謝 冰，許 迪，姚 靜

(南京醫(yī)科大學(xué)第一附屬醫(yī)院心臟科，江蘇 南京 210029)

1 三維斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)的基本概念

三維斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)(3-dimensional Speckle Tracking Imaging，3D-STI)是在實(shí)時三維超聲心動圖及斑點(diǎn)追蹤技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展起來的一項新技術(shù)。斑點(diǎn)追蹤技術(shù)是通過識別心肌回聲斑點(diǎn)來追蹤心肌的運(yùn)動軌跡，自動逐幀追蹤感興趣區(qū)內(nèi)心肌組織像素的位置和運(yùn)動，并與第一幀圖像中的位置相比較，計算整個感興趣區(qū)內(nèi)的心肌的形變，從而從機(jī)械力學(xué)角度來評價心肌的收縮及舒張運(yùn)動［1］。既往應(yīng)用的二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)(2-dimensional Speckle Tracking Imaging，2D-STI)是通過識別二維圖像的心肌回聲斑點(diǎn)來追蹤心肌的運(yùn)動軌跡，無角度依賴性，可從多個方向?qū)π募」?jié)段應(yīng)變進(jìn)行評價，在臨床上得到較廣泛的應(yīng)用［2～4］。心肌的運(yùn)動是在三維空間的運(yùn)動，局限于二維平面的回聲斑點(diǎn)跟蹤，不能完全跟蹤斑點(diǎn)運(yùn)動的空間位置。3D-STI技術(shù)通過采集心臟實(shí)時三維圖像，從三維空間上追蹤回聲斑點(diǎn)的運(yùn)動，因此較2D-STI能更準(zhǔn)確評價心臟的運(yùn)動。

2 3D-STI的臨床應(yīng)用現(xiàn)狀

2.1 左心室壁運(yùn)動同步性分析 既往臨床研究分析左室壁機(jī)械同步性，多采用二維斑點(diǎn)追蹤，但由于僅僅局限于二維平面的追蹤，并不能完全反映心臟在實(shí)際三維空間上的變化。Tanaka等［5］首次采用3D-STI從徑向應(yīng)變角度分析了左室壁運(yùn)動的不同步性。Li等［6］應(yīng)用3D-STI分析左心室電學(xué)失同步(QRS＞120ms)患者及正常對照組縱向位移的達(dá)峰時間，發(fā)現(xiàn)前者16節(jié)段縱向位移達(dá)峰時間標(biāo)準(zhǔn)差明顯大于后者［(117±57)ms vs(34±19)ms，P＜0.001］。Tanaka等［7］用3D-STI技術(shù)分析發(fā)現(xiàn)，右室起搏的心力衰竭患者與合并左束支傳導(dǎo)阻滯的心力衰竭患者具有左心室收縮失同步程度相似。Thebault等［8］采用3D-STI技術(shù)分析了60例接受心臟再同步化治療(CRT)患者的右室起搏及優(yōu)化雙室起搏狀態(tài)，結(jié)果發(fā)現(xiàn)優(yōu)化的雙室起搏較右室起搏在左室射血分?jǐn)?shù)、三維縱向應(yīng)變、三維徑向應(yīng)變等方面有顯著的升高(P＜0.01)，所有節(jié)段的應(yīng)變不同步指數(shù)均具有顯著的下降(P＜0.01)。面積應(yīng)變，是一個整合了縱向及環(huán)周應(yīng)變的應(yīng)變指數(shù)，與徑向應(yīng)變成反比例，能反映心內(nèi)膜面積的變化率，在兩種起搏狀態(tài)下也有顯著差異，優(yōu)化的雙室起搏狀態(tài)較右室起搏顯著升高(14.2±4.8%對11.5±5.0%)，不同步指數(shù)顯著下降［(12.2±5.1)%對(9.5±4.5)］%。Tatsumi等［9］選取了15名符合條件植入CRT的患者［射血分?jǐn)?shù)(27±7)%，QRS間期(172±30)ms］，在植入前及術(shù)后6個月分別采集超聲心動圖圖像。面積應(yīng)變不同步指數(shù)(ASDI)，是反映峰值收縮面積應(yīng)變與收縮末面積應(yīng)變差值的指標(biāo)。研究發(fā)現(xiàn)，ASDI≥3.8%是提示患者術(shù)后對CRT良好反映的指標(biāo)，這個應(yīng)用三維斑點(diǎn)追蹤顯像的最新參數(shù)可以顯示環(huán)向及縱向的不同步性及殘余心內(nèi)膜的收縮性，對于了解CRT病人的預(yù)后具有很好的參考價值。

2.2 定量評價左心室容積和功能 心功能是診斷心力衰竭患者不可缺少的指標(biāo)，心臟核磁共振(CMR)是評價心功能的影像學(xué)金指標(biāo)，但因其價格昂貴以及部分患者(如起搏器植入、心臟瓣膜置換)無法進(jìn)行檢查而限制了其臨床應(yīng)用。超聲心動圖因其簡便、無創(chuàng)、廉價、患者易于接受等有利條件而成為臨床評價心功能的首選指標(biāo)。

Nesser等［10］以CMR為對照，分別采用3D-STI、2D-STI觀察左心室收縮末和舒張末的容積變化，評價左心室的功能。結(jié)果發(fā)現(xiàn)2D-STI雖然與CMR有較好的相關(guān)性(r=0.72～0.88)，但是因其有相對較大的偏差(10～30 ml)和較寬的一致性范圍(SD:36～51 ml)可低估左室的容積;而3D-STI的測量結(jié)果不僅與CMR有更好的相關(guān)性(r=0.87～0.92)，且偏差小(1～16 ml)及一致性范圍較窄(SD:28～37 ml)。除此之外，3D-STE結(jié)果較2D-STE組間和組內(nèi)差異小。因此3D-STI較2D-STI能更準(zhǔn)確、重復(fù)性更好地評價左室的容積和射血分?jǐn)?shù)，且它能夠應(yīng)用于在CMR無法完成的場所，如心導(dǎo)管室及手術(shù)室內(nèi)及時的對心功能進(jìn)行很好的評估［11］。覃小娟等［12］應(yīng)用3D-STI分析慢性心力衰竭(CHF)患者左心室整體縱向、環(huán)向、徑向收縮期應(yīng)變的特征，發(fā)現(xiàn)CHF患者左心室射血分?jǐn)?shù)、左心室整體縱向收縮期峰值應(yīng)變(GLS)、左心室整體環(huán)向收縮期峰值應(yīng)變(GCS)、左心室整體徑向收縮期峰值應(yīng)變(GRS)均較正常對照組減低(P＜0.05)，且左室GLS、GCS、GRS與左室射血分?jǐn)?shù)具有很好的相關(guān)性(P＜0.01)

2.3 局部心肌節(jié)段的功能及形變 左心室局部室壁運(yùn)動分析一直是心臟超聲研究的熱點(diǎn)之一，在各種類型心臟疾病診斷治療中具有很重要的作用。常用的評價局部心肌節(jié)段功能的方法有:組織多普勒技術(shù)(TDI)、速度向量成像技術(shù)(VVI)、2D-STI等。3D-STI技術(shù)因其自身優(yōu)勢，對局部心肌節(jié)段功能評估價值估于上述技術(shù)。Seo等［13］將聲納微測量晶片置于麻醉羊心臟的左室短軸基底段、中間段及心尖段的前壁及側(cè)壁，比較了3D-STI與聲納微測量法兩種方法測量基礎(chǔ)狀態(tài)、多巴胺及普奈洛爾負(fù)荷實(shí)驗(yàn)、急性心肌缺血三種狀態(tài)下的心肌縱向、徑向及環(huán)向應(yīng)變。發(fā)現(xiàn)兩者具有很好的相關(guān)性(LS:r=0.89，P＜0.001;RS:r=0.84，P＜0.001;CS:r=0. 90，P＜0.001)，而且在不同狀態(tài)(基礎(chǔ)狀態(tài)、藥物負(fù)荷試驗(yàn)狀態(tài)、急性心肌缺血狀態(tài))下，應(yīng)變的三個組成部分也具有很好的相關(guān)性(LS:r=0.65～0.68，P＜0.001;RS:r=0.59～0.70，P＜0.001;CS:r=0.71～0.78，P＜0.001)。3D-STI能夠很好的評估在藥物負(fù)荷試驗(yàn)及急性心肌缺血狀態(tài)下局部心肌收縮性的改變，但是在這項研究中，僅僅只分析了左室前壁及側(cè)壁的縱向及徑向應(yīng)變，左室前壁的環(huán)向應(yīng)變，并沒有對其他節(jié)段進(jìn)行評估。Crosby等［14］應(yīng)用該項技術(shù)對局部心肌功能的研究中表明，3D-STI技術(shù)能準(zhǔn)確識別存在局部收縮功能障礙的心肌。

2.4 評價左室旋轉(zhuǎn)及扭轉(zhuǎn)運(yùn)動 左室的旋轉(zhuǎn)運(yùn)動是由收縮期左室的扭轉(zhuǎn)和舒張期左室的解扭轉(zhuǎn)構(gòu)成。從整體上觀察(心尖向心底方向)，收縮期左室基底部順時針旋轉(zhuǎn)，心尖部逆時針旋轉(zhuǎn)，扭轉(zhuǎn)定義為心尖部相對于基底部的旋轉(zhuǎn)，即心尖部和基底部的旋轉(zhuǎn)角度絕對值之和。左室的解扭轉(zhuǎn)主要發(fā)生在等容舒張期，其迅速的彈性回縮釋放了扭轉(zhuǎn)時儲存的彈性勢能，使舒張期心室內(nèi)的壓力梯度和心房心室間的壓力梯度增加，造成抽吸作用，從而引起左室早期充盈［15］。Andrade等［16］應(yīng)用2D-STI及3D-STI技術(shù)，比較二者在健康志愿者中左室扭轉(zhuǎn)角度測量中的差異，發(fā)現(xiàn)3D-STI測量的收縮期峰值扭轉(zhuǎn)角度小于2D-STI測量值，但是二者收縮期扭轉(zhuǎn)角度達(dá)峰時間并沒有顯著差異。Zhou等［17］利用一個可以控制速度的旋轉(zhuǎn)模型，可以使心臟旋轉(zhuǎn)不同的角度。將新鮮獲得的豬心固定于這個旋轉(zhuǎn)模型上，心底部可旋轉(zhuǎn)，心尖部固定，在0°、15°、20°、25°分別獲取三維全容積圖像，利用3D-STI分析左室基底、中間及心尖部三個水平上的旋轉(zhuǎn)，發(fā)現(xiàn)隨著心臟整體扭轉(zhuǎn)角度的增加，左室基底部及中間部較心尖部扭轉(zhuǎn)角度增加的多一些，且三個水平的整體旋轉(zhuǎn)角度與心臟的整體扭轉(zhuǎn)相關(guān)性較好。

2.5 不同心臟起搏狀態(tài)對心臟功能的影響 不同心臟起搏方式的人工電信號傳導(dǎo)通路與左室壁機(jī)械運(yùn)動同步性密切相關(guān)，不恰當(dāng)?shù)娜斯ば呐K起搏方式將導(dǎo)致醫(yī)源性心臟結(jié)構(gòu)及功能損傷。陸景等［18］應(yīng)用3D-STI技術(shù)評價不同心臟起搏位點(diǎn)對健康犬左室機(jī)械同步性和左心室功能的影響。分別采集了10只健康開胸比格犬基礎(chǔ)狀態(tài)和右室心尖、左室心尖、左室側(cè)壁起搏狀態(tài)下1個完整心動周期的左心室實(shí)時三維全容積圖像，利用分析軟件分別提取不同狀態(tài)左室壁收縮期徑向應(yīng)變峰值及左室收縮末期容積、舒張末期容積、射血分?jǐn)?shù)、心輸出量等相關(guān)參數(shù)進(jìn)行分析，發(fā)現(xiàn)左室心尖或側(cè)壁起搏狀態(tài)左室壁各節(jié)段心肌的徑向應(yīng)變不同步程度較右室心尖起搏狀態(tài)明顯，左室心尖或側(cè)壁起搏狀態(tài)左室壁徑向應(yīng)變峰值顯著減低的心肌節(jié)段數(shù)多于右室心尖起搏狀態(tài)，左室心尖或側(cè)壁起搏狀態(tài)左室壁整體徑向應(yīng)變峰值、左室射血分?jǐn)?shù)、心輸出量均低于右室心尖起搏狀態(tài)，不同起搏狀態(tài)下左室壁整體徑向應(yīng)變峰值分別與左室每搏量、射血分?jǐn)?shù)、心輸出量呈線性正相關(guān)(r=0.781～0.984，P＜0.05)。左室心尖或側(cè)壁起搏狀態(tài)對健康犬左心室壁機(jī)械同步性、左心室節(jié)段和整體收縮功能的損害較右室心尖起搏狀態(tài)顯著。

此外，陸景等［19］評價了心室單點(diǎn)雙極起搏對急性心肌缺血犬左心室壁心肌力學(xué)和左心室功能的影響。分別采集基礎(chǔ)狀態(tài)、急性心肌缺血狀態(tài)和缺血后右心室心尖、左心室心尖、左心室側(cè)壁單點(diǎn)雙極起搏狀態(tài)一個完整心動周期的左心室實(shí)時三維全容積圖像。發(fā)現(xiàn)急性心肌缺血后心室起搏狀態(tài)左心室壁機(jī)械運(yùn)動不同步程度較基礎(chǔ)狀態(tài)和急性心肌缺血狀態(tài)明顯，應(yīng)用3D-STI研究發(fā)現(xiàn)心室單點(diǎn)雙極起搏能夠增強(qiáng)心肌缺血狀態(tài)下左心室壁心肌收縮力，但同時導(dǎo)致左心室壁機(jī)械性運(yùn)動不同步程度加重，不能有效改善因急性心肌缺血受損的左心室整體功能。

2.6 個案病例分析 3D-STI技術(shù)也可用來評價特殊心臟疾病的預(yù)后情況。Baccouche等［20］報道了應(yīng)用該技術(shù)評價Tako-Tsubo心肌病的臨床轉(zhuǎn)歸過程。本病例是一位79歲的老年女性，采集實(shí)時三維圖像，二維圖像上基底部運(yùn)動增強(qiáng)及心尖部的反向運(yùn)動，利用3D-STI分析發(fā)現(xiàn)，數(shù)字化的徑向應(yīng)變曲線說明基底部運(yùn)動增強(qiáng)及心尖部的反向運(yùn)動。6周之后復(fù)查，發(fā)現(xiàn)患者的收縮功能較前好轉(zhuǎn)。說明三維斑點(diǎn)追蹤可以作為一種快速準(zhǔn)去的評價Tako-Tsubo心肌病室壁運(yùn)動異常的技術(shù)。

3 3D-STI的局限性

3D-STI是一項無創(chuàng)性定量評價局部心肌運(yùn)動及功能的新技術(shù)?；趯?shí)時三維全容積超聲心動圖的3D-STI可以同步顯示左室壁不同節(jié)段在三維方向的運(yùn)動和形變，克服了2D-STI“跨平面失追蹤”的局限性，是評價左心室壁機(jī)械運(yùn)動同步性及左心室功能的有力工具［14，21］。

3D-STI雖然能更好的反映心臟在三維空間上的運(yùn)動，但是由于現(xiàn)階段技術(shù)發(fā)展的限制，這項技術(shù)仍有一定的不足之處。主要表現(xiàn)在以下幾個方面:①該技術(shù)是在拼接的全容積圖像上進(jìn)行追蹤，當(dāng)有心率不齊時，會出現(xiàn)拼接錯位而影響分析結(jié)果，新近出現(xiàn)的單心動周期全容積成像技術(shù)可克服上述缺點(diǎn);②現(xiàn)階段三維斑點(diǎn)追蹤幀頻相對較小，而在數(shù)據(jù)分析時幀頻越高，圖像質(zhì)量越好，則數(shù)據(jù)準(zhǔn)確性越高;③不管是二維還是三維斑點(diǎn)追蹤，都需要手動追蹤或調(diào)整心內(nèi)膜邊界，因此具有一定的主觀性，且對操作者的經(jīng)驗(yàn)有一定依賴性;④目前應(yīng)用于臨床的大部分超聲診斷儀三維全容積最大取樣角度是60°，當(dāng)左心室顯著增大時，無法采集完整的左心室，從而限制了該技術(shù)在左心室增大的患者中的應(yīng)用［12］。隨著科技的迅速發(fā)展，實(shí)時三維全容積成像技術(shù)時間、空間分辨力的提高，3D-STI將成為臨床無創(chuàng)準(zhǔn)確評價心臟功能的可靠方法。

4 3D-STI的發(fā)展前景

綜上所述，3D-STI技術(shù)是一種新發(fā)展的超聲定量分析技術(shù)，可以對左室容積和功能進(jìn)行客觀評價，是一個完善左室功能評估標(biāo)準(zhǔn)化的最新方法，能為各種心臟疾病的診斷治療提供重要的信息，有很好的應(yīng)用價值。利用3D-STI技術(shù)在同一個心動周期分析左室功能，可以同時分析三個方向的應(yīng)變，是一個簡單、方便、簡潔、可重復(fù)性的評價左室同步性的方法，較二維能更快速、綜合的評價可以評估心肌各節(jié)段達(dá)收縮最大峰值位移的離散程度，這些信息不僅有利于優(yōu)化已安裝CRT患者的各項參數(shù)指標(biāo)，同時也可以選擇最適合接受CRT的人群，使其最大程度獲益。3D-STI技術(shù)能識別局部運(yùn)動異常的心肌，利用此項技術(shù)可以評估冠心病已有節(jié)段室壁運(yùn)動障礙的患者接受治療后心肌運(yùn)動的恢復(fù)情況。除此之外，因超聲心動圖簡便可行，所以較CMR有更廣泛的臨床應(yīng)用價值，比如在心導(dǎo)管室及手術(shù)室中，CMR使用條件有限，無法快速得到所需結(jié)果。3DSTI技術(shù)可以更直接快速的分析，對左室功能有著最直接的反饋，不需要離線分析，能在術(shù)中快速提供所需結(jié)果。但是因?yàn)槠湮创笠?guī)模臨床應(yīng)用，且三維超聲心動圖時間及空間分辨力還有待于進(jìn)一步提高，所以3D-STI有待進(jìn)一步的發(fā)展，相信在不久的將來可以有更廣泛的臨床應(yīng)用價值。

［1］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.

［2］Cianciulli TF，Saccheri MC，Lax JA，et al.Two-dimensional speckle tracking echocardiography for the assessment of atrial function［J］.World J Cardiol，2010，2(7):163-170.

［3］Kouzu H，Yuda S，Muranaka A，et al.Left ventricular hypertrophy causes different changes in longitudinal，radial，and circumferential mechanics in patients with hypertension:a two-dimensional speckle tracking study［J］.J Am Soc Echocardiogr，2011，24(2):192-199.

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

［5］Tanaka H，Hara H，Saba S，et al.Usefulness of three-dimensional speckle tracking strain to quantify dyssynchrony and the site of latest mechanical activation［J］.Am J Cardiol，2010，105(2):235-242.

［6］Li CH，Carreras F，Leta R，et al.Mechanical left ventricular dyssynchrony detection by endocardium displacement analysis with 3D speckle tracking technology［J］.Int J Cardiovasc Imaging，2010，26 (8):867-870.

［7］Tanaka H，Hara H，Adelstein EC，et al.Comparative mechanical activation mapping of RV pacing to LBBB by 2D and 3D speckle tracking and association with response to resynchronization therapy［J］.JACC Cardiovasc Imaging，2010，3(5):461-471.

［8］Thebault C，Donal E，Bernard A，et al.Real-time three-dimensional speckle tracking echocardiography:a novel technique to quantify global left ventricular mechanical dyssynchrony［J］.Eur J Echocardiogr，2011，12(1):26-32.

［9］Tatsumi K，Tanaka H，Tsuji T，et al.Strain dyssynchrony index determined by three-dimensional speckle area tracking can predict response to cardiac resynchronization therapy［J］.Cardiovasc Ultrasound，2011，9:11.

［10］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.

［11］Flu WJ，van Kuijk JP，Bax JJ，et al.Three-dimensional speckle tracking echocardiography:a novel approach in the assessment of left ventricular volume and function［J］.Eur Heart J，2009，30(19): 2304-2307.

［12］覃小娟，謝明星，呂清，等.超聲三維斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)評價慢性心力衰竭患者左心室整體應(yīng)變的初步研究［J］.中華醫(yī)學(xué)超聲雜志(電子版)，2010，7(8):33-36.

［13］Seo Y，Ishizu T，Enomoto Y，et al.Validation of 3-dimensional speckle tracking imaging to quantify regional myocardial deformation［J］.Circ Cardiovasc Imaging，2009，2(6):451-459.

［14］Crosby J，Amundsen BH，Hergum T，et al.3-D speckle tracking for assessment of regional left ventricular function［J］.Ultrasound Med Biol，2009，35(3):458-471.

［15］Foster E，Lease KE.New untwist on diastole:what goes around comes back［J］.Circulation，2006，l13(21):2477-2479.

［16］Andrade J，Cortez LD，Campos O，et al.Left ventricular twist:comparison between two-and three-dimensional speckle-tracking echocardiography in healthy volunteers［J］.Eur J Echocardiogr，2011，12 (1):76-79.

［17］Zhou Z，Ashraf M，Hu D，et al.Three-dimensional speckle-tracking imaging for left ventricular rotation measurement:an in vitro validation study［J］.J Ultrasound Med，2010，29(6):903-909.

［18］陸景，尹立雪，王志剛，等.超聲三維斑點(diǎn)追蹤評價不同心臟起搏方式對健康犬左心室功能的影響［J］.中華超聲影像學(xué)雜志，2010，7(19):331-335.

［19］陸景，尹立雪，王志剛，等.急性心肌缺血單點(diǎn)雙極起搏犬左心室功能的超聲三維斑點(diǎn)追蹤研究［J］.中華醫(yī)學(xué)超聲雜志(電子版)，2010，7(2):8-13.

［20］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-tracking-strain analysis［J］.Eur J Echocardiogr，2009，10(5):729-731.

［21］Kawagishi T.Speckle tracking for assessment of cardiac motion and dyssynchrony［J］.Echocardiography，2008，25(10):1167-1171.