超聲斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)的臨床應(yīng)用

胡艷兵 呂冬梅 (吉林大學(xué)白求恩第二醫(yī)院電診科，吉林 長春 130041)

超聲斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)(speckle tracking imaging，STI)〔1〕是超聲醫(yī)學(xué)領(lǐng)域內(nèi)新近高速發(fā)展起來的一項(xiàng)新技術(shù)，該技術(shù)通過運(yùn)算重建心肌組織的實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)和變形，能定性及定量地顯示心肌運(yùn)動(dòng)速度、應(yīng)變、應(yīng)變率以及心臟整體的旋轉(zhuǎn)角度和旋轉(zhuǎn)速度。該技術(shù)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(diǎn)追蹤成像技術(shù)的原理

二維灰階圖像中小于入射超聲波長的細(xì)小結(jié)構(gòu)產(chǎn)生散射、反射、干擾等現(xiàn)象，形成心肌組織中所謂的“回聲斑點(diǎn)”〔2〕。STI又稱二維應(yīng)變顯像，利用高分辨率的二維灰階圖像分析聲學(xué)斑點(diǎn)的運(yùn)動(dòng)軌跡，因此該技術(shù)時(shí)間分辨率較高;同時(shí)它又是由非多普勒技術(shù)發(fā)展而來，不受心臟整體運(yùn)動(dòng)及聲束方向與室壁運(yùn)動(dòng)方向夾角的影響，無角度依賴性，從而能夠更真實(shí)、準(zhǔn)確的反映心臟運(yùn)動(dòng)情況。研究表明，同一組健康人群的二維圖像經(jīng)過不同的斑點(diǎn)追蹤分析軟件分析，并進(jìn)行左室功能評價(jià)，可以得到相同的結(jié)果〔3〕，這也證明STI的可重復(fù)性及無機(jī)器、軟件的依賴性。

2 正常心肌斑點(diǎn)追蹤成像的特征

心臟的收縮和舒張運(yùn)動(dòng)基本包括四個(gè)部分:(1)縱向運(yùn)動(dòng)，表示心臟長軸方向的運(yùn)動(dòng)，各節(jié)段室壁沿心肌縱行纖維方向上的平均應(yīng)變值在收縮期心肌節(jié)段室壁縮短時(shí)為負(fù)值，舒張期伸長時(shí)為正值。(2)徑向運(yùn)動(dòng)，表示心臟短軸方向的運(yùn)動(dòng)，該應(yīng)變值反映了室壁收縮期的增厚程度，心肌節(jié)段室壁增厚時(shí)為正值，變薄時(shí)為負(fù)值。(3)圓周運(yùn)動(dòng)，表示心臟短軸方向的環(huán)形運(yùn)動(dòng)，各室壁節(jié)段沿心臟左室短軸圓周方向上的平均應(yīng)變值，收縮期心肌節(jié)段室壁縮短時(shí)為負(fù)值，舒張期伸長時(shí)為正值。(4)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，表示心臟短軸方向的旋轉(zhuǎn)角度，以心臟左室短軸中心為假想圓心，計(jì)算感興趣區(qū)中各節(jié)段心肌的扭轉(zhuǎn)角度，從心尖方向觀察，順時(shí)針扭轉(zhuǎn)為負(fù)值，逆時(shí)針扭轉(zhuǎn)為正值。四種運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)的應(yīng)變可以定量評價(jià)心室整體或局部收縮功能。姚涵文等〔4〕研究表明:STI評價(jià)心肌運(yùn)動(dòng)的四種指標(biāo)檢測冠脈狹窄≥75%的敏感度、特異度、陽性預(yù)測值和陰性預(yù)測值對比，其先后順序均為縱向應(yīng)變＞徑向應(yīng)變＞圓周應(yīng)變＞旋轉(zhuǎn)角度，即縱向應(yīng)變的敏感度、特異性、陽性預(yù)測值和陰性預(yù)測值均為各項(xiàng)指標(biāo)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(jīng)胸骨旁短軸切面觀通過轉(zhuǎn)換探頭角度分別獲取左室不同節(jié)段的圖像，并分別應(yīng)用不同的分析軟件對心肌圓周應(yīng)變進(jìn)行分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)圓周應(yīng)變無角度依賴性，對比而言，心肌旋轉(zhuǎn)的測定則依賴于探頭角度，而準(zhǔn)確的轉(zhuǎn)換探頭角度則可抵消旋轉(zhuǎn)的角度依賴性。李衛(wèi)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(zhuǎn)進(jìn)行測量，并分析各節(jié)段室壁旋轉(zhuǎn)角度及心尖水平、心底水平的旋轉(zhuǎn)角度，結(jié)果顯示:同一年齡組，心底水平各節(jié)段室壁旋轉(zhuǎn)角度從前壁逐漸遞增(前壁＜前間壁＜側(cè)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(guān)系中還發(fā)現(xiàn)左室射血分?jǐn)?shù)(EF)與左室收縮扭轉(zhuǎn)相關(guān)具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義〔7〕。

3 臨床應(yīng)用

3.1 STI在正常人及心肌梗死患者中的應(yīng)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(dòng)圖檢查，運(yùn)用STI測量正常人及心肌梗死患者左心室短軸各節(jié)段的二維應(yīng)變值，觀察正常人室壁二維應(yīng)變規(guī)律，表明正常人收縮期室壁最大增厚程度在同水平各節(jié)段間分布較一致，乳頭肌水平的徑向應(yīng)變值顯著高于心尖水平;觀察心肌梗死患者的心肌梗死節(jié)段的徑向應(yīng)變值、圓周應(yīng)變值比正常組相應(yīng)節(jié)段顯著下降，說明梗死節(jié)段心肌增厚和縮短程度明顯下降?？赏ㄟ^STI分析得出具體數(shù)值，從而評價(jià)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(yùn)動(dòng)的研究，應(yīng)用STI測量左冠狀動(dòng)脈前降支梗死的兔模型和正常兔相對應(yīng)的心肌節(jié)段的二維應(yīng)變值，表明梗死組兔子的前間壁及左室前壁心肌節(jié)段收縮期徑向應(yīng)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(zhǔn)確評價(jià)節(jié)段性室壁運(yùn)動(dòng)異常，將成為臨床評價(jià)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(qū)別心肌梗死的不同程度，即不同程度的透壁心?！?0〕。相關(guān)文獻(xiàn)〔11，12〕報(bào)道STI既能定量測定左室局部和整體心肌的變形能力，評價(jià)局部和整體心肌組織的收縮功能，且與反映左室重構(gòu)的指標(biāo)間(左室收縮末期容積、左室舒張末期容積、左室EF)相關(guān)良好，急性心肌梗死導(dǎo)致左室收縮同步性下降的發(fā)生率為64.62%，研究發(fā)現(xiàn)STI能夠?yàn)樵u價(jià)心肌梗死后的左室重構(gòu)提供客觀參數(shù)，也能準(zhǔn)確的評價(jià)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(fā)現(xiàn)通過檢測心肌舒張功能可準(zhǔn)確診斷冠狀動(dòng)脈病變。

3.2 STI在肥厚型心肌病室壁運(yùn)動(dòng)中的應(yīng)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(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)進(jìn)行測量分析，與對照組相比，HCM組心底部旋轉(zhuǎn)角度峰值(MV-Prot)、心尖部旋轉(zhuǎn)角度峰值(APProt)、扭轉(zhuǎn)角度峰值(Ptw)、收縮期末扭轉(zhuǎn)角度(AVCtw)、等容舒張期末扭轉(zhuǎn)角度(MVOtw)和解旋減半時(shí)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(zhuǎn)角度達(dá)峰時(shí)間測值較對照組明顯增加(P＜0.05);HCM組內(nèi)左心室旋轉(zhuǎn)心尖部達(dá)峰時(shí)間較心底部測值明顯增加(P＜0.05)。結(jié)果表明應(yīng)用STI可無創(chuàng)性評價(jià)HCM患者左心室旋轉(zhuǎn)及扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)特征，HCM患者左心室旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)力學(xué)參數(shù)較正常人有明顯異常改變。房芳等〔15〕人應(yīng)用STI評價(jià)EF正常的HCM心肌應(yīng)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(biāo)的影響。分別測量HCM組和對照組的應(yīng)變值，結(jié)果顯示HCM組與正常組相比EF值無明顯差異，但各種應(yīng)變均顯著降低，分組資料表明梗阻型患者較非梗阻型應(yīng)變進(jìn)一步降低，不同步性高于非梗阻型患者。HCM早期即可出現(xiàn)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(yīng)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(tǒng)的雙腔起搏的基礎(chǔ)上增加了左室起搏，左室起搏電極經(jīng)右房的冠狀靜脈竇開口，進(jìn)入冠狀靜脈左室后壁側(cè)壁支起搏左室，同時(shí)起搏右心室，通過多部位起搏恢復(fù)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(yùn)動(dòng)耐量以及生活質(zhì)量，同時(shí)顯示出逆轉(zhuǎn)左室重構(gòu)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(jìn)行CRT后應(yīng)用STI評價(jià)其左室扭轉(zhuǎn)及其與左室收縮功能之間的關(guān)系，測量心底部旋轉(zhuǎn)角度及心尖部旋轉(zhuǎn)角度，發(fā)現(xiàn)CRT術(shù)后3個(gè)月左室心尖部旋轉(zhuǎn)角度較術(shù)前明顯增加，左室扭轉(zhuǎn)角度明顯增加，證明可以應(yīng)用STI檢測左心室扭轉(zhuǎn)角度來評價(jià)CRT后患者的左心室收縮功能。另有文獻(xiàn)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(jià)經(jīng)皮房室間隔封堵術(shù)后患者心臟扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的變化 雍永宏等〔19〕應(yīng)用STI分別測量25例單純房間隔缺損的患者術(shù)前及封堵術(shù)后3 d的左室基底部及心尖部短軸6個(gè)節(jié)段的收縮期的旋轉(zhuǎn)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(zhuǎn)角度-時(shí)間曲線。結(jié)果證明房間隔缺損引起的右室容量負(fù)荷增加及右室重構(gòu)對左室基底部的旋轉(zhuǎn)和左室整體扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)有影響，對心尖部的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的影響不明顯。經(jīng)皮房間隔缺損封堵術(shù)可以改善左室基底部的旋轉(zhuǎn)因而也改善了左室整體扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。莊艷等〔20〕運(yùn)用STI評價(jià)經(jīng)皮室間隔封堵術(shù)前后患者心臟扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的變化，表明經(jīng)皮室間隔缺損封堵術(shù)通過逆轉(zhuǎn)左室的重構(gòu)而改善左室的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，且左室整體的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與左室EF的相關(guān)性最好。運(yùn)用STI定量的評價(jià)經(jīng)皮房室間隔封堵術(shù)后左室扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，充分地反映了左室的扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)與左室的收縮功能的良好相關(guān)性。

3.5 STI評價(jià)2型糖尿病患者左心室收縮功能早期改變 Ng等〔21，22〕應(yīng)用STI對單純2型糖尿病及其合并左心室肥厚患者進(jìn)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(yīng)變、并計(jì)算左心室基底段、中段、心尖段收縮期平均峰值應(yīng)變及左心室整體應(yīng)變值，結(jié)果顯示糖尿病并左心室肥厚患者除心尖段外，其他各節(jié)段峰值應(yīng)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(yīng)變及左心室整體應(yīng)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(jià)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(yīng)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(zhǔn)確反映局部心肌瞬時(shí)的運(yùn)動(dòng)信息;③心肌運(yùn)動(dòng)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(diǎn)運(yùn)動(dòng)的空間位置，其精確性欠佳。

3.7 STI與三維超聲心動(dòng)圖結(jié)合進(jìn)行研究的前景 目前已有相關(guān)研究〔23〕應(yīng)用三維實(shí)時(shí)超聲心動(dòng)圖與STI同時(shí)應(yīng)用，評價(jià)左心室心肌收縮同步性。若能把二者結(jié)合，使STI在三維超聲心動(dòng)圖的前提下使用，即可以彌補(bǔ)二維STI的缺乏空間位置的缺點(diǎn)，使STI更好地應(yīng)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(yùn)動(dòng)、左室整體的運(yùn)動(dòng)及功能進(jìn)行評價(jià)，隨著超聲影像技術(shù)的不斷進(jìn)步，STI將具有廣闊的發(fā)展前景，可為臨床診斷各種心臟疾病以及評價(jià)治療效果提供重要信息和依據(jù)。

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