斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)在心血管領(lǐng)域的應(yīng)用

孫妍 吳山 江波 李宜嘉 王琴 楊婭

綜 述

斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)在心血管領(lǐng)域的應(yīng)用

孫妍 吳山 江波 李宜嘉 王琴 楊婭

斑點(diǎn)追逐成像； 應(yīng)變； 心血管疾病

心肌運(yùn)動(dòng)是一個(gè)復(fù)雜的運(yùn)動(dòng)模式，它與心肌纖維的解剖排列走向密切相關(guān)。正常心室肌分為三層：心外膜下層肌纖維呈左手螺旋狀圍繞心室腔，心內(nèi)膜下肌纖維則呈右手螺旋狀圍繞心室腔，而室壁中層肌纖維呈環(huán)形走行。心肌纖維的排列方向決定了其收縮形變特點(diǎn)。研究證實(shí)，心臟主要呈現(xiàn)三種基本運(yùn)動(dòng)方式：徑向運(yùn)動(dòng)、縱向運(yùn)動(dòng)和周向運(yùn)動(dòng)。如何能更好地對(duì)心肌運(yùn)動(dòng)進(jìn)行評(píng)價(jià)一直困擾著臨床及科研工作者。1973年Mirsky和Parmley提出應(yīng)變（strain）的概念[1]，從而使人們可以對(duì)心肌收縮特性進(jìn)行定量的參數(shù)測(cè)量。心肌應(yīng)變是指心肌在心動(dòng)周期中發(fā)生變形的能力，心肌應(yīng)變大小的改變可以用來(lái)評(píng)價(jià)局部及整體心肌收縮與舒張功能。目前，有多種技術(shù)可用于檢測(cè)心肌應(yīng)變，如置入聲學(xué)測(cè)微計(jì)或鉭標(biāo)記物實(shí)驗(yàn)[2-4]。但因其有創(chuàng)性而不能廣泛應(yīng)用于臨床。組織標(biāo)記核磁共振技術(shù)可以無(wú)創(chuàng)傷地獲得應(yīng)變指標(biāo)，但受到檢查時(shí)間較長(zhǎng)、費(fèi)用較高、時(shí)間分辨率較低的限制?；诎唿c(diǎn)追蹤技術(shù)（speckle tracking imaging，STI）的二維或三維應(yīng)變成像是在應(yīng)變及應(yīng)變率顯像的基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的一種新技術(shù)，它可以在二維或三維動(dòng)態(tài)超聲圖像中連續(xù)追蹤每個(gè)斑點(diǎn)并計(jì)算出運(yùn)動(dòng)軌跡，從而測(cè)定心肌全切面、節(jié)段和各點(diǎn)的應(yīng)變及應(yīng)變率、旋轉(zhuǎn)及位移。由于其幀頻高，相對(duì)不受心臟擺動(dòng)和牽拉影響，故超聲斑點(diǎn)追蹤成像能更準(zhǔn)確地反映心肌的運(yùn)動(dòng)，從多方面評(píng)價(jià)左心室收縮功能。該技術(shù)無(wú)角度依賴性，因而不僅能反映心臟縱向方向的變形運(yùn)動(dòng)，還可以反映徑向及周向的變形運(yùn)動(dòng)，而徑向及周向的運(yùn)動(dòng)是影響左室扭轉(zhuǎn)的重要因素，進(jìn)而可以反映左室的扭轉(zhuǎn)及解旋運(yùn)動(dòng)。二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)開(kāi)展后，國(guó)內(nèi)外應(yīng)用該項(xiàng)技術(shù)進(jìn)行了大量的臨床研究工作，用于分析各類心臟疾病，并取得一些研究結(jié)果。目前基于心臟三維結(jié)構(gòu)的三維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)也有少數(shù)相關(guān)研究[5-8]。斑點(diǎn)追蹤技術(shù)在心血管領(lǐng)域的應(yīng)用主要包括冠心病、高血壓、糖尿病和心肌病等，現(xiàn)就這些內(nèi)容作一綜述。

1 冠心病

在心臟的運(yùn)動(dòng)中，正常心肌節(jié)段的速度是由局部纖維的縮短和周圍區(qū)域的牽拉共同產(chǎn)生。當(dāng)局部心肌缺血時(shí)，可導(dǎo)致局部心肌的運(yùn)動(dòng)異常。STI通過(guò)追蹤圖像上感興趣區(qū)內(nèi)小于入射超聲波長(zhǎng)的細(xì)小結(jié)構(gòu)在心動(dòng)周期中產(chǎn)生的散射斑點(diǎn)的位置和運(yùn)動(dòng)，從而反映整個(gè)感興趣區(qū)內(nèi)各節(jié)段心肌的變形，因此可以更加敏感、準(zhǔn)確地識(shí)別異常心肌節(jié)段運(yùn)動(dòng)。Bjork-Ingul等所描述的多巴酚丁胺負(fù)荷超聲心動(dòng)圖中的應(yīng)變與室壁運(yùn)動(dòng)分析缺血心肌的預(yù)測(cè)價(jià)值，突出顯現(xiàn)出STI克服了TDI檢查中的角度依賴性的不足。Leitman等[9]指出，STI能夠區(qū)分正常心肌和缺血心肌的收縮期應(yīng)變。進(jìn)行心肌長(zhǎng)軸方向縱向應(yīng)變研究后認(rèn)為，健康人左心室各節(jié)段縱向應(yīng)變曲線呈一致性分布，而心肌梗死組呈不同程度的降低。STI還能夠評(píng)估梗死面積從而增加重要的診斷和預(yù)后信息[10]。葛麗麗等[11]認(rèn)為，急性心肌梗死患者非梗死節(jié)段左心室心尖位收縮期縱向、徑向及周向峰值應(yīng)變較對(duì)照組相應(yīng)節(jié)段均減低，且達(dá)峰時(shí)間延遲。Becker等[12]對(duì)48例心肌梗死患者進(jìn)行研究，將心肌按16節(jié)段法劃分，用增強(qiáng)的心臟磁共振將心肌各節(jié)段按增強(qiáng)的程度分為5組（0%、0～24%、25%～49%、50%～74%、75%～100%），二維超聲應(yīng)變成像中的室壁徑向應(yīng)變分別為（27.7±7.9）%、（21.9±10.6）%、（18.9±8.3）%、（13.6±9.1）%和（8.3±6.4）%（P＜0.01），對(duì)檢測(cè)透壁型心肌梗死的敏感性和特異性分別為83.2%和80.1%。Zhang等[13]通過(guò)超聲應(yīng)變成像評(píng)價(jià)存活心肌的功能及心肌梗死后心肌損害的范圍和節(jié)段并與MRI作比較，發(fā)現(xiàn)二者有較好的相關(guān)性。

2 高血壓

高血壓是臨床上常見(jiàn)的心血管疾病，隨著病程進(jìn)展，出現(xiàn)心肌細(xì)胞肥大、心內(nèi)膜下心肌纖維化和心肌纖維重排等病理改變，進(jìn)而影響心臟結(jié)構(gòu)與功能。然而大部分高血壓患者即使發(fā)展為左心室肥厚，其左室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）仍正常。常規(guī)超聲心動(dòng)圖檢查可早期發(fā)現(xiàn)其舒張功能異常，而很難早期檢測(cè)收縮功能異常。李玉曼等[14]通過(guò)基于三維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)的應(yīng)變參數(shù)分析，認(rèn)為高血壓患者左室GLS、GRS、GCS及3DGRS均較對(duì)照組減低，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P均＜0.05）；Pearson相關(guān)分析表明，高血壓組左室 GCS、GLS、GRS與 LVEF相關(guān)（r1=0.930，P1＜0.001；r2=0.705，P2＜0.01；r3=0.474，P3=0.001）。高血壓心肌各項(xiàng)應(yīng)變指標(biāo)的減低可能是由于血壓增高導(dǎo)致左室射血阻力增加，左室發(fā)生代償性重構(gòu)。研究已經(jīng)證實(shí)，高血壓患者存在心內(nèi)膜下心肌灌注不足，血管周圍及間質(zhì)纖維化增加，這些病理生理改變導(dǎo)致室壁收縮形變能力減低。高血壓患者左室扭轉(zhuǎn)角度分析一些研究結(jié)果并不一致。Takeuchi等[15]認(rèn)為，高血壓左心室肥大患者收縮期扭轉(zhuǎn)峰值與對(duì)照組相比無(wú)明顯變化，僅舒張?jiān)缙诮庑嵌燃敖庑拭黠@下降。但是另有研究認(rèn)為，左心室扭轉(zhuǎn)是后負(fù)荷依賴性[16]，后負(fù)荷的緩慢增加導(dǎo)致心尖部旋轉(zhuǎn)和左心室扭轉(zhuǎn)增大[17]。韓偉等[18]也認(rèn)為，高血壓患者左心室扭轉(zhuǎn)角度峰值較對(duì)照組增大，等容解旋比例下降，解旋率減小。Egidio等[19]認(rèn)為，對(duì)高血壓患者，斑點(diǎn)追蹤技術(shù)可以提供比常規(guī)超聲及TDI技術(shù)所得到的更為詳盡的參數(shù)，它可以揭示高血壓心肌肥厚發(fā)生前出現(xiàn)的收縮功能減低并能發(fā)現(xiàn)早期的左室功能改變，因而有利于針對(duì)此類患者的臨床管理

3 糖尿病

糖尿病患者存在代謝紊亂、心肌細(xì)胞能量供應(yīng)障礙，導(dǎo)致心肌細(xì)胞學(xué)改變等。隨著病情進(jìn)展出現(xiàn)心肌纖維變性、結(jié)構(gòu)改變、膠原纖維增多，從而產(chǎn)生收縮和舒張功能的異常。李朝軍和羅向紅[20]應(yīng)用斑點(diǎn)追蹤技術(shù)對(duì)糖尿病患者進(jìn)行研究，認(rèn)為2型糖尿病患者左心室各節(jié)段縱向應(yīng)變明顯低于對(duì)照組。心內(nèi)膜心肌對(duì)心肌縱向應(yīng)變起主要作用[21]。糖尿病患者毛細(xì)血管數(shù)量、密度與心肌纖維數(shù)量比顯著下降，毛細(xì)血管基底膜增厚，出現(xiàn)毛細(xì)血管瘤樣改變等病理改變，使心肌處于缺血狀態(tài)，心尖部心內(nèi)膜下心肌缺血更加明顯。杜麗娟等[22]在對(duì)2型糖尿病患者左心室扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的研究中發(fā)現(xiàn)，左心室舒張功能正常及舒張功能減低的糖尿病患者左心室扭轉(zhuǎn)角度曲線特征與對(duì)照組相同，但收縮期扭轉(zhuǎn)角度峰值明顯增大。

4 心肌病

心臟的形態(tài)結(jié)構(gòu)也影響著心肌的收縮功能，包括心肌收縮力和收縮的協(xié)調(diào)性、心臟擴(kuò)張性能等。正常心臟為類橢圓形，當(dāng)心室壁增厚或心臟向類球形發(fā)展，出現(xiàn)左心室重構(gòu)時(shí)，心肌纖維走行的方向及夾角將發(fā)生改變，心肌的應(yīng)變也會(huì)產(chǎn)生相應(yīng)的變化。Serri等[23]在應(yīng)用STI對(duì)肥厚型心肌病患者的研究中發(fā)現(xiàn)，左心室長(zhǎng)軸縱向、短軸徑向及圓周應(yīng)變均較對(duì)照組減低，分別為［（－20.3±5.6）%比（－15.1±6.2）%，（36.8±17.2）%比 （25.2±13.9）%，（－19.6±13.9）%比（－16.8±7.1）%，均 P＜0.001］。在對(duì)肥厚型心肌病患者左心室旋轉(zhuǎn)及扭轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)的研究中，Jose等[24]應(yīng)用三維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)對(duì)肥厚型心肌病患者（40例）及對(duì)照組（40例）進(jìn)行研究，結(jié)果顯示，肥厚型心肌病組左室峰值扭轉(zhuǎn)角度增加［（16.5±4.7）°比（12.0±3.9）°，P＜0.001］。研究者認(rèn)為這一現(xiàn)象的主要原因是由于有左室流出道梗阻的患者存在心尖旋轉(zhuǎn)增加［梗阻（12.7±4.4）°比非梗阻（9.7±2.8）°，P=0.02］。在擴(kuò)張型心肌病的研究中[25,26]，左心室各室壁節(jié)段在長(zhǎng)軸縱向、短軸徑向及圓周應(yīng)變均明顯減低，并且旋轉(zhuǎn)角度及扭轉(zhuǎn)角度減小。張玲利等[27]研究結(jié)果顯示，與冠造正常者比較，擴(kuò)張型心肌病患者左心室心尖部及心底部旋轉(zhuǎn)角度明顯減低。另有研究證實(shí)，通過(guò)STI應(yīng)變成像技術(shù)評(píng)價(jià)擴(kuò)張型心肌病局部心肌的縱向、軸向及徑向收縮功能及左室扭轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)與對(duì)照組比較，擴(kuò)張型心肌病患者各參數(shù)減低（P＜0.01），縱向應(yīng)變?cè)谡w功能上的作用減弱（β值0.66比0.54，P＜0.01），周向應(yīng)變作用加強(qiáng)（β值 0.38比0.44，P＜0.01）。徐偉忠[28]通過(guò)對(duì)擴(kuò)張型心肌病患者左室心肌的應(yīng)變成像研究發(fā)現(xiàn)，擴(kuò)張型心肌病患者不但收縮功能明顯減退，舒張功能同樣嚴(yán)重減退。

5 局限性

其局限性有：①同其他超聲技術(shù)一樣，超聲圖像的采集和質(zhì)量仍是限制因素，超聲斑點(diǎn)追蹤成像要求有清晰的二維圖像，對(duì)肺氣腫、肥胖等二維圖像欠清晰的患者，成像的準(zhǔn)確性受到限制。②受掃查寬度影響，存在心尖部室壁瘤及心室顯著擴(kuò)張的患者無(wú)法完成該檢測(cè)。③幀頻有待進(jìn)一步增大，較低的幀頻可造成追蹤斑點(diǎn)的丟失，影響評(píng)價(jià)的準(zhǔn)確性[29,30]。

6 結(jié)論

斑點(diǎn)追蹤技術(shù)最主要的優(yōu)點(diǎn)是無(wú)創(chuàng)性定量評(píng)價(jià)局部心肌功能，可以于整體功能改變前先發(fā)現(xiàn)節(jié)段功能異常，相對(duì)于傳統(tǒng)的測(cè)量局部心肌功能有較好的敏感性，可以提供心肌縱向、徑向及軸向三個(gè)方向的應(yīng)變及心室扭轉(zhuǎn)等多項(xiàng)力學(xué)參數(shù)。相信隨著超聲成像技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展，它將為心血管疾病的基礎(chǔ)研究、臨床診斷及治療效果評(píng)價(jià)等提供一種全新的手段，具有廣闊的應(yīng)用前景。

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The use of speckle tracking imaging technology in cardiovascular disease

Speckle tracking imaging； Strain； Cardiovascular disease

100029 北京市，首都醫(yī)科大學(xué)附屬安貞醫(yī)院超聲診斷科在讀博士研究生（孫妍、江波、李宜嘉、王琴），超聲診斷科（吳山、楊婭）

楊婭，E-mail：yangya99@hotmail.com

10．3969/j．issn．1672－5301．2014．06．023

R54

A

1672-5301（2014）06-0556－04

2014-01-13）