超声斑点追踪成像在心血管疾病中的应用

超声斑点追踪成像在心血管疾病中的应用
·综述·超声斑点追踪成像在心血管疾病中的应用
覃琴周春
斑点追踪成像（speckle tracking imaging，STI）是在高帧频二维灰阶图像基础上，采用最佳模式匹配技术跟踪组织内超声斑点噪声的运动，能在被追踪的斑点附近大约20×20像素范围中辨别下一帧图像的位置，并通过逐帧追踪标测斑点在整个心动周期中的运动轨迹。

斑点追踪技术分析软件自动追踪感兴趣区内心肌组织信号，并与上一帧图像中相比较，计算整个感兴趣区内各节段心肌组织运动的速度、位移、应变、应变率及旋转角度等心肌力学参数［1］，定量评价心肌局部及整体的形变特征以及心脏扭转旋转运动，对心肌缺血、心功能的测定、心脏扭转及旋转运动及心脏的同步性运动研究具有重要的意义。

二维灰阶图像中小于入射超声波长的细小结构产生散射、反射、干扰等现象，形成心肌组织中所谓的“回声斑点”，二维灰阶图像就是由很多个声学斑点构成，其均匀地分布于心肌内，与组织运动同步，且形状在相邻帧图像间相对稳定，所以STI技术具有时间分辨力高，与组织频移无关，不受声束方向与室壁运动夹角的影响，且不受心脏整体运动的影响，逐渐在临床心血管疾病中得到广泛应用。

一、斑点追踪成像技术定量评价心肌缺血
在缺血性心脏病中，心肌缺血导致心肌运动异常，心肌应变能够客观反映出心肌缺血时心肌局部收缩功能。

常规超声对心肌缺血的评估主要是对室壁运动和室壁厚度进行目测，这种方法的局限性既有观察者间的差异也包括肉眼对快速短暂运动的分辨能力，不能定量评估。

国外动物实验研究表明［2］：随着冠状动脉狭窄程度的增加，心肌应变呈现规律性变化：轻中度狭窄时整体纵向应变减低；重度狭窄时整体径向应变及圆周应变亦出现减低。

这种规律性变化在国内外临床研究中亦得到证实［3，4］。

初步表明二维应变可对冠状动脉狭窄程度进行半定量评价［5，6］。

沈燕华等［7］应用超声二维应变技术对心肌缺血早期诊断的应用研究中指出二维应变法以各室壁基底段的二维
应变值≥-14，结合室壁应变变化规律紊乱为诊断冠心病的标准，其Youden指数为0.58，左心室射血分数（left ventricu?lar ejection fraction，LVEF）与左心室整体轴向应变（global longtidial strain，GLS）有良好的相关性（则=0.429）。

Gjesdal等［8］用斑点追踪技术测定的纵向峰值收缩应变值与磁共振成像（magnetic resonance imaging，MRI）相比来判断是否能识别心肌梗死区域。

由此可见，在慢性缺血性心脏病中，整体应变是一个很好的心肌梗死区域的预测因子。

STI测得的峰值收缩应变能分辨出非梗死节段、跨壁梗死节 DOI：10.3877/cma.j.issn.1672?6448.2011.06.030
作者单位：445000 湖北恩施州中心医院超声科（覃琴）；武汉大学人民医院（周青）
段以及心内膜下梗死节段。

二、斑点追踪成像技术定量评价心脏功能
心肌应变是指心肌在张力的作用下发生变形的能力和程度，反映的是应力和应变关系，是直接反映心肌收缩和舒张功能的指标，理论上比现有的压力?容积关系指标更能反映心肌组织的功能特性。

1.定量评价左心室局部及整体的收缩和舒张功能：左心室壁由心内膜、心肌层、心外膜组成。

心肌层对左心室运动起着主导作用，可分为浅、中、深3层：浅层为心外膜下心肌，呈左手螺旋走行；中层呈环形，为心室所固有；深层为心内膜下心肌，呈右手螺旋走行，这种螺旋走形的心肌纤维是左心室收缩扭转变形的结构基础。

心脏的运动就包括长轴方向的纵向运动，短轴方向的径向运动、圆周运动及以左心室长轴为轴心的旋转运动。

二维斑点追踪技术测量心肌的纵向应变、径向应变、圆周应变、旋转角度和左心室扭转指标，综合分析左心室心肌的运动特点，判断左心室心肌功能。

冠心病患者缺血心肌的收缩期纵向应变、径向应变、圆周应变、旋转角度明显降低，可以较敏感地反映心肌缺血导致的局部及整体心肌收缩功能异常。

有研究应用二维应变与应变率成像测量心力衰竭患者的纵向和轴向整体应变和应变率，发现该参数均显著低于正常组，且正常人与心力衰竭患者的纵向和轴向整体应变和应变率均与射血分数呈良好的相关性，初步证
实了二维应变测量整体应变和应变率评价心肌整体功能的临床价值［9］。

另有研究发现，扩张型心肌病患者的峰值左心室扭转角度较正常人显著减低，左心室峰值扭转与左心功能显著正相关［10］。

Kim 等［11］应用STI技术测量左心室旋转角度结果显示正常人的左心室旋转和射血分数明显相关。

心尖部旋转程度与射血分数值呈正相关，反映左心室收缩功能；基底部的旋转角度和时间与年龄呈负相关，提示左心室基底部的旋转与舒张早期充盈有关。

因此测量心脏扭转能准确评价左心室收缩与舒张功能。

2.检测右心室功能：Chow等［12］考虑能否用STI技术的应变及应变率成像来评价整体的右心室功能结果显示，右心室的纵向应变及应变率与右心室的等容加速度呈正相关，与右心室心肌做功指数呈负相关。

纵向应变率与右心室射血分数呈正相关。

因此，右心室的二维径向应变及应变率是能评价右心室整体功能的一个新指标。

国内刘红云等［13］应用超声斑点追踪技术检测移植心脏右心室游离壁峰值应变、应变率、位移及速度，结果显示无排异反应及急性排异反应的心脏移植受者与正常人相比，右心室游离壁各节段收缩期峰值应变、应变率、速度、位移以及舒张早期、心房收缩期峰值应变率和速度均显著降低（孕<0.05）。

说明超声STI技术可用于快速准确评价移植心脏右心室功能，在排异反应诊断方面具有一定价值。

李玉曼等［14］应用STI评价肺动脉高压患者的右心室功能，结果肺动脉高压患者各节段各参数均较对照组显著减低，并分析影响肺动脉高压患者右心室功能的指标。

肺血管阻力和肺动脉收缩压是影响肺动脉高压患者右心室收缩功能的重要因素，三尖瓣环收缩峰值速度与肺动脉高压患者右心室游离壁基底段
有良好的相关性，肺动脉高压患者右心室功能减低。

3.评价左房功能：夏娟等［15］应用STI评价高血压患者左心房功能，高血压左心室正常组和左心室重构组与正常对照组对比，高血压左心室正常组和左心室重构组左心房中段平均峰值应变率均显著降低，提示高血压患者左心室重构发生前左心房形变能力已降低。

尹家保等［16］应用二维STI和基于STI的应变率成像（strain rate imaging，
SRI）技术分别测量高血压病患者左心房应变率，评价其左心房功能。

STI和SRI技术均可以准确评价左心房功能。

并且STl技术可以在高血压病患者左心室重构发生前检测出左心房壁形变能力降低，其敏感性高于SRI。

阮雯等［17］应用STI评价慢性心力衰竭患者的左心房功能，提示STI技术可准确有效地检测慢性心力衰竭患者的左心房功能，判断左心室充盈压力升高，具有一定临床应用潜力。

三、评价左心室运动同步性及对心脏再同步化治疗效果
心脏运动同步性是保证正常左心室收缩与舒张功能的重要因素之一。

心脏非同步机械运动势必会导致心室收缩和舒张效率下降，从而影响心脏行使正常功能。

随着临床慢性心力衰竭的心脏再同步化治疗（cardiac resynchronization thera?py，CRT）、双室起搏的置入以及心律失常介入治疗的广泛开展，能客观、准确、无创地评价心电?机械收缩关系、显示心肌运动动力参数关系的技术在临床上具有重要应用价值。

目前用于评价心室同步性的主要方法为组织多普勒技术（tissue doppler ima?ging，TDI），包括组织速度成像（tissue velocity imaging，TVI）、组织追踪成像（tissue tacking imaging，TTI）、组织同步显像（tissue synchronization imaging，TSI）、应变及应变率成像及实时三维超声心动图等，通过描述各组织不同节段的运动速度、位移、形变及形变率、速度达峰时间等参数变量，对各个节段运动参数比较，分析左心室收缩的同步性，评价CRT的治疗效果。

但是由于TDI技术存在角度依赖性，各节段在非同一心动周期的不同切面上进行分析，由此可能导致一定的误差。

实时三维由于采用半自动内膜边界检测技术，对图像质量要求高，易受呼吸的影响出现图像重组，产生伪像。

超声STI技术在二维应变的基础上克服了声束角度依赖的局限性，不受周围心肌的牵拉及心脏整体运动的干扰，不仅可提供长轴切面上多节段的收缩达峰时间（Ts），还可以提供短轴切面上多节段的Ts［18］，真实反应局部心肌的功能状态，因此可用来评价心脏同步化运动，且证明与组织多普勒技术及实时三维超声心动图相关性良好［19］。

正常情况下，由于心室各壁激动顺序不同，各心肌节
段收缩时间不完全一致，这与心室肌复杂的解剖、排列结构有关。

伍玉晗等［19］研究正常组中各室壁间的Ts有一定的差异，但是Ts?SD<330 ms时，左心室收缩为同步性。

陈金玲等［21］探讨应用应变率成像评价肥厚型心肌病患者左心室运动同步性，结果显示与对照组比较，肥厚型心肌病组12节段收缩期应变率达峰时间标准差（TSSR?SD）、12节段舒张期应变率达峰时间标准差（TESR?SD）、12节段收缩期应变率达峰时间最大差值（ΔTSSR）、12节段舒张期应变率达峰时间最大差值（ΔTESR）、收缩期应变率达峰时间变异（CVTSSR）和
舒张期应变率达峰时间变异（CVTESR）均显著增大，得出肥厚型心肌病患者左心
室局部收缩、舒张早期电?机械时间均延迟；肥厚型心肌病患者左心室收缩、舒张
运动存在不同步现象，应变率成像技术能准确评价其左心室运动不同步。

黄君红
等［22］应用超声二维STI评价慢性心力衰竭患者左心室运动同步性研究，得出慢
性心力衰竭患者的左心室心肌在纵向、径向及环向上收缩及舒张存在显著不同步
性，其与QRS间期无关。

二维STI为评价慢性心力衰竭患者左心室心肌收缩及
舒张运动同步性提供了一种新方法。

马春燕等［23］应用二维STI 评价急性心肌梗
死后左心室收缩同步性，得出QRS宽度正常的急性心肌梗死患者可出现左心室
收缩不同步，且心肌梗死面积是收缩不同步的主要影响因素，STI 能够准确评价
左心室收缩同步性。

李雪等［24］运用STI对慢性心力衰竭患者心脏CRT短期疗效
的评价，结果CRT后1个月、3个月LS?SDl8、RS?SDl8、CS?SD
及RS?dif较术前显
著减少，差异有统计学意义（P<0.05）；术后3个月D18、△RS?SD18与△ESV%
具有明显的相关性（r=0.694）。

进而说明应变非同步指标对评价短期CRT后机
械非同步性具有重要意义。

四、STI在血管疾病中的应用
超声STI二维应变技术与组织多普勒频移无关，不受声束方向与血管壁运动
方向间夹角的影响，故二维超声应变成像可用来反映血管壁的运动，且在常规超
声检查未能检测出斑块时即可发现颈动脉血管壁的早期病变，有利于血管疾病的
早期诊断和治疗。

朱英等［25］应用超声二维应变技术探讨颈动脉粥样硬化有斑块
组、无斑块组收缩期峰值整体圆周应变及应变率和局部3~5点、5~7点的收缩
期峰值圆周应变及应变率均较对照组明显降低（P<0.05）；有斑块组收缩期峰
值整体圆周应变及应变率及3~5点、5~7点、7~9点收缩期峰值圆周应变、峰值
圆周应变率较无斑块组明显降低（P<0.05）。

收缩期峰值整体圆周应变率与僵
硬度参数（β，r=-0.26，P<0.05）、压力应变弹性模量（Ep，r=-0.24，P< 0.05）呈显著负相关，超声STI二维应变技术为评价颈动脉粥样硬化患者颈动脉管壁弹性提供了新方法，使早期血管壁病变的评价成为可能。

五、斑点追踪成像技术局限性及应用前景
STI技术局限性：（1）STI技术要求有清晰的内外膜二维图像才能保证测量的准确性，在肺气肿、肥胖等二维图像不清晰的患者成像的
准确性受到限制。

（2）STI技术需要较高的帧频才能准确反映局部心肌瞬时的运动信息。

（3）采用的STI仍局限在二维平面的观察，不能正确反映心脏三维整体运动情况，不能对斑点本身的形态改变进行识别，故不能完全跟踪斑点运动的空间位置，因而其精确性欠佳。

（4）目前二维超声应变成像须将二维图像储存后脱机分析，尚不能达到实时分析。

STI技术应用前景：与其他新技术一样，STI技术也需要不断更新发展，并适应临床需要不断完善。

目前动物实验及临床研究均表明，该技术有广阔的应用前
景。

随着自动定量分析技术的进一步完善，可以提供实时的动态心室壁各部位和各层次的运动信息；与心肌声学造影、负荷超声等技术相结合，将有助于心肌灌注的评价及存活心肌的识别。

同时，三维超声和三维斑点追踪技术的发展，将可以弥补二维的不足，更真实、全面地反映心肌的运动情况，为临床提供更准确的信息，在评价心脏形变、扭转和解旋方面具有更广阔的应用潜力。

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（收稿日期：2010?05?24）
（本文编辑：杨咏莉）覃琴，周春.超声斑点追踪成像在心血管疾病中的应用［J/CD］.中华医学超声杂志：电子版，2011，8（6）：1342?1347.
超声斑点追踪成像在心血管疾病中的应用
作者：覃琴，周春
作者单位：覃琴(湖北恩施州中心医院超声科,445000)，周春(武汉大学人民医院)
刊名：
中华医学超声杂志（电子版）
英文刊名：CHINESE JOURNAL OF MEDICAL ULTRASOUND(ELECTRONIC VERSION)
年，卷(期)：2011,08(6)
被引用次数：1次
参考文献(25条)
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