三维定量分析与自动心肌运动定量技术评估慢性肾脏病患者左心室收缩功能的价值

符梦竹; 杨俊华; 李杏

doi:10.3760/cma.j.issn.0376-2491.2019.04.015

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中华医学杂志

• 临床研究 •

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三维定量分析与自动心肌运动定量技术评估慢性肾脏病患者左心室收缩功能的价值

作者及单位信息

出版日期： 2019 -01 -22 ·

DOI： 10.3760/cma.j.issn.0376-2491.2019.04.015

Superiority of three-dimensional quantitative analysis technique and automatic cardiac motion quantification technique in evaluating left ventricular systolic function in patients with chronic kidney disease

Authors Info & Affiliations

Fu Mengzhu

Department of Echocardiography, Wuxi No.2 People′s Hospital, Wuxi 214000, China

Yang Junhua

Li Xing

Published： 2019 -01 -22 ·

DOI： 10.3760/cma.j.issn.0376-2491.2019.04.015

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摘要

目的探讨三维定量分析技术（3DQA）与自动心肌运动定量技术（aCMQ）评估不同分期慢性肾脏病（CKD）患者左心室收缩功能的价值。

方法选取2016年6月至2017年12月入住无锡市第二人民医院肾内科的127例CKD患者，男65例，女62例，年龄（50.99±11.05）岁。分为3组，A组（CKD 1~2期44例）、B组（CKD 3期38例）及C组（CKD 4~5期45例）。同期选取年龄、性别匹配的50名健康人作为对照组。运用aCMQ和3DQA分别获取4组研究对象的左心室各节段及整体长轴应变（GLS）、左心室各节段及整体三维位移，并进行比较分析。

结果左心室各节段长轴应变：与对照组比较，A组有5/17节段、B组有10/17节段、C组所有节段均减低（均 P<0.05）。左心室各节段三维位移：与对照组比较，A组有6/17节段、B组有12/17节段、C组所有节段均减低（均 P<0.05）。左心室整体长轴应变：与对照组比较，A组差异无统计学意义，B组、C组GLS绝对值[（19.82±3.62）%、（16.62±5.48）%比（21.98±4.32）%]均减低（均 P<0.05）。左心室整体三维位移：与对照组比较，A组、B组、C组整体三维位移值[（6.24±0.51）mm、（5.54±0.29）mm、（4.62±0.55）mm比（7.11±0.51）mm]均减低（均 P<0.05）。

结论3DQA与aCMQ均能早期发现CKD患者左心室收缩功能的异常，且3DQA的左心室整体三维位移参数比aCMQ的左心室整体长轴应变参数更敏感。

关键词：超声心动描记术，三维;慢性肾脏病;心室功能，左

ABSTRACT

ObjectiveTo investigate the value of three-dimensional quantitative analysis (3DQA) and automatic cardiac motion quantification (aCMQ) in evaluating the left ventricular systolic function in patients with different stages of chronic kidney disease (CKD).

MethodsA total of 127 cases of CKD patients between June 2016 and December 2017 who were admitted to Department of Nephrology of Wuxi No.2 People′s Hospital were divided into three groups: Group A (44 cases in CKD stage 1 and 2), Group B (38 cases in CKD stage 3) and Group C (45 cases in CKD stage 4 and 5). Another 50 age and sex matched normal controls were selected during the same period. The left ventricular segments and global longitudinal strain (GLS), left ventricular segments and global three-dimensional displacement (3DD) obtained by aCMQ and 3DQA techniques were compared and analyzed.

ResultsCompared with the control group, as for the longitudinal strain (LS) of each segment of left ventricular 5 (17 in all) segments in Group A, 10 segments in Group B and all segments in Group C decreased ( P<0.05). As for the 3DD of each segment of left ventricular, 6 segments in Group A, 12 segments in Group B and all segments in group C decreased ( P<0.05). As for the GLS, there was no statistically significant difference in group A, however, absolute value of GLS in group B and C [(19.82±3.62)%, (16.62±5.48)% vs (21.98±4.32)%] decreased statistically significantly (both P<0.05). As for the left ventricular global 3DD, the global 3DD of group A, group B and group C [(6.24±0.51) mm, (5.54±0.29) mm, (4.62±0.55) mm vs (7.11±0.51) mm] decreased (all P<0.05).

ConclusionsThree-dimensional quantitative analysis and automatic cardiac motion quantification can detect the abnormality of left ventricular systolic function in patients with chronic kidney disease at an early stage. And the global 3DD of left ventricle of 3DQA is more sensitive than the global longitudinal strain of left ventricle of aCMQ.

KEYWORDS： Echocardiography, three-dimensional;Chronic kidney diseases;Ventricular function, left

Corresponding author:Li Xing, Email: mocdef.6ab21612088gnixil

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引用本文

符梦竹,杨俊华,李杏. 三维定量分析与自动心肌运动定量技术评估慢性肾脏病患者左心室收缩功能的价值[J]. 中华医学杂志,2019,99(4)：312-317.

DOI:10.3760/cma.j.issn.0376-2491.2019.04.015

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慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）可引起心脏结构及功能的改变 ^{[
1
,

2
,

3
]}，使心脏收缩功能严重受损。当患者表现为心力衰竭的症状时，往往已经发展为不可逆的心功能损害和心肌重构。因此，早期发现并给予治疗干预，能推迟甚至避免心力衰竭的进展并提高预后。本研究运用三维定量分析技术（three-dimensional quantitative analysis，3DQA）与自动心肌运动定量技术（automated cardiac motion quantification，aCMQ）评估各期CKD患者左心室收缩功能，早期发现收缩功能减低患者，为临床应用打下基础。

对象与方法

1．研究对象：

选取2016年6月至2017年12月入住无锡市第二人民医院肾内科的CKD患者127例，其中男65例，女62例，年龄30~67（50.99±11.05）岁。慢性肾小球肾炎43例，慢性肾病综合征43例，慢性肾盂肾炎30例，其他不明原因者11例。纳入标准：（1）原发病为慢性肾脏病，未进行透析治疗；（2）窦性心律，常规二维超声心动图双平面辛普森（Simpson）法测量左心室射血分数（LVEF）≥50%。排除标准：（1）继发性肾脏病（高血压、糖尿病、系统性红斑狼疮等）；（2）有原发性高血压所致心脏病、冠心病、肥厚型心肌病、风湿性心脏病、先天性心脏病等；（3）中-大量心包积液；（4）严重心律失常；（5）慢性阻塞性肺疾病、肺气肿及肥胖患者；（6）不能自主体位者；（7）图像质量不清晰、不符合定量分析要求。

本研究通过无锡市第二人民医院伦理委员会批准（批件号：20160525），所有被调查者均签署知情同意书。

2．分组：

根据肾脏病饮食改良（modification of diet in renal disease，MDRD）公式 ^{[
4
]}计算估算肾小球滤过率（estimated glomerular filtration rate，eGFR）。eGFR[ml·min ^-1·（1.73 m ²） ^-1]=186×血肌酐 ^-1.154×年龄 ^-0.203×性别系数（男性1.0，女性0.742），公式中血肌酐单位为mg/dl。根据eGFR分成3组，A组：CKD 1~2期患者44例[eGFR≥60 ml·min ^-1·（1.73 m ²） ^-1]，B组：CKD 3期患者38例[eGFR 30~59 ml·min ^-1·（1.73 m ²） ^-1]，C组：CKD 4~5期患者45例[eGFR≤29 ml·min ^-1·（1.73 m ²） ^-1]。选取年龄、性别匹配的健康体检者50名作为对照组，其中男26例，女24例，年龄30~66（51.32±9.34）岁。无心、肺、内分泌、血液、肾脏、恶性肿瘤等慢性病史。4组间年龄和性别构成差异均无统计学意义（均 P>0.05）。

3．仪器、方法及观察指标：

Philips EPIQ 7C彩色多普勒超声诊断仪，X5-1探头，频率1.0~5.0 MHz，配备脱机图像分析软件（QLab10.8.5版本）。患者连接胸导联心电图取左侧卧位，探头先于胸骨旁标准左心室长轴切面测量左心房内径（LAD）、左心室舒张末期内径（LVDd）、室间隔厚度（IVSd）、左心室后壁厚度（LVPWd），应用双平面Simpson法测量LVEF。根据Devereux公式计算出左心室质量（LVM）=1.04×[（LVDd+IVSd+LVPWd） ³－LVDd ³]－13.6，体表面积（BSA）=0.006×身高（cm）+0.012 8×体重（kg），左心室质量指数（LVMI）（g/m ²）=LVM/BSA。再于左心室心尖部采集连续4个心动周期的心尖两腔（AP2）、三腔（AP3）及四腔（AP4）动态图像，接着切换至三维模式采集连续4个心动周期的动态图像，系统会自动生成三维全容积图像，均存储于工作站，运用软件进行脱机分析。记录左心室各节段长轴应变及三维位移，左心室整体长轴应变（GLS）及整体三维位移（图1 ，图2 ）。

图1 左心室17节段长轴应变牛眼图图2 左心室17节段三维位移牛眼图

注：ANT-SEPT：前间隔壁；ANT：前壁；ANT-LAT：前外侧壁；INF-LAT：下（后）外侧壁；INF：下壁；INF-SEPT：下（后）间隔壁

4．统计学处理：

采用SPSS 19.0统计软件分析数据，符合正态分布的计量资料以

± s表示，组间比较采用单因素方差分析，两两比较采用SNK法（Student-Neuman-Keuls）。参数相关性分析采用Pearson线性相关系数。均为双侧检验， P<0.05为差异有统计学意义。

结果

1．一般情况参数比较：

与对照组比较，B组的LAD和LVDd均大于对照组，C组除年龄和LVEF外，均大于对照组（均 P<0.05）。与A组比较，C组LAD、LVDd、LVMI均大于A组（ P<0.05）。与B组比较，C组LVDd、LVMI均大于B组（ P<0.05）。其余各组间差异无统计学意义，各组间年龄和LVEF差异无统计学意义（表1 ）。

指标	对照组( n=50)	A组( n=44)	B组( n=38)	C组( n=45)	F值	P值
年龄（岁)	51.32±9.34	54.85±10.64	52.17±10.67	48.21±12.97	0.677	0.569
LAD(mm)	34.96±5.42	35.14±4.34	38.12±5.91 ^a	41.67±5.46 ^ab	8.665	<0.001
LVDd(mm)	43.72±3.37	45.27±4.39	47.28±2.99 ^a	50.41±6.17 ^abc	6.764	<0.001
IVSd(mm)	8.79±1.20	9.35±0.92	9.81±2.04	10.51±2.64 ^a	4.156	0.009
LVPWd(mm)	8.72±1.09	9.07±1.14	9.81±2.04	10.66±1.77 ^a	4.563	0.009
LVEF(%)	62.57±2.62	61.03±3.86	60.18±3.37	57.95±7.49	2.575	0.060
LVMI(g/m ²)	81.79±11.87	83.68±25.81	94.63±28.7	127.16±39.9 ^abc	7.372	<0.001

表1各组患者年龄及一般参数比较（

± s）

注：LAD：左心房内径；LVDd：左心室舒张末期内径；IVSd：室间隔厚度；LVPWd：左心室后壁厚度；LVEF：左心室射血分数；LVMI：左心室质量指数；与对照组比较， ^a P<0.05；与A组比较， ^b P<0.05；与B组比较， ^c P<0.05

2．aCMQ技术分析结果：

左心室各节段长轴应变上，与对照组比较，A组的后间隔基底、中间段，侧壁基底段，下壁中间段及室间隔心尖段（5/17节段）均低于对照组（均 P<0.05）；B组除前间隔基底、中间段，下壁基底、心尖段，后壁基底、中间段及侧壁中间段外，余各节段（10/17节段）均低于对照组（均 P<0.05）；C组的所有节段均低于对照组（均 P<0.05）。与A组比较，B组前壁中间段低于A组（ P<0.05）；C组下壁基底段，后壁基底、中间段，前壁中间、心尖段，前间隔中间段，侧壁中间、心尖段及左心室心尖部均低于A组（均 P<0.05）。与B组比较，C组后壁中间段，侧壁中间段及前壁心尖段均低于B组（均 P<0.05）。左心室整体长轴应变上，与对照组比较，B组、C组均低于对照组（均 P<0.05）；与A组比较，C组低于A组（ P<0.05），其余各组间差异无统计学意义（表2 ）。

参数		对照组( n=50)	A组( n=44)	B组( n=38)	C组( n=45)	F值	P值
整体应变		-21.98±4.32	-20.12±5.01	-19.82±3.62 ^a	-16.62±5.48 ^ab	6.131	0.016
基底段
	前壁	-20.08±5.62	-18.72±4.32	-17.81±5.31 ^a	-15.09±4.29 ^a	5.810	0.021
	前间隔	-21.59±4.09	-18.76±3.65	-18.59±4.02	-16.05±4.96 ^a	4.589	0.035
	后间隔	-20.73±5.07	-17.28±4.68 ^a	-16.09±4.78 ^a	-15.39±4.86 ^a	17.846	<0.001
	下壁	-21.08±3.36	-19.53±4.76	-18.62±3.59	-15.72±3.64 ^ab	5.054	0.028
	后壁	-21.05±2.67	-20.39±3.69	-18.87±3.35	-15.77±4.25 ^ab	4.987	0.030
	侧壁	-19.91±3.04	-17.78±5.16 ^a	-17.09±3.61 ^a	-14.98±4.58 ^a	18.060	<0.001
中间段
	前壁	-21.09±4.78	-20.82±4.88	-18.05±5.01 ^ab	-15.88±3.75 ^ab	21.721	<0.001
	前间隔	-22.78±3.78	-20.17±3.88	-18.85±5.36	-16.59±4.57 ^ab	4.863	0.032
	后间隔	-22.21±3.81	-18.05±5.29 ^a	-17.82±5.33 ^a	-16.58±3.85 ^a	17.753	<0.001
	下壁	-22.98±4.58	-20.40±3.62 ^a	-18.68±4.85 ^a	-16.69±3.81 ^a	16.548	<0.001
	后壁	-23.18±3.03	-21.49±3.23	-20.86±2.47	-16.49±4.02 ^abc	13.548	<0.001
	侧壁	-21.54±4.21	-20.44±3.49	-19.31±3.27	-16.22±3.75 ^abc	12.549	<0.001
心尖段
	前壁	-23.50±4.68	-21.06±4.34	-19.48±3.76 ^a	-16.02±5.35 ^abc	22.491	<0.001
	室间隔	-24.55±5.53	-21.75±4.66 ^a	-20.33±4.46 ^a	-18.66±4.52 ^a	16.892	<0.001
	下壁	-23.08±2.33	-21.29±4.02	-20.79±3.73	-18.65±4.82 ^a	4.163	0.038
	侧壁	-22.21±4.09	-21.93±3.97	-19.51±2.68 ^a	-17.39±3.98 ^ab	10.290	<0.001
左心室心尖部		-24.22±4.18	-22.65±4.21	-20.84±3.78 ^a	-18.12±3.49 ^ab	11.028	<0.001

表2各组患者左心室收缩期整体及各节段长轴应变参数比较（

± s，%）

注：与对照组比较， ^a P<0.05；与A组比较， ^b P<0.05；与B组比较， ^c P<0.05

3．3DQA技术分析结果：

左心室各节段三维位移上，与对照组比较，A组的下壁基底、心尖段，后间隔中间段，室间隔心尖段，侧壁心尖段及左心室心尖部（6/17节段）均低于对照组（均 P<0.05）；B组除后壁基底、中间段，侧壁基底、中间段及前间隔中间段外，余各节段（12/17节段）均低于对照组（均 P<0.05）；C组的所有节段均低于对照组（均 P<0.05）。与A组比较，B组后间隔基底段及下壁中间段均低于A组（均 P<0.05）；C组除前壁基底段、前间隔基底段、下壁基底段、后间隔中间段、室间隔心尖段及侧壁心尖段外，余各节段均低于A组（均 P<0.05）。与B组比较，C组后壁基底、中间段及侧壁基底、中间段均低于B组（均 P<0.05）。其中心尖段及左心室心尖部减低最敏感，与对照组比较，A组4/5节段、B组和C组全部节段均低于对照组（均 P<0.05）。左心室整体三维位移上，与对照组比较，A组、B组和C组均低于对照组（均 P<0.05）；与A组比较，B组和C组均低于A组（均 P<0.05），与B组比较，C组低于B组（ P<0.05）。其余各组间差异无统计学意义（表3 ）。

参数		对照组( n=50)	A组( n=44)	B组( n=38)	C组( n=45)	F值	P值
整体位移		7.11±0.51	6.24±0.51 ^a	5.54±0.29 ^ab	4.62±0.55 ^abc	27.622	<0.001
基底段
	前壁	8.52±3.03	6.99±1.82	5.77±2.58 ^a	5.43±2.32 ^a	4.890	0.037
	前间隔	8.10±2.48	7.08±2.69	5.69±2.25 ^a	5.64±2.34 ^a	4.775	0.039
	后间隔	7.47±2.08	6.48±2.48	5.09±2.06 ^ab	4.81±1.69 ^ab	9.909	<0.001
	下壁	7.83±2.33	6.29±2.08 ^a	5.53±1.71 ^a	4.77±2.01 ^a	6.594	0.029
	后壁	8.06±2.15	7.15±2.19	6.97±1.77	4.81±1.68 ^abc	15.063	<0.001
	侧壁	8.21±2.47	7.61±2.21	7.41±2.39	4.85±1.65 ^abc	10.281	<0.001
中间段
	前壁	6.86±2.65	6.12±2.63	5.09±2.17 ^a	4.33±1.81 ^ab	8.306	0.013
	前间隔	7.39±2.59	7.34±2.01	5.63±2.93	4.89±2.51 ^ab	4.992	0.036
	后间隔	6.41±1.65	4.83±1.71 ^a	4.34±1.21 ^a	4.08±1.42 ^a	7.068	0.025
	下壁	7.65±2.57	6.66±2.98	4.67±2.18 ^ab	4.46±2.27 ^ab	9.589	<0.001
	后壁	8.05±2.07	7.39±3.02	6.21±2.88	4.31±2.26 ^abc	13.056	<0.001
	侧壁	7.94±1.78	7.85±2.93	7.19±2.41	5.01±1.93 ^abc	8.690	<0.001
心尖段
	前壁	6.72±1.87	5.67±1.93	4.21±1.59 ^a	4.11±1.81 ^ab	10.218	<0.001
	室间隔	6.01±2.22	4.01±2.04 ^a	3.41±1.53 ^a	3.36±1.59 ^a	8.253	0.014
	下壁	7.15±2.51	5.19±2.73 ^a	4.71±2.38 ^a	3.71±1.82 ^ab	9.833	<0.001
	侧壁	7.59±2.03	5.51±2.28 ^a	4.76±1.71 ^a	4.23±1.86 ^a	8.928	<0.001
左心室心尖部		6.71±1.01	5.24±1.82 ^a	4.64±1.51 ^a	3.55±1.45 ^ab	9.735	<0.001

表3各组患者左心室整体及各节段三维位移参数比较（ ± s，mm）

注：与对照组比较， ^a P<0.05；与A组比较， ^b P<0.05；与B组比较， ^c P<0.05

4．相关性分析：

GLS与eGFR呈负相关（ r=-0.617， P<0.001），整体三维位移与eGFR呈正相关（ r=0.697， P<0.001）。

讨论

aCMQ利用二维斑点追踪技术（2D-STI）计算感兴趣区域内各个节段心肌的应变值，对节段性运动异常的心肌组织非常敏感且准确。3DQA技术建立在三维斑点追踪技术基础上，克服了2D-STI跨平面失追踪现象 ^{[
5
]}。国内外均有多项动物实验及体内外研究证实，其可以准确测量心室的容积，对左心室的收缩功能进行定量分析，与心脏核磁共振技术相关性良好 ^{[
6
,

7
,

8
]}。

本研究中，CKD不同分期患者一般情况参数比较显示，CKD 3期患者LAD和LVDd大于对照组；CKD 4~5期除年龄和LVEF外，均大于对照组，LAD、LVDd、LVMI大于CKD 1~2期，LVDd、LVMI大于CKD 3期。表明随着肾功能的逐渐恶化，患者的心脏容量负荷和后负荷逐渐加重，造成了心房心室重构，表现为心房心室腔增大，左心室壁增厚，左心室质量增加。

在CKD早期（CKD 1~2期），肾功能尚处于代偿阶段，各种神经、体液的作用及代谢毒物的蓄积还不明显，心肌受损不严重，心功能尚可代偿。患者左心室整体长轴应变并无明显差异，而整体三维位移已有变化。长轴应变参数CKD 1~2期5/17节段、CKD 3期10/17节段、CKD 4~5期全部节段较对照组减低。三维位移参数CKD 1~2期6/17节段、CKD 3期12/17节段、CKD 4~5期全部节段较对照组减低，其中心尖段及左心室心尖部CKD 1~2期4/5节段、CKD 3期全部、CKD 4~5期全部较对照组减低。然而各组LVEF均在正常范围内，且差异无统计学意义，这些数据均可说明二维应变技术及三维位移技术尤其心尖段的位移可以较LVEF更早期、敏感地发现CKD患者左心室收缩功能的异常。其中左心室GLS与整体三维位移是早期敏感指标，且整体三维位移比左心室GLS更敏感。这可能是由于LVEF易受到心肌收缩前、后负荷以及心肌本身的收缩能力等因素的影响，所以敏感性不高所致，与既往研究相符。Decloedt等 ^{[
9
]}研究认为，心肌长轴应变是心肌组织收缩功能早期受损的敏感指标，往往出现在常规超声诊断出现参数异常之前。常规超声之所以没有检测出异常是因为径向运动的增厚弥补了纵向运动的减低。横向测量应变的软件之间变异度的研究显示，在纵向、径向及环形应变中，观察者内部以及观察者间以长轴应变可重复性最好，环形应变欠佳，径向应变最差 ^{[
10
,

11
]}。综上所述，长轴应变相比环形和径向应变，其与临床病变的相关性较高。临床中，左心室的扭转与收缩功能关系紧密 ^{[
12
]}，特别是心尖部运动，其收缩与舒张使左心室的压力发生改变，从而顺利完成左心室射血过程 ^{[
13
]}。心脏的空间扭转运动产生了三维位移，Joyce等 ^{[
14
]}的研究显示，左心室心尖旋转运动对心脏扭转角度和运动幅度起到重要作用，基底的影响较小，心尖组织心肌缺血时左心室扭转角度减小，射血动力减弱，LVEF减低。因此，左心室心尖段的三维位移相比左心室基底段的三维位移与临床病变的相关性更高。

本研究中，CKD患者GLS与eGFR呈负相关（ r=-0.617， P<0.001），整体三维位移与eGFR呈正相关（ r=0.697， P<0.001）。说明随着eGFR的下降，患者GLS的绝对值与整体三维位移逐渐减低，整体收缩功能逐渐下降。国外已有学者证明肾功能不全是充血性心力衰竭患者死亡的独立危险因素，而应用肾小球滤过率（GFR）可以预测心力衰竭患者的生存率。这些研究与本研究均说明，CKD患者在疾病发展进程中，患者心功能降低与肾小球滤过率的下降有明显的相关性。

综上所述，aCMQ与3DQA技术通过定量评价不同分期CKD患者左心室收缩功能，能早期发现CKD患者的心肌损害，可作为临床评价CKD患者病情的量化手段。

摘要
对象与方法
结果
讨论
参考文献

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备注信息

通信作者：李杏，Email： mocdef.6ab21612088gnixil

利益冲突

所有作者均声明不存在利益冲突

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