著减低，提示LVGLS可以准确预测运动前后心输出量，预测价值显著优于LVEF及E/e'。Kalra等[19]对3 445名HFpEF患者中位随访2.9年发现，在多个超声参数中LVGLS受损是HFpEF患者心源性猝死的最强预测因子。范苗等[20]应用3D-STI对HFpEF患者及无心力衰竭患者进行分析，结果显示HFpEF患者左心室整体面积应变明显减低，与LVEF呈负相关，表明整体面积应变可在LVEF尚未发生改变前发现左心室早期收缩功能障碍。另一项研究表明在HFpEF患者中，三维GLS、径向应变和圆周应变是左心室收缩功能受损的预测指标，其中三维GLS的预测能力最强[21]。

2.2 左心房功能 HFpEF患者左心室舒张功能障碍、充盈压升高导致左心房无效排空及前、后负荷增加，最终导致左心房重构及心功能受损。左心房增大是左心室舒张功能障碍的公认指标，并且是HFpEF患者预后不良的独立预测因子[22]。STI通过不同时相中左心房形变评价左心房功能。左心房峰值应变出现在心室收缩期，代表储备功能；左心房被动应变出现在舒张早期，代表通道功能；左心房主动应变出现在左心房收缩期，代表泵功能[23]。2D-STI研究发现，HFpEF患者左心房应变在所有时相中均受损，且独立于左心房大小，左心房大小正常但左心房应变显著减低，其左心房储备应变与左心房大小无相关性，是评估左心室充盈压的敏感参数，可为HFpEF诊断提供增量预测价值[24]。Morris等[25]研究显示左心房应变是早期诊断HFpEF患者左心房功能异常的敏感参数，且敏感度高于左心房容积指数；同时左心房应变受损与临床表现（较差心功能分级）及结局（心衰住院）显著相关。Telles等[26]研究发现HFpEF患者左心房峰值及主动应变均较非HFpEF者减低，且与血流动力学（肺毛细血管楔压）异常有关。左心房峰值应变＜33%无创诊断HFpEF的敏感度为88%、特异度为77%，可作为评估心腔压力的无创指标。由于2D-STI存在斑点的出平面运动，且左心房沿用左心室分段，对左心房显示不全；而3D-STI能够更加客观地定量左心房形变和功能，并可对左心房进行分层分析，弥补了2D-STI的不足。刘峻松等[27]应用3D-STI研究发现左心房大小正常的HFpEF患者左心房应变减低，以中部为主；随着左心房增大，除中部外，基底部及房顶应变亦显著减低；其中中部应变的重复性好，是左心房功能评估较为理想的指标。

2.3 右心室功能 近年右心室功能越来越受到临床关注，约4%～50%的HFpEF可出现右心室功能障碍（right ventricular dysfunction，RVD），且RVD是HFpEF预后不良的独立危险因素[28-29]。HFpEF通过多种机制导致RVD，主要包括[29-31]，①肺动脉高压（pulmonary hypertension，PH）：右心室易受后负荷影响，HFpEF患者左心室舒张功能障碍、左心房压升高，导致后毛细血管PH引起RVD；②瓣膜疾病：如HFpEF患者伴有三尖瓣反流使右心室容量负荷增加，逐渐出现右心室重构，进一步导致RVD；③心室间相互作用：左心室的结构和功能改变可通过共有的间隔影响右心室，约20%～40%右心室收缩的动力源于左心室收缩，因此左心室-右心室间直接或间接作用可导致RVD；④心力衰竭合并症：如冠状动脉疾病、房颤、高血压、慢性阻塞性肺疾病、糖尿病、肾功能不全、肥胖等通过代谢功能障碍或全身炎症等使右心室重塑导致RVD。准确评估右心室功能具有重要的临床意义，但由于右心室位于胸骨后方且形态结构复杂，常规超声心动图评估右心室功能较为困难[28]。超声心动图新技术的发展和应用提高了其评估右心室功能的能力[32-34]，STI克服了传统参数的局限性，可以客观定量评估右心室功能，其结果与CMR测值呈中强度相关[28,35]，为HFpEF患者右心室评估提供了新参数。

Morris等[36]应用2D-STI发现HFpEF患者较无症状左心室舒张功能障碍患者右心室整体纵向应变（right ventricular global longitudinal strain,RVGLS）及舒张早期纵向应变率减低，多元回归分析显示LVGLS是右心室纵向应变的独立预测因子。该课题组的多中心研究[37]显示，与对照组和无症状左心室舒张功能障碍患者相比，HFpEF患者RVGLS和右心室游离壁纵向应变显著减低，但比HFrEF患者受损程度低；同时发现HFpEF患者在传统右心室功能参数尚未发生改变前，应变参数已经减低；右心室应变参数能够敏感地发现细微的右心室功能受损，且与患者临床症状显著相关，是患者呼吸困难和纽约心功能分级≥3的预测指标，其预测能力优于常规右心室功能参数。Lejeune等[28]研究表明，在常规右心室功能参数及STI参数中，RVGLS与心脏磁共振右心室射血分数的相关性最好（r=-0.617，P＜0.001），是HFpEF患全因死亡和心力衰竭住院的独立预测因子，并具有附加的预测价值，应将其作为常规超声右心室功能检查的一部分。

由于右心室形态结构复杂，三维超声较二维超声更适合右心室评估。Meng等[38]应用3D-STI评估HFpEF患者右心室功能变化并进行随访，结果显示三维右心室游离壁纵向应变受损是HFpEF预后不良的独立预测因子，三维右心室游离壁纵向应变＜22%的患者发生不良结局的风险增加。

2.4 右心房功能 心力衰竭患者右心功能非常重要，右心室功能障碍已有广泛研究，但对于右心房在心力衰竭中的作用了解较少。右心房在右心室充盈及中心静脉压测定中起着重要作用。右心房功能由储备、通道、泵功能3部分组成[39]。HFpEF患者右心房功能障碍原因复杂，主要包括[40]，①PH：HFpEF患者左心充盈压升高和肺血管疾病继发的PH引起右心室后负荷增加，进一步导致右心室向心性肥厚并降低右心室顺应性，引起右心室充盈压升高，右心房后负荷增大；②瓣膜疾病：如HFpEF患者三尖瓣关闭不全导致右心房容量负荷增大；③房颤：通过诱导心肌纤维化与重构直接损害右心房功能。苟春丽等[41]研究表明，HFpEF患者右心房短径扩大比率小于HFrEF患者，且HFpEF合并PH患者右心房短径、长径及面积大于不合并PH患者。Ikoma等[42]发现右心房增大的HFpEF患者房颤发生率高、右心室收缩功能差，患者出现不良结局的风险增加。Jain等[39]应用CMR追踪技术对HFpEF、HFrEF与无心力衰竭患者进行前瞻性研究，发现HFpEF患者右心房储备功能受损而泵功能保留。目前仍缺乏超声STI对HFpEF患者右心房功能的相关研究，CMR追踪技术在HFpEF患者右心房应变中的结果还需进行STI研究加以验证。

3 小结与展望

目前应用STI对HFpEF患者的研究日益受到临床关注。由于STI可以早期发现HFpEF患者心功能异常，且其应变参数是HFpEF患者预后不良的独立预测因子，因此STI对于HFpEF患者的临床危险分层、病情评估、治疗决策和预后判断均具有重要意义。尽管有研究推荐将应变值作为常规超声检查的一部分，但由于没有明确的阈值及临床操作比较费时，目前临床上并未将应变值作为常规超声检查参数，如何更好地运用STI并将其指导临床是未来研究的方向。