斑点追踪技术

应变（strain，ε）及应变率（strain rate，SR）显像是近几年来从组织多普勒成像（tissue doppler imaging，TDI）中发展起来的超声心动图新技术，为定量评价局域心肌功能提供了新的参数和量化指标，其主要特点是不受周围心肌的牵拉和心脏整体运动的干扰。然而，由TDI获得的数据受超声束方向与室壁运动方向间夹角的影响，而且只能监测心脏纵向的运动。二维斑点追踪技术（two-dimensional speckle tracking imaging，2DSTI），又称二维应变显像（two-dimensional strain imaging），是最新发展的应变技术。这项技术是以二维灰阶图像为基础，计算整个感兴趣区内各节段心肌形变程度。由于不依赖于多普勒原理，斑点追踪技术不受声束方向与室壁运动方向夹角的影响，没有角度依赖性，因此具有比组织多普勒成像更大的优越性，能更准确地反映心肌的运动。

一、应变及应变率成像

应变及应变率显像是作为一种定量评价心肌功能及收缩性的技术出现的。应变或称应变力，反映的是心肌在张力的作用下发生的形状改变的能力或程度，常用心肌长度的变化值占心肌原长度的百分数来表示。一般用Lagrangian公式或Cauchy公示表示为：ε=ΔL/ L0，ε为长轴方向的应变，ΔL 为长度的改变量，L0为长度的初始值。ε正值表示长轴方向上心肌组织的伸长或短轴方向上的增厚，ε负值表示长轴方向上心肌组织的缩短或短轴方向上的变薄。

应变率指单位时间内的应变，反映的是心肌在张力的作用下发生的形状改变的速度。SR =ε/△t = △L/Lo/△t=△V/Lo=（V1-V2）/Lo（V1、V2 分别代表沿声束扫描线上两点的组织速度），即SR 等于每单位长度的速度差，可通过组织的速度梯度来计算。SR也可理解为局部心肌组织运动速度的阶差，即两点的速度差与两点间距离之比。SR 反映的是变形发生的速度，ε反映的是变形发生的程度。

二、斑点追踪技术

二维斑点追踪技术，简称斑点追踪技术（speckle tracking imaging，STI），是基于高帧频二维图像，把心肌组织看成无数个像素，即均匀分布于心肌内的稳定的斑点，通过区域配对的计算机原理，在心动周期中逐帧扫描某个斑点的位置，与最初的位置比较来重建心肌组织的空间运动和变形，从而定量显示组织的运动速度、应变及应变率。

STI的优点主要有以下几个方面。①更加全面地了解局部心肌功能。心肌细胞包括纵行和环行肌纤维，即内、外层的螺旋形肌束和中层的环形肌束，因此心脏的收缩和舒张运动基本包括以下四个部分：纵向运动，表示心脏长轴方向的运动；径向运动，表示心脏短轴方向的运动；圆周运动，表示心脏短轴方向的环形运动；旋转运动，表示心脏短轴方向的旋转角度。STI不仅可以评价心肌细胞在纵轴方向上的运动，也可以评价其径向、圆周及旋转方向上的形变。②无角度依赖性。与TDI不同，STI不来源于多普勒，无角度依赖性、测量重复性好。③操作方便。STI容易获得，仅需要一个心动周期，采取图像后可以脱机进行分析（图11-1-1）。

图11-1-1　二维斑点追踪技术评价心尖四腔（左）及心尖二腔（右）各节段心肌运动

三、临 床 应 用

（一）定量评价局部心肌功能

应用STI技术，将取样点置于局部心肌的各个节段，可以得到相应的速度、应变和应变率曲线。Cho等人研究报道，在左心室纵轴节段上，二维斑点追踪技术和组织速度成像技术与MRI 的差异程度及相关程度都是相似的；而左心室在径向和圆周的节段上，二维斑点追踪技术和MRI的相关性更高。STI不依赖角度，不仅可以对左心室的长轴和短轴各个节段进行评估，而且可以有效地评价右心室局部节段的功能。右心室几何结构的不规则，一般的超声技术手段难以对其进行测量，在斑点追踪技术出现前，主要是TDI对其进行评估，受角度依赖性较大。斑点追踪技术在评价心室局部节段功能时具有操作简单，重复性好，与金标准相关性高等优点，对左心室和右心室的心肌功能均可准确评价。

（二）评价左心室的扭转及解旋

近年来的解剖学观点认为，心脏两个心室由单块肌纤维带组成，在进化和胚胎发育过程中进行扭转和包绕形成了双螺旋结构，其收缩和松弛造成了左心室收缩期扭转和舒张期解旋运动。从心尖向心底方向看，收缩期左心室基底部顺时针旋转，心尖部逆时针旋转，由此产生了扭转运动。扭转定义为心尖部相对于基底部的旋转，即心尖部和基底部的旋转角度绝对值之和。左心室的解旋主要发生在等容舒张期，其迅速的弹性回缩释放了扭转时储存的弹性势能，使舒张期心室内的压力梯度和心房心室间的压力梯度增加，造成抽吸作用，从而引起左心室早期充盈。左心室的扭转与解旋运动在左心室的收缩与舒张功能中起着关键的作用，可以提供更多左心室功能不全的亚临床信息，有利于心血管疾病的早期诊断和治疗。既往大量的心脏扭转方面的研究主要是用磁共振技术通过心肌标记来完成的。但是MRI 昂贵、费时，分析过程复杂，低帧频，导致了不能广泛用于临床。随后研究者应用组织多普勒显像技术来评价，但是其角度依赖性限制了它的应用（图11-1-2）。

图11-1-2　二维应变评价心脏短轴乳头肌平面心肌各节段的扭转运动

有学者通过对健康成年人的研究发现，STI可以无创评价左心室扭转和解旋运动，年龄是其影响因素，老年组的扭转峰值、等容舒张末期扭转角度明显大于中年组和青年组，而老年组及中年组的解旋率明显低于青年组，扭转速度负向达峰时间也延迟。Notomi等人用斑点追踪技术评价15个病人的左心室扭转结果与MRI 和组织多普勒测定的结果具有良好相关性。而相关实验证实，评价左心室收缩期扭转运动中，二维斑点追踪技术比组织多普勒更加可靠，耗时更少。二维斑点追踪技术有望成为快速、准确、无创评价左心室扭转和解旋的重要临床工具。

（三）左心室不同步性及对心脏再同步化治疗效果的判断

STI对左心室收缩的不同步性和再同步化治疗效果的判断也是近年来临床对这项技术的研究热点之一。Gorcsan等人用TDI的纵向应变与STI 方法的径向应变相结合来评价左心室的收缩不同步性，用此来预测左心室功能对心脏再同步化治疗（cardic resynchronizationtherapy，CRT）的反应。结果显示，二者结合预测LVEF 对CRT 的反应，敏感性为88%，特异性为80%，明显好于仅用一种技术来判断。Delgado等人用STI方法的纵向、径向及环向应变来评价收缩非同步性，认为径向应变能评价左心室不同步运动并预测CRT的治疗效果。Suffoletto等人应用STI测量径向的应变率，测定了在同步化治疗后短期和长期的心肌运动协调性的恢复情况，从而有效估测了同步化治疗的短期和长期的疗效。

（四）评估心肌缺血

STI可能成为诊断急性心肌缺血的一个有效方法。Leitman等人比较正常人和心肌梗死患者的局部心肌功能，发现正常人的收缩期最大应变、应变率和收缩期最大心肌运动速度均高于心梗患者相应的心肌节段。Winter等人观察了8 例在冠脉介入手术时出现心肌缺血患者的圆周及径向心肌应变，发现急性心肌缺血引起圆周及径向应变明显减低，认为STI是一种很敏感的发现心肌缺血的工具。Gjesdal等人用STI测定的纵向峰值收缩应变值与MRI相比来判断是否能识别心肌梗死的区域，研究表明这两种影像技术在判断心梗方面具有很好的相关性（图11-1-3）。

四、斑点追踪技术的局限性

图11-1-3　STI技术应用收缩后收缩指数评价心肌各节段的供血情况

尽管STI目前是超声心动图研究的热点技术之一，但也存在着一些不足之处，主要包括如下三点：①对图像质量要求较高。对于声窗条件不理想的情况，斑点追踪评分受影响从而限制了该技术的运用；②二维评价心肌运动的局限性对STI亦有影响。STI 是在二维平面上对声学斑点的追踪，尚无法在真正意义的三维空间对声学斑点追踪，因此可能产生斑点追踪过程中的丢失，造成测量误差。③受呼吸心率等的干扰大，在采集图像时应尽量嘱患者屏住呼吸，并选择心率平稳的心动周期采集分析。

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