斑点追踪超声心动图是一种用于定量评估整体及局部心肌功能的新兴诊断成像技术。通过记录标准切面的超声心动图运动图像，随后利用对心肌B型图像中斑点进行自动化的逐帧连续追踪与运动分析，来测量形变参数。
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摘要
摘要
传统超声心动图的价值受限于个体间图像解读的差异，因此在很大程度上依赖于检查者的专业水平。斑点追踪超声心动图（Speckle Tracking Echocardiography, STE）是一种具有前景但技术上具有挑战性的方法，可用于定量评估心肌的局部和整体收缩及舒张功能。心肌应变和应变率可在心肌形变的三个维度——径向、圆周向和纵向——进行测量。通过记录标准的横断面二维B模式图像，随后对心肌内斑点进行自动连续逐帧追踪和运动分析来完成数据后处理。图像以数字视频循环形式记录，并与三导联心电图同步以确定时序。纵向形变在心尖四腔、三腔和两腔切面中进行评估，而圆周向和径向形变则在胸骨旁短轴切面中测量。
获得最佳图像质量和准确的组织追踪对于正确测定心肌功能参数至关重要。本文以健康志愿者为例，采用经胸壁斑点追踪成像技术（STE），详细阐述了定量超声心动图心肌应变分析的关键步骤及潜在的注意事项。
引言
心血管医学中的科学与临床情境正越来越多地通过连续变量和截断值来评估，而非简单的二元判断 "是或否" 算法。成像技术不断发展，能够以日益精细的分辨率评估心脏功能。斑点追踪超声心动图（speckle tracking echocardiography, STE）是一种新兴的诊断工具，可用于心肌功能的定量评估。传统超声心动图受限于主观的图像解读以及对操作者个人经验的高度依赖，而STE则作为一种可重复性更高、更为客观的方法被引入，用于量化整体及局部的收缩期与舒张期功能。1,2.
左心室（LV）心肌形变——即收缩期的纵向和圆周方向缩短以及径向增厚，舒张期则相反——可通过测量应变（ε）和应变率（SR）参数来描述。ε 是心肌长度变化的无量纲百分比。SR 是 ε 随时间的变化率3。这些重要的心肌功能指标已被证明能够识别心肌缺血4，预测对心脏再同步化治疗的反应5，并在传统超声心动图参数仍保持正常时检测出亚临床心肌功能障碍6。在一项系统的荟萃分析中，全球纵向应变（ε）作为最常用的左心室收缩功能定量参数，其预测主要不良心脏事件的预后价值优于目前评估左心室收缩功能的金标准——左心室射血分数（EF）7。即使是非常细微的变化，例如短期代谢改变对无症状患者心肌力学的影响，也可通过 STE 检测到8。
从技术上讲，STE 利用标准超声心动图切面记录的灰阶二维或三维 B 模式运动图像。需在心尖四腔、三腔和两腔切面记录连续多个心动周期，以测量纵向应变；在胸骨旁短轴切面记录，以测量环向和径向应变9。此外，通过在二尖瓣水平、乳头肌水平及心尖水平采集短轴切面图像，可评估左心室扭转运动3。图像采集后以数字动态图像形式存储，随后可在离线工作站或超声设备本身上进行心肌应变分析。软件可识别所记录灰阶图像中心肌的独特像素模式，即所谓的"斑点"，并在整个分析的心动周期中追踪这些斑点。通过测量位移矢量，进而计算出应变参数。由此，可分别对左、右心室及心房在收缩期和舒张期的局部与整体心肌应变进行评估10。
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方案
该实验方案内容已通过维滕/黑尔德克大学伦理委员会的伦理审批。
1. 技术要求
- 使用配备斑点追踪技术并带有合适扇形阵列组织谐波成像探头的超声心动图设备。
- 在图像采集过程中，将标准三导联心电图直接连接至超声心动图设备，以使超声心动图运动图像与电机械活动同步。此步骤对于后续离线分析中的时间定位至关重要。将受试者连接至心电图导联，并解冻超声图像以开始检测心电信号。
- 按照下文详述的方法（步骤 2.1–2.5）记录数字动态图像循环，并以 DICOM 格式将数据存储于外部磁盘中。随后将文件传输至离线工作站。
- 使用适当的软件进行离线分析，具体步骤如下文详述（步骤 3.1–3.13）。
2. 超声心动图数字图像的采集
- 患者取左侧卧位（左侧身体向下，左臂伸展置于头上方）进行检查。
注意：本实验步骤需要患者/研究对象在场。 - 或者，在将STE与应激性超声心动图技术（如脚踏车运动试验）结合使用时，应确保患者处于45度直立位。此时，使用标准的脚踏车运动试验装置，并按照先前所述方法进行标准的应激性超声心动图检查。11在采集超声心动图图像期间，倾斜运动试验台以实现身体左侧卧位，从而减少肺组织干扰造成的伪影。
- 特别注意优化图像质量，以确保对心肌变形的准确评估。为此，使用 "调整帧率" 此外，需注意包含在整个心动周期中将被分析的心肌结构的所有方面。
- 根据欧洲心血管影像学会和美国超声心动图学会的建议，获取标准心尖长轴切面和胸骨旁短轴切面的二维灰阶B型超声横断面图像12在以下每个切面上记录多个连续的心动周期（实际上仅需一个心动周期，但建议至少记录三个心动周期，以便在后续后处理过程中选择图像质量最佳的一个）：
- 用于纵向评估 ε 并按先前所述方法获取标准心尖四腔、三腔和两腔切面图像12。为此，将探头置于心尖部靠近心尖搏动处（通常位于第3至第5肋间）rd 和 5th 肋间隙，位于锁骨中线与腋前线之间）。将探头朝向右肩，并调整角度，直至所有目标解剖结构清晰可见。
- 在二尖瓣水平、乳头肌水平和心尖水平，以胸骨旁短轴切面记录图像，以检测周向应变 ε 以及径向和SR ε 以及 elsewhere 中详细描述的 SR12将探头置于胸骨左缘第二肋间隙nd 或 3rd 肋间隙并调整角度，直至获得左心室的横截面垂直视图。
- 在将STE与自行车运动试验或其他需要连续测量的功能性检测方法（参见步骤2.2）联合使用时，应在每个预定时间点重复步骤2.4。
3. 后处理分析
注意：本部分实验方案包括对所记录的超声心动图图像的评估与解读。该步骤无需患者在场，可在完成前述操作步骤后的任意时间进行。
- 使用定量超声心动图分析软件，点击“文件”和“打开”，选择所需的超声心动图检查数据。选择一位患者/研究案例，并选取一个待分析的超声心动图切面。
- 单击所选图像右下角的“Q”图标，然后按左侧的“aCMQ”按钮。
- 使用屏幕底部的绿色“QRS”跳转键，选择图像质量最佳的心动周期。使用键盘空格键播放和暂停循环。
- 选择待分析的感兴趣区域（ROI），首先确认屏幕左侧的超声心动图切面。随后，让软件自动检测舒张末期的时间点，并建议一个感兴趣区域。
注意：软件将随后计算首次斑点追踪分析。节段性和整体应变（ε）曲线显示在屏幕底部。 - 单击图表下方的“Strain rate”，以可视化显示节段性和整体应变率（SR）。
- 通过视觉检查软件建议的追踪质量。
注意：在此过程中，需严格确认在完整的心动周期内，待分析的心肌所有部分是否均被ROI完全覆盖。应避免将周围非心肌组织纳入ROI。 - 如有必要，可手动调整整个感兴趣区域（ROI）或其单个部分，甚至完全重新绘制ROI（参见3.8-3.9），以确保测量的精确性。
注意：可选择将感兴趣区域（ROI）设置为透明，以调整其覆盖位置和心肌的宽度至适当位置。 - 在心尖四腔、三腔和两腔切面中，让软件自动确定一个可能的感兴趣区域（ROI），将心肌分为七个节段。
- 若需重新定义感兴趣区域（ROI），请单击左侧的“Draw”，并从三个参考点开始标记心内膜边界：两个相对的房室瓣插入点以及左心室壁，起始于房室瓣的基底下间隔部/基底下外侧部/基底部下壁，终止于心尖中心。确保被追踪的心内膜两端处于同一水平，完全排除瓣膜组织。
- 如果需要重新定位以优化感兴趣区域（ROI）的位置和宽度，请点击屏幕左侧的“Edit”。使用光标分别移动各段边缘以及心内膜和心外膜边界。在整体移动 ROI 时，利用指向心尖的垂直线进行导航和定位。
- 最后，点击屏幕左侧的“Compute”按钮，开始进行斑点追踪的重新分析。
注意：该软件现在可自动检测 "声学标记"，这些声学标记物在心肌收缩和舒张全过程中心肌超微结构的运动中，对应于心肌纤维的排列方向发生偏转。这些声学标记物在整个完整心动周期中被持续追踪。相关计算可能需要数秒至数分钟。软件计算应变（ε）和应变率（SR），并以数值和图形形式呈现。
- 在 胸骨旁切面，由软件自动推荐预定义的兴趣区域。手动调整该兴趣区域，将心肌分为六个节段。
注意：ROI 的宽度应与心肌厚度完全匹配。必要时，按照 3.8.2 中所述方法优化 ROI 的位置和宽度。在整体移动 ROI 时，可利用 ROI 中心的圆点进行导航或定位。- 接下来，点击屏幕左侧的“Compute”按钮，开始进行斑点追踪重分析。
- 选择节段性和整体的ε和SR，以曲线或综合牛眼图格式显示。操作方法为：点击屏幕左下角的“Preferences”按钮，可在该菜单中选择不同类型的波形及显示选项。
- 如果手动调整感兴趣区域（ROI）仍无法获得合适的整体斑点追踪质量，则应从步骤3.1重新开始，重新定义感兴趣区域（ROI），或考虑选择另一个心动周期，再继续下一步操作。
- 保存并导出数据以供后续统计分析。如需要，可将动态图像序列或静态图像导出作为插图。操作方法为：单击屏幕左下角的“Export”按钮，选择所需的格式和文件保存路径。
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结果
定量评估心肌功能的主要参数是应变（ε）和应变率（SR）。从技术上讲，所有心腔均可通过二维斑点追踪显像（STE）进行分析。然而，由于斑点追踪技术主要用于左心室（LV）的研究，因此本文重点讨论左心室心肌力学。通常，纵向应变（ε）和应变率（SR）是最常评估的左心室形变参数。纵向ε和SR描述心肌的收缩期缩短（及舒张期延长），因此收缩期数值以负数表示。图1和图2展示了由STE获得的节段性和整体性ε与SR分析的良好示例。可靠的评估心肌形变的前提是获得优质的图像质量和足够的感兴趣区域（ROI）组织覆盖。组织追踪质量不佳常导致对真实ε和SR值的误判。图3显示了心尖部（紫色）和中侧壁（蓝色）节段组织追踪质量差的实例。在此健康受试者的示例中，心尖部和中侧壁的应变值被严重低估；而当正确评估时，该受试者所有左心室节段的ε和SR值均在正常范围内，左心室形变表现正常，且无明显异质性。
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讨论
该技术相较于替代方法的重要性
目前，评估左心室收缩功能的超声心动图金标准是左心室射血分数（EF）13。然而，EF的测定基于一种简化的计算方法，主要与心肌收缩的径向成分密切相关，但未充分考虑重要的纵向和圆周方向的运动。因此，EF过度简化了心肌形变的三维复杂性。结果，EF测量无法揭示早期轻微的心脏功能障碍，仅能在心功能损害进展到相对明显阶段时才被检出14。另一方面，研究表明，即使EF仍处于正常范围，基于斑点追踪超声心动图（STE）获得的应变（ε）和应变率（SR）仍可检测到亚临床的心脏改变15。STE已逐渐成为一种可靠的研究工具，具有重要的临床意义，显著推动了心血管疾病患者的管理进展16。在所有由STE获得的左心室形变参数中，左心室整体纵向应变（ε）具有最高的临床价值，相较于圆周方向和径向应变，更能准确反映整体心肌功能7。
在心尖长轴切面中评估纵向应变（ε）和应变率（SR），可重复性地评价左...
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披露
作者无任何利益冲突需要披露。
致谢
作者感谢超声心动图研究受试者自愿参与本视频拍摄，同时感谢威滕/黑尔德克大学及海利奥斯研究中心（资助编号 HRC-ID 000416，授予 Kai O. Hensel）提供的经费支持。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 飞利浦 iE33 超声系统 | Philips Healthcare | http://www.umiultrasound.com/ultrasound-machine/philips/ie33 | |
| S5-1 宽带扇形阵列换能器 | Philips Healthcare | 5-1 MHz, http://www.usa.philips.com/healthcare/product/HC989605412081/s5-1 | |
| QLAB 高级定量软件版本 10.5 | Philips Healthcare | Q-App：自动心脏运动定量（aCMQ），www.philips.com/QLAB-cardiology | |
| Xcelera R3.3L1（版本 3.3.1.1103） | Philips Healthcare | http://www.usa.philips.com/healthcare/product/HC830038/xcelera-r41-cardiology-information-management-system |
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