曹清瓊，郭瑞強

(武漢大學人民醫(yī)院超聲影像科，武漢430060)

超聲心動圖是臨床上常用的評價心臟結構與功能的重要工具。然而，隨著對心臟疾病認識的不斷深入以及治療方式的不斷改進，常規(guī)超聲心動圖已經(jīng)不能滿足臨床需要。左心室射血分數(shù)(left ventricular ejection fraction，LVEF)是臨床常用的左心室收縮功能評價指標，在多種疾病的亞臨床或臨床早期階段LVEF仍維持在正常范圍，無法敏感檢測早期心肌功能損傷[1]。斑點追蹤技術是近年來出現(xiàn)的新興技術，其利用源自超聲探頭的入射波與人體組織內的散射粒子作用產(chǎn)生反射、散射，并通過相互干涉產(chǎn)生不同振幅的回波信號，經(jīng)處理后顯示為亮度不同的散斑。散斑不僅可以識別特定區(qū)域的心肌組織，在追蹤心肌運動的同時還可維持相對位置穩(wěn)定。斑點追蹤技術基于散斑的獨特性和相對穩(wěn)定性采用最佳模式匹配技術使動態(tài)追蹤心肌運動軌跡、定量評價心肌功能成為可能。在二維斑點追蹤成像(two-dimensional speckle tracking imaging，2D-STI)基礎上發(fā)展的三維斑點追蹤成像(three-dimensional speckle tracking imaging，3D-STI)技術不僅克服了傳統(tǒng)超聲技術的角度依賴性，而且實現(xiàn)了三維空間內的心肌斑點追蹤，同時對心臟功能的評價也更為準確，其臨床應用價值已得到大量研究證實[2-3]。現(xiàn)就3D-STI技術在心臟疾病中的應用進展予以綜述。

1 3D-STI技術的發(fā)展現(xiàn)狀

3D-STI技術通過追蹤完整的左心室運動軌跡，并將其按縱向、徑向和圓周方向分解后分別以縱向應變、徑向應變、圓周應變等參數(shù)表示。三維應變參數(shù)的獲取主要分為圖像采集和處理兩步。與2D-STI技術不同，三維全容積探頭可以單次采集左心室圖像，無須跨心動周期旋轉探頭獲取多切面圖像，而圖像分析也只需沿心肌邊界勾畫感興趣區(qū)域，軟件會自動運算得出結果，因此，3D-STI應變參數(shù)的獲取較2D-STI更為快速、高效[4]。

3D-STI應變參數(shù)的準確性和重復性已經(jīng)得到諸多研究證實[5-10]，基本具備臨床應用的條件。無論是基線狀態(tài)、不同藥物負荷狀態(tài)還是急性心肌缺血狀態(tài)，通過體測法獲得的綿羊心肌節(jié)段縱向應變、徑向應變和圓周應變均與3D-STI獲取的對應應變參數(shù)具有良好的相關性[5]。面積應變和扭轉運動相關參數(shù)的準確性也在相關研究中得到了驗證[6,9]。與其他應變參數(shù)相比，徑向應變的準確性則稍差[7-8]。雖然3D-STI與2D-STI存在一定差別，但兩者應變參數(shù)的準確性和重復性均較高，且3D-STI的應變參數(shù)與2D-STI對應的應變參數(shù)高度相關，表明3D-STI應變參數(shù)具有潛在的臨床應用價值[10]。此外，由于數(shù)據(jù)獲取方式和分析軟件算法存在差異，2D-STI與3D-STI應變參數(shù)不能直接進行比較和替換。

目前關于3D-STI應變參數(shù)正常參考值的大樣本研究較少，缺乏正常參考值導致對應變參數(shù)的解釋和比較相對困難。正常人群的心肌應變參數(shù)可能與性別、年齡和不同分析軟件等因素相關。目前認為，女性心肌應變值普遍高于男性[11]，這與以往研究中女性LVEF稍高于男性的特征吻合[12]。隨著年齡的增長，不同研究結論中正常人群心肌應變值的變化趨勢不一致。一項針對兒童的研究發(fā)現(xiàn)，僅整體縱向應變和整體圓周應變在不同年齡組中存在細微差別，但無明確的臨床意義[13]。在成年人中，整體縱向應變、整體圓周應變、整體徑向應變和整體面積應變均隨著年齡的增長而降低，其中以整體面積應變最為敏感[14]。也有研究認為，應變值與不同分析軟件有關，而與性別、年齡等人口統(tǒng)計學因素無關[15]。

2 3D-STI技術在心臟疾病中的應用

2.1冠心病 冠心病是指冠狀動脈粥樣硬化引起管腔狹窄或閉塞，導致心肌缺血、缺氧甚至壞死而引發(fā)的心臟疾病。冠狀動脈粥樣硬化的病程進展緩慢，但當冠狀動脈重度狹窄甚至閉塞時，缺少血流灌注的心肌在數(shù)十分鐘內即可發(fā)生不可逆性壞死，引發(fā)乳頭肌功能失調(或斷裂)、心臟破裂、室壁瘤等并發(fā)癥，預后差[16](153-161)。因此，冠心病早期的診斷與治療對患者預后具有重要意義。

與冠狀動脈造影等傳統(tǒng)檢查方法相比，3D-STI技術可以早期識別心肌缺血，從而間接評估冠狀動脈狹窄程度，具有無創(chuàng)、無輻射、方便快捷等優(yōu)點。動物研究證實，隨著冠狀動脈血流灌注的減少，受累心肌節(jié)段的所有三維應變參數(shù)均出現(xiàn)不同程度的降低，同時正常心肌節(jié)段應變值呈代償性增加，以維持心臟射血功能[17]。Dogdus等[18]對冠心病患者的研究發(fā)現(xiàn)，重度冠心病組患者的所有應變值均小于非重度冠心病組，與其他應變參數(shù)相比，整體縱向應變和整體面積應變識別重度冠心病的價值更高。此外，將三維應變參數(shù)與其他傳統(tǒng)超聲指標相結合構建多參數(shù)診斷模型也可顯著提高冠心病無創(chuàng)診斷的效率[19]。

有研究探討了3D-STI技術在評估梗死心肌面積和程度等方面的價值，但結論存在一定爭議。例如，Wang等[20]研究發(fā)現(xiàn)，3D-STI各參數(shù)與心肌梗死面積密切相關，且以整體縱向應變最為顯著(r=0.728，P<0.01)，以-13.8%為截斷值，整體縱向應變診斷大面積心肌梗死(梗死面積≥12%)的特異度為87.5%，靈敏度為70.6%，曲線下面積為0.84。而Aly等[21]通過比較3D-STI與心臟磁共振成像發(fā)現(xiàn)，3D-STI對梗死心肌面積和程度的評價與心臟磁共振成像結果存在較大差異。因此，3D-STI對心肌梗死面積和程度的評估價值仍有待大樣本研究進一步探索。3D-STI對經(jīng)皮冠狀動脈介入治療患者的左心室慢性重構和功能恢復均具有一定的預測價值，其中整體縱向應變和整體面積應變尤為顯著[22-24]。研究發(fā)現(xiàn)，二維整體縱向應變和三維整體縱向應變、整體面積應變、整體徑向應變均可作為對經(jīng)皮冠狀動脈介入術后左心室重構的獨立預測因子，其中三維整體縱向應變預測價值最高，曲線下面積為0.82[23]。同時，三維節(jié)段縱向應變和整體縱向應變也可預測術后左心室節(jié)段心肌和整體功能的恢復，當左心室節(jié)段縱向應變截斷值為-11.1%時，預測節(jié)段心肌功能改善的特異度和靈敏度分別為91%和92%[22]。

2.2心臟瓣膜病 主動脈瓣狹窄、主動脈瓣關閉不全及二尖瓣關閉不全均會導致左心室腔內血流動力學紊亂以及左心室心肌運動功能受損。然而，當瓣膜重度病變甚至左心室重構發(fā)生時，心臟瓣膜病患者的LVEF仍可維持正常且無顯著臨床癥狀。3D-STI技術在早期評估和術后隨訪瓣膜病患者左心室功能、預測心血管不良事件等方面均具有重要價值。

2.2.1主動脈瓣狹窄 當主動脈瓣狹窄時，通過主動脈瓣口的血流減少，同時進入冠狀動脈循環(huán)的血流也隨之減少；此外，由于左心室肥厚，供應心肌的毛細血管網(wǎng)密度相對降低，造成心肌缺血和損傷。研究發(fā)現(xiàn)，LVEF保留的重度主動脈瓣狹窄患者的整體縱向應變、整體徑向應變均顯著降低，而整體圓周應變、心臟旋轉與扭轉運動均增強[25]。其中，反映心內膜下心肌運動的整體縱向應變是提示主動脈瓣狹窄患者早期左心室收縮功能異常的敏感指標[26]，同時也是心臟不良事件的獨立預測因子[27]，整體縱向應變在主動脈瓣置換術后出現(xiàn)顯著升高[28-29]。

2.2.2主動脈瓣關閉不全 主動脈瓣關閉不全造成左心室容量負荷增加，早期左心室收縮功能呈適應性增強，然而，當左心室收縮功能受損時，臨床癥狀和LVEF則無明顯變化[16(173),30]。Broch等[31]測量31例LVEF保留的中、重度主動脈瓣關閉不全患者的心肌應變發(fā)現(xiàn)，左心室整體縱向應變減小，而整體圓周應變呈現(xiàn)代償性增加，提示在心肌縱向運動受損后，心臟可能通過增強環(huán)向運動的方式維持LVEF。

2.2.3二尖瓣關閉不全 二尖瓣關閉不全對左心室的影響與主動脈瓣關閉不全相似，主要通過增加容量負荷引起左心室心肌運動功能受損。越來越多的研究顯示，二尖瓣重度關閉不全患者的心臟功能在LVEF降低前就已經(jīng)出現(xiàn)了損傷[32-33]，且左心室收縮功能的儲備與心臟不良事件的發(fā)生獨立相關[34]。Casas-Rojo等[33]運用3D-STI技術隨訪無癥狀LVEF保留的二尖瓣重度關閉不全患者，結果發(fā)現(xiàn)，面積應變是心力衰竭事件唯一的獨立預測因子，以面積應變>-41.6 %為截斷值，預測心力衰竭事件的靈敏度和特異度分別為93%和78%，曲線下面積為0.74。

2.3心肌病

2.3.1肥厚型心肌病 肥厚型心肌病是一種常染色體顯性遺傳病，常表現(xiàn)為心室肌不對稱性肥厚。肥厚型心肌病患者的心肌細胞常異常肥大、排列紊亂，隨著病情進展出現(xiàn)纖維化，從而導致心臟功能受損。與左心室肥厚的高血壓患者相比，肥厚型心肌病患者的整體縱向應變受損更嚴重，這一點有助于鑒別高血壓所致左心室肥厚與肥厚型心肌病[35]。此外，Orta Kilickesmez等[36]通過對LVEF保留的肥厚型心肌病患者的研究發(fā)現(xiàn)，縱向應變和徑向應變均出現(xiàn)降低，而周向應變和扭轉運動則呈現(xiàn)代償性增強。該研究提示，在疾病早期肥厚型心肌病患者的心肌收縮功能可先于LVEF出現(xiàn)損傷。

2.3.2擴張型心肌病 擴張型心肌病是一種常見的心肌病，隨著病情進展，心肌拉伸變薄，心肌細胞凋亡、纖維化，最終導致左心室功能障礙。一項針對兒童擴張型心肌病的研究發(fā)現(xiàn)，左心室整體縱向應變、整體圓周應變和整體徑向應變均出現(xiàn)不同程度降低，而整體縱向應變、整體圓周應變則與左心室功能更為密切，常先于左心室扭轉運動發(fā)生改變[37]。此外，3D-STI技術還可用于評估疾病的嚴重程度。Sveric等[38]對45例經(jīng)3D-STI超聲心動圖和心肺運動試驗的擴張型心肌病患者進行觀察，結果發(fā)現(xiàn)，左心室扭轉角度與峰值攝氧量呈顯著正相關(r=0.76，P<0.001)，左心室扭轉角度是峰值攝氧量的獨立預測因子；以左心室扭轉角度<0.61°/cm為截斷值，預測心肺功能受損的靈敏度為91%，特異度為81%，曲線下面積為0.88。

2.3.3尿毒癥性心肌病 內環(huán)境及代謝紊亂、心臟容量和壓力負荷增加以及多種心血管危險因素均可造成尿毒癥患者嚴重的心血管損害，心血管疾病也是尿毒癥患者死亡的主要原因。據(jù)研究報道，尿毒癥患者心臟收縮與舒張功能在LVEF降低前就已受損[39]。3D-STI技術可以準確反映尿毒癥患者早期左心室收縮功能的變化，且以整體縱向應變和整體面積應變較敏感[40]。Sun等[41]報道，整體縱向應變是維持性血液透析患者心血管事件的重要預測指標，以-17.2%為整體縱向應變截斷值，預測心血管事件的靈敏度和特異度分別為87.0%和79.1%。說明3D-STI技術不僅可以早期識別尿毒癥患者的心臟損害，對預后評估及危險分層也具有重要價值。

2.4其他心臟相關疾病

2.4.1腫瘤治療相關心臟損傷 作為腫瘤治療的兩種重要方式，化療和放療均可造成不同程度的心臟損傷。其中，化療相關心臟損傷近年來受到越來越多的關注?！?016年歐洲心臟病學會腫瘤治療與心血管毒性聲明》[42]指出，LVEF是識別腫瘤治療所致心力衰竭的可靠指標。而與傳統(tǒng)二維超聲心動圖相比，三維超聲心動圖測量LVEF的時間變異性更低，重復性更好[43]。在隨訪過程中，使用同一機器和分析軟件有助于提高診斷的準確性[44]。除LVEF外，3D-STI技術所提供的應變參數(shù)對化療相關心臟損傷的識別也具有重要價值。Song等[45]通過對比蒽環(huán)類化療藥物治療前、后心臟功能的變化，發(fā)現(xiàn)3D-STI可先于2D-STI在4個化療周期檢測到左心室整體縱向應變、整體圓周應變和右心室整體縱向應變均顯著降低；以-20.4%為截斷值，左心室三維整體縱向應變區(qū)分化療后患者的靈敏度和特異度分別為80%和70%，曲線下面積為0.81。該研究提示，3D-STI能更早識別化療相關心臟損傷，其中以整體縱向應變的診斷價值最大。有研究提示，由于右心室心肌菲薄，右心室對化療藥物的敏感性可能較左心室更高[46]。

2.4.2心臟再同步化治療 3D-STI技術不僅可以準確評估心臟運動的同步性和心臟功能，在篩選心臟再同步化治療有反應患者、預測和評估心臟再同步化治療療效等方面也具有重要價值。研究提示，基線整體縱向應變和整體圓周應變水平與心臟再同步化治療后的長期預后顯著相關，具有重要的預后價值[47]。趙盈潔等[48]通過對比41例患者心臟再同步化治療前、后的心臟收縮功能和同步性，發(fā)現(xiàn)二維和三維縱向應變及其達峰時間標準差對心臟再同步化治療的療效均有一定的預測價值，其中三維縱向應變達峰時間標準差預后價值最高，曲線下面積為0.845。

3 問題與展望

作為一種新興的超聲診斷技術，3D-STI不僅能克服組織多普勒的角度依賴性，還能快速獲取心臟三維圖像資料，顯著縮短應變參數(shù)的獲取時間，提高重復性和可靠性。3D-STI技術可以準確評估常見心臟疾病的心肌運動功能，在疾病的鑒別診斷、風險分層以及不良事件的預測方面均具有重要價值。然而，目前3D-STI技術在臨床廣泛應用仍存在一定的局限性：①高度依賴圖像質量，且需要患者屏氣配合，因而限制了其在大部分患者中的常規(guī)應用；②需要足夠的時間分辨率，幀頻過低會顯著降低分析結果的可信度；③各公司的分析軟件仍存在不足，算法和參考值等仍存在差異。相信隨著超聲技術的不斷發(fā)展以及分辨率和取樣容積的不斷提高，3D-STI有望在未來廣泛地應用于臨床。