三維斑點追蹤成像技術在冠心病左心室舒張功能研究中的應用

歐勝勝，雍永宏，劉圣*

1南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院介入放射科，2心臟科，江蘇 南京 210029

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病（coronary artery disease，CAD）是臨床常見的心血管疾病，當冠狀動脈造影顯示心外膜下冠狀動脈直徑狹窄超過50%，且患者有典型心絞痛癥狀，即可診斷為CAD［1］。研究發(fā)現(xiàn)CAD 心臟最早出現(xiàn)損害的是舒張功能［2］，CAD患者早期左心室收縮功能表現(xiàn)正常時，左心室舒張功能可能已發(fā)生障礙。Yoon等［3］研究表明左心室舒張功能異常是預測左心室射血分數(shù)（left ven?tricular ejection fraction，LVEF）保留的CAD 患者死亡的獨立因子,但早期左心室舒張功能異常時常規(guī)超聲心動圖常無明顯異常改變。二維斑點追蹤成像技術（two?dimensional speckle tracking imaging，2D?STI）是一種新的超聲檢查手段，研究表明2D?STI獲得的心室心肌應變與急性心肌梗死患者未來不良心血管事件的發(fā)生高度相關［4］，2D?STI 的應變及應變率變化預測心衰患者亞臨床階段心肌功能的損害可早于LVEF［5］。三維斑點追蹤成像技術（three?dimensional speckle tracking imaging，3D?STI）是 在2D?STI技術的基礎上發(fā)展而來，通過采集心臟運動的容積數(shù)據(jù)，可對心室心肌進行節(jié)段性定量分析，進而評價心室心肌的形變及功能。本研究旨在探索3D?STI 指標和左心室舒張末壓（left ventricular end diastolic pressure，LVEDP）間的相關性，建立一種無創(chuàng)、更加可靠的評估左心室舒張功能的方法。

1 對象和方法

1.1 對象

連續(xù)選取2020 年1—6 月于南京醫(yī)科大學第一附屬醫(yī)院心內科確診的CAD 患者128例，所有受試者行冠狀動脈造影及左心導管檢查。納入標準：①具有典型的心絞痛表現(xiàn)，勞累或情緒激動時發(fā)作；②常規(guī)心電圖或動態(tài)心電圖提示有心肌缺血表現(xiàn)；③冠狀動脈造影提示一支或多支心外膜下冠狀動脈直徑狹窄超過50%。排除標準：①年齡＞75 歲；②存在房顫、傳導阻滯或起搏器置入術后；③嚴重瓣膜病變、陳舊性心肌梗死；④LVEF＜50%；⑤無法配合進行超聲檢查、圖像顯示不清晰無法分析。病變心肌應變數(shù)據(jù)選擇標準：左前降支病變選擇左室前壁，左回旋支病變選擇左室側壁，右冠脈病變選擇左室下壁。左室下壁的主要供血可來源于左回旋支（即冠狀動脈分布左優(yōu)勢型），亦可由右冠脈供血（即冠狀動脈分布右優(yōu)勢型），右冠脈病變采用的是左室下壁應變指標，因此入組病例均選擇冠狀動脈分布右優(yōu)勢型以避免左回旋支病變對左室下壁心肌應變的影響。最終符合條件病例66例（男41例，女25 例），年齡（57.2±4.0）歲，依據(jù)左心導管測得的LVEDP 將其分為兩組：左室舒張功能正常組（LVEDP≤15 mmHg）31例，左室舒張功能不全組（LVEDP＞15 mmHg）35例。

30 例健康志愿者為對照組，男22例，女8例，年齡（50.9±5.3）歲。入選標準：①常規(guī)超聲心動圖及心電圖檢查無異常；②無心臟疾病史或家族史；③無高血壓、糖尿病、血脂異常等疾病。對照組選擇左室前壁心肌應變數(shù)據(jù)。

1.2 方法

3D?STI的心肌應變：使用GE Vivid E9彩色多普勒超聲診斷儀，配備4V?D 相控陣扇形探頭，配有4D Auto LVQ 圖像分析軟件。檢查時，受試者連接心電圖，取左側臥位，先進行常規(guī)超聲心動圖檢查，獲取各項指標，包括左室舒張末期容積（left ventric?ular end?diastolic volume，LVEDV）、左室收縮末期容積（left ventricular end?systolic volume，LVESV）、LVEF、二尖瓣舒張早期峰值流速（E）、二尖瓣環(huán)室間隔側舒張早期峰值流速（e）以及E/e，再轉換4D探頭置于心尖部，于三平面模式得到清晰的心尖四腔、兩腔及長軸圖像，切換到4D模式，連續(xù)采集4～6個心動周期，獲得左室三維容積圖像，檢查中保持幀頻＞25幀/s或大于心率的40%。

左心導管測定LVEDP：使用PHILIPS IPM120數(shù)字減影血管造影系統(tǒng)及mindray iPM12 心電監(jiān)護系統(tǒng)，Seldinger法經(jīng)皮穿刺股動脈或橈動脈，在X線透視和導引鋼絲的引導下將6F豬尾導管送至左心室，連接心電監(jiān)護系統(tǒng)，同步記錄心電圖及左心室壓力曲線，心電圖中QRS波群的起始點所對應的左心室壓力即為LVEDP。

進入4D Auto LVQ 圖像分析模式，分別于舒張末期、收縮末期確定左室心尖及二尖瓣環(huán)位置，由軟件自動勾畫左室心內膜的邊界及感興趣區(qū)，可手動調節(jié)使圖像更準確，分析軟件自動計算出左心室17節(jié)段心肌縱向應變（longitudinal strain，LS）、圓周應變（circumferential strain，CS）、面積應變（area strain，AS）及徑向應變（radial strain，RS）牛眼圖（圖1）。

圖1 左心室舒張功能不全患者的4項應變圖Figure 1 Four strains of the same patient with left ventricular diastolic dysfunction

1.3 統(tǒng)計學方法

應用SPSS 21.0軟件進行統(tǒng)計分析，計量資料采用均數(shù)±標準差（）表示，多組間比較采用單因素方差分析，進一步兩兩比較采用LSD?t檢驗；4 項應變參數(shù)與LVEDP 的相關性應用Pearson 相關分析；繪制受試者工作特征（receiver operating characteris?tic，ROC）曲線，獲取4 項應變參數(shù)預測左心室舒張功能不全的曲線下面積（area urder the curve，AUC），建立Logistic回歸模型，獲得預測左心室舒張功能不全的風險因子，P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 3組間常規(guī)超聲心動圖測值的比較

與對照組和左室舒張功能正常組比較，左室舒張功能不全組E/e 增加，差異有統(tǒng)計學意義（P＜0.001），3 組間在LVEDV、LVESV、LVEF、E 及e 的差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05，表1）。

表1 3組間常規(guī)超聲心動圖測值比較Table 1 Comparison of general data of echocardiogram in three groups（±s）

表1 3組間常規(guī)超聲心動圖測值比較Table 1 Comparison of general data of echocardiogram in three groups（±s）

與對照組相比，*P<0.05；與左室舒張功能正常組相比，#P<0.05。

2.2 3組間3D?STI應變測值的比較

左室舒張功能不全組病變心肌4項應變絕對值均較左室舒張功能正常組及對照組明顯降低（P<0.05），左室舒張功能正常組中僅LS、AS 較對照組降低（P<0.05，表2）。

表2 3組間3D?STI應變測值的比較Table 2 Comparison of four strains of 3D?STI in three groups（±s）

表2 3組間3D?STI應變測值的比較Table 2 Comparison of four strains of 3D?STI in three groups（±s）

與對照組相比，*P<0.05，與左室舒張功能正常組相比，#P<0.05。

2.3 3D?STI 4 項應變測值與LVEDP 的相關性分析及ROC曲線分析

Pearson 相關分析表明4 項應變測值與LVEDP均有較好的相關性：LS（r=0.777，P<0.001），CS（r=0.713，P<0.001），AS（r=0.803，P<0.001），RS（r=-0.719，P<0.001）。

ROC曲線分析顯示，LS、CS、AS、RS用于預測左心室舒張功能不全時，其AUC 分別為0.76、0.76、0.86、0.72，其對應的最佳截斷點分別為-15.3%、-15.5%、-14.3%、28.2%，相應的靈敏度和特異度分別為78%和68%、74%和70%、83%和74%、68%和64%（圖2）。

圖2 3D?STI 4項應變的ROC曲線Figure 2 ROC curve of four strains of 3D?STI

2.4 Logistic回歸分析

將性別、年齡、是否高血壓、是否吸煙以及3D?STI 的4 項應變測值分別進行計分（表3），然后進行單因素分析，除性別及是否吸煙兩項因素P＞0.05，其余6 項因素均納入多因素Logistic 回歸分析（圖3）。Logistic 回歸模型為：Z=-8.482+2.521X2+1.959X3+2.217X5+2.045X6+2.188X7+2.045X8，Hos?mer?Lemeshow 檢驗χ2=9.533，P=0.184，證明該模型擬合度良好。以回歸值>0.5預測左心室舒張功能不全，該模型預測左心室舒張功能不全的AUC 為0.868，P<0.001（圖4）。

圖3 Logistic模型OR值森林圖Figure 3 Forest plot of OR values in logistic model

圖4 Logistic模型預測左心室舒張功能不全的ROC曲線Figure 4 ROC curve of left ventricular diastolic dysfunc?tion predicted by logistic model

表3 各指標計分規(guī)則Table 3 Scoring rules of each index

3 討論

左心導管檢查獲得的LVEDP 是評估左心室舒張功能不全的金標準，但因為其存在較多使用禁忌癥，有創(chuàng)性、術后并發(fā)癥多，放射性及價格昂貴，因此在臨床上的應用受到一定限制［6］。常規(guī)超聲心動圖中有很多指標可以評估CAD 患者左心室舒張功能［7］，包括二尖瓣頻譜舒張早期E 峰、舒張晚期A峰、E/A 比值、組織多普勒二尖瓣環(huán)舒張早期e 峰及E/e 比值等。但這些指標的測量均有一定的角度依賴性，可重復性及可靠性欠佳，往往需結合臨床其他指標來評估左心室舒張功能。本研究中，舒張功能不全組E/e 比值較舒張功能正常組及對照組增加，其余指標3組間均無明顯差異，說明常規(guī)超聲心動圖中僅E/e比值在較為嚴重的CAD患者中出現(xiàn)明顯變化，這與孫碩文等［8］研究一致。

超聲斑點追蹤成像技術是近年來發(fā)展的新型超聲診斷技術，該技術無角度依賴性，相對常規(guī)超聲心動圖，不受呼吸及心臟前后負荷的影響，顯著提高了超聲在常見心血管疾病形態(tài)與功能評估中的準確性及實用性［9］。3D?STI 是在2D?STI 的基礎上、利用三維成像技術獲取左心室的容積數(shù)據(jù)，追蹤心肌斑點信號在每一幀圖像的位置，計算出心肌在各個方向上的應變，可以準確反映左心室心肌的收縮和舒張功能［10］。

本研究中，左室舒張功能不全組中4 項應變絕對值較對照組、左室舒張功能正常組均明顯降低，而左室舒張功能正常組中僅LS、AS 較對照組明顯降低。此結果表明，相比CS、RS，LS、AS的降低可以更早提示潛在的左心室舒張功能障礙，這與以往研究一致［11-12］。崔靈等［13］研究發(fā)現(xiàn)，心室壁的內、中、外3 層肌纖維中，心內膜層心肌承受的室壁張力最高，所以心肌缺血、缺氧所致的早期形態(tài)及功能變化主要發(fā)生在心內膜層，導致心內膜心肌較其他部位心肌更早地出現(xiàn)收縮與舒張功能障礙。心內膜心肌纖維呈縱向走行，心內膜心肌缺血時首先出現(xiàn)縱向運動減弱，3D?STI中即表現(xiàn)為LS減低，而AS反映左心室心肌面積的變化，相當于LS 與CS 的綜合改變，因此在早期左心室舒張功能障礙時，病變心肌的AS 亦會減低，但此時LVEDP 尚在正常范圍。隨著心肌缺血的加重，左心室心肌全層受累，隨著心肌僵硬度的增加和順應性的降低，LVEDP將逐步增高，此時CS、RS 才會發(fā)生改變，ROC 曲線分析結果能證明上述觀點。Logistic回歸分析結果顯示4項應變對于左心室舒張功能不全的預測都具有較好的指導意義，但對于LVEDP尚正常的潛在左心室舒張功能障礙，LS、AS更為敏感。

Shin等［14］證實3D?STI 的應變值評估患者的左心室舒張功能具有一定參考價值，左心室心肌整體縱向應變（GLS）、整體面積應變（GAS）與CAD 患者的LVEDP 具有良好相關性。而本研究相關分析表明，病變心肌4 項應變與LVEDP 均有較好的相關性，同時其相關系數(shù)要高于馬紅等［15］研究中的相關系數(shù)［GLS（r=0.585，P<0.001）、GCS（r=0.589，P<0.001）、GAS（r=0.674，P<0.001）及GRS（r=-0.643，P<0.001）］。這正是本研究與國內外多項研究的不同之處，本研究并未采取左心室心肌的整體應變，而是利用病變心肌的應變，排除了整體應變中正常節(jié)段心肌的影響，這樣病變心肌的CS、RS與患者的LVEDP 亦有一定的相關性，同時高于4 項整體心肌應變值。

本研究存在一定的局限性。首先，本研究采用了美國心臟病學會的“十七節(jié)段分段法”來劃分心肌節(jié)段與冠狀動脈的關系，但由于變異以及側支循環(huán)的存在，這個關系存在著一定的不確定性；其次，納入的樣本量較少；最后，本研究未選擇LVEF降低的病例，因此本研究結果運用到此類患者可能不夠準確。

綜上所述，3D?STI可作為評估CAD患者左心室舒張功能新的檢查手段，其中病變心肌的LS、AS預測早期、潛在的左心室舒張功能障礙更為敏感。