鄭哲嵐 蔣冰倩

超聲心動圖對左心室收縮功能的評估最常用的參數(shù)是左心室射血分數(shù)（left-ventricular ejection fraction,LVEF），但LVEF對于心臟早期損傷并不敏感。通過斑點追蹤技術（speckle tracking imaging,STI）測量心肌應變是定量觀察左心室功能的一個新方法。有研究發(fā)現(xiàn)，應變是檢測早期心室功能障礙的敏感工具，可以檢測心肌功能的細微變化，對多種心血管疾病的預后有預測意義[1]。因此，STI評估左心室功能為早期臨床決策和實施更有效的治療提供可能，從而改善各種疾病的預后。STI又包括二維斑點追蹤技術（2D-STI）、三維斑點追蹤技術（3D-STI）、分層應變，以及結合后負荷評估心肌作功的新參數(shù)壓力-應變環(huán)（pressurestrain loop,PSL）。本文就上述新技術在心血管疾病中的臨床應用及研究進展作一述評。

1 心肌應變的概念

應變是物體在一定方向內相對于其基線長度的變化，并以百分比表示，應變（%）=（Lt-L0）/L0，其中 Lt是當t時間時的物體長度，L0是物體初始的長度[2]。應變率是應變的時間導數(shù)，它提供了關于應變發(fā)生的速度。應變是一個矢量，對心肌復雜變形的完整描述需要3個正常應變分量和6個剪切應變分量。由于實際應用原因，臨床首選的正常應變是沿著左心室坐標軸排列的，描述了徑向增厚、變薄以及圓周和縱向縮短、延長。延長或增厚由正應變值表示，而縮短或變薄由負應變值表示。應變可以量化局部心肌功能，同時隨著STI的應用，可以對總體左心室功能進行評估，其中最常用的參數(shù)是左心室整體縱向應變（left-ventricular global longitudinal strain,LV-GLS），在 GLS上，從 3個心尖視圖的測量值結合起來得到一個平均GLS值[3]，同時心肌應變也跟LVEF一樣受到心率、負荷的影響，在測量時應考慮上述因素的干擾。

2 斑點追蹤超聲心動圖

左心室心肌應變對左心室功能的評估最早是通過組織多普勒成像（tissue doppler imaging,TDI）來實現(xiàn)的，TDI有非常好的時間分辨率，可以快速的定性功能評估，直接顯示測量數(shù)據，但通過TDI方法測量應變需依賴角度，要測量的變形分量必須與超聲波束對準，同時想要使用TDI方法來評估整個左心室功能還是比較困難的。由于心肌不均勻的聲學特性可以引起干涉模式，從而形成“斑點”。斑點并不代表組織結構，但已經被證明可以在有限的時間和距離內與組織一起移動，因此可以作為追蹤的對象。STI由于其不需要依賴角度，能夠在不同的空間方向上（縱向、徑向和圓周）評估心肌力學，并且較TDI有更高的空間分辨率、再現(xiàn)性等優(yōu)點，已成為目前臨床上最廣泛使用的心肌應變分析方法[4]。

2.1 2D-STI及3D-STI2D-STI克服了傳統(tǒng)組織多普勒的角度依賴性，可以定量分析左心室縱向、徑向和圓周的心肌應變，評價左心室整體及局部功能，目前臨床上已廣泛應用，部分超聲中心已將其納入常規(guī)檢測項目。但2D-STI雖然克服了傳統(tǒng)TDI的角度依賴性，其測量是基于二維平面追蹤的結果，而由于心肌是由3個不同的心肌層組成，它們同時向不同的方向收縮，導致心肌的運動并不局限在一個平面上，這使得2D-STI測量結果并不完全準確。因此準確的評估可能需要進行三維分析。

與2D-STI比較，3D-STI是在斑點追蹤原理的基礎上發(fā)展起來的，不受心肌運動方向限制，可以在三維容積內客觀、準確地追蹤心肌的運動軌跡，彌補了2D-STI局限于所掃描的平面內追蹤心肌運動斑點的不足，可以對復雜的心肌運動進行評價[5-6]。其次，3DSTI除了縱向、徑向、圓周應變，還引入了一個新的參數(shù)-面積應變[7]，反映了縱向和圓周縮短影響的相對面積變化，是GLS和圓周應變結合的結果，也有部分研究證實了其應用價值。同時，3D-STI采集和分析時間更快，2D-STI需要采集多個心動周期的多個2D圖像，包括3個短軸視圖來測量整體圓周應變和整體徑向應變，以及3個心尖切面來測量整體GLS，導致更長的數(shù)據采集時間，相比之下，3D-STI分析只需要進行一次心尖圖像采集，從而縮短了采集時間，并能從單個心臟周期中測量所有的3D應變成分[7-9]。

但是2D-STI及3D-STI都受到圖像質量的影響，尤其是3D-STI，時間和空間分辨率都相對較低。此外由于不同供應商之間軟件及圖像后處理的差異，導致在不同儀器上獲得的數(shù)值有所不同，這使得STI的臨床應用受到一定限制。

2.2 分層應變 過去研究多以心室壁的整體平均應變GLS作為研究對象，而忽視了心室壁是由三層心肌纖維通過不同結構和走向組成，心內膜和心外膜心肌為縱行心肌，主要負責左心室長軸方向功能，而中層心肌為環(huán)形心肌，負責徑向和圓周功能。不同疾病可以導致不同心肌層受損，從而出現(xiàn)各不相同的分層應變表現(xiàn)。通過分層應變分析也可以評估心肌損傷的累及深度[10]，但是分層應變也存在局限性，首先對圖像質量要求更高，需要清晰地追蹤三層心肌的活動軌跡，其次三層心肌并非完全獨立，存在各層之間的相互影響，導致分析結果不能完全代表單層的功能[11-12]。

2.3 左心室心肌應變的正常值設定 由于圓周應變、徑向應變及分層應變目前的研究數(shù)據還不充分，尚無對其統(tǒng)一標準正常值設定的方法。2D-GLS由于其穩(wěn)定性和對心肌微小損傷的敏感性，成為當前應用最為廣泛的應變參數(shù)。但供應商圖像后處理軟件及干預之間的差異，導致大多數(shù)健康個體的正常2D-GLS值波動在-18%～-25%[13]。盡管實驗室和軟件供應商之間存在可變性，美國超聲心動圖學會認為2D-GLS值在-20%±2%是比較合適的正常值范圍[14]。也有研究認為，2D-GLS絕對值≥18%為正常，16%～18%為邊界異常，≤16%為異常[15]。研究發(fā)現(xiàn)，3D-GLS的平均值為-19.1%，絕對值波動在15.8%～23.4%，總體上3D-GLS的平均值為-18.1%，與2D-GLS的正常值大致相同[7]。目前應變在許多心臟疾病中有重要作用，然而對于正常值和疾病相關應變值的定義仍有差異，臨床需要進一步標準化。因此建議同一例患者在隨訪中使用相同供應商的軟件進行應變分析，以減少差異，增加前后可比性。

2.4 STI測量心肌應變的臨床應用

2.4.1 射血分數(shù)保留的心力衰竭（heart failure with preserved ejection fraction,HFpEF） 研究發(fā)現(xiàn)，約在50%～60%HFpEF患者中發(fā)現(xiàn)應變異常，尤其是LV-GLS由于各種病因引起的左心室間質纖維化，主要先影響左心室心內膜下層，心內膜下左心室功能（即左心室的縱向功能）對左心室性能起關鍵作用，而對心肌中部和心外膜下左心室纖維（即左心室環(huán)向、徑向和橫向收縮和舒張功能）的影響較小[16]。有研究認為保留的左心室扭轉功能是抵消HFpEF患者左心室縱向收縮功能障礙的主要代償機制，從而維持正常的LVEF，HF－pEF不應再被認為是孤立性左心室舒張功能障礙的病理生理過程，而應被認為是LV-GLS異常的疾病[17]。LV-GLS絕對值＜16%被推薦作為診斷HFpEF的次要標準，受損的LV-GLS已被證明是HFpEF患者心源性死亡和全因死亡的風險標志[18]。

2.4.2 腫瘤治療相關的心功能障礙（cancer therapeutics related cardiac dysfunction,CTRCD） 腫瘤治療中最具破壞性的不良反應之一是CTRCD。CTRCD的傳統(tǒng)定義是LVEF從基線下降＞5%低至55%以下，同時伴有心力衰竭的癥狀或體征，或即使沒有癥狀或體征，LVEF從基線下降＞10%低至55%以下[19]。但是通過二維超聲心動圖評估LVEF的可靠性有限，并且只能檢測到變化＞10%的LVEF差異，更重要的是LVEF的下降是CTRCD的晚期事件，只有在發(fā)生嚴重的心臟損傷之后才能檢測到明顯下降。對于分層應變的研究證實，隨著化療時間的延長，左心室收縮功能損傷逐步加深，最先影響內層、中層心肌，最后影響至外層[12]，因此LV-GLS是最早出現(xiàn)改變的參數(shù)，可以發(fā)現(xiàn)早期心臟損傷，不同研究所得到預測預后的臨界值有所不同，波動在-10%～-15%[20]。在美國超聲心動圖學會和歐洲心血管影像協(xié)會的共識文件中，認為LVGLS是發(fā)現(xiàn)化療患者亞臨床左心室功能障礙的推薦應變參數(shù)，認為LV-GLS相對于基線降低＞15%是異常和早期左心室亞臨床功能障礙的標志，而與基線相比降低＜8%則可能沒有臨床意義[21]。治療前的基線LV-GLS值對于化療后是否會出現(xiàn)CTRCD也有預測作用。Araujo-Gutierrez等[22]研究發(fā)現(xiàn)，LVEF正常但基線LV-GLS減少的患者更有可能在蒽環(huán)類藥物化療后出現(xiàn)CTRCD，同時增加心血管相關的死亡風險。基線LV-GLS絕對值＜18%與CTRCD風險增加4倍以上相關。Shehata等[19]認為對于既往接受過抗腫瘤治療的患者，進行外科手術前需要進行LV-GLS檢查，早期識別CTRCD可能有助于降低手術過程中可能遇到風險，如術中低血壓。術前發(fā)現(xiàn)CTRCD可能會影響誘導藥物的選擇，以及需要考慮維持血流動力學穩(wěn)定的藥物和減少總劑量。LV-GLS在腫瘤患者中的臨床應用具有廣泛性，包括治療前基線LV-GLS的評估，治療后長期隨訪，以及一些手術前的風險評估。

2.4.3 冠狀動脈粥樣硬化性心臟病 應變成像可通過顯示收縮峰值應變降低來診斷心肌缺血，但更重要的是收縮延長和收縮后縮短，這是心肌缺血功能障礙的特征。收縮期后的顯著縮短可能導致接近正常的峰值應變，因此收縮功能應該使用收縮末期應變而不是峰值應變來評估[13]。早期收縮延長、收縮后縮短或與冠狀動脈供應區(qū)域相對應的應變減少是診斷缺血的GLS特征[23]。同時LV-GLS可以預測梗死面積；LV-GLS絕對值＜15%可獨立預測梗死質量≥30 g，其靈敏度和特異度分別為0.83和0.93[16]。分層應變可以分析心肌梗死的透壁程度，有研究表明與無心肌梗死對照組相比，非透壁性心肌梗死的心內膜層損傷大于心外膜層，透壁性心肌梗死對各層的影響結果相似，因此分層應變能更精確地區(qū)分心肌梗死類型和心肌損傷程度[24]。而3D-STI不僅在評估左心室的整體收縮功能方面優(yōu)于2D-STI，還能更準確識別缺血所致局部收縮功能障礙的心肌節(jié)段，3D-STI的新參數(shù)面積應變綜合了縱向和圓周兩個方向的應變來進行定量計算局部室壁運動，評價局部心肌形變更準確[25]。

2.4.4 心肌病 心肌應變在鑒別診斷各種原因引起的心肌肥厚中有重要意義。心肌淀粉樣變性是一種具有肥厚性表型的心肌病，在應變協(xié)助診斷前，被誤診為特發(fā)性肥厚性心肌病。心臟淀粉樣蛋白浸潤通常會導致心肌增厚、限制性充盈和進行性心力衰竭。相對心尖保留的LV-GLS是其特征性改變，即左心室基底和中間節(jié)段的應變比心尖節(jié)段受損更嚴重。心尖相對保留的GLS模式對心臟淀粉樣變的診斷既敏感又具有特異性。心尖相對保留的應變比[RRSR=平均心尖GLS/（平均基底段GLS+平均中段GLS）]≥1對心臟淀粉樣變性診斷的靈敏度為0.93，特異度為0.82[1]。應變減少的模式可以幫助區(qū)分心肌肥厚的病因，不同于淀粉樣變性患者的心尖保留，經典的肥厚型心肌病患者表現(xiàn)為室間隔應變減少[16]。同時LV-GLS還有助于預測肥厚型心肌病患者的預后，在最近一項對400例肥厚型心肌病患者隨訪3年的研究中發(fā)現(xiàn)，LV-GLS是預后（室性心律失常、心力衰竭、移植和全因死亡）最強的獨立預測因子，并可能有助于確定哪些患者將受益于干預措施，如心肌切除、消融等[26]。

2.4.5 心臟瓣膜病 對于心臟瓣膜疾病，決定合適的手術時機十分重要，最好在影響左心室功能前進行手術干預，因此需要早期識別心肌的損傷。LV-GLS功能受損與主動脈瓣狹窄患者手術后恢復不良甚至惡化相關[16]。一項大樣本Meta分析發(fā)現(xiàn)，LVEF＞50%的無癥狀嚴重主動脈瓣狹窄患者，LV-GLS值低于-14.7%，與較高的死亡風險相關[27]。Vollema等[28]研究了無癥狀嚴重主動脈瓣狹窄同時LVEF保留的患者，發(fā)現(xiàn)基線受損（絕對值＜18.2%）預示癥狀惡化，需要主動脈瓣干預治療。

主動脈瓣關閉不全在沒有左心室擴大的無癥狀患者中，觀察等待手術時機仍然是常態(tài)。然而，換瓣術后恢復情況取決于左心室功能受損的持續(xù)時間。一項無癥狀的嚴重主動脈瓣關閉不全、LVEF保留、左心室腔大小正?；颊叩?年隨訪中發(fā)現(xiàn)，LV-GLS低于-19.5%的長期死亡率顯著高于LV-GLS高于-19.5%的患者，未接受主動脈瓣置換術的LV-GLS異?；颊呱媛曙@著降低，而未接受主動脈瓣置換術的LV-GLS正常患者的生存曲線與接受手術患者相似[29]。也有研究發(fā)現(xiàn)術后GLS低于-19%的患者長期死亡率也明顯高于GLS正常的患者[30]。

二尖瓣關閉不全無癥狀患者也需要在左心室功能障礙發(fā)生前進行干預。隨著疾病的進展，慢性容量超負荷時的血流動力學補償，仍可以保留LVEF，盡管此時心肌收縮功能已經出現(xiàn)下降。因此，LVEF是檢測心肌功能障礙的一個相對滯后的標志物。術前LVGLS損傷（絕對值＜18%）是預測術后左心室功能障礙（LVEF＜50%）的一個強有力指標，且與術前LVEF無關[16]。Namazi等[31]發(fā)現(xiàn)在繼發(fā)性二尖瓣關閉不全的患者中，LV-GLS受損與全因死亡風險增加獨立相關，而LVEF則沒有。目前已經有很多研究證實LV-GLS是術后預后的獨立預測因子，但閾值有所不同，波動在-17.9%～-21.7%[32]。

這些研究數(shù)據表明，在LV-GLS確定亞臨床左心室功能障礙出現(xiàn)之前進行瓣膜干預，可能有助于更好地確定瓣膜置換術的最佳時機，并可能改善長期預后。

2.4.6 左心室同步化治療評估 應變成像可以評估左心室變形不同步的情況，與2D-STI相比，3D-STI通過顯示整個左心室應變分布的時間變化，為分析左心室非同步壁運動提供了更容易獲得的圖像。最近開發(fā)的一種新3D-STI系統(tǒng)可視化機械激活，稱為“激活成像”，有助于確定最佳的左心室導聯(lián)位置，以及量化左心室的不同步性[33]。

3 PSL

STI已逐漸成為評價心臟應變的可靠方法，尤其是2D-STI，目前已經有大量的研究結果支持。但STI具有負荷依賴性，前后負荷的改變，會影響應變值，后負荷的增高會造成應變值的降低，導致左心室功能評估結果存在偏差[34]?；谶@一原因，Russell等[35]提出PSL來評價心肌做功這一新方法，結合STI與無創(chuàng)估測左心室壓力技術得到左心室從二尖瓣閉合到二尖瓣開放期間的心肌各節(jié)段及整體的作功，能夠客觀定量地評估心肌局部及整體功能。心肌作功等于節(jié)段應變值（%）與瞬時左心室壓力（mmHg）的乘積（mmHg%）。PSL包括整體作功指數(shù)（GWI）、整體有用功（GCW）、整體無用功（GWW）、整體作功效率（GWE）等參數(shù)。其中GWI為心肌17節(jié)段做功指數(shù)加權平均數(shù)；GCW為收縮期心肌縮短或舒張期心肌延長所做正功，即有助于左心室射血的功：GWW為收縮期心肌延長或舒張期心肌縮短所做負功，即對抗左心室射血的功；GWE＝GCW/（GCW＋GWW）×100%[36]。

目前已有部分研究證實了PSL在臨床應用中的價值。GWI可以預測冠心病，并且在冠心病早期診斷方面較GLS可能更為敏感。在心肌病患者中也有研究發(fā)現(xiàn)心肌做功的參數(shù)能夠敏感地反映心肌功能受損情況，在肥厚型心肌病患者中可能為預后評估提供新的危險分層方法，還可以對同步化治療進行療效評估[34，37-38]。通過超聲心動圖對心肌作功進行無創(chuàng)的評估具有很好的應用前景，可以評估多種心臟血管疾病。但PSL也存在很多局限性，首先受STI的影響，PSL對圖像質量要求也較高，其次壓力是通過袖帶血壓計測量的肱動脈收縮壓，非實際測量值，可能并不精確，此外當存在一些疾病狀態(tài)導致動脈壓力與左心室壓力不一致時，結果會不準確，如主動脈瓣狹窄、流出道梗阻等[36]。

4 小結

STI在臨床上的應用十分廣泛，尤其是LV-GLS，目前已經有大量研究證明其在臨床應用中的價值。而3D-STI、分層應變及PSL等斑點追蹤的新技術雖然可以提供許多增量價值，但目前的研究數(shù)據還不夠充分，仍需要未來更多的大樣本研究來證實，并且需要進一步的標準化，制定正常參考值，從而使這些技術可以更廣泛地應用于心血管疾病的診治中。