斑點追蹤超聲心動圖在心臟疾病中的應用進展

尹闖，蘇雁欣

(哈爾濱醫科大學附屬第二醫院超聲醫學科，哈爾濱 150086)

正確評價心功能在心臟疾病的評估中起核心作用，對指導治療和預后至關重要。雙平面Simpson法是目前推薦的量化左心室容量和收縮功能的方法，但該技術仍存在局限性，包括心內膜定義欠佳和廣泛的壁運動異常[1]。組織多普勒衍生的應變和應變率成像是一種量化心肌機械功能的方法，但組織多普勒衍生的應變變量存在許多缺點，特別是角度依賴性[2]。斑點追蹤超聲心動圖(speckle tracking echocardiography，STE)代表一種先進的、無創的超聲心動圖技術，且不受聲波角度的影響。STE基于心肌組織與超聲波束間的相互作用，產生特定的聲學標志物，稱為斑點，通過專用軟件可以在整個心動周期內追蹤斑點的位移。與組織多普勒成像相比，STE具有諸多優勢。在STE前，只有心血管磁共振成像的心肌組織標志物能夠評估心肌的形變且無角度依賴性，但受到高成本和有限的機器的限制[3]。STE是一種半自動化的方法，可有效降低操作者自身和操作者之間分析的變異性，同時STE還具有良好的可重復性，在多數情況下優于傳統的超聲心動圖參數[4]?，F就STE在心臟疾病中的應用進展予以綜述。

1 應變的概念以及不同類型的心肌形變

“應變”表示在心臟收縮運動時心肌發生的相對于其原本形狀的形變。拉格朗日應變(由希臘字母ε表示)方程式定義為：ε=(L-L0)/L0。成人左心室心肌具有復雜的結構，左心室心肌由3層心肌組成，即心內膜下的右手螺旋肌纖維、中層的環形肌纖維和心外膜下的左手螺旋肌纖維，所有這些肌束的協同收縮使左心室可以沿著不同的平面變形，包括縱向平面(收縮期縮短和舒張期伸長)、徑向平面(收縮期增厚)和周向平面(心臟收縮期間的縮短和心臟舒張期間的伸長)；此外，在心臟收縮運動期間，心尖發生逆時針旋轉，心底發生順時針旋轉，左心室心尖和心底以相反的方向旋轉，從而引起左心室收縮期的扭轉運動[5]。

縱向應變代表左心室心肌沿縱軸方向的縮短，通常選取心尖兩腔、三腔、四腔心切面的圖像。除了對左心室各個節段的縱向應變進行分析外，還可以獲得所有區域形變的平均值，稱為整體縱向應變(global longitudinal strain，GLS)。GLS是代表左心室整體功能的重要指標，GLS測值的一致性在很大程度上受操作者經驗的影響，但無論圖像的質量如何，左心室射血分數(left ventricular ejection fraction，LVEF)測量值的易變性均遠高于GLS，縱向應變能夠準確、早期地檢測出可能影響心內膜下縱向肌纖維的改變(如缺血性損傷)[6]。徑向應變反映了對應于收縮期增厚的徑向心肌變形，并由正曲線定義，通過對在基底、乳頭肌和心尖水平獲得的胸骨旁短軸切面圖像進行分析；周向應變表示沿圓周平面的心肌縮短，并且在徑向應變的相同圖像上計算，周向應變曲線通常是負的[7]。與縱向應變一樣，徑向應變和周向應變同樣可以計算所有區域形變的平均值，稱為整體徑向應變和整體周向應變。

2 STE在心臟疾病中的應用

2.1在高血壓性心臟病中的應用 高血壓是充血性心力衰竭發生率增加的因素之一，在高血壓患者中發現的結構性和功能性心肌異常均可導致心功能障礙，是可以從無癥狀狀態發展為具有顯著臨床癥狀的心臟疾病。由于后負荷增加，左心室發生重構，導致心肌肥大和纖維化，這也直接影響左心室收縮功能。當LVEF維持在正常范圍內時，收縮和舒張功能異常在高血壓患者的早期階段就已經出現，Kosmala等[8]按照紐約心臟病協會(New York Heart Association，NYHA)分級對高血壓患者進行分組研究，結果發現，縱向應變在心功能早期階段(即NYHA Ⅰ級)就出現相應節段降低，而且隨著心功能的惡化，縱向收縮功能也逐漸降低，而周向應變和徑向應變在晚期階段才出現顯著降低，NYHAⅠ級的患者甚至還出現某些節段的升高，可能與主要負責縱向收縮功能的心內膜下心肌纖維受損有關，因為這些纖維更易受高血壓導致的室壁應力和缺血損傷的影響，早期階段保留的徑向和周向收縮功能在維持LVEF方面發揮了作用。盡管通過常規超聲心動圖評估的LVEF正常，但通過STE可以早期檢測到心功能異常，并且可能識別出高血壓所致的心肌受累程度。高血壓對左心室的影響已經被人們熟知，但高血壓導致的后負荷增加對右心室的影響很少為人所關注。Pedrinelli等[9]利用STE分析輕度增加的收縮期血壓對右心室功能的影響，通過STE在右心室中部游離壁和室間隔上發現了縱向應變參數降低，室間隔厚度隨血壓增高而增厚，但右心室壁卻無顯著增厚，應變參數與室間隔厚度呈顯著負相關，這與室間隔的結構有關，室間隔與左、右心室共享心肌纖維，室間隔的這種結構有助于右心室的射血和充盈以及左、右心室的相互依賴性，即力從一個心室傳遞到另一心室，而不受神經、體液或血液循環的影響，這些在常規超聲心動圖上并沒有體現，反映了STE在檢測高血壓所致的右心室功能障礙方面的重要價值。STE在高血壓所致的心房功能障礙中也具有重要價值，其用于左心房研究的可行性已經得到了驗證[10]。Mondillo等[11]在左心房大小正常的高血壓和糖尿病患者中發現了心房應變參數的降低，而常規指標與對照組比較則無差異，由于排除了左心房大小對結果的影響，左心房功能障礙可能在自身體積擴張前就已經出現。由于左心房應變在同時有糖尿病和高血壓的患者中進一步降低，且兩種疾病之間并無顯著的相互作用，因此糖尿病和高血壓對左心房的損傷可能是累積的，STE在識別糖尿病和高血壓對左心房功能的損傷中具有顯著優勢。

2.2在糖尿病所致的心臟損害中的應用 即使沒有并存的冠狀動脈疾病，糖尿病也與心力衰竭的發展有關，且不依賴冠狀動脈疾病和高血壓而獨立影響心臟的結構和功能，因此早期發現糖尿病導致的亞臨床心功能損害至關重要。Nakai等[12]利用STE對60例無癥狀糖尿病患者進行研究，結果發現，與對照組相比，患者出現了不同程度的縱向應變、周向應變和徑向應變降低，這在LVEF改變前就已經出現，盡管左心室舒張功能障礙在糖尿病的早期階段就已出現，但多伴隨亞臨床收縮功能障礙，應變降低可以反映早期收縮功能障礙，且與糖尿病病程獨立相關，同時也反映了長期高血糖狀態對心臟的潛在損傷，為糖尿病患者的管理提供了重要信息。與2型糖尿病不同的是，1型糖尿病很少伴隨高血壓和肥胖，更多的有害因素是高胰島素血癥和胰島素抵抗。Jdrzejewska等[13]的研究不僅發現了1型糖尿病患者不同程度縱向應變和徑向應變降低，還發現了低密度脂蛋白膽固醇與應變參數之間的相關性，這與Vitarelli等[14]的研究結果相似，原因可能與高膽固醇血癥對心肌細胞的直接影響有關，表明即使無臨床癥狀，1型糖尿病患者的心功能仍可發生改變。Ringle等[15]研究發現，糖尿病患者的GLS降低，且應變參數降低與患者的代謝狀態無顯著的聯系，說明糖尿病本身可能對心臟產生直接影響，但整體徑向應變和整體周向應變與對照組相比并無差異，相反，在6年的隨訪期間還出現了增高的趨勢。由此可見，糖尿病對心肌的影響可能最先開始于心內膜下，保留的周向和徑向應變作為一種補償機制來維持左心室收縮功能。

2.3在冠狀動脈疾病中的應用 心血管疾病，尤其是急性冠狀動脈綜合征是導致死亡的主要原因之一，在因急性發作性胸痛而接受急診的患者中，有很多患者被診斷為非ST段抬高型心肌梗死(non-ST-elevation myocardial infarction，NSTEMI)，LVEF是評估左心室收縮功能的指標，并且仍是急性心肌梗死(acute myocardial infarction，AMI)患者預后的良好預測指標，但與LVEF相比，STE測量的應變參數更具優勢，在及早識別心肌功能障礙、預測心肌梗死后左心室重構以及患者的預后方面均具有重要價值。對于慢性完全閉塞的冠狀動脈，其供血區域內的心肌可能是有功能的，也可能是發生功能障礙但存活的或不能存活的，對于這類患者監測經皮冠狀動脈介入治療(percutaneous coronary intervention，PCI)后心功能的恢復情況很關鍵。Wang等[16]對接受PCI的慢性完全閉塞患者進行了1 d、3個月、6個月的隨訪研究，結果發現，LVEF在PCI后的3個月才出現改善，而運用STE在術后1 d就可以檢測出GLS改善，說明術后第1天左心室功能就開始恢復，STE在監測接受PCI患者的心肌功能恢復方面早于常規超聲心動圖。Ersb?ll等[17]研究發現，隨著患者Killip分級的增加，左心室GLS逐漸惡化，說明患者發生的血流動力學惡化可以通過減少的GLS反映出來，STE可以用來預測患者的院內心力衰竭。Wdowiak-Okrojek等[18]對首次入院的AMI患者研究發現，在接受PCI的第1天和第2天收縮期縱向應變參數發生顯著改善，舒張期縱向應變參數在1周內也出現好轉，并且分別在第3天和第7天達到最高水平，說明STE可以發現AMI再灌注治療后心肌功能的恢復情況。另一項針對首次AMI并接受PCI患者的研究發現，入院時GLS中位數>-15%的患者在3個月和6個月隨訪期間表現出了更多的左心室容積擴張，表明STE在預測AMI后左心室重構方面具有重要價值[19]。一項對1例NSTEMI患者的研究發現，患者入院時血壓平穩，心電圖顯示輕度的ST段壓低，癥狀發作后的3 h內肌鈣蛋白T也未增加，按照目前的指南患者只需要在72 h內行冠狀動脈造影，但對患者進行STE檢測后發現GLS顯著異常，冠狀動脈造影后發現左前降支起始段完全閉塞，患者接受了介入治療，術后5個月隨訪時顯示左心室容積正常，LVEF為68%，無室壁運動異常，同時STE分析顯示縱向應變參數恢復[20]。NSTEMI患者的血運重建時間至關重要，運用STE可以早期發現這類患者的心肌運動異常，有助于患者及時接受介入治療并挽救存活的心肌，以減小最終的梗死面積，改善患者的預后。

2.4在心臟瓣膜病與心臟移植中的應用 獲得性瓣膜疾病常累及主動脈瓣和二尖瓣，導致瓣膜狹窄或關閉不全。瓣膜狹窄導致心腔壓力負荷增加，關閉不全則導致容量負荷增加，最常見的表現形式是主動脈瓣狹窄和二尖瓣反流。隨著年齡的增長，主動脈瓣狹窄的發生率也隨之增加，部分患者甚至需要手術干預治療。在65歲以上的人群中，二尖瓣反流的發生率也隨著年齡的增長而急劇上升[21]。這一系列改變必然對心臟產生不利影響，這時就需要對心功能進行正確的評估，STE是評估心肌功能的有效方法。目前，無癥狀的重度主動脈瓣狹窄患者是否需要進行主動脈瓣置換仍然存在爭議。Carstensen等[22]通過對104例無癥狀的中至重度主動脈瓣狹窄患者的研究發現，盡管患者的LVEF≥50%，但左心室基底節段的縱向應變參數顯著降低，而且在隨訪期間有43例患者達到了主動脈瓣置換指征，說明STE可以正確識別無癥狀主動脈瓣狹窄患者的亞臨床心肌功能障礙，并且在決定是否進行主動脈瓣置換中發揮一定作用，這為主動脈瓣狹窄患者的早期診療提供了幫助。心房顫動是主動脈瓣狹窄術后常見且嚴重的并發癥，Cameli等[23]研究發現，與術后未發生心房顫動的患者相比，心房顫動患者的左心房峰值縱向應變顯著降低，應變參數在預測術后心房顫動方面的靈敏度為86%，特異度為91%，這說明左心房固有功能的應變參數在預測主動脈瓣狹窄患者術后發生心房顫動方面具有一定價值。患者術后發生心房顫動可能與氧化應激、炎癥及左心房纖維化有關，STE測量的左心房應變值降低很好地反映了左心房的功能障礙，為術后患者的護理提供了參考。Kamperidis等[24]對擴張型心肌病導致的繼發性二尖瓣反流患者進行了研究，結果發現，與輕度或無二尖瓣反流的患者相比，重度繼發性二尖瓣反流患者的前向射血分數和GLS均顯著降低，但兩組間LVEF比較差異無統計學意義，盡管LVEF是評估二尖瓣反流患者左心室功能狀態的指標之一，但重度二尖瓣反流患者左心室血液在收縮期會有一部分排入左心房，這時如果仍用LVEF作為衡量指標就會高估左心室的功能，STE在重度二尖瓣反流患者中發現了更差的GLS，說明心肌功能狀態比想象中的更差。正確評價患者的心肌功能直接決定了手術的風險，因此STE在評價重度二尖瓣反流患者心肌功能狀態方面更加敏感。

在過去的幾十年中，心臟移植已成為晚期心力衰竭的標準治療方法，準確評價患者的心功能對術后的健康管理至關重要。Moivas等[25]對接受心臟移植的患者進行研究，結果發現，移植術后盡管LVEF維持在正常范圍，但早期GLS顯著降低，在隨訪過程中，GLS逐漸改善，直至2年后才恢復正常，可見，LVEF只能反映心動周期中心腔大小的變化，僅可間接評估心功能，且對于早期心肌功能障礙不敏感，而STE可以在早期檢測出心臟移植患者心功能降低，并且可以監測患者術后的心功能恢復情況，有利于對患者的隨訪觀察。Sarvari等[26]研究證實，心臟移植后左心室GLS是臨床不良預后的敏感指標，而且是患者1年病死率的唯一且非侵入性獨立預測因子，靈敏度和特異度均高于LVEF。

2.5在自身免疫性疾病對心臟損傷中的應用 自身免疫性疾病與多種心血管合并癥的風險增加有關，其中部分原因在于存在心血管危險因素(年齡、性別、家族史、吸煙、久坐不動的生活方式及血脂異常等)，除了這些危險因素，自身免疫性疾病導致的心血管疾病還涵蓋了不同的病理生理過程(如內皮功能障礙、心肌和血管炎癥以及無臨床癥狀的加速的動脈粥樣硬化)，這些均可導致心肌功能障礙，最終導致心力衰竭。在疾病早期，LVEF通常在正常范圍，因此早期識別患者心功能損傷尤為重要。Fine等[27]研究發現，雖然類風濕關節炎(rheumatoid aarthritis，RA)患者的LVEF在正常范圍內，但左心室和右心室的應變值顯著降低，說明STE可以早期發現RA患者的亞臨床心肌損害，這可能與炎癥導致的加速的冠狀動脈粥樣硬化有關，與基底段和中間段相比，RA患者的心尖段縱向應變降低更顯著，這與高血壓導致的基底段應變降低和肥厚型心肌病導致的間隔應變降低顯著不同，有助于將RA導致的心肌損害與其他疾病鑒別開來。Midtb?等[28]對RA的疾病活動性進行了研究，結果發現，與緩解期的患者相比，處于活動期的RA患者左心室GLS顯著降低，說明較高的疾病活動度與心肌功能惡化有關，這可能是活動期的高炎癥狀態導致的。在一項運用白細胞介素抑制劑治療RA患者的研究中發現，白細胞介素抑制劑治療后左心室GLS顯著改善，這更加支持了疾病活動性與心肌功能降低有關[29]。Leal等[30]對兒童期發病的系統性紅斑狼瘡患者進行了研究，結果發現，縱向應變和徑向應變均降低，且應變參數與患者的心血管危險因素及疾病活動性均顯著相關，這可能與SLE伴發的心肌炎和纖維化有關。因此，臨床上控制SLE患者的疾病活動和心血管危險因素格外重要。

2.6在心肌病中的應用 肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy，HCM)的特征是左心室心肌壁增厚。HCM的病理是心肌肥大和纖維紊亂導致舒張功能受限，通過常規超聲測得的收縮功能并沒有變化，不能很好地反映心肌功能的真正變化。Huang等[31]對37例HCM患者進行了研究，結果發現，與正常受試者相比，HCM患者的前間隔以及前壁心內膜層、中層、心外膜層的周向應變均顯著降低，而后壁的心內膜層和中層的周向應變較正常人增大，徑向應變較對照組均顯著降低，雖然HCM患者的LVEF維持正常，但在肥大心肌中出現了應變值降低，這可能與HCM患者左心室肥大、心肌纖維化以及左心室心肌纖維紊亂有關，一旦左心室肥大，心內膜層、中層和心外膜層心肌纖維的正常解剖結構就會改變，收縮功能必然受損，為了維持正常的左心室收縮功能，非肥厚的心肌代償性增強了周向應變以維持正常的LVEF；同時還發現，室間隔三層心肌的周向應變與舒張末期室間隔厚度具有良好的相關性，室間隔厚度的增加可能加重了心肌損傷。這些發現有助于了解HCM帶來的早期心臟損害，為臨床治療提供幫助。

擴張型心肌病(dilated cardiomyopathy，DCM)是一種與心肌有關的疾病，其特征是心室擴張并逐漸損害1個或2個心室的收縮功能。DCM患者通常在早期無癥狀，但隨著年齡的增長，癥狀逐漸出現，心臟功能開始降低，盡管大多數DCM病例是特發性的，但仍有一部分患者具有遺傳特征，稱為家族性DCM。Verdonschot等[32]研究發現，與對照組相比，DCM患者親屬的左心室GLS異常，并且在基因突變的親屬中發現了更差的GLS，但經過多變量分析發現，基因突變與GLS無顯著相關性，而年齡、冠狀動脈疾病、慢性阻塞性肺疾病等傳統心血管危險因素與GLS有很好的相關性；在隨后的隨訪中發現，具有異常GLS的患者親屬也更容易出現LVEF惡化，且這部分患者的住院率和病死率也更高。由此可見，DCM患者家屬左心室GLS降低主要受心血管危險因素和DCM家族史的影響，與基因突變關系不大，這對于識別和治療具有高風險的DCM親屬、降低病死率和住院率具有重要的臨床意義。此外，STE在鑒別縮窄性心包炎和限制性心肌病方面也有重要價值。Sengupta等[33]研究發現，縮窄性心包炎患者的周向應變降低，縱向應變變化不大，而限制性心肌病患者的周向應變改變不顯著，縱向應變顯著降低，雖然心外膜下和心內膜下心肌分別以左、右手螺旋形式相互移行，但心內膜下心肌主要引起縱向應變的改變，而心外膜下肌纖維主要對周向應變貢獻最大，縮窄性心包炎以心包增厚、鈣化為主，因此主要累及心外膜下區域，而限制性心肌病以心內膜下纖維化和沉積物浸潤為主，因此主要引起縱向應變的改變。運用STE可以幫助鑒別縮窄性心包炎和限制性心肌病。

2.7在接受化療的乳腺癌患者心臟損傷中的應用 與癌癥治療相關的心臟功能障礙是蒽環類藥物的常見并發癥，這可能會對患者的預后產生重大影響，因此需要在接受蒽環類藥物治療后早期監測心臟功能，但傳統的方法尚不足以檢測出潛在的心肌損傷，而STE可通過分析心肌應變檢測出亞臨床心臟功能障礙。Anqi等[34]對使用蒽環類藥物化療的40例乳腺癌患者進行了研究，結果發現，隨著化療藥物劑量的增加，左心室GLS逐漸降低，且在分層應變分析中發現，心內膜下應變降低最顯著，這可能與心內膜下肌纖維對化療藥更敏感有關；而對各個節段進行分析發現，在前室間隔和前壁的不同節段中應變降低最顯著，這些節段又是左前降支冠狀動脈的供血區域，表明左前降支冠狀動脈供血的心肌節段對蒽環類藥物化療更敏感。Luo等[35]運用斑點追蹤分層應變技術同樣在接受表柔比星化療的乳腺癌患者中發現了左心室GLS降低，且這種改變只發生在心內膜下心肌中，這可能與心內膜下心肌收縮期增厚率最大、更容易檢出有關。

3 STE的局限性

解決STE的一些主要局限性是非常必要的。首先，對超聲心動圖圖像質量和幀頻的依賴性導致STE并不能適合每一例患者，尤其是體位不佳者；其次，即使獲得了最佳圖像，在縱向分析期間，左心室側壁的分辨率也可能會降低，有時前壁也是如此。另外，由于肋骨的混響偽像，徑向應變的重復性不如縱向應變和周向應變[36]。除了這些技術困難外，STE還需要離線分析，這無疑會延長檢查時間，因此需要綜合考慮。

4 小 結

作為一種評估心功能的新技術，STE從首次應用于臨床到目前已經取得了很大進展，并且已經應用于不同的臨床環境，不僅彌補了常規超聲技術的不足，還提供了很多額外的診斷信息，為臨床疾病的評估和治療提供了很大的幫助。應變參數也已經開始包含在指南和共識文件中，如在美國超聲心動圖學會和歐洲心血管成像協會關于超聲心動圖心腔量化的共識文件中應變被視為左心室功能的重要指標[1]，表明了應變參數在左心室功能分析中的重要價值。同時，STE還具有良好的可行性和可重復性，在心臟疾病中具有較高的應用價值。