心肌应变成像在冠心病诊断中的应用及研究进展

[关键词]冠心病；心肌应变成像；二维斑点追踪；三维斑点追踪

中图分类号：R542.2；R541.4文献标识码：A文章编号：1009_816X（2014）05_0420_04

doi：10.3969/j.issn.1009_816x.2014.05.24冠心病（coronary atherosclerotic heart disease，CAD）一直是心血管疾病研究的热点。在CAD的临床评估中，测定左室心肌功能至关重要，它不仅有助于建立一个诊断，而且往往能提供重要的预后和处理信息。超声心动图是现今用来评估CAD患者心肌功能最常用的影像学方法，然而，传统超声心动图的测量是主观、半定量的，并且检测心肌收缩功能的细微变化相对不敏感。随着数字化技术的发展，对CAD的诊断趋向于更早发现病变且能作出客观、定量的诊断。近年来超声心动图心肌应变成像相关技术发展迅速：组织多普勒成像（Tissue Doppler imaging，TDI）作为一个无创性的心肌检测技术，已广泛应用于CAD的检测和诊断；前些年开发的二维斑点追踪（two_dimensional speckle tracking，2DT）技术克服了TDI的角度依赖性，为心肌力学和形变过程提供了大量新的见解[1，2]；最近开发的超声系统有能力获取左心室实时的全容积数据，这使得人们有可能在三维空间中执行斑点追踪，从而追踪心肌的真正运动[3]，与2DT技术相比，三维斑点追踪（three_dimensional speckle tracking，3DT）技术能够更加快速、全面地分析心肌应变[4]。本文主要是对超声心动图心肌应变成像相关技术在CAD诊断中的应用及研究进展作一综述。

1心肌应变成像相关技术的原理及其优、缺点

心肌应变表示在心脏收缩和舒张时心肌的形变或长度变化，常用心肌长度或厚度的变化值占心肌初长度或厚度的百分数表示，可以利用TDI技术或斑点追踪技术进行测量。

TDI是随着评价心肌运动技术的发展而产生的一门成像技术，它的成像原理是将高频、低能的血流信号滤掉，保留反映低频、高能的室壁运动信号，能准确显示特定部位的室壁运动情况[5]。TDI技术派生的应变是使用多普勒方程将超声波频率变化转换成沿扫描线方向的心肌运动信息，既往的研究已经证明了利用TDI技术在检测左室收缩功能的细微变化时较射血分数更敏感[5～7]。TDI技术主要的局限性为依赖于超声束与心肌运动方向之间的夹角，当夹角大于20度时，心肌应变测值就会明显被低估，因此只能测量心尖切面基底段及中间段的纵向应变和短轴切面部分节段的径向应变参数，而且TDI需要高帧频成像，理想情况下要求帧频大于130帧/秒。

2DT技术通过超声自动分析软件追踪识别二维动态图像上的斑点回声来计算心肌应变，这些斑点由超声波背向散射产生，又称为自然声学标记（大小约20～40像素）与心肌同步运动，每个斑点的几何变化都代表心肌运动可以被逐帧追踪。这项技术的巨大优势是非角度依赖性和提供多个方向上的心肌形变信息，其准确性已经得到声纳微测量法[8，9]和核磁共振成像（MRI）技术[9～11]的证实。2DT技术的最优帧频为50～70帧/秒，在临床应用中还有高图像质量的限制，使其不能应用于所有患者，此外，由于受二维平面限制，不能追踪到运动至研究平面外的心肌斑点。

3DT技术是在实时全容积成像的基础上，对心肌固有斑点的三维空间运动进行追踪成像来定量评价心肌的功能，其优势是捕捉三维性质的复杂的心室收缩力学，它不仅克服了2DT技术局限于二维平面内追踪的缺点，同时也降低了对高帧频的依赖，对于2DT技术，高帧频是必要的，因为斑点可能脱离成像平面而丢失，而3DT技术即使在低得多的帧频下仍然可以追踪他们，只要他们在实时三维超声心动图（RT_3DE）扫描容积之内，Yodwut等[12]研究表明，通过组合4～6个心动周期中采集的子容积来获取更大容积，使帧频达到18帧/秒以上时，3DT技术应变及应变率测值没有显著低于2DT技术的测值，表明并没有因为低帧频而丢失信息，然而更低的帧频会使测值被低估。3DT技术的局限性主要是三维图像分辨力普遍低于二维图像，有时会出现图像质量不佳而无法准确识别心内、外膜边界，从而降低斑点追踪的准确性和成功率。

2TDI心肌应变成像在CAD诊断中的应用及研究进展既往临床上常用的测量心功能方法多基于从心室腔大小的变化来进行评估，近年来对心功能的研究已经转向从力学角度分析心肌空间变形的能力，TDI是较早用于测量心肌应变的超声心动图技术。Edvardsen等[13]应用TDI技术研究了33例健康志愿者及17例急性心肌梗死（AMI）患者的心肌应变特征，发现健康志愿者心肌应变峰值在所有研究节段中均匀一致，AMI患者梗死区域心肌纵向应变（LS）峰值（1.5±4.3）%、径向应变（radial strain，RS）峰值（-6.9±4.1）%，远隔区域心肌LS峰值（-15.0±3.9）%、RS峰值（14.3±5.0）%，梗死区域心肌LS及RS峰值较远隔区域均明显减低（P<0.01），TDI心肌应变测值和MRI标记的三维心肌应变测值之间显示出良好的相关性（LS：r=0.89，RS：r=0.96，均P<0.01）。Matre等[14]应用TDI技术分4层及2层分别测量了10只实验猪在冠状动脉左前降支（LAD）（正常、轻度狭窄、中度狭窄及重度狭窄）模型下左室前壁收缩期峰值RS，发现从心内膜层心肌到心外膜层心肌之间存在跨壁应变梯度，心内膜层心肌对缺血更加敏感。邹麓等[15]应用TDI技术测量左室心肌收缩期峰值LS评价冠状动脉介入治疗术（PCI）的疗效，结果发现，缺血组术后1个月LS较术前增加，梗死组差异无统计学意义。

32DT心肌应变成像在CAD诊断中的应用及研究进展2DT技术无声束角度依赖性，能够定量分析心肌组织在多个方向和多个层次上的结构力学变化，真实反映心肌局部及整体的运动。Roes等[10]以电影对比增强MRI为标准，应用2DT技术研究了90例慢性缺血性左室功能障碍患者的左室心肌LS，发现无斑痕组织心肌节段的平均LS为（-10.4±5.2）%，透壁斑痕组织心肌节段的平均LS为（0.6±4.9）%，以局部心肌LS=-4.5%作为区分是否发生了透壁性心肌梗死的最佳截断值，其敏感性为81.2%，特异性为81.6%。Adamu等[16]应用2DT技术从多个层次分析了30例正常受试者及20例心肌梗死患者的收缩期圆周应变（CS）峰值，发现在正常受试者，收缩期CS峰值从心内膜层到心肌中间层再到心外膜层逐层减低[（38.1±9.0）%、（28.9±9.3）%、（24.0±9.4）%，P<0.01]，在心肌梗死患者室壁运动异常节段所有心肌层的收缩期CS峰值均出现减低（P<0.01）。Woo等[17]应用2DT技术分别测量了98例ST段抬高心肌梗死患者PCI治疗前及治疗后第三天左室整体纵向应变（GLS）值，根据GLS测值的变化分为3组：第1组较治疗前增加（△GLS>10%）29例，均未出现后续并发症，第2组治疗前后无明显变化（-10%≤△CLS≤10%）55例，其中2例出现后续并发症，第3组较治疗前减少（△CLS<-10%）14例，其中5例出现后续并发症，多变量Cox分析显示PCI治疗前后GLS测值的变化是预测后续并发症的独立相关因素。Bochenek等[18]的研究结果显示，应用2DT技术测量的GLS预测ST段抬高心肌梗死患者PCI治疗后3个月左心室发生重构的最佳截断值为-12.5%，敏感性69%，特异性79%。

43DT心肌应变成像在CAD诊断中的应用及研究进展最近开发的3DT技术可以在三维空间中定量分析心肌形变。段利科等[19]初步研究表明3DT是一种方便、快速、具有可重复性的评价左室心肌LS、RS和CS的新方法。Reant等[20]研究显示3DT技术测量左室整体径向应变（GRS）及整体圆周应变（GCS）的重复性优于2DT技术，而测量GLS的重复性与2DT技术类似。Maffessanti等[21]研究证明应用3DT技术测量心肌应变能够准确识别节段性室壁运动异常并且较2DT更有优势。Kleijn等[22]研究显示，应用3DT技术测量的面积应变（AS）是一个可以提供代替当前超声心动图标准的定量评估左室局部及整体功能的新参数。Seo等[23]应用3DT技术分别测量了10只实验羊在基础状态下、药物（多巴酚丁胺、心得安）干预状态下及冠状动脉缺血性干预状态下的心肌LS、RS及CS，并与声纳微测量法测值进行比较，结果发现3DT与声纳微测量法测值之间具有良好的相关性（LS：r=0.89，RS：r=0.84，CS：r=0.90，均P<0.01）。王丁等[24]应用3DT技术测得心肌梗死患者的左室射血分数（LVEF）及各整体心肌应变参数均较正常组减低（P<0.05），心肌梗死组左室收缩期GLS、GCS、GRS及整体面积应变（GAS）与LVEF的相关系数分别为-0.626、-0.770、0.772和-0.748（P<0.01），Bland_Altman分析显示应变测值在心肌梗死组和正常组均有良好的一致性。刘昕等[25]应用3DT技术分析了55例CAD患者及34例对照者的GLS、GCS、GRS、GAS，发现CAD组GLS、GCS、GRS及GAS均较对照组降低，差异有统计学意义（P<0.05），ROC曲线显示GLS诊断CAD的敏感度最高，约为90.3%，最佳截断值为-12.5%，GAS特异度最高，约为95.8%，最佳截断值为-23.0%。Hayat等[26]研究表明，在CAD患者，应用3DT技术测量的LS及AS能够准确、可重复地评价心肌梗死的节段，并且与MRI评估的梗死面积一致。秦石成等[27]研究表明，3DT技术测量左心室壁冠状动脉病变相对应节段的RS随冠状动脉狭窄程度的加重而减低，径向应变达峰时间（TRS）随狭窄程度的加重而延迟，重度冠状动脉狭窄（>75%）时，病变冠状动脉相对应节段TRS较轻中度冠状动脉狭窄（>50%～≤75%）组有提前的趋势。

5心肌应变成像相关技术的发展前景

心肌应变成像相关技术能够准确定量评价心肌局部及整体功能，且操作便利、图像直观，因而在CAD检测和诊断中具有广阔的临床应用前景，将为CAD的定位诊断、定量分析、疗效评价及预后判断提供一种全新的检测手段。心肌应变成像相关技术结合负荷超声心动图，可以获取CAD患者负荷状态下的心肌运动图像，对冠状动脉病变程度及代偿功能做出定量评价。心肌应变成像相关技术结合造影超声心动图及经食道超声心动图，能够明显改善图像质量，使定量分析更加准确。心肌应变成像相关技术若能和具有精确空间分辨力的MRI或CT成像相结合，可提供心脏在生理及病理情况下结构与功能方面的丰富信息，将开辟影像医学的新时代。

随着数字化技术的飞速发展，超声心动图新技术不断涌现，各类新技术之间的交叉与融合又进一步推动了科研和临床工作的进展。心肌应变成像相关技术已成为CAD不可缺少的检测手段，其中TDI技术由于存在角度依赖性，使其临床应用受到一定的限制，2DT及3DT技术虽然还有不完善之处，但因其能全面、真实地评价心肌运动、无角度依赖等优点，将为CAD诊断与治疗开辟新的途径，具有广阔的发展前景。

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（收稿日期：2014_5_9）

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