超聲斑點追蹤成像技術的臨床應用

胡艷兵 呂冬梅 (吉林大學白求恩第二醫院電診科，吉林 長春 130041)

超聲斑點追蹤成像技術(speckle tracking imaging，STI)〔1〕是超聲醫學領域內新近高速發展起來的一項新技術，該技術通過運算重建心肌組織的實時運動和變形，能定性及定量地顯示心肌運動速度、應變、應變率以及心臟整體的旋轉角度和旋轉速度。該技術為研究心臟整體和局部功能提供了新的方法，有望在科研和臨床中起到更為重要的作用。

1 斑點追蹤成像技術的原理

二維灰階圖像中小于入射超聲波長的細小結構產生散射、反射、干擾等現象，形成心肌組織中所謂的“回聲斑點”〔2〕。STI又稱二維應變顯像，利用高分辨率的二維灰階圖像分析聲學斑點的運動軌跡，因此該技術時間分辨率較高;同時它又是由非多普勒技術發展而來，不受心臟整體運動及聲束方向與室壁運動方向夾角的影響，無角度依賴性，從而能夠更真實、準確的反映心臟運動情況。研究表明，同一組健康人群的二維圖像經過不同的斑點追蹤分析軟件分析，并進行左室功能評價，可以得到相同的結果〔3〕，這也證明STI的可重復性及無機器、軟件的依賴性。

2 正常心肌斑點追蹤成像的特征

心臟的收縮和舒張運動基本包括四個部分:(1)縱向運動，表示心臟長軸方向的運動，各節段室壁沿心肌縱行纖維方向上的平均應變值在收縮期心肌節段室壁縮短時為負值，舒張期伸長時為正值。(2)徑向運動，表示心臟短軸方向的運動，該應變值反映了室壁收縮期的增厚程度，心肌節段室壁增厚時為正值，變薄時為負值。(3)圓周運動，表示心臟短軸方向的環形運動，各室壁節段沿心臟左室短軸圓周方向上的平均應變值，收縮期心肌節段室壁縮短時為負值，舒張期伸長時為正值。(4)旋轉運動，表示心臟短軸方向的旋轉角度，以心臟左室短軸中心為假想圓心，計算感興趣區中各節段心肌的扭轉角度，從心尖方向觀察，順時針扭轉為負值，逆時針扭轉為正值。四種運動都是整體收縮功能的組成部分，對于左室射血功能具有重要意義，通過測量不同運動的應變可以定量評價心室整體或局部收縮功能。姚涵文等〔4〕研究表明:STI評價心肌運動的四種指標檢測冠脈狹窄≥75%的敏感度、特異度、陽性預測值和陰性預測值對比，其先后順序均為縱向應變＞徑向應變＞圓周應變＞旋轉角度，即縱向應變的敏感度、特異性、陽性預測值和陰性預測值均為各項指標之首。

Grabskaya等〔5〕通過對48名健康志愿者(平均年齡36±3歲，20例為男性)經胸骨旁短軸切面觀通過轉換探頭角度分別獲取左室不同節段的圖像，并分別應用不同的分析軟件對心肌圓周應變進行分析，結果發現圓周應變無角度依賴性，對比而言，心肌旋轉的測定則依賴于探頭角度，而準確的轉換探頭角度則可抵消旋轉的角度依賴性。李衛芹等〔6〕通過研究117例3～15歲的健康兒童，取胸骨旁左室心尖和心底短軸切面對左室扭轉進行測量，并分析各節段室壁旋轉角度及心尖水平、心底水平的旋轉角度，結果顯示:同一年齡組，心底水平各節段室壁旋轉角度從前壁逐漸遞增(前壁＜前間壁＜側壁＜后間壁＜后壁＜下壁)(P＜0.05)。在研究左室心肌形變特征與左室收縮功能的關系中還發現左室射血分數(EF)與左室收縮扭轉相關具有統計學意義〔7〕。

3 臨床應用

3.1 STI在正常人及心肌梗死患者中的應用 張微微等〔8〕通過對35例正常人及35例心肌梗死患者行超聲心動圖檢查，運用STI測量正常人及心肌梗死患者左心室短軸各節段的二維應變值，觀察正常人室壁二維應變規律，表明正常人收縮期室壁最大增厚程度在同水平各節段間分布較一致，乳頭肌水平的徑向應變值顯著高于心尖水平;觀察心肌梗死患者的心肌梗死節段的徑向應變值、圓周應變值比正常組相應節段顯著下降，說明梗死節段心肌增厚和縮短程度明顯下降。可通過STI分析得出具體數值，從而評價心肌壞死的程度，為臨床治療提供了可靠信息。莫瑩等〔9〕通過對兔梗死心肌收縮運動的研究，應用STI測量左冠狀動脈前降支梗死的兔模型和正常兔相對應的心肌節段的二維應變值，表明梗死組兔子的前間壁及左室前壁心肌節段收縮期徑向應變值與正常組比較明顯減低，具有顯著性差異，再次證明超聲STI可準確評價節段性室壁運動異常，將成為臨床評價心肌梗死患者左心收縮功能的新方法。有研究表明，STI能夠通過逐幀圖像分析心肌二維圖像，并從心肌形變中區別心肌梗死的不同程度，即不同程度的透壁心梗〔10〕。相關文獻〔11，12〕報道STI既能定量測定左室局部和整體心肌的變形能力，評價局部和整體心肌組織的收縮功能，且與反映左室重構的指標間(左室收縮末期容積、左室舒張末期容積、左室EF)相關良好，急性心肌梗死導致左室收縮同步性下降的發生率為64.62%，研究發現STI能夠為評價心肌梗死后的左室重構提供客觀參數，也能準確的評價左心室收縮的同步性。賈大林等〔13〕通過采用STI檢測局部心肌功能，研究發現通過檢測心肌舒張功能可準確診斷冠狀動脈病變。

3.2 STI在肥厚型心肌病室壁運動中的應用 謝明星等〔14〕對心功能正常的肥厚型心肌病(HCM)患者及正常對照組患者各20例的左室旋轉運動進行測量分析，與對照組相比，HCM組心底部旋轉角度峰值(MV-Prot)、心尖部旋轉角度峰值(APProt)、扭轉角度峰值(Ptw)、收縮期末扭轉角度(AVCtw)、等容舒張期末扭轉角度(MVOtw)和解旋減半時間(HTU)測值均增加，解旋率(Untw R)測值減低(P均＜0.05);HCM組左心室扭轉角度達峰時間測值較對照組明顯增加(P＜0.05);HCM組內左心室旋轉心尖部達峰時間較心底部測值明顯增加(P＜0.05)。結果表明應用STI可無創性評價HCM患者左心室旋轉及扭轉運動特征，HCM患者左心室旋轉運動力學參數較正常人有明顯異常改變。房芳等〔15〕人應用STI評價EF正常的HCM心肌應變及收縮同步性的變化情況，并探討左室流出道梗阻對于上述指標的影響。分別測量HCM組和對照組的應變值，結果顯示HCM組與正常組相比EF值無明顯差異，但各種應變均顯著降低，分組資料表明梗阻型患者較非梗阻型應變進一步降低，不同步性高于非梗阻型患者。HCM早期即可出現心肌變形能力下降及收縮不同步，左心室流出道梗阻加劇上述變化。

3.3 STI在心力衰竭患者心臟再同步化治療中的應用 心臟再同步化治療〔16〕(cardiac resynchronization therapy ，CRT)，是通過雙心室起搏的方式治療心室收縮不同步的心力衰竭患者。重度心衰患者多存在心室收縮的不同步，CRT在傳統的雙腔起搏的基礎上增加了左室起搏，左室起搏電極經右房的冠狀靜脈竇開口，進入冠狀靜脈左室后壁側壁支起搏左室，同時起搏右心室，通過多部位起搏恢復心室同步收縮，減少二尖瓣反流。對于心衰伴心室失同步的患者，這種治療可以改善患者的心臟功能，提高運動耐量以及生活質量，同時顯示出逆轉左室重構的作用。CRT是近年興起的一種新方法，張軍等〔17〕通過觀察10例慢性心力衰竭患者進行CRT后應用STI評價其左室扭轉及其與左室收縮功能之間的關系，測量心底部旋轉角度及心尖部旋轉角度，發現CRT術后3個月左室心尖部旋轉角度較術前明顯增加，左室扭轉角度明顯增加，證明可以應用STI檢測左心室扭轉角度來評價CRT后患者的左心室收縮功能。另有文獻表明STI能夠定量測定心力衰竭患者左心室局部和整體心肌的變形〔18〕。

3.4 STI評價經皮房室間隔封堵術后患者心臟扭轉運動的變化 雍永宏等〔19〕應用STI分別測量25例單純房間隔缺損的患者術前及封堵術后3 d的左室基底部及心尖部短軸6個節段的收縮期的旋轉角度峰值及平均峰值，繪出左室基底部及心尖部短軸的平均旋轉角度-時間曲線。結果證明房間隔缺損引起的右室容量負荷增加及右室重構對左室基底部的旋轉和左室整體扭轉運動有影響，對心尖部的旋轉運動的影響不明顯。經皮房間隔缺損封堵術可以改善左室基底部的旋轉因而也改善了左室整體扭轉運動。莊艷等〔20〕運用STI評價經皮室間隔封堵術前后患者心臟扭轉運動的變化，表明經皮室間隔缺損封堵術通過逆轉左室的重構而改善左室的扭轉運動，且左室整體的扭轉運動與左室EF的相關性最好。運用STI定量的評價經皮房室間隔封堵術后左室扭轉運動，充分地反映了左室的扭轉運動與左室的收縮功能的良好相關性。

3.5 STI評價2型糖尿病患者左心室收縮功能早期改變 Ng等〔21，22〕應用STI對單純2型糖尿病及其合并左心室肥厚患者進行觀察，并以正常健康人為對照組，分別量取入組患者收縮期左室長軸基底段、中段、心尖段峰值應變、并計算左心室基底段、中段、心尖段收縮期平均峰值應變及左心室整體應變值，結果顯示糖尿病并左心室肥厚患者除心尖段外，其他各節段峰值應變低于單純糖尿病患者，兩組糖尿病患者左心室長軸基底段、中段、心尖段收縮期平均峰值應變及左心室整體應變明顯低于正常對照組，而糖尿病并左心室肥厚組較單純糖尿病組降低。從而說明STI能夠評價2型糖尿病患者早期左心室長軸局部和整體收縮功能改變。

3.6 STI臨床應用的局限性 ①要求高清的二維灰階圖像;②只有較高的幀頻STI才能準確反映局部心肌瞬時的運動信息;③心肌運動是三維的，目前臨床中仍局限在二維平面的觀察，不能完全跟蹤斑點運動的空間位置，其精確性欠佳。

3.7 STI與三維超聲心動圖結合進行研究的前景 目前已有相關研究〔23〕應用三維實時超聲心動圖與STI同時應用，評價左心室心肌收縮同步性。若能把二者結合，使STI在三維超聲心動圖的前提下使用，即可以彌補二維STI的缺乏空間位置的缺點，使STI更好地應用于臨床工作中。

綜上所述，STI能夠定性、定量的對心肌局部運動、左室整體的運動及功能進行評價，隨著超聲影像技術的不斷進步，STI將具有廣闊的發展前景，可為臨床診斷各種心臟疾病以及評價治療效果提供重要信息和依據。

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