三維斑點追蹤成像評價腹膜透析患者左心室收縮功能及同步性

劉暢，范莉，顏紫寧，黃俊，宋香廷，崔靈

南京醫(yī)科大學附屬常州第二人民醫(yī)院心超室，江蘇常州 213003； *通訊作者 范莉 1119786518@qq.com

尿毒癥患者常見的死亡原因是心血管事件，約40%～50%的尿毒癥患者死于心血管并發(fā)癥[1]。腹膜透析（peritoneal dialysis，PD）作為尿毒癥患者腎臟替代治療明顯延長了患者的生存期，但未降低心血管事件的發(fā)生率[2]。相關研究表明，死于心血管事件的尿毒癥患者仍占透析患者總死亡人數(shù)的50%[3]，因此，采用有效的方法識別PD患者早期心功能變化具有重要意義。三維斑點追蹤成像（three-dimensional speckle tracking imaging，3D-STI）是在二維斑點追蹤成像（two-dimensional speckle tracking imaging，2D-STI）的基礎上結合實時三維超聲心動圖分析左心室心肌的變形性，準確、無創(chuàng)、無角度依賴性，能反映整體和局部心肌功能[4]。本研究擬探討應用3D-STI 評價PD患者左心室收縮功能及同步性的價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象 選擇2018年9月—2019年6月于常州市第二人民醫(yī)院腎內科就診的因尿毒癥行PD患者34例，男20例，女14例；年齡24～79歲，平均（53±13）歲。同時選取35例年齡、性別相匹配的健康志愿者作為對照組，其中男22例，女13例；年齡23～77歲，平均（50±14）歲。測量各受試者的體重指數(shù)。尿毒癥原發(fā)病：腎小球腎炎20例，糖尿病腎病6例，高血壓腎小動脈硬化3例，多囊腎2例，原因不明3例。納入標準：①左心室射血分數(shù)均≥50%；②所有患者PD治療時間為11～35個月。PD患者排除先天性心臟病、瓣膜性心臟病、心肌病等，且圖像質量均較好，無明顯心包積液，無心律失常、肺動脈高壓等病史。對照組均排除高血壓、糖尿病、心臟病及肝、腎功能異常。所有體格檢查、心電圖、X線檢查及超聲心動圖檢查均正常。本研究經南京醫(yī)科大學附屬常州第二人民醫(yī)院倫理委員會批準[倫理批準編號（2019）KY023-01]，受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE vivid E9 超聲診斷儀，使用M5S 及3V型矩陣探頭，頻率分別為1.5～4.5 MHz、1.5～4.0 MHz。配備有Tomtec 與EchoPac 離線工作站。

1.2.1 常規(guī)超聲心動圖參數(shù)測量 連接心電圖，受試者取左側臥位，利用M型超聲心動圖測量舒張末期室間隔厚度（interventricular septal thickness at enddiastole，IVSd）、舒張末期左心室后壁厚度（left ventricular posterior wall thickness at end-diastole，LVPWd）、左心室舒張末期內徑（left ventricular internal diameter at end-diastole，LVIDd）、左心室收縮末期內徑（left ventricular internal diameter at endsystole，LVIDs）、左心房內徑（left atrial diameter，LAD）。所有數(shù)據測量3次取平均值，根據公式（1）～（3）計算左心室質量指數(shù)（left ventricular mass index，LVMI）。

1.2.2 2D-STI數(shù)據測量 使用M5S型探頭，待心電圖平穩(wěn)后采集受試者3個連續(xù)心動周期的兩腔心、三腔心、四腔心切面，導入EchoPac 二維斑點追蹤分析軟件，先在心尖三腔心切面勾畫出左心室心內膜，然后軟件自動描繪包含左心室心肌的感興趣區(qū)，手動調整心內膜及心外膜的曲線與左心室壁相匹配，系統(tǒng)根據心電圖自動選擇主動脈瓣關閉時間點，并自動生成各節(jié)段的應變值。以同樣方法依次對心尖四腔心、兩腔心圖像進行分析后，得到左心室二維整體縱向應變（two-dimensional global longitudinal strain，2DGLS）。

1.2.3 3D-STI 數(shù)據測量 使用3V型矩陣探頭，待心電圖平穩(wěn)后將探頭放置于患者心尖部，點擊4D 按鈕，待圖像清晰后囑受試者屏住呼吸，連續(xù)存儲3個心動周期的“金字塔”形三維超聲圖像，并將其導入Tomtec工作站內進行分析。進入4D LV function 3.1 板塊后，軟件自動選定收縮與舒張期，在四腔心、兩腔心及三腔心切面上標注好二尖瓣兩側瓣環(huán)及心尖位置后，軟件自動跟蹤全心動周期心內膜位置，手動調整跟蹤不良處，點擊分析按鈕，計算機自動生成三維左心室整體面積應變（three-dimensional global area strain，3DGAS）、三維整體縱向應變（three-dimensional global longitudinal strain，3DGLS）、三維整體環(huán)向應變（threedimensional global circumferential strain，3DGCS）、三維整體徑向應變（three-dimensional global radial strain，3DGRS）和三維左心室射血分數(shù)（threedimensional left ventricular ejection fraction，3DLVEF），并生成16節(jié)段左心室三維應變-時間曲線，獲得16節(jié)段左心室三維縱向峰值應變（three-dimensional longitudinal strain，3DLS）及牛眼圖，另外點擊TTP選項，軟件自動生成左心室16節(jié)段縱向應變達峰時間（time to peak longitudinal strain，TTP）及其牛眼圖，根據16節(jié)段TTP 計算左心室三維縱向應變達峰時間標準差（Tls-16SD-3D）[5]。

1.3 統(tǒng)計學方法 采用SPSS 22.0 軟件，計量資料以±s表示，所有計量資料數(shù)據經檢驗評估均呈正態(tài)分布，采用獨立樣本t檢驗。使用受試者工作特征（ROC）曲線分析PD患者左心室2DGLS、3DGLS 的測量值，確定兩組應變值的曲線下面積（AUC）及最佳分界值，并得到敏感度及特異度。采用盲法隨機抽取20例受檢者，對左心室應變及同步性相關參數(shù)進行重復性檢驗，分別由同一觀察者及不同觀察者間隔1 周對圖像再次進行分析，并采用組內相關系數(shù)（ICC）對數(shù)據進行檢驗，ICC>0.75表示數(shù)據可重復性較好。以P<0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 一般情況 PD組收縮壓、舒張壓、血肌酐值均高于對照組（P<0.01），兩組年齡、性別、心率和體重指數(shù)比較，差異均無統(tǒng)計學意義（P>0.05，表1）。

表1 PD組與對照組一般資料比較（±s）

表1 PD組與對照組一般資料比較（±s）

注：PD為腹膜透析

分組例數(shù)年齡(歲)體重指數(shù)(kg/m2)心率(次/min)收縮壓(mmHg)舒張壓(mmHg)血肌酐(μmol/L)PD組 34 53±13 23.2±2.1 77.8±9.6 149.6±17.0 93.8±11.2 860.4±191.4 60.9±9.9 t值 0.987 1.742 1.833 7.462 5.892 24.331對照組35 50±14 22.3±2.1 73.3±10.5 126.4±6.5 80.9±6.3 P值0.327 0.086 0.071＜0.001＜0.001＜0.001

2.2 兩組常規(guī)超聲心動圖及2D-STI 和3D-STI 應變參數(shù) PD組LVIDd、LVIDs、IVSd、LVPWd、LAD、LVMI 均明顯高于對照組（P均<0.05），2DGLS、3DGLS、3DGAS值均小于對照組（P<0.05），兩組3DGRS、3DGCS、3DLVEF 差異無統(tǒng)計學意義（P>0.05，表2、圖1）。

表2 兩組常規(guī)超聲心動圖及2D-STI 和3D-STI 應變參數(shù)比較（±s）

表2 兩組常規(guī)超聲心動圖及2D-STI 和3D-STI 應變參數(shù)比較（±s）

注：LVIDd 為左心室舒張末期內徑，LVIDs 為左心室收縮末期內徑，IVSd 為舒張末期室間隔厚度，LVPWd 為舒張末期左心室后壁厚度，LAD 為左心房內徑，LVMI 為左心室質量指數(shù)，2DGLS 為二維整體縱向應變，3DGLS 為三維整體縱向應變，3DGAS為三維整體面積應變，3DGCS 為三維整體環(huán)向應變，3DGRS 為三維整體徑向應變，3DLVEF 為三維左心室射血分數(shù)

分組例數(shù)LVIDd（mm）LVIDs（mm）IVSd（mm）LVPWd（mm）LAD（mm）LVMI（g/m2）PD組 34 53.56±6.13 37.65±5.55 12.01±1.76 11.65±1.57 43.38±5.29 57.59±9.11 32.60±3.82 t值 5.550 5.193 6.312 7.190 7.177 14.777對照組35 47.06±3.07 32.11±2.84 9.77±1.09 9.43±0.88 35.86±3.12 P值＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001分組2DGLS（%）3DGLS（%）3DGAS（%）3DGCS（%）3DGRS（%）3DLVEF（%）PD組-15.05±3.77-12.61±4.32-22.75±6.31-26.31±7.22 33.97±6.02 58.14±5.16對照組-20.51±3.06-19.47±2.92-28.16±5.26-28.64±5.25 36.16±3.21 60.01±4.01 t值6.619 7.713 3.870 1.536-1.872-1.694 P值＜0.001＜0.001＜0.001 0.131 0.063 0.096

圖1 對照組3DGLS（A）、3DGAS（B）與PD組3DGLS（C）、3DGAS（D）曲線及牛眼圖

2.3 左心室同步性參數(shù) 對照組TTP 牛眼圖顏色為均勻一致的粉色，而PD組牛眼圖顏色雜亂，出現(xiàn)紅色及藍色（圖2），表明其左心室收縮同步性較差。PD組左心室16節(jié)段TTP 均高于對照組，且大部分節(jié)段出現(xiàn)達峰時間延遲（P<0.05，表3），PD患者Tls-16SD-3D 為25～91（55.50±16.58）ms，明顯高于對照組的15～52（28.29±9.14）ms，差異有統(tǒng)計學意義（t=8.473，P<0.05）。

圖2 對照組（A）與PD組（B）左心室縱向應變達峰時間牛眼圖

表3 PD組與對照組左心室16節(jié)段縱向應變達峰時間比較（ms，±s）

表3 PD組與對照組左心室16節(jié)段縱向應變達峰時間比較（ms，±s）

節(jié)段PD組（n=34）對照組（n=35）t值P值基底段前間隔413±93 374±55 2.185 0.032前壁423±82 373±52 2.863 0.006側壁450±72 382±58 4.333＜0.001后壁403±55 378±50 2.044 0.045下壁393±55 366±32 2.438 0.017間隔388±71 377±51-0.430 0.669中間段前間隔374±55 362±43-0.680 0.499前壁402±81 359±38 2.851 0.006側壁430±67 365±37 4.925＜0.001后壁400±50 365±40 3.198 0.002下壁380±47 361±29 2.230 0.028間隔367±51 359±32-1.699 0.094心尖段前壁388±59 364±32 2.051 0.044側壁384±58 368±34 1.454 0.151下壁396±60 357±29 3.333 0.001間隔369±45 361±33-0.900 0.372

2.4 ROC曲線分析 2DGLS、3DGLS 診斷PD患者左心室收縮功能異常的檢驗效能見圖3及表4。

圖3 2DGLS、3DGLS 預測PD患者左心室收縮功能異常的ROC曲線

2.5 重復性檢驗 應變參數(shù)2DGLS、3DGLS、3DGAS、3DGCS、3DGRS 及同步性參數(shù)Tls-16SD-3D 的觀察者間差異ICC=0.91、0.88、0.90、0.82、0.90、0.92，觀察者內差異ICC=0.87、0.93、0.91、0.88、0.81、0.88。

3 討論

尿毒癥患者最重要的死因是心血管疾病，長期有效的PD 雖然可以通過改善機體水鈉失衡、清除代謝產物提高患者的生活質量，但并未明顯降低患者的病死率[6]，因此對PD患者左心室功能進行評價，及早發(fā)現(xiàn)心功能異常對臨床治療具有重要意義。

本研究中PD患者的LVEF 略低于對照組，但差異無統(tǒng)計學意義，而PD患者LVIDd、LVIDs、IVSd、LVPWd、LAD 和LVMI 明顯高于對照組，表明盡管PD患者的左心室整體功能尚未受損，但存在左心室重構。Chen 等[7]研究認為，LVEF 反映了左心室所有節(jié)段收縮功能的總和，局部室壁運動受損可能不會降低LVEF值，除非涉及多個節(jié)段[7]。尿毒癥患者長期存在左心室前、后負荷增高，雖然PD 可以緩解癥狀，但水鈉潴留及電解質紊亂等因素無法徹底消除，使左心室代償性肥厚以維持正常的左心室收縮功能。

表4 2DGLS、3DGLS 診斷PD患者左心室收縮功能異常準確性的ROC曲線分析

2D-STI 是以二維超聲心動圖為基礎，通過追蹤每個心肌斑點的運動軌跡，得到心肌形變指標2DGLS，其克服了組織多普勒技術中的角度依賴性，可用于評價心肌主動收縮力。近年隨著三維超聲圖像時空分辨率的提高，3D-STI 更加成熟，多項研究表明，該技術已成為定量評估左心室整體與局部收縮功能較可靠的方法。通過3D-STI 分析PD患者左心室縱向、圓周、徑向、面積應變后發(fā)現(xiàn)，各三維應變值不同程度地減低，而且GLS、GAS 減低更明顯，行PD 的尿毒癥患者由于貧血、繼發(fā)性甲狀旁腺功能亢進等因素使容量負荷增加，導致左心室肥厚及纖維化[8]，另外慢性高血壓也可引起心肌細胞肥大和間質成纖維細胞增殖[9-10]，損害PD患者的左心功能，左心室肥厚降低了心肌毛細血管的長度及密度，從而減少了心肌的血供，而心內膜下心肌較中層心肌、心外膜下心肌承受的壓力大，對能量的需求更高，對心肌缺血等病理改變更加敏感[11]。左心室心肌主要是由縱向、斜行及環(huán)形心肌構成，心內膜下心肌主要為縱向心肌，該心肌帶受損主要影響左心室縱向應變，有研究認為左心室心肌的運動是一個復雜的過程[12]，其收縮運動主要依靠縱向心肌帶來的長軸方向上的運動，而且縱向心肌纖維通常在心肌病變中首先受累[5]。面積應變是GLS、GCS 及GRS 的全矢量之和，當其中任意一個值減低甚至這些值均未發(fā)生明顯改變時，GAS 即可以出現(xiàn)明顯的變化[13]，可以真實、全面地反映左心室壁的運動。本研究發(fā)現(xiàn)，PD患者3DGAS值較對照組明顯減低，而3DGCS、3DGRS 較對照組無明顯改變，因此推測3DGAS 可較早地診斷PD患者左心室收縮功能減低，且對臨床診療有指導作用。

由于體內代謝產物及炎癥因子的積累[14]，PD患者的心肌損害可能會進一步加重，具體表現(xiàn)為心肌收縮幅度下降，收縮延遲且不同步。本研究發(fā)現(xiàn)，PD患者與對照組相比左心室各節(jié)段達峰時間均延長，且大部分節(jié)段差異有統(tǒng)計學意義，Tls-16SD-3D 也顯著升高，由于PD患者常合并冠狀動脈內鈣化，引起局部心肌損傷，造成各節(jié)段TTP 不均勻延遲[15]。另外，左心室負荷過重，為了保證機體足夠的供血，左心室依靠延長收縮時間進行代償[16]。最后由于左心室心肌的重構[17]，心肌電生理特性也發(fā)生改變，如心肌細胞自律性增高、動作電位不穩(wěn)定性增高，心肌電生理的傳導阻滯發(fā)生，導致心肌興奮-收縮偶聯(lián)機制失調，左心室收縮同步性下降[18-19]。

通過ROC曲線對2D-STI 與3D-STI 分別得到的GLS值進行效能分析發(fā)現(xiàn)，3DGLS 的曲線下面積大于2DGLS，說明3DGLS 在診斷PD患者左心室收縮功能異常時較2DGLS 更有價值。由于2D-STI 不能在同一個心動周期內采集左心室的全部圖像，其得到的左心室心肌形變的信息不夠完善。另外2D-STI 反映心肌在二維平面上的運動，對于衡量心肌在三維空間的運動時存在“跨平面失追蹤”的不足。而3D-STI 不依賴于心臟幾何學假設，可更真實地反映心肌在同一心動周期內各個方向上的空間運動，從而更加準確地評估左心室整體及局部收縮功能，其準確性和可重復性優(yōu)于2D-STI[20]。

本研究的局限性：①本研究為單中心研究，樣本量較少，故未對PD患者進一步分組。②2D-STI 與3D-STI 分別使用不同公司的分析軟件，不同軟件分析結果的同一性有待進一步探討。③3D-STI 對圖像質量要求較高，若研究對象二維圖像質量不佳或心律不齊均會造成圖像拼接錯誤，影響軟件的分析。

總之，盡管PD 可以改善尿毒癥患者的腎功能，并延長生存期，但隨著透析時間的延長，患者發(fā)生心血管事件的風險增高。盡管PD患者LVEF 正常，但利用3D-STI 得到的3DGLS與3DGAS 均降低，另外反映左心室同步性的TTP值也明顯升高。與傳統(tǒng)超聲心動圖相比，斑點追蹤成像能早期發(fā)現(xiàn)PD患者左心室收縮功能及同步性異常；與2D-STI 相比，3D-STI可以更敏感地檢測出左心室心肌應變的改變，從而幫助臨床醫(yī)師及早對癥治療。