三維斑點追蹤成像技術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(three-dimentional speckle tracking imaging, 3D-STI)是超聲診斷不斷發展的一項新的檢查技術,其以三維超聲動態圖像和斑點追蹤技術為基礎, 能夠實時跟蹤三維空間內心肌回聲斑點運動, 定量評價心肌功能。近年來, 3D-STI已經成為國內外研究的熱點, 現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成, 這些像素作為聲學標記均勻分布于心肌內, 構成穩定的聲學斑點, 像素斑點與組織同步運動。二維斑點追蹤成像技術(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、應變及應變率等。3D-STI是在實時三維超聲心動圖及2D-STI基礎上發展起來的新技術, 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, 確定心內膜邊界, 獲得心肌的運動信息,定量測定左心室各節段縱向、徑向及圓周應變, 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和旋轉運動信息, 評價心肌的扭轉和旋轉運動。

作為一種更新的超聲診斷技術, 3D-STI較2D-STI具有明顯的優勢。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, 發生斑點的“失追蹤”, 而3D-STI追蹤三維容積狀態下的運動斑點減少了這種情況的發生。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, 隨著技術不斷發展, 3D-STI已經能夠在同一個心動周期內測定心肌功能, 從而很好地避免心律不齊對計算結果的影響, 得出的結果更加可靠。

2 3D-STI的臨床應用進展

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(LVEF)的評價結果與心臟磁共振檢查結果具有良好的相關性。Brown等［3］應用整體縱向應變(GLS)評價左室收縮功能, 結果顯示, 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具有良好的相關性。覃小娟等［4］用3D-STI評價慢性心力衰竭患者左心室GLS、徑向應變(GRS)及圓周應變(GCS), 研究發現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具有良好的相關性。

除了廣為了解的GLS、GRS及GCS以外, 3D-STI技術引入面積應變(GAS)的概念, GAS是左心室收縮、舒張時心內膜表面形變, 是GLS和GCS的結合, GAS能夠敏感檢出心肌缺血［5］。梁慧青等［6］應用 3D-STI技術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性較好(r=0.861、0.812, P＜0.01)。從而得出結論：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 技術根據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, 較傳統多普勒超聲可能具有很大優勢, 但TDI 有角度依賴性, 且對心臟復雜的空間運動不能做出準確評價［7］。2D-STI技術的基礎是二維超聲圖像, 易發生斑點的“失追蹤”, 從而引起測量誤差。3D-STI克服了以上技術中所存在的缺點, 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, 結果更加真實、可靠。

郭娟等［8］應用2D-STI和3D-STI 技術評價34例正常人左心室心肌應變并進行比較, 研究中測量左心室17節段心肌縱向應變(LS)、圓周應變(CS)及徑向應變(RS), 結果表明,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節段的面積峰值應變較正常對照組減低, 下壁心肌梗死組左室11/17節段面積峰值應變減低；梗死節段的縱向、圓周、徑向及面積峰值應變較非梗死節段均顯著降低(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段性室壁運動異常。李國英等［10］對有心絞痛病史, 常規超聲心動圖未見室壁運動異常, 經冠狀動脈造影證實為冠心病的患者應用3D-STI進行分析, 結果顯示這些患者缺血心肌節段LS、CS、RS與非缺血節段及對照組比較差異均有統計學意義(P＜0.05), 認為3D-STI對于冠心病早期左室各節段收縮功評價具有重要意義。

2. 3 3D-STI評價左室心肌扭轉運動 心肌運動不只是單純的收縮與舒張, 還伴隨著心肌的扭轉運動。心肌扭轉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, 心底呈順時針旋轉, 類似擰毛巾動作, 從而形成了左室心肌的扭轉運動［11］。與心肌的收縮和舒張一樣, 心肌的扭轉也是構成心臟功能的重要組成部分。2D-STI曾用于評價心肌的扭轉運動, 但眾所周知, 2D-STI技術追蹤二維灰階圖像內的回聲斑點, 但是心肌的扭轉運動以心臟三維立體結構為基礎, 2D-STI并不能實現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, 結合斑點追蹤技術, 能夠在心臟三維結構中追蹤心肌斑點, 從而真實、準確地反映左室扭轉運動［12］。

裴莉平等［13］應用3D-STI評價冠心病患者左室扭轉運動, 結果表明冠心病患者心尖段扭轉角度峰值減低, 且心尖段扭轉角度峰值與LVEF、左室三維位移具有良好的相關性(P＜0.05)。胡莉莉等［14］在應用3D-STI監測乳癌術后患者蒽環類化療藥物致左室扭轉運動及心肌應變改變的研究中發現, 左心室扭轉角度峰值、左心室扭矩可作為監測蒽環類化療藥物對心室功能早期損害的敏感參數, 對指導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, 尚未出現收縮功能異常之前, 首先出現舒張功能減低。3D-STI能夠定量評價左室心肌舒張功能。3D-STI通過經胸采集三維全容積圖像, 計算左心室整體應變顯像舒張功能指數(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］應用3D-STI技術評價無節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, 結果顯示對照組和病例組相比, 三維應變參數GLS、GRS、GCS、GAS比較差異無統計學意義(P＞0.05), 兩組間縱向應變顯像舒張指數(L-SI-DI)、徑向應變顯像舒張指數(R-SI-DI)、圓周應變顯像舒張指數(C-SI-DI)、面積應變顯像舒張指數(A-SI-DI)比較差異有統計學意義(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］應用3D-STI評價肺動脈高壓患者右室心肌收縮功能發現, 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、三尖瓣環收縮期峰值速度具有較好的相關性(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。

3 3D-STI的局限性與發展前景

相較于DTI和2D-STI, 3D-STI有著明顯的優勢, 但是,作為一項發展中的超聲新技術, 3D-STI也有其不足, 主要包括以下方面。①3D-STI對于超聲圖像質量要求很高, 高質量的超聲動態圖像才能清晰顯示心內膜輪廓和運動, 對于圖像質量差的患者, 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,會造成心臟結構缺損, 影響結果的準確性。

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