三维斑点追踪成像技术的临床应用研究进展及前景

黄 强 柯创宏 陈雪松 徐晓红*

（广东医学院附属医院，广东 湛江 524003）

三维斑点追踪成像技术的临床应用研究进展及前景

黄 强 柯创宏 陈雪松 徐晓红*

（广东医学院附属医院，广东 湛江 524003）

三维斑点追踪成像技术；临床应用；研究进展

三维斑点追踪成像技术是斑点追踪技术的一次革新，其通过对连续的心脏全容积图像进行分析，实现对心肌斑点回声信号进行变形运动和实时运动的重建，对心肌组织位移、速度、应变、应变率进行定量分析，并从三维立体空间对心肌节段的形变进行评估，无角度依赖性，具有较高的临床应用价值及科研价值[1]。本综述主要阐述三维斑点追踪技术的基本概念与目前其在临床中的研究进展、局限性及发展前景。

1 三维斑点追踪技术的基本概念

斑点追踪成像技术（speckle tracking imaging，STI）通过识别心肌回声斑点的位置与运动，自动追踪心肌的运动轨迹，进而从机械力学的角度对心脏收缩及舒张运动进行评价[2]。为心脏心肌运动轨迹的研究提供了一种简便、无创的可靠方法[3]。

三维斑点追踪技术是基于心肌运动机械力学及心肌运动形变的全新定量评价方法，其通过对连续的心脏全容积图像进行分析，能更精准的在三维空间内追踪心肌斑点回声信号，很好的解决了跨平面无法追踪这一问题，实现对心脏三维解剖结构的空间定位。其通过对心肌力学的测量达到对心脏生理学的评估目的，三维斑点追踪成像技术突破了对组织多普勒的角度依赖性及二维斑点追踪技术二维空间的限制[4]，是在三维超声及斑点追踪的基础上发展起来的新技术，对心肌的力学参数的评价不受心肌运动方向，幅度的限制，能直观的显示心脏结构的解剖特征及空间关系，真实反应心肌运动轨迹，可以重复观察并定量测量心肌在三维空间上的应变参数，进而全面、准确的评价心脏整体容积、局部及整体功能，而且与“金标准”心脏MRI具有较高吻合度[5]，成为目前及以后评价心肌整体功能及局部功能的最简便的手段，目前已成为评估心脏局部及整体功能的一项理想技术。

2 三维斑点追踪技术在临床研究中的应用现状

2.1 对冠心病室壁运动分析的评价：评价冠心病患者心脏室壁局部及整体运动是超声心动图检查的重要内容，心室壁心肌运动力学参数通常能对心肌组织的节段运动、整体运动及同步性运动进行评价，进而可用于冠心病的缺血节段检测并评估患者预后。李国英[6]选取疑诊冠心病患者56例，按冠状动脉造影结果分为冠心病组及对照组，冠心病组根据冠状动脉造影结果所示狭窄部位分为左前降支组，左回旋支组及右冠状动脉组三个亚组。采用三维斑点追踪成像技术对上述病例进行左室各节段及整体进行应变参数分析。结果所示：冠心病组缺血节段与对照组及冠心病组非缺血节段亚组相比，整体收缩期三维应变峰值均显著下降，应变下降节段的分布大体与冠状动脉造影所提示病变冠状动脉的心肌灌注区域一致，而对照组与冠心病组非缺血性节段各参数比较差异均无统计学意义。左心室节段面积峰值应变对缺血节段的诊断具有较高的敏感性与特异性。国外曾经有学者将三维斑点追踪成像技术与非侵入性评价收缩期心肌应变的金标准—磁共振进行比较，二者具有良好相关性[7]

研究[8-9]表明三维斑点追踪成像技术从心肌力学的角度更能客观反映心肌的运动，可通过心肌运动机械力学参数来分析冠心病心肌缺血缺氧所致的局部或整体室壁异常运动，实现对异常室壁运动区域定位以及判断狭窄对室壁运动造成的影响等，在冠心病诊断，治疗效果评估及预后评价具有较高的应用价值。

2.2 对心肌病心肌运动的评价：扩张型心肌病是一种较常见而预后较差的原发性心肌病，准确评估左室收缩功能是及时诊断扩张型心肌病的关键，对其诊疗及预后非常重要，是疗效评估、及预后判断的重要指标。李阳[10]等通过三维斑点追踪成像技术测量24例扩张型心肌病（排除器质性病变）及19例健康者左心室局部及整体收缩期纵向、径向、环向及面积峰值应变。结果显示：扩张型心肌病左心室纵向、径向、环向及面积的基底部、中间部、心尖部局部应变和心肌整体应变较对照组的对应节段明显下降。因此三维斑点追踪成像技术在临床上可以作为一种监测非缺血性扩张型心肌病患者左室心肌非同步运动的可靠方法。

肥厚型心肌病是以心室壁非对称性进行性肥厚，继而引起心室腔进行性缩小为特征的一种心肌病。传统的超声诊断技术在疾病早期很难发现肥厚型心肌病左心室收缩功能的改变[11]，只有疾病发展至晚期或出现并发症才会出现射血分数下降。于欢[12]等选取肥厚性心肌病患者28例，选取健康对照组30例，并使用三维斑点追踪成像技术分析上述病例各组节段纵向应变、环向应变、径向应变、面积应变及整体应变等三维参数。结果显示：与对照组相比，肥厚性心肌病组左心室整体纵向峰值应变、左心室整体环向峰值应变、左心室整体径向峰值应变及左心室整体面积峰值应变均显著下降，其中左室整体面积峰值应变最明显。与对照组三维局部应变对比，肥厚性心肌病组节段性纵向应变、环向应变、径向应变及面积应变均显著降低，其中心尖水平及乳头肌水平差异更为明显。

张丽娟等[13]的研究也证实三维斑点追踪成像技术能够重复、准确地获取肥厚型心肌病患者的心肌运动参数，正确反映心肌力学状态，从而有可能更加精准的评估心肌功能，为指导临床进行早期诊治提供有价值的信息。

2.3 对原发性高血压患者心功能评价：原发性高血压病是危害人类健康的多发病，大部分高血压患者即使出现左心室肥厚，甚至到达充血性心力衰竭阶段，左心室射血分数仍可以表现为正常，因此早期发现高血压患者左心室收缩功能改变，及时进行临床干预，可显著减低充血性心力衰竭的发生率和病死率。李春艳[14]等选择60例原发性高血压患者按左心室不同构型分为左心室正常构型组及左心室重构组，选取30例健康者作为对照组，采用三维斑点追踪成像技术分析左心室整体三维应变，结果显示，原发性高血压患者左心室构型正常时，左心室整体纵向峰值应变显著降低，左心室整体径向峰值应变及左心室环向峰值应变无明显减低。当左心室构型发生重构时，左心室整体纵向峰值应变，左心室整体径向峰值应变及左心室整体环向峰值应变均显著减低。这可能由于心肌纤维主要以纵向走形为主，在心脏负荷增加时，心内膜肌纤维首先受损所致，当心肌发生重构时，病变范围及程度较重，导致心肌整体三维应变均下降。因此三维斑点追踪成像技术能较敏感检测到原发性高血压患者早期左室整体收缩功能的异常，在临床干预与治疗上具有一定指导价值。

2.4 对慢性心力衰竭患者左心室收缩功能的评价：心功能是诊断心力衰竭患者的必需指标。张艳丽等[15]选取慢性心力衰竭患者30例作为病例组，选取33例健康志愿者作为对照组，采用三维斑点追踪成像技术分析上述病例，比较两组病例之间左心室基底段、中间段及心尖段收缩期扭转角度峰值，结果显示，病例组左心室基底段、中间段及心尖段收缩期扭转角度峰值较对照组显著减低。而且左心室整体、基底段、中间段及心尖段收缩期扭转角度峰值与左心室射血分数（LVEF）具有良好相关性，其中左心室整体收缩期扭转角度峰值与左心室射血分数（LVEF）相关性最好。因此，三维斑点追踪成像技术为左心室的扭转运动提供了全新的评估方式，可无创、客观地评价慢性心力衰竭患者左室整体的收缩功能，具有良好前景。

对慢性心力衰竭患者进行同步化治疗后疗效检测，三维斑点追踪成像技术也有一定的临床意义。江佩等[16]应用三维斑点追踪成像技术对20例健康志愿者及18例慢性心力衰竭患者行再同步化治疗术前及术后常规超声检查、左心功能及心肌非同步指标进行评估，即包括左心室整体纵向峰值应变、左心室整体径向峰值应变、左心室整体环向峰值应变及左心室16节段面积应变达峰时间最大差和标准差。结果显示，与对照组比较，病例组左心室整体纵向峰值应变、左心室整体环向峰值应变及左心室整体径向峰值应变均显著减低，达峰时间最大差及标准差延长。与术前比较，术后一月内病例组左心室整体纵向峰值应变、左心室整体环向峰值应变及左心室整体径向峰值应变均显著提高，面积应变达峰时间最大差及标准差显著减低。术后1个月及3个月各参数无明显差异。因此，三维斑点追踪成像技术可评估在同步化治疗前后左心室功能及心肌运动同步化的变化，可用于评价同步化治疗的疗效。

2.5 评估心脏毒性药物对心肌功能的影响：对心功能进行及时、准确的评价对于指导心脏毒性药物的临床用药有着重要的意义。张帅[17]等选取32例乳腺癌患者，采用三维斑点追踪成像技术，对术前化疗组、化疗两个周期组、化疗4个周期组的左心功能指标进行评估，包括左心室整体纵向峰值应变、左心室整体径向峰值应变、左心室整体环向峰值应变、左心室整体面积峰值应变、舒张早期整体面积应变率、舒张早期三维速度。结果显示：在三组对比中，左心室整体纵向峰值应变、左心室整体径向峰值应变无明显差异，与术前化疗组对比，化疗四个周期组的左心室整体环向峰值应变、左心室整体面积峰值应变、舒张早期整体面积应变率均明显降低。与术前化疗组对比，化疗两个周期组的舒张早期整体面积应变率明显降低。研究发现，心脏毒性药物呈剂量累积性，心肌功能的改变与心脏毒性药物呈现明显的剂量-效应关系，随着药物剂量的累积，心肌出现了不可逆的损害，首先表现为心肌舒张功能的降低，最后出现心肌收缩功能及舒张功能同时降低。礼广森等[18]的研究也证实了乳腺癌术后化疗患者的心功能与药物呈现明显的剂量-效应关系。因此：三维斑点追踪技术可用于评估心脏毒性药物的心肌细胞的损害。

3 三维斑点追踪技术的局限性及发展前景

多项研究已证实了三维斑点追踪成像技术作为一种新的评估心脏功能及形态的技术的优势及临床应用价值，但作为一项发展中的新技术，仍存在较大局限。①三维超声图像的分辨力较低，且具有较大主观性，当图像质量不理想时会导致对心内膜追踪效率明显下降，从而影响数据分析的准确性。②这项技术是在拼接的全容积图像上进行追踪，当存在心率不齐时，会出现拼接错位而影响正常斑点的追踪，从而影响分析结果。③在图像采集过程中，受检者心脏过大，实时三维容积成像不能采集图像完整信息，使图像信息采集缺失。

三维斑点追踪成像技术目前主要局限于疾病状态下左心室心肌运动的研究，且目前主要集中在科研领域，临床应用较少。随着研究的不断深入，对非疾病状态下左心室运动及功能研究方面也有少部分涉及，但对于代谢综合征等疾病状态治疗前后的左心室功能少见文献报道，相信这是一个广阔的发展空间，有待进一步研究对心室状态进行细化分析。而且对于某些疾病如先天性心脏病、心血管系统药物对心肌的影响等方面研究也有待深入。

未来三维斑点追踪成像技术的发展应着力提高图像空间和时间分辨力以提高斑点追踪技术的准确性，相信随着科技的发展和三维斑点追踪技术各项潜力的挖掘，3D-STI技术的不断成熟，将会对各项疾病状态下心脏局部及整体功能的评估有着更广泛的临床应用价值。

[1] 冉红,张平洋.超声三维斑点追踪技术应用研究的进展及前景[J].心血管病学进展,2013,34(2):194-199.

[2] Langeland S,D’hooge J,Wouters PF,et al.Experimental validation of a new ultrasound method for the simultaneous assessment of radial and longitudinal myocardial deformation independent of insonation angle[J].Circulation,2005,112(14):2157-2162.

[3] Sengupta PP,Tajik AJ,Chandrasekaran K,et al.Twist mechanics of the left ventricle:principles and application[J].JACC Cardiovasc Imaging,2008,1(3):366-376.

[4] Urbano-Moral JA,Patel AR,Maron MS,et al.Three-dimensional speckle-tracking echocardiography:methodological aspects and clinical potential[J].Echocardiography,2012,29(8):997-1010.

[5] Nesser HJ,Mor-Avi V,Gorissen W,et al.Quantification of left ventricular volumes using three-dimensional echocardiographic speckle tracking:comparison with MRI[J].Eur Heart J,2009, 30(13):1565-1573.

[6] 李国英,王莎莎,雷辉燕,等.实时三维斑点追踪技术评价早期冠心病左心室收缩功能[J].放射学实践,2015,30(5):599-602.

[7] Ryczek R,Krzywicki P,Krzywicki P,et al.Two-dimensional longitudinal strain for the assessment of the left ventricular dystolic function.as compared with conventional echocardiography methods in patients with acute coronary syndromes[J].Kardiol Pol, 2011,69(4):357-362.

[8] Baccouche H,Maunz M,Beck T,et al.Echocardiographic assessment and monitoring of the clinical course in a patient with Tako-Tsubo cardiomyopathy by a novel 3D-speckle-trackingstrain analysis[J].Eur J Echocard,2009,10(5):729-731.

[9] 李玉曼,谢明星,吕清,等.三维超声斑点追踪成像技术评价高血压患者左心室整体收缩功能的临床研究[J].中华超声影像学杂志, 2010,19(10):838-841.

[10] 李阳,邓又斌,黄润青,等.实时三维超声心动图斑点追踪技术评价扩张型心肌病患者左室收缩功能[J].临床超声医学杂志, 2013,15(6):369-372.

[11] Kato TS,Noda A,Izawa H,et al.Discrimination of nonobstructive hypertrophic cardiomyopathy from hypertensive left ventrieular hypertrophy on the basis of strain rate imaging by tissue Doppler ultrasonography[J].Circulation,2004,110(25):3808-3814.

[12] 于欢,姜克新,孙璐,等.三维斑点追踪成像技术评价肥厚型心肌病左心室心肌功能[J].中国医学影像学杂志,2015,23(5):329-333.

[13] 张丽娟,尹立雪,王志刚,等.超声三维斑点追踪成像评价肥厚型心肌病左心室扭转运动[J].中国介入影像与治疗学,2013,10(5):303.

[14] 李春艳,朱文晖,刘稳刚.三维斑点追踪成像评价原发性高血压患者左心室整体收缩功能[J].中国医学影像学杂志,2013,21(3):197.

[15] 张艳丽,王小丛,赵丽荣,等.三维斑点追踪技术在慢性心力衰竭患者左室扭转运动中的应用研究[J].中国超声医学杂志,2012, 28(8):709-711.

[16] 江佩,张平洋,董静,等.超声三维斑点追踪成像评价心脏再同步化治疗短期疗效的临床研究[J].中国医疗设备,2013,28(3):161-164.

[17] 张帅,徐晓红,张慷,等.三维斑点追踪成像评价乳腺癌患者蒽环类药物化疗后的心脏功能[J].中国医学影像学杂志,2014,22(10): 745-748.

[18] 礼广森,任为东,崔洪岩,等.定量组织速度成像评价乳腺癌患者表阿霉素心脏毒性左心室功能的变化[J].中国超声医学杂志, 2006,22(11):837-839.

R54；R445

A

1671-8194（2017）20-0027-03

*通讯作者