经胸斑点追踪超声心动图定量评估左心室心肌应变

摘要

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。

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。

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

1. 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。
2. 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。
3. 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。
4. 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

1. 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。
2. 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。
3. 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" ....

结果

定量评估心肌功能的核心参数是应变（ε）和应变率（SR）。从技术上讲，所有心腔均可通过斑点追踪显像技术（STE）进行分析。然而，由于斑点追踪方法主要用于左心室（LV）的研究，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图像质量优良且感兴趣区域（ROI）的组织覆盖充分。组织追踪不佳常导致对真实ε和SR值的误判。在图3中展示了心尖部（紫色）和中侧壁（蓝色）节段组织追踪质量差的示例。在此健康受试者的示例中，心尖和中侧壁的ε值被严重低估；而当正确评估时，该受试者在所有左心室节段均表现出正常的左心室形变，且ε和SR值的异质性无明显异常。

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.......

材料

本文使用的材料清单

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