临床研究
三维斑点追踪技术对左室射血分数保留心衰患者左房功能的评估价值
中华医学杂志, 2015,95(36) : 2919-2923. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0376-2491.2015.36.007
摘要
目的

应用三维斑点追踪技术(3D–STE)和实时三维超声心动图(RT3DE)评估探讨左室射血分数保留心衰(HFpEF)患者左房功能变化及意义。

方法

将43例HFpEF患者根据左房大小分为A组(左房最大容积指数LAVImax<34 ml/m2)和B组(LAVImax≥34 ml/m2),18例健康者为对照组。应用3DSTE分析获取左房基底(Basal)、中间(Middle)、房顶(Roof)和整体(Global)的心室收缩期长轴峰值应变(LSs%)与心房收缩前长轴峰值应变(LSa%),结合RT3DE和多普勒超声参数进行比较分析。

结果

左房中部应变参数具满意可重复性(ICC>0.8),A组左房充盈和排空期形变功能减低以中部为主[与对照组相比:MLSs(33±6)%与(45±9)%,MLSa(12±3)%与(17±5)%;P<0.05],B组基底和房顶部形变功能也明显降低[与A组和对照组相比:BLSs(18±7)%与(25±8)%与(29±8)%,RLSs(24±9)%与(28±8)%与(32±10)%;与对照组相比:BLSa(11±5)%与(14±4)%,RLSa(12±5)%与(15±5)%;P<0.05]。HFpEF患者左房僵硬度明显增加,左房充盈扩张分数(LAEI%)和被动射血分数(LAPEF%)明显降低,B组左房主动射血分数(LAAEF%)也显著降低。

结论

3D–STE结合RT3DE可有效评估HFpEF左房功能。左房中部应变参数是评估左房功能的理想指标。HFpEF患者左房储备、通道和泵功能均明显降低,存在明显舒张功能不全,这些变化在左房明显增大患者中更为显著。

引用本文: 刘峻松, 王晶, 张波, 等.  三维斑点追踪技术对左室射血分数保留心衰患者左房功能的评估价值 [J] . 中华医学杂志, 2015, 95(36) : 2919-2923. DOI: 10.3760/cma.j.issn.0376-2491.2015.36.007.
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在门诊和住院心衰患者中,左室射血分数保留的心衰(HFpEF)已超过50%[1]。长期以来心衰研究重点在左室,左房研究较少。随着越来越多的研究表明左房在心脏疾病发生发展中起重要作用,HFpEF患者左房功能变化与临床症状、活动耐量等密切相关[2],是心血管事件的有效预测因子[3]。发现和有效评估左房功能改变对研究HFpEF病理生理,评估风险和治疗效果有重要意义。本研究应用三维斑点追踪技术(3D–STE)结合实时三维超声心动图(RT3DE)评估探讨HFpEF左房形变、容积变化及其意义。

对象与方法
一、对象
1.研究对象:

目前HFpEF尚无统一诊断标准,参考近年HFpEF诊疗指南和相关研究[4,5,6]与解放军总医院心血管科患者情况,本研究选择的HFpEF诊断标准为:(1)明显心衰症状(NYHA分级Ⅱ~Ⅲ级);(2)左室射血分数(LVEF)>50%,左室舒张末容积指数(LVEDVI)<97 ml/m2;(3)舒张功能受损客观证据:超声心动图指标Ea<8,E/Ea>8(见后)[7];(4)血清脑钠肽(BNP)指标升高:BNP>200 ng/L或NTproBNP>220 ng/L。入选标准:(1)符合上述HFpEF诊断标准;(2)窦性心律。主要排除标准:房颤,轻中度以上二尖瓣反流,心脏瓣膜病,急性冠脉综合征,肺动脉高压(HFpEF以外原因)等。共入选2014年1–7月住院患者54例,男28例,女26例,年龄47~65岁。对照组为18例健康体检者,经体检、心电图、超声检查等排除心脏疾病。

为更准确评估HFpEF左房功能变化,我们将左房明显增大定义为LAVImax≥34 ml/m2,以此将患者分为A组(LAVImax<34 ml/m2)和B组(LAVImax≥34 ml/m2)。

2.仪器:

西门子SC2000超声诊断仪(美国),配备eSieLVA左心定量分析软件。西门子工作站,配备3D–mechanics分析软件。4V1C探头,频率3~5 MHz,4Z1c容积探头,频率1~4 MHz。

二、方法
1.超声检查:

研究对象左侧卧位,同步连接心电图,心尖四腔切面获取图像。彩色多普勒取样门置于二尖瓣口,组织多普勒(TDI)取样门置于二尖瓣环室间隔和侧壁水平,获取参数后转换探头采集左心全容积图像,调整取样框和图像模式,以增加空间和时间分辨率(容积帧频>25 Hz)。患者呼气末屏气时存储3个心动周期图像,各参数值取3次测量均值。

2.多普勒检查:

二尖瓣舒张早期和晚期峰值流速E、A,E/A,E峰减速时间(DT);TDI二尖瓣环舒张早期和晚期峰值速度Ea、Aa(取室间隔和侧壁均值);E/Ea。

3.容积分析:

eSie LVA软件将左房全容积图像切分显示为心尖四腔、两腔、三腔和短轴基底、中间和房顶切面,调整取样线清楚显示图像。设定左房舒张末(LAED)和收缩末(LAES)为左房容积最大(LAVmax)和最小处(LAVmin),LAES为时间起点。LAED、LAES帧手动标记房顶和二尖瓣环侧壁、房间隔三点,软件完成心房内膜边界追踪,逐帧观察,必要时手动调整边界(左心耳和肺静脉开口排除在外)(图1),显示左房容积曲线。

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图1
左房实时三维容积分析
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图1
左房实时三维容积分析
4.主要参数:

LAVmax,LAVmin及LAVpc(左房收缩前容积,心电图P波起始处)经体表面积标化后记为LAVImax,LAVImin,LAVIpc。左房充盈扩张分数(LAEI%)=LAVmax–LAVmin/LAVmin%,左房排空分数(LAEF%)=LAVmax–LAVmin/LAVmax%,左房被动射血分数(LAPEF%)=LAVmax–LAVpc/LAVmax%,左房主动射血分数(LAAEF%)=LAVpc–LAVmin/LAVpc%。

5.3D–STE分析:

3D–mechanics软件将左房全容积图像切分显示为多切面(同前),软件默认将左房壁按左室16节段划分。根据解剖结构特点我们将左房划分为基底(Basal)、中间(Middle)、房顶(Roof)三部分(分别对应16节段基底、中间和心尖部)(图2),调整图像使三部分划分更接近其空间构型。LAES为时间起点,LAED、LAES帧手动描记左房内膜边界后软件自动追踪其运动轨迹,逐帧观察调整。左房三部分形变以三维速度向量(VVI)模式和应变曲线显示(图2),调整显示模式和时间间期,计算获取参数。主要参数:左房基底、中间、房顶部和整体(Global)心室收缩期长轴峰值应变(LSs%)和心房收缩前长轴峰值应变(LSa%),分别记为BLSs、MLSs、RLSs、GLSs和BLSa、MLSa、RLSa、GLSa(图2)。整体应变为三部分应变均值。在3D–STE基础上,参考既往研究[8]引入左房僵硬指数(LA stiffness index),其定义为E/Ea与GLSs%比值,数值越大表明左房僵硬度越高,顺应性越低。

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图2
左房三维斑点追踪分析及应变曲线(A:三维速度向量模式显示左房空间运动;B:左房基底、中间和房顶部划分示意;C:左房基底、中间和房顶长轴应变曲线和参数)
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图2
左房三维斑点追踪分析及应变曲线(A:三维速度向量模式显示左房空间运动;B:左房基底、中间和房顶部划分示意;C:左房基底、中间和房顶长轴应变曲线和参数)
6.重复性检验:

随机选取15名研究对象,间隔3日由同一操作者再次分析获取参数,观察者内变异性评价应用组内相关系数(ICC),绘制Bland–Altman图表。

7.统计学方法:

采用SPSS 20.0统计软件,计量资料以±s表示,多组间比较采用单因素方差分析,两两比较采用最小有意义差异法(LSD)。相关性检验应用Person相关分析。P<0.05为差异有统计学意义。

结果
1.入组一般资料:

容积分析中2例受肺静脉和左心耳开口影响无法获取理想曲线;3D–STE分析中6例房顶部受肺静脉开口影响无法有效追踪,3例基底部受左心耳和二尖瓣环影响无法有效追踪,以上11例排除,最终入选43例,A组19例,B组24例。一般资料比较(表1)。

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表1

一般资料比较(±s)

表1

一般资料比较(±s)

指标对照组(18例)A组(19例)B组(24例)
年龄(岁)57.1±8.555.7±6.954.8±7.4
男/女12/811/812/12
高血压[例(%)]13(68)17(71)
糖尿病[例(%)]6(32)9(38)b
BMI(kg/m2)21.1±4.625.7±3.2a26.1±3.5a
心率(次/min)71±1377±975±12
收缩压(mmHg)123±13127±19a131±22a
舒张压(mmHg)67±1469±1374±19ab
LVEF%62±858±1060±6
LVEDVI(ml/m2)52±1354±951±12

注:BMI:体质指数;LVEF:左室射血分数;LVEDVI:左室舒张末期容积指数;与对照组相比,aP<0.05;与A组相比,bP<0.05;1 mmHg=0.133 kPa

2.重复性检验:

LSs参数中,MLSs、GLSs具满意可重复性(ICC>0.8,0.89和0.82),BLSs、RLSs的ICC为0.71、0.61,观察者间一致性Bland–Altman分析见图3。LSa参数MLSa、GLSa、BLSa、RLSa的ICC分别为0.81、0.78、0.71和0.57。

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图3
3D–STE LSs参数观察者内重复性检验ICC及Bland–Altman分析
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图3
3D–STE LSs参数观察者内重复性检验ICC及Bland–Altman分析
3.多普勒参数:

HFpEF患者E/Ea明显增高,Ea、Aa和DT均明显减小,B组较A组变化更为显著(表2)。以上结果提示HFpEF患者存在明显左室舒张功能不全和左室充盈压的增高,在左房明显增大者进一步加重。

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表2

三组间多普勒参数比较(±s)

表2

三组间多普勒参数比较(±s)

组别例数E(cm/s)A(cm/s)DT(ms)E/AEa(cm/s)Aa(cm/s)E/Ea
对照组1873±2162±11196±321.15±0.3212.1±3.58.2±3.36.1±2.1
A组1969±1965±24167±34a1.07±0.276.4±1.4a5.7±2.6a10.4±2.3a
B组2475±23b62±25148±29ab1.23±0.30b5.8±1.9ab5.3±3.5a12.7±3.8ab

注:E:二尖瓣舒张早期峰值流速,A:舒张晚期峰值流速,DT:E峰减速时间,Ea:二尖瓣环舒张早期峰值流速,Aa:舒张晚期峰值流速;与对照组相比,aP<0.05;与A组相比,bP<0.05

4.3D–STE和RT3DE参数:

(1)充盈功能参数:HFpEF患者LAEI明显降低,B组低于A组。A组GLSs、MLSs、BLSs低于对照组,B组进一步降低且RLSs也出现下降(表3)。HFpEF患者左房硬度指数显著增高,B组高于A组(表3)。GLSs、MLSs与LAVImax负相关(P<0.05),相关系数r值为–0.47和–0.57,GLSs、MLSs和LAEI正相关(P<0.05),相关系数r值为0.36和0.43。(2)排空功能参数:HFpEF患者LAEF、LAPEF明显降低,B组LAEF低于A组。LAAEF在A组患者中未明显降低(P>0.05),B组出现明显下降。与对照组相比,A组GLSa和MLSa明显下降,B组进一步降低且BLSa,RLSa也出现下降。GLSa、MLSa、BLSa与LAEF正相关(P<0.05),相关系数分别为0.35、0.39和0.29。

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表3

三组间3D–STE和RT3DE参数比较(±s)

表3

三组间3D–STE和RT3DE参数比较(±s)

参数对照组(18例)A组(19例)B组(24例)
LAVImax(ml/m2)24±629±4a38±3ab
LAVIpc(ml/m2)14±721±5a27±4ab
LAVImin(ml/m2)9.5±314±6a19±7ab
LAEF %62±1154±9a45±8ab
LAEI %157±32112±37a91±26ab
LAPEF %42±1030±9a27±7ab
LAAEF %36±1033±1127±8ab
BLSs %29±825±8a18±7ab
MLSs %45±933±6a23±5ab
RLSs %32±1028±824±9ab
GLSs %35±629±7a21±6ab
BLSa %14±413±411±5a
MLSa %17±512±3a9.5±4ab
RLSa %15±513±712±5a
GLSa %16±312±5a10.8±3ab
LA stiffness index0.18±0.080.35±0.11a0.64±0.10ab

注:LA stiffness index:左房僵硬指数,其他英文缩写见文内;与对照组相比,aP<0.05;与A组相比,bP<0.05

讨论

二维斑点追踪(2D–STE)近年来已用于评估左房形变功能,但受左房复杂解剖结构所限存在较多不足:(1)形变分析局限在心尖四腔、二腔切面;(2)无法追踪心肌真实的跨平面运动;(3)左房分段沿用左室节段划分法,对左房解剖特点考虑不足。本研究应用3D–STE评估HFpEF左房形变功能和,并按解剖特点[9]对左房进行了分层分析,很大程度上克服了二维方法的不足。本研究中80%的研究对象完成左房内膜边界追踪并获取理想应变曲线。受肺静脉开口、左心耳、二尖瓣环等结构影响,部分基底和房顶无法有效追踪,左房中部较少受以上因素影响,经适当手动调整后均可获取理想分析曲线。

HFpEF左房功能变化及意义,心动周期中,左房功能按时相可分为充盈期(储备功能),被动排空期(通道功能))和主动排空期(泵功能)。左房充盈期形变LSs主要受左室收缩牵拉、左房主动松弛和僵硬度的影响[10]。虽然射血分数在正常范围,但Morris等[11]研究发现HFpEF患者左室收缩形变已明显减低。研究入组排除了房颤和明显二尖瓣反流等瓣膜病患者,故E/Ea可较好反映左房充盈压力变化,而GLSs%与左房充盈容量明显相关。因此在既往研究基础上我们引入左房僵硬度的3D–STE无创评估指标:定义为E/Ea与GLSs%的比值。研究结果表明HFpEF患者左房充盈期形变明显减低,形变与左房大小明显负相关,左房明显增大前形变减低以中间部为主,随左房进一步增大,除中部外,基底和房顶部形变功能也出现显著下降。HFpEF左房僵硬度明显增加,随着左房明显增大其变化幅度更加显著。

LAEI是左房充盈期容量变化的评估指标,其大小由LAVImin和LAVImax决定。LAEI减低是舒张功能不全患者左室舒张末压升高(>16 mmHg,1 mmHg=0.133 kPa)的独立预测因子[12]。本研究中,HFpEF患者LAVImin明显增大,变化幅度大于LAVImax,从而引起LAEI减低,这表明HFpEF患者随着左房增大,舒张功能降低和左室充盈压升高更加明显,这也与B组患者E/Ea、Ea、DT等舒张功能评估参数的变化相一致。

左房被动排空发生在左室舒张充盈早期,受左室舒张压、左房顺应性等影响。虽然HFpEF患者LAVImax增大起一定排空代偿作用,但由于舒张功能和左房顺应性的明显减低,LAVIpc增大更加显著,LAPEF出现明显减低。

HFpEF患者左房未明显增大前,反应心房中部主动排空期收缩形变的MLSa已明显减低,此时LAAEF尚未出现明显变化,这提示我们与容量变化参数相比,由于受心房前后负荷影响较少[13],3D–STE应变参数可以更敏感发现HFpEF左房泵功能的变化。左房明显增大的B组患者,舒张功能不全和左房僵硬程度加重,除MLSa、GLSa出现进一步降低外,左房基底和房顶部收缩形变功能和LAAEF也明显下降。

正常组左房充盈、收缩期形变均以中部最为明显,除受心房肌走行和分布影响外,还与房顶和基底部受到肺静脉、左心耳、二尖瓣环等结构的固定和牵拉有关。在左房未明显增大的HFpEF患者,左房充盈和收缩期形变功能降低也以中部为主,并在整体形变功能减低中起主导作用,在心房明显增大后,房顶和基底部形变才出现显著下降,上述结果提示我们在HFpEF病理生理发展过程中,左房中部较早受累出现形变功能减低,类似现象在其他研究中也曾有报道[14]。此外,3D–STE左房中部形变参数的重复性检验结果也最为理想,是左房功能较为理想的评估指标。

本研究应用3D–STE结合RT3DE新方法对HFpEF患者左房功能变化进行了初步评估,样本量较小。由于目前左房功能相关研究在标准制定、方法和技术路线选择上具明显多样性,新方法的应用推广需要更多研究证据的支持。

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