冠心病是一种与基因、环境、生活习惯等多种因素相关的疾病。近年来，随着人们生活习惯的改变、人口老龄化等影响，冠心病的患病率、死亡率呈上升趋势。超声心动图作为一种经济无创、操作简便的检查项目，在评价冠心病心室壁运动中应用广泛。它传统评价心室壁运动的方法有二维目测法、M型超声心动图法等，前者主观性较大，不能客观量化；后者虽然可对室壁运动进行定量评估，但受取样角度和图像质量的限制。目前，应变和应变率指标成为评价室壁运动的重要指标，可对心肌室壁运动进行定量评价[1-3]。其中，应变是心肌在外力作用下发生形变的能力，应变率是发生形变的速度，即单位时间内的应变值，它们均可以反应心肌的运动[4]。
应变和应变率测定的方法目前主要有组织多普勒（Tissue Doppler Imaging, TDI）技术[5]、二维斑点追踪技术(Two-dimension speckle tracking imaging，2D-STI)和三维斑点追踪技术(Three-dimension speckle tracking imaging，3D-STI)[6]。组织多普勒具有角度依赖性，只能检测与探头方向平行的心肌运动速度，且一个心动周期内只能测量一个切面的室壁运动[7]；2D-STI技术通过在二维平面内追踪波长小于入射声束波长的斑点的连续运动，比较其在两帧中位置的差异得出心肌应变，无角度依赖性且可在不同视图中计算多个参数[8]。但事实上心肌斑点是在三维空间内运动，追踪二维平面内斑点运动的2D-STI技术仅能检测部分心肌的运动。
1 三维斑点追踪技术的原理和优势
1.1三维斑点追踪技术的原理
3D-STI是在三维超声心动图基础上研发一种新技术，该技术是在三维灰阶基础上，通过采集心脏全容积三维图像，然后对心肌回声斑点进行追踪，并根据斑点的运动位移计算出心肌在各个方向上的应变，包括纵向应变、径向应变、环形应变、面积应变、三维应变、扭转、扭矩等[9-11]。3D-STI使用一个数据集就可以显示整个心肌的追踪结果，不仅可以评价心室的整体功能，同时还可以评价局部室壁节段功能[12, 13]。3D-STI技术为心功能的真实准确评价开辟了新的道路[14]。
Figure 1 Example of three apical (left) and three short-axis (middle) views of the left ventricle (
endocardial borders from the 3D echocardiographic data set. These borders are tracked throughout the cardiac cycle, resulting
图1Example 图左图为心尖四腔、三腔和两腔切面，图中为左室短轴的三个切面，其中仪器可自动描记心内膜面，并在心动周期中实时追踪。图右为分析所得16个节段的四组应变-时间曲线
。1．1.2 三维斑点追踪技术的优势
3D-STI摒弃了组织多普勒的角度依赖性，不仅可以评价心肌的应变指标，还可以评价心肌在各个方向上的位移。它可以测量美国超声心动图协会(ASE)所规定的16节段的每个节段的平均位点的各个应变指标[15]。其中径向应变是垂直于心内膜并远离心腔方向上的室壁增厚变化的百分率。纵向应变是平行于心内膜长轴方向上的局部心肌长度变化的百分率。周向应变是平行于心内膜圆周方向上的局部心肌长度变化的百分率。面积应变是综合了纵向和环向两个方向的应变来进行定量计算局部室壁运动的新指标。三维应变与面积应变累类似，但是是综合了纵向、环向、周向三个方向的应变的新指标。
图2. 三维斑点追踪技术的两项新应变指标: 三维应变（综合了径向、周向、纵向应变）；面积应变（评估心内膜面积的改变）。ED；舒张期末; ES ：收缩期末；L：长度; L0：初始长度; Lr：径向长度。
3D-STI弥补了2D-STI局限于所扫描的二维平面内而无法反映心肌回声斑点实际运动的不足[15, 16]。Helle-valle等[17]发现左心室基底段心肌纤维在长轴方向上的位移约4mm，而超声束的宽度仅为2-3mm，因此心动周期中可能出现心肌回声斑点运动至二维追踪平面外的情况，而无法正确追踪心肌声学斑点的运动轨迹，而3D-STI技术显然能克服2D-STI的这种局限性。
3D-STI可从旋转角度、扭转角度和扭矩方面来评价室壁的扭转和旋转运动。研究发现心肌纤维的走行由一条始于主动脉根部止于肺动脉根部的心肌带组成[18]，左心室内膜面心肌绕圆周平面成+80度走行，而心外膜下心肌呈-60度斜向走行，室壁中层心肌则呈近似水平方向环形走行，因此心肌纤维的运动是一种包括了纵向运动，径向运动，旋转和扭转运动等在内的复杂运动的组合。单纯的评价心肌长轴和径向的运动只能评价心肌收缩力的的30％～40％，大约60％～70％的收缩力如心肌的扭转运动即不包括在内。因此好的评价心肌运动的方法不仅需要能评价心肌在长轴和短轴的运动，还需能评价心肌的扭转等运动。
2. 三维斑点追踪技术在冠心病诊断中的应用进展
2.1 缺血区范围及程度评估
心肌缺血时，局部心肌组织能量代谢异常可导致局部心肌组织的运动异常，而应变及应变率成像技术可以定量检测心脏的室壁运动异常，从而对心肌缺血作出诊断[19]。与常规超声检查目测法观察室壁运动分析相比，应变及应变率成像技术可以更准确区分心肌缺血节段组织的主动运动与被动运动[2]，3D-STI技术在这方面也有相关研究[20]。秦石成等[21]发现左心室壁冠状动脉病变相对应节段的收缩期峰值径向应变（RS）随冠状动脉狭窄程度的加重而减低，径向应变达峰时间(TRS)随狭窄程度的加重而延迟。重度冠状动脉狭窄（〉75％）时，病变冠状动脉相对应节段TRS较轻中度冠状动脉狭窄（〉50％～≤75％）组有提前的趋势。朱文晖等[11]研究发现收缩期峰值三维应变的改变可以反映冠心病患者冠状动脉病变的范围及严重程度。与正常人群相比，疑诊冠心病人群的相应节段的收缩期峰值三维应变显著下降，且下降节段的分布与冠状动脉造影所提示病变冠状动脉的心肌灌注区域相一致。该研究Pearson 相关分析显示冠心病组整体三维应变与冠状动脉造影Gensini 积分呈负相关(r=–0.76，P<0.01)，表明整体三维应变的下降程度可以从某种程度上反映出冠心病患者冠状动脉病变的严重程度。近似正态检验提示在冠心病检测中整体三维应变的Youden 指数大于室壁运动积分指数(P<0.05)，表明整体三维应变诊断冠心病的真实性优于室壁运动积分指数。
图3 左室径向应变曲线图 a:冠状动脉正常组，应变曲线分布规律，形态一致，峰值较为接近；b：冠状动脉狭窄大雨75%者，应变曲线紊乱，部分峰值后移，双向或倒向
2.2 评价节段性室壁节段运动异常
Sebastiaan等[22]在实验中评估了3D-STI中面积应变定量评价左室整体和节段功能并准确鉴别异常室壁运动的能力。该研究发现面积应变区分不正常节段的敏感度、特异度和精确度分别约91％，96％，和94％；对观察者间定量评价左室整体和节段功能的重复性好(所有的同类相关系数均大于O．77)；与射血分数、室壁运动评分指数对整体功能的评估呈高度相关(r=0．91，O．88)；其半定量评价节段性室壁运动观察者间和观察者内的可靠性(0．87，0．73)可以与有经验的超声医师目测相比较(0．85，0．69)。因此面积应变作为一项精准且重复性好的定量评价左室整体和节段心肌功能的新指标有望在冠心病的诊断中临床推广。
2.3 评价心肌梗死患者梗死面积和室壁功能
应变率及应变成像技术对于判断梗死区的范围及梗死部位有较高的临床价值。Thorstensen A等[23]以心脏核磁为金标准，对近期心梗患者分别行三维斑点和二维斑点追踪检查并进行比较研究，结果发现，三维超声心动图技术测定的3D-WMS与核磁判断的梗死面积大小高度相关，同时由该指标确定的各节段梗死面积与核磁确定的梗死面积的相关性也明显高于其他指标。3D-WMS对判断梗死面积>12%时的敏感性为76%，特异性为72%，而对透壁梗死诊断的敏感性为73%，特异性为95% 。该研究表明三维超声心动图技术测定的3D-WMS与心脏核磁对心肌梗死患者梗死面积和室壁功能的评估具有高度相关性，可以对心梗患者的梗死面积和室壁功能进行评估。Hayat D等[24]在其研究中发现3D-STI技术测定的三维应变（3D Strain）在STEMI的节段明显低于NSTEMI的节段，并且只有3D-STI而不是2D-STI测定的纵向应变能够鉴别出狭窄程度<25%的NSTEMI的节段，证实了3D-STI技术能够对缺血性左室功能障碍患者心肌梗死的范围进行精确和可重复较高的判断。
图4. 图左为心肌梗死患者的心脏磁共振图像，图右为相应三维超声心动图像及由此分析所得的应变-时间曲线。
2.4 判断存活心肌
大多数研究者把心肌梗死后存活心肌的类型分为顿抑心肌、冬眠心肌和伤残心肌三类，它们共同的特点是：冠脉血流灌注回复后，其供血区域心肌细胞的功能可以得到部分或者全部恢复。如果尚存在一定数量的存活心肌，行冠脉再通治疗术可以起到缓解患者心力衰竭，促进心脏电生理稳定，减少心肌梗死并发症的作用。在评估有无存活心肌方面，负荷超声心动图主观性大且室壁运动受周边正常心肌组织牵拉的影响，应变和应变率明显更具发展前景。目前已有大量临床研究证实应变及应变率成像技术在检测存活心肌方面具有重要价值。Hoffmann等[7]在一项临床实验研究发现，以收缩期峰值应变率0．23s-1为标准判断存活心肌，敏感性和特异性分别为83％和84％，高于二维超声心动图检查及组织多普勒下负荷超声心动图检查，表明收缩期峰值应变率的增加是心肌存活的有力指标。刑园园等[25]研究结果表明，结扎犬左冠状动脉后，缺血5min、缺血15min时缺血节段的心肌峰值纵向应变（LSpeak）和应变显像舒张指数[SI-DI, SI-DI=（收缩末期纵向应变-舒张前1/3时点纵向应变）/收缩末期纵向应变×100%)]降低，之后随再灌注时间延长而逐渐恢复；其中LSpeak于再灌注120min时恢复正常，而SI-DI于再灌注120min时仍低于正常，提示顿抑心肌舒张功能的恢复晚于收缩功能。
2.5 判断血运重建术后室壁功能改善情况
Mollema SA等[26]，通过研究证实了二维斑点追踪技术测定的长轴应变是急性心肌梗死患者介入治疗术后左室功能改善的预测指标。而对于三维斑点追踪技术也有相关的研究得到类似的结论，Abate E等[16]在其研究中，证实由三维斑点追踪技术（3D-STI）测定的长轴应变（LS）是预测急性心肌梗死后患者局部或整体左室功能改善的重要指标。经皮冠状动脉介入治疗（PCI）6个月后患者的左室功能得到改善的节段3D-LS基线明显高于未改善节段(-16.4 ± 4.0% vs -7.6 ± 3.5%, p <0.001)。其中，3D-LS截断值为-11.1% 时，该指标预测室壁功能改善的敏感性为 92%，特异性为91%。类似的，左室整体功能得到改善的患者中，其整体3D-LS明显高于整体功能未改善的患者 (-16.7 ± 2.1% vs -13.3 ± 2.6%, p <0.001)。整体3D-LS在临床和传统超声心动图基础上为评估心梗患者术后心功能改善方面提供了一定的增进价值。可见三维斑点追踪技术在血运重建后室壁功能改善的评估中具有可行性。此外，Bochenek T等[27]在研究中证实了斑点追踪技术可以对STEMI患者PCI术后左室功能的改善进行评估；Li XC等[28]在研究中表明，三维室壁运动追踪技术可以对非ST段抬高型心肌梗死患者PCI术后心室重构，心功能的改善进行评价。
图5 纵向收缩峰值应变界值（-12.5）预测PCI术后三个月左室重塑的ROC曲线 ROC ：曲线下面积；PNV ：阴形预测值；PPV：阳性预测值。
3 局限性和展望
3D-STI技术也存在一定的局限性[29]。如：l.图像质量的要求更高，图像质量较差，如心尖部显示不全、内膜显示不清等均会影响其可追踪性；2.三维探头帧频相对较低，也会影响心肌回声斑点追踪情况；3.目前应用于临床的大多数超声诊断仪仍需手动追踪或调整心内膜辩解，主观性强，重复性差。4.对心腔过大的患者难以采集完整的左心室，限制该技术在左心室增大的患者中的应用。5.目前关于该技术的大规模多中心研究尚缺乏，因此相关参考数据仍不足。但3D-STI技术的优势也是显而易见的，近些年随着三维超声技术的不断发展，三维图像分辨率也越来越清晰，并且大量研究均证实了3D-STI技术在室壁运动评价中的可行性和可靠性，因此相信未来3D-STI技术有望在临床中大规模应用，为无创技术评估冠心病室壁运动掀开新的一页。
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