二维斑点追踪成像在左心房功能评价中的应用

宋香廷（综述） 颜紫宁（审校）

左心房在整个心脏功能中具有重要作用，其功能包括3个部分：心室收缩期，存储肺静脉回流的血液，即储器功能；舒张早期，充当肺静脉血流入左心室的管道，即通道功能；舒张晚期，主动收缩以增加左心室充盈，即辅泵功能，通过这3个功能共同协助左心室充盈，维持心输出量。评价病理状态下左心房功能，可为疾病的早期诊断、疗效评估和预后提供帮助。

二维斑点追踪成像（2D-STI）是评价整体及局部心肌功能的新技术，无角度依赖性、重复性好，可多角度评价心肌运动[1]，能准确评价左心房功能。本文就应变及应变率的概念、2D-STI及其在评价左心房功能中的应用作一综述。

1 应变、应变率

应变（strain, ε）是反映形变的指标，所谓形变，就是物体在外力作用下各部分相对位置发生变化的过程，即物体受到外力作用而发生形状变化。心肌应变反映心肌的形变，指心肌发生变形的能力，即心肌长度的变化值占心肌原长度的百分数；应变率（SR）反映了心肌发生变形的速度，是心肌运动在超声束方向上的速度梯度，即局部两点之间的速度差除以两点之间的距离。

2 2D-STI

所谓斑点，就是在二维图像上由心肌细胞反射超声波形成，这个斑点代表了空间分布的不同灰阶图像中节段心肌上特殊的点，它能够反映组织的声学特征。2D-STI即是在二维图像的基础上[2]，在心肌中选定一定范围的感兴趣区（ROI），在不同的心动周期，分析软件根据组织灰阶自动追踪上述ROI内不同像素的心肌组织在每一帧图像中的位置，并与上一帧图像中的位置相比较，计算整个ROI内各节段心肌的变形。该技术无角度依赖性，相对不受周围节段、呼吸以及心脏搏动等的影响，具有重要的临床应用价值。

3 2D-STI在左心房功能评价中的应用

2D-STI研究心肌应变，以往主要用于评价心室功能，近年来，随着超声技术的发展，人们不断将该技术应用于左心房功能的研究。与组织多普勒应变显像技术相比，该技术的准确性受周围心肌牵拉的影响较小。房芳等[3]通过研究40例封堵器介入治疗房间隔缺损术后患者心房应变，对比STI及组织多普勒应变显像对心房功能评价的价值，发现STI评价心房形变能力优于组织多普勒应变显像。

目前，关于2D-STI评价左心房功能的可行性已在多项研究[4-6]中得到证实，Inaba等[7]提出左心房的主要功能可以分别在应变率曲线上表现出来：发生在左心室收缩期的正向波SRs反映储备功能；发生在左心室舒张早期的负向波SRe反映管道功能；发生在左心室舒张晚期的负向波SRa反映辅泵功能。2D-STI测量左心房二维应变快速、简洁、重复性好，能评价多种病理状态下左心房功能的改变。

3.1 2D-STI在房颤中的应用 房颤是最常见的心律失常，其发生的病理生理学机制尚不清楚。左心房增大导致阵发性房颤的发生[8]，但是左心房机械功能和阵发性房颤之间的关系、左心房机械功能异常是否早于房颤的发生尚未研究清楚。Tsai等[9]用2D-STI研究52例窦性心律的阵发性心悸患者的左心房应变，并对患者进行随访，发现最终发生阵发性房颤的患者左心房纵向应变及应变率均降低，且左心房纵向应变率与阵发性房颤的发生独立相关。Henein等[10]研究23例阵发性房颤患者和18例健康对照者的左心房节段纵向应变及应变率，发现阵发性房颤患者左心房轻微增大，左心房整体及节段应变及应变率均显著降低，证实2D-STI可以较早地评价房颤患者左心房功能的改变。

2D-STI评价房颤患者左心房功能的改变，可以对房颤患者中风的发生进行危险分层，并预测房颤患者治疗后再复发。CHADS2（congestive heart failure, hypertension, age＞75 y,diabetes mellitus, prior stroke and TIA）评分常用来对房颤患者进行危险分层，预测心血管事件及中风的发生，Saha等[11]采用2D-STI分析36例房颤患者左心房应变，发现左心房整体应变降低与CHADS2危险评分呈反比，并证实左心房整体应变与CHADS2危险评分和左心房容积指数结合可以提高对心源性死亡和远期因心脏原因再入院的预测。

2D-STI评价房颤患者左心房功能的改变，还可以对房颤患者的治疗进行指导。Hammerstingl等[12]采用2D-STI对103例房颤患者进行研究，证实射频消融前左心房整体应变降低是消融后房颤再发的独立预测因子，并给出了心尖四腔、两腔心切面上左心房纵向、径向的应变截断值，分别为10.79%、－16.65%，12.31%、－14.90%，可用来鉴别消融术后房颤再发危险性高的患者，这对提高房颤患者的治疗指导尤为重要。房颤消融不但费用较高，而且有多种潜在的并发症，如果能早期识别出消融术后房颤再发危险性高的患者，就可以通过合理调整抗心律失常药物治疗避免侵入性消融治疗，还可以对消融术后窦性心律维持可能性大的患者及早终止抗心律失常药物治疗。

3.2 2D-STI在慢性心力衰竭（CHF）及心脏再同步化治疗（CRT）中的应用 CHF是一组渐进发展的疾病，始于无症状的左心室收缩或舒张功能不全，长期左心室舒张功能不全又会导致左心房容积扩大。疾病早期，左心房通过代偿性增强“收缩泵”功能以保证左心室充盈[13]，在失代偿期即表现为左心房收缩力下降，容积扩大，进而发生肺静脉淤血及临床呼吸困难的症状，因此，早期评价CHF患者的左心房功能对预防临床症状的出现具有重要临床价值。

CHF患者严重的左心室舒张功能异常导致左心室充盈压增高，左心房后负荷增大，是导致左心房功能异常的主要机制。因此，评价左心室充盈压有助于评价CHF患者的左心房功能。舒张早期二尖瓣跨瓣血流峰值速度E与舒张早期二尖瓣环峰值速度E'的比值（E/E'）是评价左心室充盈压的常用方法，但Rivas-Gotz等[14]对54例射血分数（EF）＜50%和50例EF＞50%的患者进行研究，发现EF可以提高E/Em对左心室充盈压的预测，与EF正常的患者相比，EF降低的患者需要一个更大的E/Em来预测左心室充盈压升高。因此，E/Em在评价收缩性CHF患者的左心室充盈压时其准确性受到质疑。2D-STI测量左心房纵向应变是一种新的评价左心室充盈压的方法[15]。Cameli等[16]研究肺毛细血管楔压（PCWP）与2D-STI测量收缩性CHF患者的左心房应变指标之间的联系，发现评价左心房储器功能的左心房整体纵向峰值应变（PALS）随左心室充盈压增高而降低，即PALS与PCWP呈负相关，PALS能很好地预测PCWP，从而证实，2D-STI测量左心房纵向应变能替代有创性的测量PCWP评价收缩性CHF患者的左心室充盈压，进而评价其左心房功能。

目前临床上越来越多的CHF患者接受并受益于CRT，2D-STI还能准确评价CRT术后左心房功能的变化[17]，对于临床治疗具有一定的指导意义。

3.3 2D-STI在冠心病中的应用 冠心病是最常见的心血管疾病之一，是导致心血管事件发生的主要原因，冠心病患者室壁收缩及舒张功能异常，会引起左心房结构和功能改变。褚静洁等[18]采用2D-STI对28例冠心病患者进行研究，发现冠心病患者左心房储器功能和通道功能减低，辅泵功能增加。

急性心肌梗死（AMI）会导致左心房增大、重构，左心房重构是心血管事件重要的预测因子[19]，与中风、死亡、心力衰竭[20]的发生独立相关。为评价AMI后随访过程中左心房体积及功能的改变和左心房重构对左心房功能的影响，Antoni等[21]采用2D-STI对407例行经皮冠状动脉介入治疗的AMI患者进行随访，发现左心房重构会导致左心房功能恶化，AMI后左心房最大容积和左心房应变是左心房重构的独立预测因子。由此可见，2D-STI作为一种新的技术，可以准确评价AMI患者的左心房功能，具有重要的临床意义。

3.4 2D-STI在高血压中的应用 2D-STI可以早期无创而准确地评价高血压患者的左心房功能[22-24]。高血压可致左心室肥厚、僵硬度增加、顺应性下降，左心房扩大，最终导致严重的靶器官损害。高血压患者在左心房增大和左心室舒张功能减退之前，左心房功能即发生变化，表现为左心房储器功能和通道功能减弱，而辅泵功能增强[25,26]。因此，早期准确评价高血压患者的左心房功能，能为早期预防左心室重构的发生及治疗提供客观依据。

3.5 2D-STI在心肌病中的应用 肥厚型心肌病患者左心室舒张功能受损、顺应性下降，左心房扩大、功能受损[27]，其房颤的发生除与左心房大小有关外，还与左心房心肌纤维化有关，心肌纤维化与左心室纵向应变降低之间的关系已得到证实。因此，用2D-STI无创性地评价左心房纵向形变能力能为左心房大小在预测肥厚型心肌病患者房颤发生及对治疗的反应上提供帮助。

D'Andrea等[28]采用2D-STI对特发性扩张型心肌病和缺血性扩张型心肌病患者进行研究，发现扩张型心肌病患者左心房收缩功能均显著受损，与缺血性扩张型心肌病相比，特发性扩张型心肌病患者左心房收缩功能受损更严重。经CRT治疗后，对CRT有反应的患者中，仅缺血性扩张型心肌病患者左心房收缩功能显著提高，这对临床选择适合CRT治疗的扩张型心肌病患者具有指导作用。

另外，2D-STI还可以评价心脏瓣膜病患者的左心房功能。Cameli等[29]分析了116例无症状、不同程度二尖瓣反流患者，证实2D-STI能早期发现无症状性二尖瓣反流患者左心房顺应性及收缩功能损害，早期评价二尖瓣患者的左心房功能有利于早期指导临床治疗。二尖瓣狭窄患者左心房储器阶段的应变率受损更严重[30]，更容易发生多种危险事件，如房颤、肺动脉高压等，因此，可以应用2D-STI测量左心房整体纵向应变值来预测房颤的发生，并指导临床在患者心律失常发生前开始抗凝治疗，预防栓塞的发生。

刘爽等[31]采用2D-STI证实缩窄性心包炎患者左心房功能减低，心包粘连主要影响左心房泵功能。

4 2D-STI的局限性

目前2D-STI广泛应用于评价心功能，虽然其克服了以往组织多普勒技术的角度依赖性等缺点，但是其仍有局限性：①2D-STI对图像质量要求较高，不符合追踪评分的图像无法进行后续分析；②STI必须将图像储存后脱机分析；③左心房形态不规则，致使其难以全面评价，左心房壁较薄，取样容积及取样点的选择容易影响结果的准确性及重复性；④心肌变形实际上是在复杂的三维空间上的形态改变，但目前应变率成像仅能检测局部心肌纵向或横向的一维变形。

Saraiva等[4]对40岁左右的正常人进行研究，得出反映其左心房储器、通道、辅泵3个功能的正常应变及应变率参考值分别为（37.9±7.6）%、（23.2±6.7）%、（－14.6±3.5）%；（2.0±0.6）/s、（－2.0±0.6）/s、（－2.3±0.5）/s，但此参考值不适用于所有正常人，因为不同年龄、不同性别者左心房正常应变及应变率可能不同，尚需进一步研究。上述多种病理状态下测量反映左心房3个功能的应变及应变率来评价左心房功能的改变，均是与其各自的对照组比较以发现其变化，目前尚无公认的正常与异常值范围，还需进一步探讨。

综上所述，应用2D-STI测量左心房在整个心动周期不同时相的应变及应变率，并通过观察其变化来判断左心房各个功能在不同病理生理状态下的改变，有助于疾病的早期诊断，从而指导临床采取相应的治疗，以早期预防相关并发症的发生。

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