包麗蓮 程 蕾 黃國倩 包麗雯△

（1復旦大學附屬中山醫(yī)院心內科 上海 200032；2復旦大學附屬華山醫(yī)院心內科 上海 200040）

斑點追蹤超聲心動圖（speckle tracking echocardiography，STE）是心超領域較新的一項技術，是繼組織多普勒技術（tissue doppler imaging，TDI）后，目前廣泛使用的定量評價心肌機械性功能的方法［1-2］，從而獲得心肌的形變程度（應變）及形變速度（應變率）。比起傳統(tǒng)基于容積計算得到的功能參數，通過形變分析獲得的心臟功能參數受容量因素的影響相對較小，能夠在多種生理及病理狀態(tài)下提供重要的臨床信息［3-4］。STE 能夠克服TDI 的主要技術缺陷，如角度依賴［5］、操作繁瑣、重復性差等［6］，在臨床及科研中更為常用。雖然磁共振技術能夠實現對心肌的形變分析［7-8］，但受限于高昂的費用、復雜的采圖及耗時的圖像分析，在臨床難以廣泛使用。因此，STE 是目前分析心肌形變能力最適合的工具。

STE 技術首先被應用于左室功能評價，左室整體縱向應變（global longitudinal strain，GLS）被認為比左心室射血分數（left ventricular ejection fraction，LVEF）更敏感，具有更好的預后價值［9-10］，而其在左房的應用明顯滯后于左室，于2004 年被首次提出，近年來才逐漸發(fā)展成熟起來［11］。本文首先探討STE 在左房功能評價中的應用，鑒于左房的形態(tài)及功能重構與房顫的發(fā)生發(fā)展密切相關，同時闡述左房應變在房顫中的應用價值。

形變參數——應變及應變率一維物體產生的形變只有拉長或縮短，應變計算公式為：

其中εt為t時刻的應變，Lt為物體在t時刻的長度，L0為初始長度，相對于初始長度的瞬時形變稱為拉格朗日應變；另外，也可以t時刻前一時刻的長度作為參照衡量形變程度，參照長度并非始終恒定而是不斷變化的，這樣計算得到的應變稱為自然應變。計算心肌應變時，由于自然應變受心肌的初始長度L0影響較小，故使用自然應變更為合適［12］。二維物體形變可發(fā)生在多個方向，除沿x 軸及y 軸的長度變化外，還可發(fā)生上下、左右的相對扭轉形變（剪切應變），故二維物體存在4 個應變。心肌組織作為三維物體，形變更為復雜，包括沿x 軸、y 軸、z 軸3 個方向的長度應變及6 個剪切應變［13］。

應變通常以百分比（%）表達，若心肌增長/增厚為正值，縮短/變薄則為負值。當心肌收縮時，長度縮短、室壁增厚，故心肌的縱向應變及環(huán)向應變均為負值，而徑向應變?yōu)檎怠Ｂ摵? 個方向上的應變能夠綜合評價心肌的收縮功能。

應變率（strain rate，SR）指形變的速度，即單位時間內的應變，計算方式如下：

其中，ΔV為兩點間心肌的速度差，應變率的方向與應變的方向一致。

室壁運動（motion）及室壁形變存在一定差異［14-15］。物體發(fā)生位置改變即為運動，但這一過程未必伴隨形變（如物體各個部分移動速度相同時），而當物體不同部位移動速度存在差異時就會產生形變。通過組織多普勒技術所測得的心肌運動速度（velocity）描述的即為室壁運動，無法區(qū)分心肌的主動運動及受臨近組織影響而產生的被動運動，而應變及應變率通過心肌形變分析得到，能夠區(qū)分出心肌的主動運動，因此形變參數評價心肌功能更有價值［13］。雖然形變同樣是容量依賴性，也無法直接測量心肌收縮力，但考慮到心肌排血的終末部分更多依靠心肌細胞主動收縮后的慣性，故比起傳統(tǒng)的射血分數，收縮期峰值應變和應變率能更好地反映心肌收縮力［16］。

斑點追蹤技術原理“斑點”意指心肌組織中的“點”，由超聲聲束在心肌纖維中的反射、折射、散射而隨機產生，而“追蹤”即對這些聲學斑點在心動周期中的空間位移進行分析。斑點追蹤的后處理軟件通常將一組斑點視作為一個單位，這一組斑點就如同“指紋”，通過逐幀分析這些斑點的空間運動，就能夠直接計算出應變（%）；將斑點在兩幀之間的位移除以兩幀的時間差可獲得組織運動的速度，在此基礎上進一步求空間導數即可獲得應變率（1/s）［17-20］。

二維斑點追蹤的技術優(yōu)勢與不足TDI 是最早用于心肌形變分析的技術，通過測量從心肌返回的超聲信號的頻移變化來測定心肌組織的運動速度，通過測量心肌間速度的梯度可得到心肌應變率，進一步對時間積分即可獲得心肌應變。然而，TDI 最大的不足在于角度依賴性，要求聲束與心肌運動方向盡可能平行；此外，TDI 測量應變率及應變操作繁瑣，耗時長，受噪聲信號影響大，可重復性一般；TDI 只能測量單個維度的縱向應變，而無法測量環(huán)向及徑向應變。這些缺陷限制了TDI 在臨床及科研中的應用［13］。

二維斑點追蹤超聲心動圖（two dimensional STE，2D-STE）問世后很快成為了心肌形變分析更優(yōu)的方法，它克服了TDI 的角度依賴性，半自動化軟件使操作更為便捷，重復性更好，并且能在2 個維度上進行分析。對圖像質量的高要求可能是限制其應用的主要因素之一。其次，2D-STE 的幀頻顯著低于TDI，可能導致欠采樣（under-sampling）的問題，尤其是在心動過速的患者中更為明顯，心動周期中較短的時相（如等容收縮及等容舒張期）無法被準確捕捉到。提高幀頻雖可以改善欠采樣的問題，但會導致圖像空間分辨率下降，使追蹤效果不理想［21］；降低幀頻雖能改善圖像的空間分辨率，但幀與幀之間的差距過大，可能導致軟件無法在下一幀追蹤到上一幀的斑點，追蹤效果同樣不理想［22-23］。

二維斑點追蹤技術評價左房功能的操作左房功能的2D-STE 分析首先需要定義感興趣區(qū)域（region of interest，ROI），包括左房的內膜邊界及外膜邊界（若在房間隔一側則為房間隔的對邊）。2018 年的歐洲專家共識建議選擇心尖四腔切面進行分析，從一側二尖瓣環(huán)水平的心房內膜開始勾勒內膜邊界，跨過肺靜脈及左心耳口，直到對側二尖瓣環(huán)水平。在此基礎上也可加入心尖二腔切面，通過雙平面計算左房應變。2D-STE 的分析基于二維灰階圖像，故在采圖時應注意通過調整深度、增益以及避免切面短縮來獲得最佳圖像，同時使左房在整個心動周期中盡可能清晰地呈現［24］。部分追蹤軟件僅對左房內膜進行追蹤，而部分軟件需對一定厚度的心房壁進行追蹤，鑒于左房壁極薄，這兩種方法實際上覆蓋的區(qū)域相差不大。共識推薦將3 mm 設置為ROI 的默認寬度［23］。不同于左室，在分析左房應變時，進一步區(qū)分內膜及中膜應變意義不大。

完成ROI 的定義后，軟件便可在一個心動周期內追蹤心房壁的運動，繼而輸出形變參數的結果。研究者需對追蹤質量進行評價及調整，若存在較大范圍的回聲失落（涉及1/3 及以上心房邊界），則應放棄對應結果；此外，若存在1 個以上心房節(jié)段的追蹤不滿意，結果同樣應酌情舍棄［25-26］。

最終2D-STE 對左房形變分析的輸出結果如圖1 所示，軟件自動將左房分為6 個節(jié)段，分別輸出每個節(jié)段對應的應變-時間曲線，同時以白色虛線反映6 個節(jié)段的平均值，即心房整體縱向應變。

研究表明，心房不同節(jié)段的收縮及舒張功能存在一定差異，后壁的應變值最小，可能是由于肺靜脈的附著限制了其形變程度［27］；下壁的應變值最大，可能是由于此處心房肌相對最厚；由于左房頂相對固定于縱膈中，故心房的應變值從房室連接處到左房頂逐漸減小。目前絕大部分研究所使用的參數為整體縱向應變，但由于房間隔的結構異常（如房間隔瘤及房間隔缺損）可能影響應變值，加上房間隔側的應變還受到右房壓力的影響，故部分研究只關注左房側壁的應變［28］。考慮到左房壁極薄，并且圖像質量往往不足以支持可靠的局部心房壁追蹤，加之肺靜脈的插入及左心耳的存在也使定義左房分段變得困難，因此目前共識暫不推薦進一步對左房分亞節(jié)段進行形變分析［25］。

同時使用心尖四腔及兩腔平面進行分析，則可獲得12 個亞節(jié)段［29］；在此基礎上進一步加入心尖三腔平面，通常僅納入心房的下后壁而忽略對應升主動脈的節(jié)段，由此可獲得15 個亞節(jié)段［30-32］。基于雙平面的12 節(jié)段模型忽略了心房后壁，故所測得的應變值有一定程度的高估；由于心尖四腔平面包括了房間隔及肺靜脈這兩個低應變的區(qū)域，故所測得的應變值低于在心尖二腔平面測得的應變值。由此可見，選擇不同的追蹤平面會直接影響測得的應變值，因此2D-STE 測量左房應變時切面的選擇還需要共識進一步予以規(guī)范。

斑點追蹤分析輸出結果與左房功能的對應關系左房的形變在整個心動周期中可分為3 個時相。從左室舒張末期、二尖瓣關閉至二尖瓣開放，為左房的儲器期，這一過程包括左室等容收縮期、心室收縮及左室等容舒張期。這一時期血液不斷從肺靜脈流入左房中，故稱為儲器期。從二尖瓣開放至左房收縮前，血液被動地從心房流入心室，此期為左房的管道期，而房顫心律的患者由于左房失去收縮功能，故管道期一直持續(xù)到心室舒張期末。最后，從心房開始收縮直到心室舒張末期、二尖瓣關閉，為左房收縮期。儲器、管道、收縮泵，即為左房的三大生理性功能［33-34］。

左房功能與心房應變-時間曲線的對應關系如圖1 所示，可見存在兩種不同起始參照點的選擇方法。以心室舒張末期、二尖瓣關閉為起始參照，多數軟件會以心電圖QRS 波起點或R 波上升支作為參照（圖1A），隨后一段應變曲線對應左房儲器期，左房應變值逐漸增大，并于儲器期末、二尖瓣開放前達到最大值，即為儲器期應變（left atrial strain reservoir，LASr）。進入管道期后，左房應變逐漸減小，并形成一個平臺，對應心室舒張后期，意味著此時左房幾乎不產生形變。隨著心房開始收縮，應變曲線繼續(xù)下降，并于心房收縮期末、二尖瓣關閉時回到基線。心房開始收縮時刻的應變值代表收縮功能，即為收縮期應變（left atrial strain contraction，LASct），LASct 與LASr 之 間 的 差 即 為 管 道 期 應 變（left atrial strain conduit，LAScd）。亦可以心房開始收縮作為起始參照（圖1B），應變曲線先下降，于心房收縮期末達到最低點，隨后開始上升，并在心房儲器期末（二尖瓣開放前）達到最高點，隨著二尖瓣開放，應變曲線又逐漸下降并回到基線，整條應變-時間曲線由一負一正兩個峰組成，兩個峰的頂點分別代表LASct 及LAScd，二者絕對值相加為LASr。

圖1 二維斑點追蹤技術評價左房的形變-時間曲線Fig 1 Left atrial strain-time curve assessed by 2D-STE

鑒于上述兩種參照點處于心動周期中的不同時刻，對應的左房容積不同，而應變值與初始時刻的心肌長度（L0）有關，故兩種方法測得的應變在數值上不同，但可以互相轉化。以P 波作為初始參照獲得的應變（atrial contraction LASxx，acLASxx）轉換為以QRS 波作為初始參照測得的應變（enddiastole LASxx，edLASxx），轉換公式如下：

反向轉換的計算公式如下：

這兩種初始參照點的選擇方法各有利弊：以心室舒張末期為參照（QRS 波）適用于所有患者（竇性心律或房顫心律），并且LASr 的獲取更直觀，即從基線到最高點的距離，而目前絕大部分研究圍繞LASr 及其預后價值開展；選擇心房收縮作為初始參照，獲得的LASct 為負值，能體現出心房肌纖維的縮短，更符合實際生理，但無法在房顫或房撲的人群中使用。2016 年的歐洲共識建議根據被檢者的心律決定參照點的選擇：處于竇性心律時，以心房收縮的開始作為參照；處于房顫心律時，以心室舒張末期為參照［35］。但如此操作并沒有確切的理論依據，也不利于統(tǒng)一化操作，故2018 年的歐洲共識推薦一律以心室舒張末期為參照，若選擇不同的參照點，則需要明確指出并進行數值轉換［25］。

三維斑點追蹤技術評價心房功能除前文所述，2D-STE 還存在以下不足：分析基于二維圖像，結果的準確性易受圖像采集的影響；測得的容積均基于一定的幾何假設；心臟是一個復雜的三維器官，其運動不限于二維平面，因此當心肌斑點沿z 軸運動到二維平面以外時，就會產生失追蹤現象［27］。三維斑點追蹤技術（three dimensional STE，3DSTE）能夠解決上述問題。3D-STE 是實時三維心超與斑點追蹤技術的結合，三維全容積成像能夠避免采圖時的短縮，也能夠捕捉到全部斑點，在3 個維度上進行追蹤，更符合心臟運動的真實生理情況［36］。目前3D-STE 在左房中的應用經驗還比較缺乏，將為左室設計的3D-STE 軟件直接套用到左房，一直以來都存在爭議，原因是左房與左室在結構、室壁厚度等方面相去甚遠，直接將為左室設計的分段方式、算法等套用到左房，勢必會影響結果的準確性。目前陸續(xù)上市了專為左房優(yōu)化設計的斑點追蹤分析軟件，未來還需要積累在左房應用的操作經驗，以便早日形成規(guī)范化操作流程。

左房應變在心房顫動中的應用

評價左房重構 房顫患者的心房存在形態(tài)及功能的重構。間質纖維化是房顫的一個重要特點，纖維化干擾心肌正常的電傳導、導致小折返環(huán)的產生，進而房顫的易感性增高并持續(xù)存在［37-39］。研究表明房顫患者的各個心房形變參數均有所減退［40-41］，并且房顫病程越長，纖維化程度越高，應變值減退越顯著［42］。在既往無房性心律失常病史的人群中，LASct 用于預測房顫的發(fā)生具有最佳的敏感度及特異度，其理論基礎在于，左房泵功能減退反映了心房的結構重構，一定程度上代表了向房顫發(fā)展的起始不良過程［43］。

心源性卒中 缺血性卒中是房顫高致殘性、高致死率的嚴重并發(fā)癥之一［44］，心房收縮功能丟失及血流在心房內淤滯促使血栓形成，進而脫落導致腦梗。左房應變在這一臨床背景下具有多重價值。在陣發(fā)性、持續(xù)性或永久性房顫患者中，左房峰值縱向應變（即LASr）均與卒中獨立相關，因此左房應變可用于評價血栓風險［41］。研究顯示左房應變與CHADS2評分負相關，還能進一步為卒中風險分層提供參考［40，45］。

在另一方面，約25%的卒中在完善了各項檢查后仍被判定為隱源性卒中，其中大部分最終明確為陣發(fā)性房顫［46］。左房應變能夠敏感地反映出左房功能減退，能夠在隱源性卒中患者中提示心源性病因，故有助于識別出“隱匿”的陣發(fā)性房顫［47］。

竇律的恢復及維持 房顫患者轉復及維持竇性心律的方法包括藥物復律、電復律及導管消融。據報道，首次電復律的成功率在90%以上［48］，但約50%的患者會在一年內復發(fā)［49］?；颊呓邮茈姀吐苫蛳诤?，LASr 先出現減退（心肌頓抑），隨后在數月內逐漸恢復并改善［11］。研究表明，LASr 是復律后房顫復發(fā)的重要預測因子，而復律后長期維持竇律的患者LASr 相對更高［50］。心房應變在接受導管消融治療患者中的指導意義更加重要。左房重構程度與消融成功率相關，基線及消融術前的LASr能夠預測術后心房的逆向重構（容積減?。?，若術前LASr 明顯減退，提示心房重度纖維化，術后難以逆轉［51］。LASr 在陣發(fā)性及持續(xù)性房顫患者中均能預測房顫消融術后竇性心律維持的成功率，如果術后LASr 改善不明顯，則更有可能發(fā)生房顫復發(fā)［52-54］。因此，LASr 能夠幫助我們挑選更適合接受房顫消融術的患者，從而節(jié)省醫(yī)療資源；若觀察到術后患者的LASr 無明顯改善，則提示房顫復發(fā)風險較高，有必要采取更頻繁或更長時間的心電監(jiān)測。

在瓣膜病及冠心病患者中預測房顫 二尖瓣的病變往往引起左房擴大及重構，進而提高房顫的易感性。研究顯示LASr 與二尖瓣返流的程度和心房纖維化的程度強相關，并且在合并陣發(fā)性房顫的患者中LASr 減退更加明顯［55］。在接受二尖瓣手術的患者中，左房應變能夠預測術后房顫的發(fā)生［56］。在二尖瓣狹窄的患者中，左房應變同樣能預測房顫的發(fā)生，具有較高的敏感度及特異度［57］。

冠脈搭橋術后約50%的患者可能發(fā)生房顫［58］，這可能與先前存在的左房功能異常相關，常見原因包括高齡、高血壓、心房缺血及過重的容量負荷。左房應變能夠早期發(fā)現心房功能的異常，可用于術前評估，識別出術后發(fā)生房顫的高危患者［59-60］。

結語左房容積與左房功能具有重要的臨床應用價值，在各種生理、病理狀態(tài)下，左房功能的改變被認為早于心房結構及容積改變，是更敏感的指標。STE 是目前對心肌機械性能直接進行形變分析的最優(yōu)技術，隨著經驗積累和技術改進，STE 的應用會更加廣闊，并為臨床提供更多指導信息。

作者貢獻聲明包麗蓮文獻檢索，論文構思、撰寫和修訂。程蕾 技術分析，制圖，論文修訂。黃國倩 文獻檢索，論文構思和指導。包麗雯 文獻檢索，論文構思、指導和審校。

利益沖突聲明所有作者均聲明不存在利益沖突。