超聲斑點(diǎn)追蹤技術(shù)在評估心臟功能中的臨床應(yīng)用及進(jìn)展

鄭哲嵐 蔣冰倩

超聲心動圖對左心室收縮功能的評估最常用的參數(shù)是左心室射血分?jǐn)?shù)（left-ventricular ejection fraction,LVEF），但LVEF對于心臟早期損傷并不敏感。通過斑點(diǎn)追蹤技術(shù)（speckle tracking imaging,STI）測量心肌應(yīng)變是定量觀察左心室功能的一個新方法。有研究發(fā)現(xiàn)，應(yīng)變是檢測早期心室功能障礙的敏感工具，可以檢測心肌功能的細(xì)微變化，對多種心血管疾病的預(yù)后有預(yù)測意義[1]。因此，STI評估左心室功能為早期臨床決策和實施更有效的治療提供可能，從而改善各種疾病的預(yù)后。STI又包括二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)（2D-STI）、三維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)（3D-STI）、分層應(yīng)變，以及結(jié)合后負(fù)荷評估心肌作功的新參數(shù)壓力-應(yīng)變環(huán)（pressurestrain loop,PSL）。本文就上述新技術(shù)在心血管疾病中的臨床應(yīng)用及研究進(jìn)展作一述評。

1 心肌應(yīng)變的概念

應(yīng)變是物體在一定方向內(nèi)相對于其基線長度的變化，并以百分比表示，應(yīng)變（%）=（Lt-L0）/L0，其中 Lt是當(dāng)t時間時的物體長度，L0是物體初始的長度[2]。應(yīng)變率是應(yīng)變的時間導(dǎo)數(shù)，它提供了關(guān)于應(yīng)變發(fā)生的速度。應(yīng)變是一個矢量，對心肌復(fù)雜變形的完整描述需要3個正常應(yīng)變分量和6個剪切應(yīng)變分量。由于實際應(yīng)用原因，臨床首選的正常應(yīng)變是沿著左心室坐標(biāo)軸排列的，描述了徑向增厚、變薄以及圓周和縱向縮短、延長。延長或增厚由正應(yīng)變值表示，而縮短或變薄由負(fù)應(yīng)變值表示。應(yīng)變可以量化局部心肌功能，同時隨著STI的應(yīng)用，可以對總體左心室功能進(jìn)行評估，其中最常用的參數(shù)是左心室整體縱向應(yīng)變（left-ventricular global longitudinal strain,LV-GLS），在 GLS上，從 3個心尖視圖的測量值結(jié)合起來得到一個平均GLS值[3]，同時心肌應(yīng)變也跟LVEF一樣受到心率、負(fù)荷的影響，在測量時應(yīng)考慮上述因素的干擾。

2 斑點(diǎn)追蹤超聲心動圖

左心室心肌應(yīng)變對左心室功能的評估最早是通過組織多普勒成像（tissue doppler imaging,TDI）來實現(xiàn)的，TDI有非常好的時間分辨率，可以快速的定性功能評估，直接顯示測量數(shù)據(jù)，但通過TDI方法測量應(yīng)變需依賴角度，要測量的變形分量必須與超聲波束對準(zhǔn)，同時想要使用TDI方法來評估整個左心室功能還是比較困難的。由于心肌不均勻的聲學(xué)特性可以引起干涉模式，從而形成“斑點(diǎn)”。斑點(diǎn)并不代表組織結(jié)構(gòu)，但已經(jīng)被證明可以在有限的時間和距離內(nèi)與組織一起移動，因此可以作為追蹤的對象。STI由于其不需要依賴角度，能夠在不同的空間方向上（縱向、徑向和圓周）評估心肌力學(xué)，并且較TDI有更高的空間分辨率、再現(xiàn)性等優(yōu)點(diǎn)，已成為目前臨床上最廣泛使用的心肌應(yīng)變分析方法[4]。

2.1 2D-STI及3D-STI2D-STI克服了傳統(tǒng)組織多普勒的角度依賴性，可以定量分析左心室縱向、徑向和圓周的心肌應(yīng)變，評價左心室整體及局部功能，目前臨床上已廣泛應(yīng)用，部分超聲中心已將其納入常規(guī)檢測項目。但2D-STI雖然克服了傳統(tǒng)TDI的角度依賴性，其測量是基于二維平面追蹤的結(jié)果，而由于心肌是由3個不同的心肌層組成，它們同時向不同的方向收縮，導(dǎo)致心肌的運(yùn)動并不局限在一個平面上，這使得2D-STI測量結(jié)果并不完全準(zhǔn)確。因此準(zhǔn)確的評估可能需要進(jìn)行三維分析。

與2D-STI比較，3D-STI是在斑點(diǎn)追蹤原理的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，不受心肌運(yùn)動方向限制，可以在三維容積內(nèi)客觀、準(zhǔn)確地追蹤心肌的運(yùn)動軌跡，彌補(bǔ)了2D-STI局限于所掃描的平面內(nèi)追蹤心肌運(yùn)動斑點(diǎn)的不足，可以對復(fù)雜的心肌運(yùn)動進(jìn)行評價[5-6]。其次，3DSTI除了縱向、徑向、圓周應(yīng)變，還引入了一個新的參數(shù)-面積應(yīng)變[7]，反映了縱向和圓周縮短影響的相對面積變化，是GLS和圓周應(yīng)變結(jié)合的結(jié)果，也有部分研究證實了其應(yīng)用價值。同時，3D-STI采集和分析時間更快，2D-STI需要采集多個心動周期的多個2D圖像，包括3個短軸視圖來測量整體圓周應(yīng)變和整體徑向應(yīng)變，以及3個心尖切面來測量整體GLS，導(dǎo)致更長的數(shù)據(jù)采集時間，相比之下，3D-STI分析只需要進(jìn)行一次心尖圖像采集，從而縮短了采集時間，并能從單個心臟周期中測量所有的3D應(yīng)變成分[7-9]。

但是2D-STI及3D-STI都受到圖像質(zhì)量的影響，尤其是3D-STI，時間和空間分辨率都相對較低。此外由于不同供應(yīng)商之間軟件及圖像后處理的差異，導(dǎo)致在不同儀器上獲得的數(shù)值有所不同，這使得STI的臨床應(yīng)用受到一定限制。

2.2 分層應(yīng)變 過去研究多以心室壁的整體平均應(yīng)變GLS作為研究對象，而忽視了心室壁是由三層心肌纖維通過不同結(jié)構(gòu)和走向組成，心內(nèi)膜和心外膜心肌為縱行心肌，主要負(fù)責(zé)左心室長軸方向功能，而中層心肌為環(huán)形心肌，負(fù)責(zé)徑向和圓周功能。不同疾病可以導(dǎo)致不同心肌層受損，從而出現(xiàn)各不相同的分層應(yīng)變表現(xiàn)。通過分層應(yīng)變分析也可以評估心肌損傷的累及深度[10]，但是分層應(yīng)變也存在局限性，首先對圖像質(zhì)量要求更高，需要清晰地追蹤三層心肌的活動軌跡，其次三層心肌并非完全獨(dú)立，存在各層之間的相互影響，導(dǎo)致分析結(jié)果不能完全代表單層的功能[11-12]。

2.3 左心室心肌應(yīng)變的正常值設(shè)定 由于圓周應(yīng)變、徑向應(yīng)變及分層應(yīng)變目前的研究數(shù)據(jù)還不充分，尚無對其統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)正常值設(shè)定的方法。2D-GLS由于其穩(wěn)定性和對心肌微小損傷的敏感性，成為當(dāng)前應(yīng)用最為廣泛的應(yīng)變參數(shù)。但供應(yīng)商圖像后處理軟件及干預(yù)之間的差異，導(dǎo)致大多數(shù)健康個體的正常2D-GLS值波動在-18%～-25%[13]。盡管實驗室和軟件供應(yīng)商之間存在可變性，美國超聲心動圖學(xué)會認(rèn)為2D-GLS值在-20%±2%是比較合適的正常值范圍[14]。也有研究認(rèn)為，2D-GLS絕對值≥18%為正常，16%～18%為邊界異常，≤16%為異常[15]。研究發(fā)現(xiàn)，3D-GLS的平均值為-19.1%，絕對值波動在15.8%～23.4%，總體上3D-GLS的平均值為-18.1%，與2D-GLS的正常值大致相同[7]。目前應(yīng)變在許多心臟疾病中有重要作用，然而對于正常值和疾病相關(guān)應(yīng)變值的定義仍有差異，臨床需要進(jìn)一步標(biāo)準(zhǔn)化。因此建議同一例患者在隨訪中使用相同供應(yīng)商的軟件進(jìn)行應(yīng)變分析，以減少差異，增加前后可比性。

2.4 STI測量心肌應(yīng)變的臨床應(yīng)用

2.4.1 射血分?jǐn)?shù)保留的心力衰竭（heart failure with preserved ejection fraction,HFpEF） 研究發(fā)現(xiàn)，約在50%～60%HFpEF患者中發(fā)現(xiàn)應(yīng)變異常，尤其是LV-GLS由于各種病因引起的左心室間質(zhì)纖維化，主要先影響左心室心內(nèi)膜下層，心內(nèi)膜下左心室功能（即左心室的縱向功能）對左心室性能起關(guān)鍵作用，而對心肌中部和心外膜下左心室纖維（即左心室環(huán)向、徑向和橫向收縮和舒張功能）的影響較小[16]。有研究認(rèn)為保留的左心室扭轉(zhuǎn)功能是抵消HFpEF患者左心室縱向收縮功能障礙的主要代償機(jī)制，從而維持正常的LVEF，HF－pEF不應(yīng)再被認(rèn)為是孤立性左心室舒張功能障礙的病理生理過程，而應(yīng)被認(rèn)為是LV-GLS異常的疾病[17]。LV-GLS絕對值＜16%被推薦作為診斷HFpEF的次要標(biāo)準(zhǔn)，受損的LV-GLS已被證明是HFpEF患者心源性死亡和全因死亡的風(fēng)險標(biāo)志[18]。

2.4.2 腫瘤治療相關(guān)的心功能障礙（cancer therapeutics related cardiac dysfunction,CTRCD） 腫瘤治療中最具破壞性的不良反應(yīng)之一是CTRCD。CTRCD的傳統(tǒng)定義是LVEF從基線下降＞5%低至55%以下，同時伴有心力衰竭的癥狀或體征，或即使沒有癥狀或體征，LVEF從基線下降＞10%低至55%以下[19]。但是通過二維超聲心動圖評估LVEF的可靠性有限，并且只能檢測到變化＞10%的LVEF差異，更重要的是LVEF的下降是CTRCD的晚期事件，只有在發(fā)生嚴(yán)重的心臟損傷之后才能檢測到明顯下降。對于分層應(yīng)變的研究證實，隨著化療時間的延長，左心室收縮功能損傷逐步加深，最先影響內(nèi)層、中層心肌，最后影響至外層[12]，因此LV-GLS是最早出現(xiàn)改變的參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)早期心臟損傷，不同研究所得到預(yù)測預(yù)后的臨界值有所不同，波動在-10%～-15%[20]。在美國超聲心動圖學(xué)會和歐洲心血管影像協(xié)會的共識文件中，認(rèn)為LVGLS是發(fā)現(xiàn)化療患者亞臨床左心室功能障礙的推薦應(yīng)變參數(shù)，認(rèn)為LV-GLS相對于基線降低＞15%是異常和早期左心室亞臨床功能障礙的標(biāo)志，而與基線相比降低＜8%則可能沒有臨床意義[21]。治療前的基線LV-GLS值對于化療后是否會出現(xiàn)CTRCD也有預(yù)測作用。Araujo-Gutierrez等[22]研究發(fā)現(xiàn)，LVEF正常但基線LV-GLS減少的患者更有可能在蒽環(huán)類藥物化療后出現(xiàn)CTRCD，同時增加心血管相關(guān)的死亡風(fēng)險?；€LV-GLS絕對值＜18%與CTRCD風(fēng)險增加4倍以上相關(guān)。Shehata等[19]認(rèn)為對于既往接受過抗腫瘤治療的患者，進(jìn)行外科手術(shù)前需要進(jìn)行LV-GLS檢查，早期識別CTRCD可能有助于降低手術(shù)過程中可能遇到風(fēng)險，如術(shù)中低血壓。術(shù)前發(fā)現(xiàn)CTRCD可能會影響誘導(dǎo)藥物的選擇，以及需要考慮維持血流動力學(xué)穩(wěn)定的藥物和減少總劑量。LV-GLS在腫瘤患者中的臨床應(yīng)用具有廣泛性，包括治療前基線LV-GLS的評估，治療后長期隨訪，以及一些手術(shù)前的風(fēng)險評估。

2.4.3 冠狀動脈粥樣硬化性心臟病 應(yīng)變成像可通過顯示收縮峰值應(yīng)變降低來診斷心肌缺血，但更重要的是收縮延長和收縮后縮短，這是心肌缺血功能障礙的特征。收縮期后的顯著縮短可能導(dǎo)致接近正常的峰值應(yīng)變，因此收縮功能應(yīng)該使用收縮末期應(yīng)變而不是峰值應(yīng)變來評估[13]。早期收縮延長、收縮后縮短或與冠狀動脈供應(yīng)區(qū)域相對應(yīng)的應(yīng)變減少是診斷缺血的GLS特征[23]。同時LV-GLS可以預(yù)測梗死面積；LV-GLS絕對值＜15%可獨(dú)立預(yù)測梗死質(zhì)量≥30 g，其靈敏度和特異度分別為0.83和0.93[16]。分層應(yīng)變可以分析心肌梗死的透壁程度，有研究表明與無心肌梗死對照組相比，非透壁性心肌梗死的心內(nèi)膜層損傷大于心外膜層，透壁性心肌梗死對各層的影響結(jié)果相似，因此分層應(yīng)變能更精確地區(qū)分心肌梗死類型和心肌損傷程度[24]。而3D-STI不僅在評估左心室的整體收縮功能方面優(yōu)于2D-STI，還能更準(zhǔn)確識別缺血所致局部收縮功能障礙的心肌節(jié)段，3D-STI的新參數(shù)面積應(yīng)變綜合了縱向和圓周兩個方向的應(yīng)變來進(jìn)行定量計算局部室壁運(yùn)動，評價局部心肌形變更準(zhǔn)確[25]。

2.4.4 心肌病 心肌應(yīng)變在鑒別診斷各種原因引起的心肌肥厚中有重要意義。心肌淀粉樣變性是一種具有肥厚性表型的心肌病，在應(yīng)變協(xié)助診斷前，被誤診為特發(fā)性肥厚性心肌病。心臟淀粉樣蛋白浸潤通常會導(dǎo)致心肌增厚、限制性充盈和進(jìn)行性心力衰竭。相對心尖保留的LV-GLS是其特征性改變，即左心室基底和中間節(jié)段的應(yīng)變比心尖節(jié)段受損更嚴(yán)重。心尖相對保留的GLS模式對心臟淀粉樣變的診斷既敏感又具有特異性。心尖相對保留的應(yīng)變比[RRSR=平均心尖GLS/（平均基底段GLS+平均中段GLS）]≥1對心臟淀粉樣變性診斷的靈敏度為0.93，特異度為0.82[1]。應(yīng)變減少的模式可以幫助區(qū)分心肌肥厚的病因，不同于淀粉樣變性患者的心尖保留，經(jīng)典的肥厚型心肌病患者表現(xiàn)為室間隔應(yīng)變減少[16]。同時LV-GLS還有助于預(yù)測肥厚型心肌病患者的預(yù)后，在最近一項對400例肥厚型心肌病患者隨訪3年的研究中發(fā)現(xiàn)，LV-GLS是預(yù)后（室性心律失常、心力衰竭、移植和全因死亡）最強(qiáng)的獨(dú)立預(yù)測因子，并可能有助于確定哪些患者將受益于干預(yù)措施，如心肌切除、消融等[26]。

2.4.5 心臟瓣膜病 對于心臟瓣膜疾病，決定合適的手術(shù)時機(jī)十分重要，最好在影響左心室功能前進(jìn)行手術(shù)干預(yù)，因此需要早期識別心肌的損傷。LV-GLS功能受損與主動脈瓣狹窄患者手術(shù)后恢復(fù)不良甚至惡化相關(guān)[16]。一項大樣本Meta分析發(fā)現(xiàn)，LVEF＞50%的無癥狀嚴(yán)重主動脈瓣狹窄患者，LV-GLS值低于-14.7%，與較高的死亡風(fēng)險相關(guān)[27]。Vollema等[28]研究了無癥狀嚴(yán)重主動脈瓣狹窄同時LVEF保留的患者，發(fā)現(xiàn)基線受損（絕對值＜18.2%）預(yù)示癥狀惡化，需要主動脈瓣干預(yù)治療。

主動脈瓣關(guān)閉不全在沒有左心室擴(kuò)大的無癥狀患者中，觀察等待手術(shù)時機(jī)仍然是常態(tài)。然而，換瓣術(shù)后恢復(fù)情況取決于左心室功能受損的持續(xù)時間。一項無癥狀的嚴(yán)重主動脈瓣關(guān)閉不全、LVEF保留、左心室腔大小正?；颊叩?年隨訪中發(fā)現(xiàn)，LV-GLS低于-19.5%的長期死亡率顯著高于LV-GLS高于-19.5%的患者，未接受主動脈瓣置換術(shù)的LV-GLS異?；颊呱媛曙@著降低，而未接受主動脈瓣置換術(shù)的LV-GLS正?；颊叩纳媲€與接受手術(shù)患者相似[29]。也有研究發(fā)現(xiàn)術(shù)后GLS低于-19%的患者長期死亡率也明顯高于GLS正常的患者[30]。

二尖瓣關(guān)閉不全無癥狀患者也需要在左心室功能障礙發(fā)生前進(jìn)行干預(yù)。隨著疾病的進(jìn)展，慢性容量超負(fù)荷時的血流動力學(xué)補(bǔ)償，仍可以保留LVEF，盡管此時心肌收縮功能已經(jīng)出現(xiàn)下降。因此，LVEF是檢測心肌功能障礙的一個相對滯后的標(biāo)志物。術(shù)前LVGLS損傷（絕對值＜18%）是預(yù)測術(shù)后左心室功能障礙（LVEF＜50%）的一個強(qiáng)有力指標(biāo)，且與術(shù)前LVEF無關(guān)[16]。Namazi等[31]發(fā)現(xiàn)在繼發(fā)性二尖瓣關(guān)閉不全的患者中，LV-GLS受損與全因死亡風(fēng)險增加獨(dú)立相關(guān)，而LVEF則沒有。目前已經(jīng)有很多研究證實LV-GLS是術(shù)后預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測因子，但閾值有所不同，波動在-17.9%～-21.7%[32]。

這些研究數(shù)據(jù)表明，在LV-GLS確定亞臨床左心室功能障礙出現(xiàn)之前進(jìn)行瓣膜干預(yù)，可能有助于更好地確定瓣膜置換術(shù)的最佳時機(jī)，并可能改善長期預(yù)后。

2.4.6 左心室同步化治療評估 應(yīng)變成像可以評估左心室變形不同步的情況，與2D-STI相比，3D-STI通過顯示整個左心室應(yīng)變分布的時間變化，為分析左心室非同步壁運(yùn)動提供了更容易獲得的圖像。最近開發(fā)的一種新3D-STI系統(tǒng)可視化機(jī)械激活，稱為“激活成像”，有助于確定最佳的左心室導(dǎo)聯(lián)位置，以及量化左心室的不同步性[33]。

3 PSL

STI已逐漸成為評價心臟應(yīng)變的可靠方法，尤其是2D-STI，目前已經(jīng)有大量的研究結(jié)果支持。但STI具有負(fù)荷依賴性，前后負(fù)荷的改變，會影響應(yīng)變值，后負(fù)荷的增高會造成應(yīng)變值的降低，導(dǎo)致左心室功能評估結(jié)果存在偏差[34]?；谶@一原因，Russell等[35]提出PSL來評價心肌做功這一新方法，結(jié)合STI與無創(chuàng)估測左心室壓力技術(shù)得到左心室從二尖瓣閉合到二尖瓣開放期間的心肌各節(jié)段及整體的作功，能夠客觀定量地評估心肌局部及整體功能。心肌作功等于節(jié)段應(yīng)變值（%）與瞬時左心室壓力（mmHg）的乘積（mmHg%）。PSL包括整體作功指數(shù)（GWI）、整體有用功（GCW）、整體無用功（GWW）、整體作功效率（GWE）等參數(shù)。其中GWI為心肌17節(jié)段做功指數(shù)加權(quán)平均數(shù)；GCW為收縮期心肌縮短或舒張期心肌延長所做正功，即有助于左心室射血的功：GWW為收縮期心肌延長或舒張期心肌縮短所做負(fù)功，即對抗左心室射血的功；GWE＝GCW/（GCW＋GWW）×100%[36]。

目前已有部分研究證實了PSL在臨床應(yīng)用中的價值。GWI可以預(yù)測冠心病，并且在冠心病早期診斷方面較GLS可能更為敏感。在心肌病患者中也有研究發(fā)現(xiàn)心肌做功的參數(shù)能夠敏感地反映心肌功能受損情況，在肥厚型心肌病患者中可能為預(yù)后評估提供新的危險分層方法，還可以對同步化治療進(jìn)行療效評估[34，37-38]。通過超聲心動圖對心肌作功進(jìn)行無創(chuàng)的評估具有很好的應(yīng)用前景，可以評估多種心臟血管疾病。但PSL也存在很多局限性，首先受STI的影響，PSL對圖像質(zhì)量要求也較高，其次壓力是通過袖帶血壓計測量的肱動脈收縮壓，非實際測量值，可能并不精確，此外當(dāng)存在一些疾病狀態(tài)導(dǎo)致動脈壓力與左心室壓力不一致時，結(jié)果會不準(zhǔn)確，如主動脈瓣狹窄、流出道梗阻等[36]。

4 小結(jié)

STI在臨床上的應(yīng)用十分廣泛，尤其是LV-GLS，目前已經(jīng)有大量研究證明其在臨床應(yīng)用中的價值。而3D-STI、分層應(yīng)變及PSL等斑點(diǎn)追蹤的新技術(shù)雖然可以提供許多增量價值，但目前的研究數(shù)據(jù)還不夠充分，仍需要未來更多的大樣本研究來證實，并且需要進(jìn)一步的標(biāo)準(zhǔn)化，制定正常參考值，從而使這些技術(shù)可以更廣泛地應(yīng)用于心血管疾病的診治中。