三维斑点追踪成像技术评价左心房结构与功能研究进展

滕 花，冉海涛，任建丽*

(1.重庆医科大学超声影像学研究所，重庆 400010；2.重庆医科大学附属第二医院超声科，重庆 400010)

作为在实时三维超声心动图和二维斑点追踪成像(two-dimensional speckle tracking imaging， 2D-STI)技术基础上发展起来的无创超声手段，三维斑点追踪成像(three-dimensional speckle tracking imaging， 3D-STI)技术可提供更多新的形变参数，从整体到局部对心肌进行更准确定量评价，有助于心血管疾病的临床诊断、治疗及预后。本文对3D-STI评价左心房结构与功能的研究进展进行综述。

1 概述

心肌纤维独特的走行方式使心脏产生复杂的三维运动[1]。3D-STI可在长轴及短轴各方向对同一左心房心肌斑点进行准确追踪，真实、客观地还原左心房立体运动，避免2D-STI因受限于二维平面所引起的斑点“逃逸”。2D-STI需在不同心动周期、多个切面上分别测量左心房不同节段心肌的各项应变，这种非同步采集模式易受心律影响，导致追踪结果不可靠；而3D-STI仅需1个心尖四腔心切面即可同时分析所有节段，较2D-STI更为准确、便捷[2]。

采用3D-STI评价左心房结构与功能时，受检者左侧卧位，平静呼吸，当显示左心房心内膜较好时，于呼气末以心电图为门控采集3～5个心动周期的动态图像，系统自动识别ROI内心肌声学斑点，追踪其三维运动轨迹并逐帧比较，获取左心房三维全容积数据，绘制容积-时间曲线，计算左心房心肌整体和各节段的纵向应变、径向应变、圆周应变、面积应变及对应的应变率等；其中达峰时间标准差可用于评价左心房同步性[3]。Nemes等[4]应用3D-STI及二维超声心动图分别检测健康人左心房最大容积(maximum volume， Vmax)、最小容积(minimum volume， Vmin)、主动排空前容积(pre-contraction volume， VpreA)及各功能状态下的排空率等指标，结果提示3D-STI可全面、可靠地评估正常成人左心房容积及功能。Badano等[5]以心脏磁共振为金标准，并采用3D-STI及2D-STI检测健康受试者不同功能时相左心房容积变化，发现心脏磁共振与3D-STI检测结果的一致性优于其与2D-STI的一致性，且3D-STI的准确性及可重复性均较好，表明3D-STI反映左心房心肌在三维空间实际运动的效果优于2D-STI。

2 3D-STI评价左心房结构与功能的的临床应用

2.1 心房颤动(atrial fibrillation， AF) AF是临床发病率较高的心律失常之一，系因心肌细胞纤维化导致左心房重构所致，可增加卒中及死亡风险。Mochizuki等[6]应用3D-STI观察47例AF患者的左心房功能，结果显示其整体应变达峰时间标准差增加，证实3D-STI可于左心房发生形态学改变前发现左心房不同步，有助于临床卒中风险分层。Watanabe等[7]进一步在电解剖系统下对AF患者左心房心肌进行基质电压高密度标测，将电压<0.5 mV的区域定义为低电压区，结果发现存在低电压区的AF患者左心房不同步更明显，原因可能为左心房局部心肌纤维化造成僵硬度分布不均，从而导致局部传导延迟，提示3D-STI可显示AF患者左心房功能重构与电重构之间的关系，用于指导制定消融路径。

导管消融术将AF转复为窦性心律的成功率较高，但费用昂贵，且存在多种潜在并发症[8]。3D-STI可在消融术前准确评估AF患者左心房功能，早期识别术后复发高风险者，为临床选择治疗方案及预后评估提供依据。Kobayashi等[9]应用3D-STI观察30例AF患者，发现导管消融术后3个月患者左心房整体三维应变减低、达峰时间标准差增加虽较术前有所改善，但仍存在不同程度储存及辅助泵功能障碍。Mochizuki等[10]根据导管消融术后随访中有无复发对42例阵发性AF患者进行分组，对比消融前后3D-STI各应变指标，结果显示左心房收缩期三维整体面积应变是唯一可预测术后复发的参数(P=0.048)，截断值为28.9%，敏感度达75%，特异度为67%。

2.2 肥厚型心肌病(hypertrophic cardiomyopathy， HCM) HCM是与基因突变相关的遗传病，其特征为不明原因左心室壁肥厚，是年轻人和运动员心源性猝死的主要原因之一；在HCM突变基因携带者发生明确左心室壁肥厚之前对其早期诊断至关重要。Aly等[11]研究证实3D-STI可发现HCM患者家庭成员中突变基因携带者左心房早期重构的证据，提示3D-STI对早期诊断该病具有潜在临床价值。Domsik等[12]指出，与健康对照组相比，HCM患者左心房Vmax、Vmin、VpreA、总体充盈及排空容积均显著增加，总体及被动排空率、径向及纵向应变明显降低，原因可能为左心室舒张功能障碍、左心室流出道梗阻等造成左心房压力升高、左心房心肌纤维化，提示3D-STI可全面评估HCM患者左心房功能。Piras等[13]应用3D-STI联合时间同源传输技术对22例HCM患者进行研究，结果显示左心房容积增加、实时形变轨迹障碍严重者更易并发心力衰竭，表明3D-STI可在HCM患者中筛查心血管事件高风险者。

2.3 高血压 长期血压升高可引起左心室肥厚、心肌顺应性降低等，强化血压管理、干预左心室肥厚可改善高血压患者预后[14-15]。Onishi等[16]应用3D-STI对血压控制良好的高血压患者进行研究，发现其左心房最大容积指数增加，被动排空率较正常受试者降低，证实高血压患者即使血压控制良好，也会因左心室压力超负荷造成左心房僵硬度增加、管道功能降低，表明3D-STI可于左心结构发生明显变化前敏感地发现左心室舒张功能障碍。既往研究[17]表明，非勺型高血压患者心脑血管事件发生风险高。杨灵霄等[18]发现，非勺型高血压患者左心房应变降低及达峰时间标准差延长均较勺型者更明显，证实3D-STI可识别相对高危的非勺型高血压，有助于临床对高血压患者进行分类管理。

高血压是AF最常见危险因素之一，但其具体作用机制尚未明确[19]。Furukawa等[20]应用3D-STI研究发现，与不伴阵发性AF的高血压患者相比，伴阵发性AF高血压患者左心房总体排空率、三维整体峰值应变更低，达峰时间标准差增加，提示其左心房顺应性及同步性相对降低。对于已存在左心房重构的高血压患者而言，心脏电生理改变可能诱发和维持阵发性AF发生；3D-STI揭示了AF及高血压在左心房纤维化进程和机械电生理障碍中可能存在的协同作用。

2.4 先天性心脏病 法洛四联症是最常见的紫绀型先天性心脏病之一，约占先天性心脏病的10%。随着手术方法的不断改进，外科治疗该病的成功率已明显提高，但中远期疗效仍不理想[21]。Havasi等[22]应用3D-STI将婴幼儿期接受手术矫治的法洛四联症成人患者与健康志愿者进行比较，结果发现患者左心房Vmax、Vmin、VpreA明显增大，左心房总体、主动、被动排空率及反映储存功能和辅助泵功能的应变参数均显著降低，证实法洛四联症患者在外科手术后仍可出现左心房功能显著恶化，可能与心房间相互作用、瓣膜反流及心律失常等因素有关。心肌致密化不全是一种以肌小梁异常增多并形成隐窝为特征的先天性心肌病，多累及左心室，可表现为左心室功能降低、血栓栓塞及心律失常等。Nemes等[23]观察12例心肌致密化不全患者及20名正常受试者，发现患者左心房Vmax、Vmin、VpreA均增大，左心房总体、主动、被动排空率及径向、圆周、纵向峰值应变均降低，随访期间5例患者发生AF等心血管事件，提示3D-STI不仅能够全面、有效评估心肌致密化不全患者左心房结构及功能变化，还可预测心血管事件。

2.5 其他 1型强直性肌营养不良症是一种多系统神经肌肉疾病，80%患者可累及心脏，表现为突发心律失常甚至猝死。Guedes等[24]发现1型强直性肌营养不良症患者左心房整体纵向应变较正常受试者明显降低，原因可能为患者存在心肌纤维化，提示左心房整体纵向应变是反映1型强直性肌营养不良患者早期亚临床心功能障碍的较敏感指标。此外，应用3D-STI还可检测左心室射血分数保留心力衰竭患者及高嗜酸性粒细胞综合征患者左心房早期重构[25-27]。Földeák等[28]应用3D-STI鉴别心脏轻链淀粉样变性与HCM，结果显示HCM患者左心房主动排空率与健康受试者无明显差异，而心脏轻链淀粉样变性患者的这一指标明显降低，此外，心脏轻链淀粉样变性患者各峰值应变均低于HCM患者，提示心脏轻链淀粉样变性患者存在更显著的辅助泵功能障碍，其左心房心肌纤维化更广泛。Shin等[29]发现面积应变是急性心肌梗死患者发生心力衰竭或死亡的独立预测因子。苑晓倩[30]认为3D-STI可无创评估病态窦房结综合征患者左心房结构重构与电重构，为临床选择干预措施提供参考依据。

3 局限性

3D-STI在评价左心房结构与功能方面仍存在局限性：①时间及空间分辨率较低，在追踪快速及大幅度运动的声学斑点时可能存在信息丢失，故对心动过速、AF等患者的应用价值有限；②对图像质量要求较高，故当左心房心内膜显示不清时，斑点追踪的准确性降低，甚至追踪失败；③对左心房的研究仍沿用为左心室开发的分析软件及节段划分法，而左心房存在左心耳及肺静脉壁等结构，解剖形态不规则，且心房壁相比心室明显菲薄，故取样点的选择易影响结果准确性及可重复性；④各平台配备的软件包尚未标准化，评价指标的选择及其正常值参考标准需进一步统一。