三維斑點追蹤成像技術(shù)評價心臟功能的研究進展

常荷 鐘暉 肖迎聰

三維斑點追蹤成像技術(shù)(three-dimentional speckle tracking imaging, 3D-STI)是超聲診斷不斷發(fā)展的一項新的檢查技術(shù),其以三維超聲動態(tài)圖像和斑點追蹤技術(shù)為基礎(chǔ), 能夠?qū)崟r跟蹤三維空間內(nèi)心肌回聲斑點運動, 定量評價心肌功能。近年來, 3D-STI已經(jīng)成為國內(nèi)外研究的熱點, 現(xiàn)將其在心肌功能方面的研究進展做一綜述。

1 3D-STI的原理

二維灰階圖像由很多小的像素構(gòu)成, 這些像素作為聲學標記均勻分布于心肌內(nèi), 構(gòu)成穩(wěn)定的聲學斑點, 像素斑點與組織同步運動。二維斑點追蹤成像技術(shù)(two-dimentional speckle tracking imaging, 2D-STI)利用高幀頻二維超聲圖像,自動識別并追蹤心肌組織回聲斑點的空間運動, 反映心肌的實時運動及形變, 定量評價心肌運動速度、應(yīng)變及應(yīng)變率等。3D-STI是在實時三維超聲心動圖及2D-STI基礎(chǔ)上發(fā)展起來的新技術(shù), 通過采集左室全容積圖像, 在三維空間追蹤心肌回聲斑點的運動, 確定心內(nèi)膜邊界, 獲得心肌的運動信息,定量測定左心室各節(jié)段縱向、徑向及圓周應(yīng)變, 評價左心室局部及整體的收縮功能［1］；此外, 3D-STI還可計算獲得心肌的扭轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)運動信息, 評價心肌的扭轉(zhuǎn)和旋轉(zhuǎn)運動。

作為一種更新的超聲診斷技術(shù), 3D-STI較2D-STI具有明顯的優(yōu)勢。2D-STI在追蹤二維圖像上心肌斑點時, 斑點可能會移動到追蹤范圍外, 發(fā)生斑點的“失追蹤”, 而3D-STI追蹤三維容積狀態(tài)下的運動斑點減少了這種情況的發(fā)生。其次, 2D-STI以及早期的3D-STI對心肌功能的測定在不同心動周期進行, 測定結(jié)果易受心律的影響, 不能很好的用于心律不齊患者, 隨著技術(shù)不斷發(fā)展, 3D-STI已經(jīng)能夠在同一個心動周期內(nèi)測定心肌功能, 從而很好地避免心律不齊對計算結(jié)果的影響, 得出的結(jié)果更加可靠。

2 3D-STI的臨床應(yīng)用進展

2. 1 3D-STI評價左室容積和整體收縮功能 3D-STI能夠定量、客觀評價左室容積和整體收縮功能。研究表明［2］,3D-STI對左室容積和左室射血分數(shù)(LVEF)的評價結(jié)果與心臟磁共振檢查結(jié)果具有良好的相關(guān)性。Brown等［3］應(yīng)用整體縱向應(yīng)變(GLS)評價左室收縮功能, 結(jié)果顯示, GLS測定的左室心肌整體收縮功能與磁共振測定的左室射血分數(shù)具有良好的相關(guān)性。覃小娟等［4］用3D-STI評價慢性心力衰竭患者左心室GLS、徑向應(yīng)變(GRS)及圓周應(yīng)變(GCS), 研究發(fā)現(xiàn)慢性心力衰竭患者左心室GLS、GCS、GRS較正常組減低(P＜0.05)。GLS、GCS、GRS與LVEF具有良好的相關(guān)性。

除了廣為了解的GLS、GRS及GCS以外, 3D-STI技術(shù)引入面積應(yīng)變(GAS)的概念, GAS是左心室收縮、舒張時心內(nèi)膜表面形變, 是GLS和GCS的結(jié)合, GAS能夠敏感檢出心肌缺血［5］。梁慧青等［6］應(yīng)用 3D-STI技術(shù)評價肥厚性心肌病患者左室整體收縮功能, 選取肥厚性心肌病患者和健康成人各40例, 結(jié)果顯示, 肥厚性心肌病組GLS、GRS分別為(-9.3±6.5)%、(42.3±10.5)%, 均較正常對照組的(-22.1±0.5)%、(56.0±0.9)%減低, 差異有統(tǒng)計學意義 (P＜0.05)；GLS、GAS與左室舒張末期室間隔的最大厚度相關(guān)性較好(r=0.861、0.812, P＜0.01)。從而得出結(jié)論：3D-STI能夠定量、客觀評價肥厚性心肌病患者左室整體收縮功能。

2. 2 3D-STI評價左室局部收縮功能 評價左室局部室壁運動及收縮功能對心臟疾病的診斷具有重要意義, 也是超聲心動圖的研究熱點與重點。目前, 常見的評價左室局部運動及收縮功能的方法有組織多普勒成像(tissue doppler imaging,TDI)、2D-STI、3D-STI等。TDI 技術(shù)根據(jù)局部心肌運動速度的改變評價病變心肌的收縮及舒張功能受損, 較傳統(tǒng)多普勒超聲可能具有很大優(yōu)勢, 但TDI 有角度依賴性, 且對心臟復(fù)雜的空間運動不能做出準確評價［7］。2D-STI技術(shù)的基礎(chǔ)是二維超聲圖像, 易發(fā)生斑點的“失追蹤”, 從而引起測量誤差。3D-STI克服了以上技術(shù)中所存在的缺點, 并且可以在同一心動周期中進行心肌斑點追蹤, 不受心律影響, 結(jié)果更加真實、可靠。

郭娟等［8］應(yīng)用2D-STI和3D-STI 技術(shù)評價34例正常人左心室心肌應(yīng)變并進行比較, 研究中測量左心室17節(jié)段心肌縱向應(yīng)變(LS)、圓周應(yīng)變(CS)及徑向應(yīng)變(RS), 結(jié)果表明,3D-STI較 2D-STI測得的 LS較小 , CS較大 (P＜0.05)。3DSTI獲取圖像及脫機分析時間明顯少于2D-STI(P＜0.05)。王丁等［9］采用3D-STI 技術(shù)對24例心肌梗死患者及20例正常人進行心肌運動分析, 評價不同部位心肌梗死患者左室心肌應(yīng)變特征及左室收縮功能, 研究表明, 前壁心肌梗死組左室12/17節(jié)段的面積峰值應(yīng)變較正常對照組減低, 下壁心肌梗死組左室11/17節(jié)段面積峰值應(yīng)變減低；梗死節(jié)段的縱向、圓周、徑向及面積峰值應(yīng)變較非梗死節(jié)段均顯著降低(P＜0.05), 認為3D-STI能夠客觀、定量評價左室心肌局部室壁運動及收縮功能。

3D-STI也可用于診斷冠心病早期患者左室心肌節(jié)段性室壁運動異常。李國英等［10］對有心絞痛病史, 常規(guī)超聲心動圖未見室壁運動異常, 經(jīng)冠狀動脈造影證實為冠心病的患者應(yīng)用3D-STI進行分析, 結(jié)果顯示這些患者缺血心肌節(jié)段LS、CS、RS與非缺血節(jié)段及對照組比較差異均有統(tǒng)計學意義(P＜0.05), 認為3D-STI對于冠心病早期左室各節(jié)段收縮功評價具有重要意義。

2. 3 3D-STI評價左室心肌扭轉(zhuǎn)運動 心肌運動不只是單純的收縮與舒張, 還伴隨著心肌的扭轉(zhuǎn)運動。心肌扭轉(zhuǎn)以左室短軸中心為圓心, 從心尖向心底方向看, 心肌收縮時心尖呈逆時針旋轉(zhuǎn), 心底呈順時針旋轉(zhuǎn), 類似擰毛巾動作, 從而形成了左室心肌的扭轉(zhuǎn)運動［11］。與心肌的收縮和舒張一樣, 心肌的扭轉(zhuǎn)也是構(gòu)成心臟功能的重要組成部分。2D-STI曾用于評價心肌的扭轉(zhuǎn)運動, 但眾所周知, 2D-STI技術(shù)追蹤二維灰階圖像內(nèi)的回聲斑點, 但是心肌的扭轉(zhuǎn)運動以心臟三維立體結(jié)構(gòu)為基礎(chǔ), 2D-STI并不能實現(xiàn)空間位置的斑點追蹤, 局限于二維平面之中, 誤差較大。3D-STI以實時三維超聲心動圖為基礎(chǔ), 結(jié)合斑點追蹤技術(shù), 能夠在心臟三維結(jié)構(gòu)中追蹤心肌斑點, 從而真實、準確地反映左室扭轉(zhuǎn)運動［12］。

裴莉平等［13］應(yīng)用3D-STI評價冠心病患者左室扭轉(zhuǎn)運動, 結(jié)果表明冠心病患者心尖段扭轉(zhuǎn)角度峰值減低, 且心尖段扭轉(zhuǎn)角度峰值與LVEF、左室三維位移具有良好的相關(guān)性(P＜0.05)。胡莉莉等［14］在應(yīng)用3D-STI監(jiān)測乳癌術(shù)后患者蒽環(huán)類化療藥物致左室扭轉(zhuǎn)運動及心肌應(yīng)變改變的研究中發(fā)現(xiàn), 左心室扭轉(zhuǎn)角度峰值、左心室扭矩可作為監(jiān)測蒽環(huán)類化療藥物對心室功能早期損害的敏感參數(shù), 對指導(dǎo)臨床治療具有重要意義。

2. 4 3D-STI評價左室心肌舒張功能 很多心臟疾病早期, 尚未出現(xiàn)收縮功能異常之前, 首先出現(xiàn)舒張功能減低。3D-STI能夠定量評價左室心肌舒張功能。3D-STI通過經(jīng)胸采集三維全容積圖像, 計算左心室整體應(yīng)變顯像舒張功能指數(shù)(strain imaging diastolic index, SI-DI), 從而對左室舒張功能進行定量評價。薛娜等［15］應(yīng)用3D-STI技術(shù)評價無節(jié)段性室壁運動異常冠狀動脈狹窄患者左心室整體及局部舒張功能, 結(jié)果顯示對照組和病例組相比, 三維應(yīng)變參數(shù)GLS、GRS、GCS、GAS比較差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05), 兩組間縱向應(yīng)變顯像舒張指數(shù)(L-SI-DI)、徑向應(yīng)變顯像舒張指數(shù)(R-SI-DI)、圓周應(yīng)變顯像舒張指數(shù)(C-SI-DI)、面積應(yīng)變顯像舒張指數(shù)(A-SI-DI)比較差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.05)；L-SI-DI的特異度和靈敏度均最高。

2. 5 3D-STI評價右室功能 3D-STI除了能夠評價上述左室心肌功能外, 在右室功能的研究領(lǐng)域也有所涉及。3D-STI能測量右室心肌運動速度, 從而早期評價右室心肌功能受損情況。右室心肌以縱向心肌為主, 縱向心肌在右室射血中起主要作用, 因此, 對于右心室功能評價, 主要是縱向功能的研究［16］。胡路路等［17］應(yīng)用3D-STI評價肺動脈高壓患者右室心肌收縮功能發(fā)現(xiàn), 肺動脈高壓患者組右室GLS較對照組減低, 且GLS與肺動脈收縮壓、三尖瓣環(huán)收縮期峰值速度具有較好的相關(guān)性(r=-0.366、0.421, P＜0.05), 認為3D-STI能夠敏感、客觀檢測肺動脈高壓患者右心室收縮功能異常, 從而為臨床治療提供依據(jù)。

3 3D-STI的局限性與發(fā)展前景

相較于DTI和2D-STI, 3D-STI有著明顯的優(yōu)勢, 但是,作為一項發(fā)展中的超聲新技術(shù), 3D-STI也有其不足, 主要包括以下方面。①3D-STI對于超聲圖像質(zhì)量要求很高, 高質(zhì)量的超聲動態(tài)圖像才能清晰顯示心內(nèi)膜輪廓和運動, 對于圖像質(zhì)量差的患者, 3D-STI的使用就有所受限。②某些疾病引起被檢查者心臟過大, 全容積成像不能采集心臟完整圖像時,會造成心臟結(jié)構(gòu)缺損, 影響結(jié)果的準確性。

隨著科技的不斷發(fā)展, 超聲診斷技術(shù)的不斷成熟, 相信3D-STI以及越來越多的超聲新技術(shù)能夠用于臨床, 為疾病的早期、準確診斷提供可靠依據(jù)。