實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖自動(dòng)定量評價(jià)慢性腎衰竭心臟功能的研究進(jìn)展

薛曉軒，楊玲，陳輝，劉艷，王朝歆，王超，李文華，苑舒淇，陸崢

(1.北京中醫(yī)藥大學(xué)東方醫(yī)院功能檢查科，北京 100078； 2.首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安貞醫(yī)院心內(nèi)六科，北京 100029)

心臟損害是終末期腎病的嚴(yán)重并發(fā)癥之一，同時(shí)也是慢性腎衰竭患者死亡的主要原因之一[1]。慢性腎衰竭可引起腎性高血壓、高鉀血癥、酸中毒等疾病，而這些疾病又可導(dǎo)致心臟受損，使左心負(fù)荷增加，心肌細(xì)胞纖維化、凋亡，進(jìn)而發(fā)生心律失常、心肌炎、心力衰竭等，致使心臟結(jié)構(gòu)、功能出現(xiàn)器質(zhì)性病變[2]。因此，早期診斷慢性腎衰竭患者心臟損害情況，有助于指導(dǎo)臨床治療方案的制訂，并為判斷患者預(yù)后提供影像學(xué)依據(jù)[3]。超聲心動(dòng)圖是臨床診斷心臟疾病，觀察患者心臟形態(tài)結(jié)構(gòu)、功能的首選影像學(xué)手段，但常規(guī)二維超聲易受影像科醫(yī)師主觀目測等因素影響，對診斷的準(zhǔn)確性有較大影響。近年來，實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖(real-time three-dimensional echocardiography,RT-3DE)自動(dòng)定量檢查因具有操作簡單、診斷快速、無創(chuàng)等優(yōu)點(diǎn)，為客觀定量評價(jià)心臟疾病提供了可能[4]。實(shí)時(shí)三維超聲能夠從多方位、多角度對心臟進(jìn)行立體成像，可清晰顯示各心腔大小、室壁運(yùn)動(dòng)狀況、相關(guān)心血管位置以及各瓣膜實(shí)時(shí)運(yùn)動(dòng)狀況，尤其是能夠?qū)⒍S超聲無法顯示的三尖瓣口、肺動(dòng)脈瓣口、室間隔及房間隔的情況顯示出來，為診斷提供更為豐富的臨床信息[5-6]?，F(xiàn)就RT-3DE評價(jià)慢性腎衰竭心功能的研究進(jìn)展予以綜述。

1 RT-3DE檢查的工作原理

RT-3DE主要由三維空間定位系統(tǒng)、高通量數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)以及陣列換能器組成[7]。其中，換能器至少由3 600個(gè)微小體元構(gòu)成，依照16∶1的比例并行處理，使其能夠同時(shí)發(fā)射出多個(gè)聲束，而聲束根據(jù)相控陣的形式沿著預(yù)定的X軸由近至遠(yuǎn)形成掃描線，然后，該條掃描線沿Y軸方向變動(dòng)形成二維圖像，二維圖像再沿Z軸進(jìn)行仰角轉(zhuǎn)向就會形成類似于“金字塔”的三維圖像[8-10]。最后，應(yīng)用系統(tǒng)的切割功能將獲得的三維圖像沿X、Y、Z軸任意切割，動(dòng)態(tài)獲取任意一個(gè)切面的心臟結(jié)構(gòu)進(jìn)行定量分析。

2 RT-3DE檢查在慢性腎衰竭心功能評價(jià)中的臨床應(yīng)用

2.1RT-3DE評價(jià)左心室舒張功能 相關(guān)文獻(xiàn)報(bào)道，慢性腎衰竭患者左心室舒張功能障礙是其心肌損害的早期標(biāo)志[11-12]。目前，臨床上評價(jià)患者左心室舒張功能的超聲指標(biāo)主要來源于二維圖像以及多普勒成像測定，但所獲得的參數(shù)均會不同程度地受心臟前后負(fù)荷、左心室結(jié)構(gòu)等因素影響，具有一定的局限性。近年已有研究證實(shí)，RT-3DE評價(jià)左心室舒張功能具有較高的臨床價(jià)值[13]。RT-3DE通過手動(dòng)或自動(dòng)的方式描記出患者的心內(nèi)膜，快速準(zhǔn)確地獲取心動(dòng)周期中左心室容積的動(dòng)態(tài)變化，進(jìn)而能夠準(zhǔn)確地反映左心室舒張功能變化情況。楊麗等[14]研究報(bào)道，采用RT-3DE檢查能夠快速取得左心室容積相關(guān)圖像資料，使心室容積在整個(gè)心動(dòng)周期中的連續(xù)變化可隨時(shí)顯示出來，且與磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)心臟檢查相比具有較好的相關(guān)性。滕花等[15]研究表明，RT-3DE能夠評估早期左心室舒張功能，在非選擇性連續(xù)患者中成功率更高，對于不同圖像質(zhì)量的患者，RT-3DE更容易識別圖像質(zhì)量較好患者的心內(nèi)膜小梁，能夠更加快速、準(zhǔn)確地評價(jià)其左心室舒張功能，為臨床提供一種快速、無創(chuàng)、準(zhǔn)確性高的新型評價(jià)手段。朱法望等[16]應(yīng)用RT-3DE，并根據(jù)不同腎功能水平進(jìn)行分組檢查分析，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，RT-3DE所獲得的心臟舒張功能參數(shù)能夠有效區(qū)分不同腎功能水平患者舒張功能受損程度。文童等[17]對尚未接受透析的尿毒癥患者進(jìn)行RT-3DE檢查，發(fā)現(xiàn)RT-3DE能夠準(zhǔn)確評估患者的左心室舒張功能，可以為臨床評價(jià)尿毒癥型心臟損害患者左心室舒張功能及同步性提供一個(gè)快速、簡便、準(zhǔn)確的新方法。由此可見，臨床采用RT-3DE評價(jià)人體左心室舒張功能具有較高的價(jià)值。

2.2RT-3DE評價(jià)左心室容積及收縮功能 現(xiàn)代醫(yī)學(xué)認(rèn)為，心血管系統(tǒng)并發(fā)癥是晚期慢性腎衰竭患者的死因之一，晚期腎衰竭患者常并發(fā)心力衰竭、心絞痛，嚴(yán)重者可并發(fā)心肌梗死[18]。晚期腎衰竭患者合并心臟病變后，患者的左心室負(fù)荷壓力顯著增加、左心室室壁增厚，導(dǎo)致心肌收縮力降低；另外，慢性腎衰竭患者機(jī)體長時(shí)間處于尿毒毒素環(huán)境中，也會對心臟結(jié)構(gòu)、心功能產(chǎn)生不同程度的損傷，進(jìn)而引起左心室收縮不同步的現(xiàn)象[19]。因此，及時(shí)、準(zhǔn)確評估慢性腎衰竭患者的左心室收縮功能對于病情診斷、預(yù)后判斷均具有重要意義。雖然MRI、心血管造影等均可準(zhǔn)確測得人體心臟收縮功能，但具有檢查費(fèi)用高、可重復(fù)性差、有創(chuàng)等缺點(diǎn)，不適合普及應(yīng)用。而超聲心動(dòng)圖具有無創(chuàng)、操作簡單、可重復(fù)性高、診斷準(zhǔn)確率較高等優(yōu)點(diǎn)，而且臨床上評價(jià)左心室整體收縮功能的相關(guān)超聲指標(biāo)(如心排血量、每搏量、左心室舒張末期容積、左心室收縮期末起容積、左心室射血分?jǐn)?shù))均是在心室容積的基礎(chǔ)上測量的。但常規(guī)二維超聲仍有不足之處，如二維超聲是基于左心室心腔幾何結(jié)構(gòu)進(jìn)行的假設(shè)測量，當(dāng)受檢者存有節(jié)段性室壁運(yùn)動(dòng)異常、左心室形態(tài)異常時(shí)，其檢查結(jié)果的準(zhǔn)確率較低[20]。張琪等[21]應(yīng)用實(shí)時(shí)全容積三維超聲心動(dòng)圖評價(jià)尿毒癥患者透析治療前后的左心室容積及收縮功能的變化情況，結(jié)果提示，RT-3DE可為尿毒癥透析治療患者提供更多有意義的新指標(biāo)，使其能夠更加準(zhǔn)確地判斷療效以及預(yù)測患者的預(yù)后轉(zhuǎn)歸，具有較高的臨床價(jià)值。張群英等[22]對61例尿毒癥患者和31例正常對照者實(shí)施RT-3DE和MRI，檢測左心室射血分?jǐn)?shù)、左心室局部容量并進(jìn)行組間對比，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，RT-3DE能夠早期發(fā)現(xiàn)慢性腎衰竭晚期血液透析患者的左心室整體和各個(gè)短軸水平內(nèi)心肌運(yùn)動(dòng)的同步性特征，能夠更加客觀、準(zhǔn)確地評價(jià)受檢者的左心室容積及心室功能，為臨床早期、無創(chuàng)且準(zhǔn)確評估左心室整體、局部收縮功能提供了一種定性、定量的方法。由此可見，RT-3DE能夠打破傳統(tǒng)超聲心動(dòng)圖的局限，快速獲得整個(gè)左心室的容積數(shù)據(jù)，而且無須在心臟幾何結(jié)構(gòu)假設(shè)下即可直接測量得到真實(shí)的受檢者左心室容積、收縮功能數(shù)據(jù)，其準(zhǔn)確性和可行性已得到大量實(shí)驗(yàn)研究及臨床實(shí)踐的證實(shí)。

2.3RT-3DE評價(jià)左心房功能 相關(guān)研究報(bào)道，左心房功能包括管道功能、儲備功能以及助力泵功能，左心房結(jié)構(gòu)和功能的改變與左心房的前、后負(fù)荷相關(guān)，其根本原因在于左心房功能受左心室功能的直接影響；終末期腎衰竭患者心臟功能早期病變表現(xiàn)為心室舒張功能受損，且左心房功能的變化可較敏感地反映心室舒張功能的損害情況[23]。左心房的結(jié)構(gòu)大小、功能均可直接反映心腔房室壓力差變化，同時(shí)也是左心房前、后負(fù)荷變化的直接體現(xiàn)，即在左心室舒張功能異常早期，左心房能夠代償性做功以使心室充盈量增加。因此，對終末期腎衰竭患者進(jìn)行左心房功能評價(jià)，可及早發(fā)現(xiàn)其心臟損害情況，便于臨床干預(yù)。目前，臨床上常應(yīng)用二維心臟彩色超聲進(jìn)行心房功能檢測，但人體左心房的解剖結(jié)構(gòu)大多不規(guī)則，傳統(tǒng)應(yīng)用幾何模型測量計(jì)算心房容積具有一定的局限性。而RT-3DE能夠手動(dòng)、自動(dòng)描繪出心內(nèi)膜，取得心房容積-時(shí)間曲線，進(jìn)而能夠動(dòng)態(tài)顯示每個(gè)心動(dòng)周期中不同時(shí)間點(diǎn)左心房容積變化情況，一般將其作為二維彩色超聲的補(bǔ)充和擴(kuò)展，且RT-3DE檢查不需要依靠幾何形體的假設(shè)進(jìn)行測定，而是采用三維容積測定，可真實(shí)檢測出左心房容積大小[24]。RT-3DE應(yīng)用三維容積測定的方法，能夠?qū)⒆笮姆啃螒B(tài)重構(gòu)，動(dòng)態(tài)、準(zhǔn)確地反映整個(gè)心動(dòng)周期不同時(shí)相下左心房的動(dòng)態(tài)變化。談君等[25]分別應(yīng)用RT-3DE和二維斑點(diǎn)追蹤顯像技術(shù)評價(jià)慢性腎衰竭患者的左心房功能，結(jié)果顯示，慢性腎臟病患者的左心房功能較正常人顯著減退，二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)在獲取心房應(yīng)變以及應(yīng)變率參數(shù)方面具有優(yōu)勢，而RT-3DE則在獲取心房容積變化參數(shù)方面更具優(yōu)勢。孔雙雙等[26]應(yīng)用RT-3DE檢查慢性腎臟病患者的左心房容積及功能，結(jié)果顯示，RT-3DE不依賴于幾何形態(tài)的假設(shè)，可實(shí)時(shí)獲得左心房立體形態(tài)及結(jié)構(gòu)的信息，利于評估腎病患者左心房結(jié)構(gòu)和功能的改變。因此，RT-3DE能夠無創(chuàng)、準(zhǔn)確地評價(jià)左心房功能，而且較二維心動(dòng)圖有更好的可重復(fù)性。

2.4RT-3DE評價(jià)右心功能 終末期腎衰竭患者機(jī)體慢性容量長時(shí)間負(fù)荷過度，再加上繼發(fā)性的肺動(dòng)脈高壓，均有可能導(dǎo)致慢性壓力負(fù)荷過重而引發(fā)右心衰竭，因此，及早發(fā)現(xiàn)、定量評價(jià)慢性腎衰竭患者的右心功能對指導(dǎo)臨床治療和患者預(yù)后轉(zhuǎn)歸至關(guān)重要[27]。但右心腔的形態(tài)較為特異，為非對稱的新月形，在實(shí)際檢查中較難通過某一徑線、面積測定右心室的容積，是影像學(xué)診斷技術(shù)的難題之一。以往臨床極少應(yīng)用二維超聲、M超聲模式測定右心容積和右心功能，而實(shí)時(shí)三維超聲的出現(xiàn)實(shí)現(xiàn)了這一大突破。RT-3DE能夠重建結(jié)構(gòu)完整、心內(nèi)膜清晰度高、形態(tài)逼真的左右心室圖像結(jié)構(gòu)，便于臨床準(zhǔn)確測量心腔容積，特別是對于形態(tài)不規(guī)則的右心室容積的檢查意義更大。顏?zhàn)蠈幍萚28]對比單光子發(fā)射計(jì)算機(jī)斷層掃描儀、MRI、RT-3DE評估右心功能的效果，結(jié)果顯示，RT-3DE能夠準(zhǔn)確、可靠地評價(jià)右心功能。孫敏敏等[29]用RT-3DE評價(jià)慢性終末期腎衰竭患者右心室整體及節(jié)段收縮功能的變化，并結(jié)合分析軟件測定患者右心室舒張末期和收縮末期內(nèi)徑，計(jì)算出右心室的每搏量，結(jié)果發(fā)現(xiàn)，RT-3DE評價(jià)右心室整體及節(jié)段收縮功能準(zhǔn)確可靠。RT-3DE能夠快速顯示右心室三維立體結(jié)構(gòu)，為臨床測量右心室容積提供準(zhǔn)確、可靠的手段，進(jìn)而更精準(zhǔn)地評價(jià)右心功能。

3 RT-3DE的優(yōu)點(diǎn)及局限性

3.1RT-3DE的優(yōu)點(diǎn) RT-3DE的優(yōu)點(diǎn)包括：①能夠?qū)崟r(shí)、快速地成像；②不局限于單一平面，無角度依賴性，能夠從多個(gè)方位、多個(gè)角度觀察二維超聲不易顯示的解剖結(jié)構(gòu)，從而更準(zhǔn)確、全面地評價(jià)心肌整體和局部的運(yùn)動(dòng)情況；③空間分辨率高，可以實(shí)時(shí)獲得三維空間下的心臟運(yùn)動(dòng)信息，且圖像更加直觀、全面；④操作簡單且無創(chuàng)，可重復(fù)性高；⑤能夠準(zhǔn)確顯示病變部位與周圍重要臟器結(jié)構(gòu)的位置關(guān)系，且圖像質(zhì)量較高；因此，RT-3DE能夠幫助臨床醫(yī)師準(zhǔn)確判斷慢性腎衰竭患者的心臟功能，對于指導(dǎo)臨床制定治療方案有潛在價(jià)值[30-32]。

3.2RT-3DE的局限性 RT-3DE的局限性包括：①三維超聲的全容積成像由4個(gè)心動(dòng)周期連續(xù)采集圖像重疊制得，并不是100%實(shí)時(shí)，故受檢者在RT-3DE檢查過程中有可能因體位變動(dòng)、深呼吸等因素造成超聲圖像重組錯(cuò)位；②RT-3DE在左心室功能評價(jià)方面主要局限于左心室整體“泵血功能”，因此不能早期對左心功能變化進(jìn)行全面、客觀的評價(jià)；③RT-3DE圖像質(zhì)量易受二維超聲圖像質(zhì)量、透聲條件等影響，檢查時(shí)若透聲條件較差則診斷誤差風(fēng)險(xiǎn)隨之增加；④由于RT-3DE檢查采用的“金字塔樣”寬角模式，其全容積扇角60°×60°，因此部分心腔顯著增大的受檢者在進(jìn)行檢查時(shí)可能會出現(xiàn)部分室壁殘缺的情況，影響臨床診斷[33-34]。

4 小 結(jié)

隨著計(jì)算機(jī)技術(shù)的不斷發(fā)展以及三維超聲研究經(jīng)驗(yàn)的積累，在三維超聲以及二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)基礎(chǔ)上發(fā)展而來的三維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)有望使慢性腎衰竭患者的心臟功能評價(jià)進(jìn)入到一個(gè)新的認(rèn)知水平。RT-3DE能夠從三維空間通過連續(xù)追蹤心肌的真實(shí)運(yùn)動(dòng)軌跡，計(jì)算出心肌的運(yùn)動(dòng)和形變信息，為慢性腎衰竭患者心肌功能早期監(jiān)測提供指導(dǎo)性依據(jù)。此外，RT-3DE也可以與其他超聲技術(shù)相結(jié)合，如經(jīng)過改良的矩陣型經(jīng)食管三維超聲心動(dòng)圖，由于不受肺氣干擾、胸廓畸形、肋間隙狹窄、肥胖等因素的影響，可近距離顯示心臟各個(gè)房室結(jié)構(gòu)的立體圖像，因此診斷的準(zhǔn)確率顯著提高，使患者能夠及時(shí)得到有效治療，改善臨床結(jié)局。