经胸斑点跟踪超声心动图左室心肌变形的定量评价
2016年10月20日
斑点跟踪超声心动图是全球和区域心肌的性能定量评估一个新兴的诊断成像技术。标准视图超声心动图的运动图像被记录和变形参数由心肌的B模式图像中散斑的自动化连续帧接一帧的跟踪和运动分析随后测定。
本教程的总体目标是描述如何在健康志愿者中进行经胸斑点追踪超声心动图。该方法可用于定量评估节段性和整体心肌变形。这种技术的主要优点是它比传统的超声心动图更敏感，特别是对于检测细微的变化。
检测无症状患者的亚临床功能障碍是其在心肌成像中增加价值的一个例子。虽然这种方法主要用于测量左心室功能，但它也可以用于评估左心房或右心的心肌功能。通常，刚接触这种方法的人可能会很挣扎，因为它需要无可挑剔的图像质量。
此外，后处理一开始可能很耗时。首先购买采用斑点跟踪技术 （STE） 的超声心动图设备，该设备配备足够的扇形阵列组织谐波成像换能器。护送受试者进入测试室，并将他们连接到标准的三导联心电图 （EKG）。
然后将心电图线直接插入超声心动图设备，以便将超声心动图运动图像与机电活动同步。解冻超声图像以开始检测心电图信号。让患者左侧卧，左臂伸过头顶，使他们处于左侧卧位。
为了优化图像质量并保证准确评估心肌变形，请使用 adjust frame rate（调整帧速率）选项在每秒 60 到 80 帧之间调整帧速率。通过将换能器放置在靠近心尖搏动的心尖，捕获标准的心尖四腔、三腔和两腔视图，以评估纵向应变和应变率。瞄准右肩，使换能器成角度，直到所有感兴趣的解剖结构都可见。
接下来，将探头放在第二或第三肋间隙的左胸骨旁边界，并成角度，直到获得左心室的横截面垂直视图。最后，在二尖瓣、肌和心尖水平的胸骨旁短轴视图中记录图像，以检测圆周和桡骨应变以及应变率。通过打开定量超声心动图分析软件开始后处理。
单击文件并打开，然后选择所需的超声心动图研究数据。选择患者，然后选择要分析的超声心动图平面。接下来，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 跳过键选择最高图像质量的心动周期。使用键盘空格键播放和暂停 Loop。通过确认屏幕左侧的超声心动图视图，选择要分析的感兴趣区域或 ROI。
在这种情况下，二尖瓣水平的胸骨旁短轴视图。然后，让软件自动检测舒张末期的时间，并建议一个 ROI，自动将心肌分成六个部分。通过按屏幕左侧的计算按钮启动斑点跟踪分析。
点击图表下方的应变率，可视化分段和全局应变率。目视验证软件建议的跟踪质量。如有必要，请单击屏幕左侧的 edit 手动重新定位整个 ROI。
用光标单独移动每个节段边缘以及心内膜和心外膜边界。在整体移动 ROI 时，在 ROI 的中心使用一个点作为方向。在根尖 4-3 和 2 腔视图中，让软件通过将心肌分为 7 段来自动确定可能的 ROI。
如有必要，请单击屏幕左侧的 edit 手动重新定位整个 ROI。用光标单独移动每个节段边缘以及心内膜和心外膜边界。在整体移动 ROI 时，使用指向顶点的正交线作为方向。
此外，如果需要重新定义 ROI，请单击左侧的 draw，然后开始在三个参考点标记心内膜边界、房室瓣的两个相对插入点和左心室壁，从瓣膜的基底下隔部分开始，到心尖的中心结束。通过单击屏幕左下角的 Preferences 按钮显示分段和全局应变以及应变率。从此菜单中选择所需的波形和显示选项。
验证跟踪质量。如果手动重新定位 ROI 不足以实现适当的整体斑点跟踪质量，请重新定义 ROI 或选择不同的心动周期，然后重新分析数据。一旦达到最佳斑点跟踪质量，单击屏幕左下角的保存，保存并导出数据以供后续统计分析。
此外，通过单击屏幕左下角的导出，将电影循环和静止帧导出为插图，然后选择所需的格式和文件目录。这里显示了正确的、STE 衍生的纵向应变评估。请注意，最佳图像质量和感兴趣区域的足够组织覆盖率对于充分的应变分析至关重要。
相比之下，本例表明根尖和中外侧段的组织跟踪质量较差，从而导致对心肌变形的误解。此外，这里显示了一个执行良好的径向应变分析，它反映了收缩期心肌增厚。相比之下，前间隔心肌节段的组织跟踪不正确会导致无症状、健康患者的径向应变值不准确。
在尝试此过程时，重要的是要尽量减少伪影，并始终优化超声心动图图像质量。一旦掌握，如果执行得当，这项技术可以在几分钟内针对每个超声心动图平面完成。此外，新型超声心动图设备提供了在患者床边即时评估测量结果的可能性。
按照此程序，斑点追踪可以与药理学或测力计压力测试相结合，以揭示可能尚未发现的室壁运动异常。
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概述
本教程介绍经胸斑点应变追踪超声心动图，这是一种评估健康志愿者心肌变形的技术。与传统超声心动图相比，它在检测微小的心脏改变方面具有更高的敏感性。
关键研究组成部分
科学领域
- 心脏病学
- 诊断成像
- 心肌性能评估
背景
- 斑点应变追踪超声心动图是一种新兴的成像技术。
- 它定量评估全球和局部心肌性能。
- 该方法跟踪心肌B模式图像中的运动。
- 它特别适用于检测亚临床功能障碍。
研究目的
- 展示斑点应变追踪超声心动图的应用。
- 强调其相对于传统超声心动图的优势。
- 提供关于心肌性能评估的见解。
使用的方法
- 对健康志愿者进行经胸超声心动图检查。
- 记录标准视图超声心动图运动图像。
- 自动逐帧追踪心肌斑点。
- 测量变形参数以进行分析。
主要结果
- 斑点应变追踪超声心动图显示出更高的敏感性。
- 它有效检测到微小的心肌改变。
- 结果表明它在评估左心室功能方面具有实用性。
- 注意到它在左心房和右心评估中的潜在应用。
结论
- 斑点应变追踪超声心动图是心脏成像中的宝贵工具。
- 它增强了对无症状患者心肌功能障碍的检测。
- 完美的图像质量对于准确的结果至关重要。
常见问题
Executive Industry Relevance
Transthoracic speckle tracking echocardiography provides quantitative, operator-independent assessment of myocardial deformation, addressing limitations of conventional echocardiography in detecting subclinical cardiac dysfunction. This enhanced sensitivity supports early identification of pathophysiological changes in preclinical and translational cardiovascular research. The method enables mechanistic de-risking by delivering reproducible strain and strain rate measurements across longitudinal, circumferential, and radial dimensions.
Strategic Applications in Biopharma R&D
Early Discovery & Target Validation
- Scientific Value: Enables interrogation of therapeutic hypotheses by quantifying regional and global systolic and diastolic myocardial performance in disease models.
- Operational Value: Supports biological de-risking through objective, quantitative endpoints for target validation in cardiovascular drug discovery.
- Predictive Value: Facilitates portfolio triage by detecting subtle alterations in myocardial function indicative of on-target or off-target pharmacology.
Screening & Assay Development
- Assay Readiness: Prepares validated biological systems for downstream workflows by establishing baseline myocardial deformation parameters in healthy and diseased states.
- Quantitative Outputs: Delivers standardized, reproducible measurements of strain and strain rate essential for assay scalability and cross-study comparison.
- Screening Enablement: Enhances reliability of compound evaluation by providing sensitive detection of functional changes missed by conventional echocardiography.
Translational & Preclinical Research
- Disease Relevance: Aligns with translational biomarker strategies by capturing early myocardial deformation changes predictive of functional decline.
- Preclinical Continuity: Bridges discovery and preclinical validation through consistent, quantitative assessment of myocardial performance across models.
- Risk-Adjusted Decisions: Informs advancement criteria by identifying subclinical dysfunction that may predict later-stage safety liabilities.
Pipeline & Workflow Integration
Positioned within the discovery continuum, transthoracic speckle tracking echocardiography supports hypothesis testing in early discovery, enables quantitative screening in assay development, and informs translational decisions through measurable myocardial deformation outputs.
- Discovery Biology: Supports mechanistic interrogation of cardiac targets by quantifying deformation patterns linked to pathway modulation.
- Screening: Delivers assay-ready, reproducible strain and strain rate readouts critical for reliable compound screening in cardiovascular programs.
- Analytics: Provides segmental and global strain and strain rate measurements that enable statistical comparison of treatment effects across experimental groups.
- Translational Research: Connects to preclinical validation by offering disease-relevant system readouts aligned with clinical echocardiographic endpoints.
- Enterprise Reuse: Functions as a reusable imaging capability across discovery, preclinical, and translational stages, reducing redundant method development.
Operational & Enterprise Impact
- Scientific Value: Increases predictive confidence in target validation by reducing mechanistic ambiguity through quantitative myocardial deformation analysis.
- Operational Value: Enhances standardization and reproducibility by minimizing operator dependence via automated speckle tracking and ECG synchronization.
- Strategic Value: Improves go/no-go decision-making by detecting subclinical dysfunction early, reducing late-stage biological risk in cardiovascular pipelines.
- Portfolio Impact: Enables risk-adjusted prioritization by identifying compounds with unfavorable cardiac effects before significant investment.
Implementation Considerations
- Requires expertise in echocardiographic image acquisition and speckle tracking software operation.
- Necessitates echocardiography device with speckle tracking technology and sector array tissue harmonic imaging transducer.
- Demands cross-team standardization of image acquisition protocols, including ECG synchronization and frame rate optimization (60–80 fps).
- Involves adaptation considerations across model systems due to variations in cardiac anatomy and heart rate.
- Dependent on optimal image quality and adequate tissue tracking; poor tracking compromises strain analysis validity.
