斑點追蹤超聲心動圖技術在新生兒中的應用進展

華璐伊，徐莉莉，張志群

斑點追蹤超聲心動圖技術在新生兒中的應用進展

華璐伊1，徐莉莉2，張志群2

1.浙江中醫藥大學第四臨床醫學院，浙江杭州 310053；2.浙江大學醫學院附屬杭州市第一人民醫院兒科，浙江杭州 310006

評價新生兒心功能的傳統指標或檢查手段對患兒心功能的細微變化或臨床前變化的敏感度不高，斑點追蹤超聲心動圖技術可通過檢測室壁運動而較好地評價其心肌應變和心室旋轉等，為新生兒心功能的評價提供新方法。本文對斑點追蹤超聲心動圖技術在新生兒心功能評價中的應用進展做一綜述。

斑點追蹤超聲心動圖；新生兒；心室應變；心室扭轉

收縮功能和射血分數是評價左心室（left ventricle，LV）功能的傳統方法，二者可用于評估腔體尺寸；但因新生兒圖像的再現性與標準化不佳，無法及時發現患兒心臟的顯性功能障礙。右心室（right ventricle，RV）功能評價的傳統方法因其獨特的三維結構而受限。斑點追蹤超聲心動圖（speckle tracking echocardiography，STE）技術衍生的應變測量在剛被引入臨床應用時，便很快成為LV功能評價的指標，現已被納入成人心臟超聲心動圖的相關建議中[1]。研究表明，STE測量心臟應變較常規超聲心動圖更敏感，且其不依賴于超聲角度，可追蹤心臟各方向的運動，評估心臟縱向、徑向、周向的應變和應變率（strain rate，SR）[2]。健康新生兒相關參考值的建立將實現相關疾病下心臟應變值變化的臨床評估[3]。

1 STE概述

目前，STE多為二維成像技術。散斑圖案是超聲波束產生的聲學反向散射，斑點運動遵循心肌運動，逐幀追蹤定義的斑點區域最終覆蓋整個心動周期，提取位移（斑點的運動）、速度（斑點運動的速度）、心肌節段應變（斑點之間距離的相對變化）、SR（距離變化發生的速度）、扭轉（心臟收縮的扭轉運動）和解旋（心臟舒張的解旋運動）等。

心肌應變是指心肌從舒張末期的基線形態到收縮末期的應變形態，表示為相對于基線變化的百分比，包括縱向縮短、周向縮短和徑向增厚。LV和RV的應變模式不同，LV射血分數和每搏輸出量的主要應變是周向縮短，RV則是縱向縮短。應變受前后負荷影響，SR對負荷的依賴性較低，更能反映收縮性，提供超出常規超聲心動圖測量值的信息。既往研究證實，心肌應變和SR是定量測量新生兒LV功能的敏感指標[4]。

二維STE是一種已經被充分驗證了的，可評估心臟旋轉力學的方法。LV扭轉可描述LV收縮期的扭轉運動，是心尖和心底沿LV長軸對比旋轉的凈結果，可改善LV射血；LV解旋則促進舒張早期充盈。STE還可測量LV的扭轉率和解旋率，為心功能評估提供重要信息，研究表明，其與傳統磁共振成像技術測量的扭轉結果一致，但前者的操作更簡便[5]。

2 STE在評價新生兒心臟功能中的應用

2.1 STE的常用參數

2.1.1 心室旋轉力學 研究證實，在成人和兒童中，扭轉可作為心功能的評價指標，但臨床缺乏關于新生兒的數據[6-7]。在動物模型和成人的研究中，后負荷增加可降低LV扭轉和解旋率[8]；在早產兒中也可獲得相同的負性影響[9]。Breatnach等[9]研究證實，測量早產兒的LV扭轉具有可行性和重現性；且研究發現，早產兒在出生后的第1天，其全身血管阻力的增加對LV扭轉和解旋有負性影響。Auriau等[10]研究發現，LV心底部旋轉在健康足月兒的早期幾乎是不存在的。Castaldi等[11]研究表明，心外膜應變的增加導致早產兒在出生后，其心臟左旋扭轉逐漸增加。推測心底部旋轉的主要變化發生在出生后幾周內，但與出生孕周無關，這可能是對肺阻力下降的適應表現。在新生兒與兒童、成人的對比研究中發現，LV扭轉和解旋在新生兒出生后3個月便與兒童和成人大致相仿，表明LV收縮舒張功能在此時才明顯改善[12]。

2.1.2 心室應變 應變應來自3種視圖，即4腔室（chamber，CH）、3CH和2CH[1,3]。最常用的收縮期應變參數是整體縱向應變（global longitudinal strain，GLS）。多層應變研究顯示，應變值從心外膜到心內膜呈梯度變化[13]。然而，對健康新生兒多層GLS的研究尚不多見。Khan等[14]研究發現，健康新生兒4CH和3CH的GLS及漂移補償無明顯差異，GLS從心外膜向心內膜逐漸增加，但心外膜層的重現性較低。因4CH較3CH獲得圖像更快，在新生兒的應用中十分關鍵，二者能否在臨床中互換使用值得進一步探索。既往研究表明，4CH和3CH的GLS在新生兒有所應用，但與之相關的參考值仍在建立[15-16]。

2.2 STE在新生兒相關疾病中的應用

2.2.1 支氣管肺發育不良（broncho-pulmonary dysplasia，BPD） BPD是嬰幼兒最常見的慢性肺部疾病，在早產兒中較為多見。目前，最常用的BPD定義由美國國立衛生研究院于2001年和2018年提出，該定義基于不同呼吸支持方式的主觀需求識別疾病的嚴重程度，故此方法有很大的局限性。Levy等[17]研究發現，BPD患兒在32周時RV游離壁縱向應變（free wall longitudinal strain，FWLS）和室間隔（interventricular septum，IVS）GLS顯著降低，IVS應變從基底到頂點呈遞增梯度，這與無BPD的新生兒正好相反。James等[18]亦研究發現，BPD對RV FWLS有負性影響。綜上，與無BPD的新生兒相比，BPD患兒的RV FWLS和IVS GLS顯著降低，這為BPD的盡早發現提供重要的臨床依據。

2.2.2 肺動脈高壓（pulmonary hypertention，PH） 新生兒PH是指肺血管阻力持續增高，最終引起嚴重低氧血癥，常合并BPD，與心肺疾病的發展密切相關。Levy等[17]研究發現，32～36周PH患兒的RV FWLS和IVS GLS持續降低，10%的無BPD新生兒在36周時可檢測到PH，這種模式會持續到1歲；患兒第5～7天出現IVS節段縱向應變基底頂點梯度模式，其與晚期PH風險較高相關。Mourani等[19]研究發現，7日齡新生兒IVS變平與晚期PH風險增加相關。盡管BPD和PH的某些機制重疊，但無BPD極度早產兒的肺循環發育損傷可能不足以診斷其為PH，卻仍可能導致心肺疾病。這種PH是否單獨具有臨床意義或可預測BPD嬰兒的長期發病率有待于進一步研究。

2.2.3 動脈導管未閉（patent ductus arteriosus，PDA） 新生兒PDA會導致肺循環過度，了解LV各平面前負荷的不同貢獻有助于建立PDA靶向治療管理方法。持續性PDA對新生兒心室應變模式的影響逐步研究中[18]。Levy等[17]研究發現，生后5～7d的血流動力學異常動脈導管未閉（hemodynamic significant patent ductus arteriosus，hsPDA）早產兒，其PDA直徑及LV與主動脈根部的比率均高于無hsPDA的早產兒，且其LV GLS和RV FWLS也較高，hsPDA和LV收縮期SR對LV GLS有獨立影響。現已證實，hsPDA可顯著增加LV前負荷，并導致LV輸出量增加[20]。前負荷的增加伴隨著應變的增加，但不是LV收縮期SR，這與動物研究結果一致[21]。De Waal等[22]研究也得出相同的結論，且因PDA直徑較大患兒的容量負荷更高，其有更高的LV LS和LV收縮期SR。嚴重PDA患兒的3個平面應變和LV收縮期SR受容量負荷的影響，LS似乎最敏感，因此在解釋LV LS時須考慮負荷條件。將應變信息應用于早產兒血液動力學受損的治療管理具有告知臨床決策和確定分流管的血流動力學意義。

2.2.4 生長受限（growth restriction，GR） 新生兒GR常與胎兒GR密切相關。Patey等[23]研究發現，GR新生兒的LV LS、RV LS、LV SR、LV和RV心肌性能指數持續顯著增加，LV扭轉顯著減少，這可能是胎兒期LV殘余擴張和LV LS增加所致，可能導致新生兒出生后數小時的舒張功能障礙。多項研究結果與上述研究結果一致[23-26]。此外，GR新生兒圍產期變化顯示心肌應變的所有指標及LV和RV心肌性能指數較胎兒期均顯著改善，這反映了血流動力學負荷的變化[23]。評估心臟的幾何形狀和功能改變是否持續到嬰兒期甚至兒童期對改善GR新生兒的心臟功能具有重要意義，可將胎兒期作為未來干預的潛在窗口。

2.2.5 妊娠期糖尿病 糖尿病妊娠是圍產期發病和病死的重要原因，對新生兒分娩前后心臟的形態和功能有重大影響。“Pedersen假說”總結母體糖尿病對胎兒心肌纖維結構的影響，心臟指標發生改變[27]。Patey等[23]研究發現，與正常胎兒和新生兒相比，糖尿病母親嬰兒（infants of diabetic mother，IDM）的心臟指標存在顯著差異，提示心肌損傷，而分娩可顯著改善部分心臟指標。IDM的LV結構持續改變，心室壁更厚，心室更窄更短，雙心室LS顯著下降，而縱向纖維對需氧量最敏感，提示心內膜下微血管缺血性變化。另有研究表明，IDM的心臟舒張功能受損，LV扭轉增加[2]。小鼠研究也得到相同的研究結果[28]。上述研究表明，IDM出生前后心臟指標的變化、分娩后心室幾何形狀和功能持續改變可能提示其有患心血管疾病的傾向，STE對后續心血管并發癥具有一定的預測價值。然而，目前在IDM的中STE獲得的數據是有限的[2,29-30]。

2.2.6 先天性膈疝（congenital diaphragmatic hernia，CDH） CDH新生兒均有不同程度的肺發育不全和PH，這是胎兒先天性膈肌發育不全導致腹腔內容物疝入胸腔所致，CDH新生兒出生后存在不同程度的心功能障礙。Altit等[16]研究發現，CDH新生兒肺動脈壓顯著升高，雙心室GLS顯著降低，RV應變異常，與RV側壁相比，RV IVS應變明顯減少。另有研究發現，CDH新生兒存在RV舒張功能障礙，與LV外部壓迫或IVS形態異常引起的LV形態異常及臨床病程有關[31]。CDH新生兒的應變值提示心室收縮舒張功能受損，但LV射血分數無明顯下降，二者的不協調可能是由于應變對LV功能亞臨床異常敏感度更高。Altit等[16]研究發現，偏心指數與雙心室功能障礙和心輸出量密切相關，可作為CDH新生兒預后和隨訪的重要指標。研究表明，CDH胎兒的左心發育不全程度與新生兒CDH嚴重程度有關，心功能障礙是CDH不良心肺生理的重要組成部分[32]。改善心功能和降低新生兒肺動脈壓雙管齊下是有必要的。

2.2.7 左心發育不良綜合征（hypoplastic left heart syndrome，HLHS） HLHS新生兒的左心臟結構發育嚴重不足，出生時存在導管依賴性體循環的單心室生理學。Altit等[33]研究發現，HLHS新生兒心功能異常，雙心室GLS和GLSR峰值與舒張早期SR均降低，RV三尖瓣瓣環平面收縮偏移，LV周向應變和SR、徑向應變和SR降低，這種異常心肌應變在出生后便可檢測到。Michielon等[34]研究發現，Norwood 1期術后1個月LS顯著降低，這是早期負荷獨立參數和預后不良的強有力預測因素，有助于預測Norwood手術的失敗，可將其納入Norwood術后對RV功能評估的指標。Altit等[33]研究認為，RV功能應變參數是Norwood衰竭的潛在風險因素。研究表明，HLHS新生兒除術前RV應變降低外，在Norwood 1期和2期姑息治療間歇、2期姑息治療后和3期姑息（Fontan手術）治療后RV應變也較低，第一階段姑息治療前心臟收縮功能差與長期病死率增加有關[33,35-38]。STE在評估HLHS新生兒心功能上是可行的，但其在評估預測術后死亡或移植的價值還有待于更多病例研究的支持。

2.2.8 心肌應變預測新生嬰兒拔管成功 長期插管曾被認為與舒張功能障礙有關，是成人和嬰兒拔管失敗的危險因素[39-40]。Massolo等[41]在拔管前用STE評估心功能，發現與成功拔管的新生兒相比，需要重新插管的新生兒LV周向應變和RV LS顯著降低，心肌應變可能是識別拔管準備的潛在指標。

3 小結與展望

目前，因STE需要特定軟件，且易產生固有測量誤差，其尚未納入常規檢查中。STE因角度獨立性廣受歡迎，但目前缺乏新生兒的標準數據，且其對幀頻要求較高，限制了其臨床應用[20]。STE定量測量LV功能已被證明是可行的。后續需了解心臟指標在指導、管理治療和預測疾病結局方面的能力。此外，還應進一步探索新的評估方法，以支持其對新生兒心功能的評估。

[1] LANG R M, BADANO L P, MOR-AVI V, et al. Recommendations for cardiac chamber quantification by echocardiography in adults: An update from the American Society of Echocardiography and the European Association of Cardiovascular Imaging[J]. J Am Soc Echocardiogr, 2015, 28(1): 1–39, e14.

[2] AL-BILTAGI M, TOLBA O A, ROWISHA M A, et al. Speckle tracking and myocardial tissue imaging in infant of diabetic mother with gestational and pregestational diabetes[J]. Pediatr Cardiol, 2015, 36(2): 445–453.

[3] EL-KHUFFASH A, SCHUBERT U, LEVY P T, et al. Deformation imaging and rotational mechanics in neonates: A guide to image acquisition, measurement, interpretation, and reference values[J]. Pediatr Res, 2018, 84(Suppl 1): 30–45.

[4] JAMES A T, CORCORAN J D, JAIN A, et al. Assessment of myocardial performance in preterm infants less than 29 weeks gestation during the transitional period[J]. Early Hum Dev, 2014, 90(12): 829–835.

[5] HUANG S J, ORDE S. From speckle tracking echocardiography to torsion: research tool today, clinical practice tomorrow[J]. Curr Opin Crit Care, 2013, 19(3): 250–257.

[6] ZHANG Y, ZHOU Q C, PU D R, et al. Differences in left ventricular twist related to age: Speckle tracking echocardiographic data for healthy volunteers from neonate to age 70 years[J]. Echocardiography, 2010, 27(10): 1205–1210.

[7] KAKU K, TAKEUCHI M, TSANG W, et al. Age- related normal range of left ventricular strain and torsion using three-dimensional speckle-tracking echocardiography[J]. J Am Soc Echocardiogr, 2014, 27(1): 55–64.

[8] BURNS A T, LA GERCHE A, PRIOR D L, et al. Left ventricular torsion parameters are affected by acute changes in load[J]. Echocardiography, 2010, 27(4): 407–414.

[9] BREATNACH C R, LEVY P T, JAMES A T, et al. Novel echocardiography methods in the functional assessment of the newborn heart[J]. Neonatology, 2016, 110(4): 248–260.

[10] AURIAU J, TRUONG B L, DOUCHIN S, et al. Longitudinal study by two-dimensional speckle-tracking echocardiography of the left ventricle rotational mechanics during postnatal adaptation in healthy newborns[J]. J Am Soc Echocardiogr, 2020, 33(2): 252–254.

[11] CASTALDI B, BORDIN G, FAVERO V, et al. Early modifications of cardiac function in preterm neonates using speckle tracking echocardiography[J]. Echocardiography, 2018, 35(6): 849–854.

[12] TAKAHASHI K, AL NAAMI G, THOMPSON R, et al. Normal rotational, torsion and untwisting data in children, adolescents and young adults[J]. J Am Soc Echocardiogr, 2010, 23(3): 286–293.

[13] WHITE B, VOIGT J U, THOMAS J D. Sifting through the layers of myocardial deformation imaging[J]. J Am Soc Echocardiogr, 2019, 32(1): 102–104.

[14] KHAN U, OMDAL T R, MATRE K, et al. Speckle tracking derived strain in neonates: Planes, layers and drift[J]. Int J Cardiovasc Imaging, 2021, 37(7): 2111–2123.

[15] JAIN A, EL-KHUFFASH A F, KUIPERS B C W, et al. Left ventricular function in healthy term neonates during the transitional period[J]. J Pediatr, 2017, 182: 197–203, e2.

[16] ALTIT G, BHOMBAL S, VAN MEURS K, et al. Diminished cardiac performance and left ventricular dimensions in neonates with congenital diaphragmatic hernia[J]. Pediatr Cardiol, 2018, 39(5): 993–1000.

[17] LEVY P T, EL-KHUFFASH A, PATEL M D, et al. Maturational patterns of systolic ventricular deformation mechanics by two-dimensional speckle-tracking echocardiography in preterm infants over the first year of age[J]. J Am Soc Echocardiogr, 2017, 30(7): 685–698, e1.

[18] JAMES A T, CORCORAN J D, BREATNACH C R, et al. Longitudinal assessment of left and right myocardial function in preterm infants using strain and strain rate imaging[J]. Neonatology, 2016, 109(1): 69–75.

[19] MOURANI P M, SONTAG M K, YOUNOSZAI A, et al. Early pulmonary vascular disease in preterm infants at risk for bronchopulmonary dysplasia[J]. Am J Respir Crit Care Med, 2015, 191(1): 87–95.

[20] EL-KHUFFASH A, WEISZ D E, MCNAMARA P J. Reflections of the changes in patent ductus arteriosus management during the last 10 years[J]. Arch Dis Child Fetal Neonatal Ed, 2016, 101(5): F474–F478.

[21] FERFERIEVA V, VAN DEN BERGH A, CLAUS P, et al. The relative value of strain and strain rate for defining intrinsic myocardial function[J]. Am J Physiol Heart Circ Physiol, 2012, 302(1): H188–H195.

[22] DE WAAL K, PHAD N, LAKKUNDI A, et al. Cardiac function after the immediate transitional period in very preterm infants using speckle tracking analysis[J]. Pediatr Cardiol, 2016, 37(2): 295–303.

[23] PATEY O, CARVALHO J S, THILAGANATHAN B. Perinatal changes in cardiac geometry and function in growth-restricted fetuses at term[J]. Ultrasound Obstet Gynecol, 2019, 53(5): 655–662.

[24] CRISPI F, BIJNENS B, FIGUERAS F, et al. Fetal growth restriction results in remodeled and less efficient hearts in children[J]. Circulation, 2010, 121(22): 2427–2436.

[25] ALTIN H, KARAARSLAN S, KARATA? Z, et al. Evaluation of cardiac functions in term small for gestational age newborns with mild growth retardation: A serial conventional and tissue Doppler imaging echocardiographic study[J]. Early Hum Dev, 2012, 88(9): 757–764.

[26] FOUZAS S, KARATZA A A, DAVLOUROS P A, et al. Neonatal cardiac dysfunction in intrauterine growth restriction[J]. Pediatr Res, 2014, 75(5): 651–657.

[27] PEDERSEN J. Diabetes and pregnancy; blood sugar of newborn infants during fasting and glucose administration[J]. Nord Med, 1952, 47(30): 1049.

[28] LEHTORANTA L, VUOLTEENAHO O, LAINE J, et al. Placental structural abnormalities have detrimental hemodynamic consequences in a rat model of maternal hyperglycemia[J]. Placenta, 2016, 44: 54–60.

[29] KULKARNI A, LI L, CRAFT M, et al. Fetal myocardial deformation in maternal diabetes mellitus and obesity[J]. Ultrasound Obstet Gynecol, 2017, 49(5): 630–636.

[30] MIRANDA J O, CERQUEIRA R J, RAMALHO C, et al. Fetal cardiac function in maternal diabetes: A conventional and speckle-tracking echocardiographic study[J]. J Am Soc Echocardiogr, 2018, 31(3): 333–341.

[31] MOENKEMEYER F, PATEL N. Right ventricular diastolic function measured by tissue Doppler imaging predicts early outcome in congenital diaphragmatic hernia[J]. Pediatr Crit Care Med, 2014, 15(1): 49–55.

[32] BYRNE F A, KELLER R L, MEADOWS J, et al. Severe left diaphragmatic hernia limits size of fetal left heart more than does right diaphragmatic hernia[J]. Ultrasound Obstet Gynecol, 2015, 46(6): 688–694.

[33] ALTIT G, BHOMBAL S, CHOCK V Y, et al. Immediate postnatal ventricular performance is associated with mortality in hypoplastic left heart syndrome[J]. Pediatr Cardiol, 2019, 40(1): 168–176.

[34] MICHIELON G, DISALVO G, FRAISSE A, et al. In-hospital interstage improves interstage survival after the Norwood stage 1 operation[J]. Eur J Cardiothorac Surg, 2020, 57(6): 1113–1121.

[35] KHOO N S, SMALLHORN J F, KANEKO S, et al. Novel insights into RV adaptation and function in hypoplastic left heart syndrome between the first 2 stages of surgical palliation[J]. JACC Cardiovasc Imaging, 2011, 4(2): 128–137.

[36] HILL G D, FROMMELT P C, STELTER J, et al. Impact of initial Norwood shunt type on right ventricular deformation: The single ventricle reconstruction trial[J]. J Am Soc Echocardiogr, 2015, 28(5): 517–521.

[37] MOIDUDDIN N, TEXTER K M, ZAIDI A N, et al. Two-dimensional speckle strain and dyssynchrony in single right ventricles versus normal right ventricles[J]. J Am Soc Echocardiogr, 2010, 23(6): 673–679.

[38] ALTMANN K, PRINTZ B F, SOLOWIEJCZKY D E, et al. Two-dimensional echocardiographic assessment of right ventricular function as a predictor of outcome in hypoplastic left heart syndrome[J]. Am J Cardiol, 2000, 86(9): 964–968.

[39] ROCHE-CAMPO F, BEDET A, VIVIER E, et al. Cardiac function during weaning failure: the role of diastolic dysfunction[J]. Ann Intensive Care, 2018, 8(1): 2.

[40] ABU-SULTANEH S, HOLE A J, TORI A J, et al. An interprofessional quality improvement initiative to standardize pediatric extubation readiness assessment[J]. Pediatr Crit Care Med, 2017, 18(10): e463–e471.

[41] MASSOLO A C, CLEMENTE M, PATEL N, et al. Could myocardial function be predictive of successful extubation in newborns and infants?[J]. Pediatr Pulmono, 2021, 56(6): 1733–1738.

（2022–10–10）

（2023–08–29）

R722

A

10.3969/j.issn.1673-9701.2023.29.030

浙江省醫藥衛生科技計劃項目（2023KY164）；杭州市衛生科技計劃一般（A類）項目（A20220567）

張志群，電子信箱：zhiqun.zhang@zju.edu.cn