实时三维斑点追踪成像评价不同程度冠状动脉狭窄左心室局部舒张功能

Assessment of Left Ventricular Regional Diastolic Function in Different Degrees of Coronary Stenosis by Three-dimensional Speckle Tracking Imaging

薛　娜1　XUE Na刘　昕2　LIU Xin



实时三维斑点追踪成像评价不同程度冠状动脉狭窄左心室局部舒张功能

Assessment of Left Ventricular Regional Diastolic Function in Different Degrees of Coronary Stenosis by Three-dimensional Speckle Tracking Imaging

薛娜1XUE Na
刘昕2LIU Xin

【摘要】目的 应用实时三维斑点追踪成像（RT3D-STI）技术对无节段性室壁运动异常的冠心病患者左心室局部舒张功能进行研究，探讨RT3D-STI诊断早期冠心病的价值。资料与方法疑诊为冠心病的140例患者共420支冠状动脉主要分支，根据冠状动脉造影结果分为无冠状动脉狭窄组101支、轻度冠状动脉狭窄组（冠状动脉狭窄<50%）112支、中度冠状动脉狭窄组（冠状动脉狭窄50%~75%）95支、重度冠状动脉狭窄组（冠状动脉狭窄>75%）112支。经胸采集三维全容积图像，计算各方向应变显像舒张指数（SI-DI），分析其对冠心病的诊断价值。结果轻度冠状动脉狭窄组面积SI-DI、纵向SI-DI、径向SI-DI均低于无冠状动脉狭窄组（P<0.05）；中度冠状动脉狭窄组纵向SI-DI、面积SI-DI、径向SI-DI及圆周SI-DI均低于无冠状动脉狭窄组（P<0.05），面积SI-DI、纵向SI-DI及圆周SI-DI均低于轻度冠状动脉狭窄组（P<0.05）；重度冠状动脉狭窄组纵向SI-DI、面积SI-DI、径向SI-DI及圆周SI-DI均低于无冠状动脉狭窄组及轻度冠状动脉狭窄组（P<0.05），面积SI-DI、纵向SI-DI、径向SI-DI均低于中度冠状动脉狭窄组（P<0.05）。ROC曲线显示纵向SI-DI的灵敏度最高，为84.0%；面积SI-DI的特异度最高，为78.9%。结论RT3D-STI对早期发现及诊断冠心病有重要意义，冠状动脉供血区局部舒张功能减低早于收缩功能减低，舒张功能对心肌缺血更敏感，SI-DI可以在一定程度上反映冠状动脉的狭窄程度。

【关键词】冠心病；冠状动脉狭窄；超声心动描记术，三维；斑点追踪成像；心室功能，左

论著Original Research

作者单位

1. 承德医学院研究生学院河北承德067000

2. 保定市第一中心医院超声科 河北保定071000

Department of Ultrasonography, the First Central Hospital of Baoding, Baoding

071000, China

Address Correspondence to: LIU Xin

E-mail: lxlx001@126.com

R543.3；R445.1

修回日期：2015-10-23

中国医学影像学杂志

2016年 第24卷1期：19-23

常规超声心动图诊断冠心病主要依赖于节段性室壁运动异常，但只有大面积的透壁性心肌梗死才会有室壁运动异常的表现，因此常规超声心动图对冠心病的诊断有一定的局限性[1]。斑点追踪成像（speckle tracking imaging，STI）是评价左心室功能和心肌缺血的一种新方法[1]，而实时三维斑点追踪成像（real-time three-dimensional speckle tracking imaging，RT3D-STI）的所有应变均在三维全容积状态下跟踪，从而能够更准确地反映心肌在各个方向上的运动功能[2]。本研究通过RT3D-STI技术定量评价不同程度冠状动脉狭窄供血心肌舒张功能的改变，为早期诊断冠心病及预测冠状动脉狭窄程度提供可靠的依据。

1　资料与方法

1.1研究对象选择2014年11月—2015年7月保定市第一中心医院疑诊为冠心病并行冠状动脉造影（CAG）的140例患者共420支冠状动脉主要分支，其中男88例，女52例；年龄39~72岁，平均（60.22±10.14）岁。所有患者行CAG前24 h内均行常规超声心动图检查，未见明显节段性室壁运动异常，且左心室射血分数>50%。排除陈旧性心肌梗死、心肌病、先天性心脏病、心脏瓣膜病、严重心律失常、心脏血运重建史、CAG结果显示有侧支形成及所有心内膜显示不清者。根据CAG结果分为无冠状动脉狭窄组101支、轻度冠状动脉狭窄组（冠状动脉狭窄<50%）112支、中度冠状动脉狭窄组（冠状动脉狭窄50%~75%）95支、重度冠状动脉狭窄组（冠状动脉狭窄>75%）112支。

1.2仪器与方法采用GE Vivid E 9彩色多普勒超声诊断仪，4V全容积探头，频率1.5~4.0 MHz。患者取左侧卧位，同步连接心电图，获得二维图像，调节图像至显像清晰、完整的心尖四腔心后转换至4D模式，嘱患者呼气末屏气，采集连续6个稳定心动周期的三维动态全容积图像并存储，帧频≥40帧/秒。

应用4D Auto LVQ软件分析图像，根据心尖二腔心切面、心尖三腔心切面及心尖四腔心切面手动选取二尖瓣环中点和心尖处心内膜顶点，软件将自动描记出心外膜和心内膜界线并识别左心室舒张末期及收缩末期，如果界限标记不满意，可以手动调整。软件自动计算三维常规参数、左心室心肌纵向、面积、径向及圆周向17节段牛眼图及应变-时间曲线，根据美国心脏病学会建议的标准化左心室节段划分[3]，将不同冠状动脉供血的心肌分为17个节段，其中前降支供血心肌为7个节段，回旋支供血心肌为5个节段，右冠状动脉供血心肌为5个节段。根据牛眼图及应变-时间曲线测得各冠状动脉供血区心肌节段的收缩末期应变（A），舒张期前1/3点时的应变（B），根据公式（1）计算各冠状动脉供血区心肌的纵向、面积、径向、圆周应变显像舒张指数（strain imaging diastolic index，SI-DI）。

1.3重复性检验随机抽取15例患者的三维超声图像，由医师重复测量2次进行重复性检验[4]。

1.4统计学方法采用SPSS 20.0软件，4组患者的三维应变参数比较采用单因素方差分析，两两比较采用LSD法；以组内相关系数进行重复性检验；绘制各方向SI-DI的受试者操作特征（ROC）曲线，分析各参数的诊断效能，P<0.05表示差异有统计学意义。

2　结果

2.1三维常规参数140例患者左心室射血分数为（63.33±8.87）%，心率为（63.00±8.87）次/分，左心室舒张末期容积为（89.86±16.35）ml，左心室收缩末期容积为（32.90±7.43）ml，搏出量为（56.86±11.50）ml，心输出量为（3.61±0.82）L。

2.2不同冠状动脉心肌节段4组患者CAG结果及不同冠状动脉心肌节段见表1。

表1　4组患者CAG结果及不同冠状动脉心肌节段（支/心肌节段数）

2.3不同狭窄程度冠状动脉供血区三维应变参数比较随着冠状动脉狭窄程度加重，其供血区的面积SIDI、纵向SI-DI、径向SI-DI、圆周SI-DI、纵向应变（longitudinal strain，LS）、面积应变（area strain，AS）、径向应变（radial strain，RS）及圆周应变（circumferential strain，CS）大体呈减低趋势。轻度冠状动脉狭窄组面积SI-DI、纵向SI-DI、径向SI-DI均低于无冠状动脉狭窄组，差异有统计学意义（t=3.249、3.637、2.195，P<0.05）；中度冠状动脉狭窄组LS、AS、面积SI-DI、纵向SI-DI、径向SI-DI及圆周SI-DI均低于无冠状动脉狭窄组，差异有统计学意义（t=2.903、2.909、6.199、5.498、3.192、3.639，P<0.05），AS、面积SI-DI、纵向SI-DI及圆周SI-DI低于轻度冠状动脉狭窄组，差异有统计学意义（t=2.153、3.235、2.136、2.088，P<0.05）；重度冠状动脉狭窄组AS、LS、RS、CS、面积SI-DI、纵向SI-DI、径向SI-DI及圆周SI-DI均低于无冠状动脉狭窄组，差异有统计学意义（t=4.324、4.421、 2.765、2.937、9.647、8.891、6.773、5.076，P<0.05），LS、AS、RS、CS、面积SI-DI、纵向SI-DI、径向SI-DI及圆周SI-DI低于轻度冠状动脉狭窄组，差异有统计学意义（t=2.960、3.706、2.325、2.537、3.235、5.428、4.731、3.476，P<0.05），LS、AS、RS、面积SI-DI、纵向SI-DI、径向SI-DI低于中度冠状动脉狭窄组，差异有统计学意义（t=2.182、2.070、2.182、2.960、2.950、3.273，P<0.05）。见表2、3及图1。

表2　不同程度冠状动脉狭窄患者各方向SI-DI比较

表3　不同程度冠状动脉狭窄组收缩应变参数比较

图1　冠状动脉前降支不同狭窄程度牛眼图。A、C、E、G分别为无冠状动脉狭窄组、轻度冠状动脉狭窄组、中度冠状动脉狭窄组、重度冠状动脉狭窄组收缩末期面积应变，B、D、F、H分别为无冠状动脉狭窄组、轻度冠状动脉狭窄组、中度冠状动脉狭窄组、重度狭窄组舒张期前1/3点面积应变

2.4SI-DI对冠状动脉狭窄的诊断效能ROC曲线显示，当纵向SI-DI以49.225%为检测冠状动脉病变的截断值时，其灵敏度最高，为84.0%；当面积SI-DI以48.875%为诊断冠状动脉病变的截断点时，其特异度最高，为78.9%，面积SI-DI的曲线下面积及Youden指数最高，分别为0.800、0.616，见表4及图2。

2.5重复性检验纵向SI-DI、面积SI-DI、径向SI-DI及圆周SI-DI的检查者组内相关系数分别为0.905、 0.913、0.842、0.844，各测量指标有较好的可重复性，其中面积SI-DI的可重复性最好。

表4　SI-DI诊断冠心病的ROC曲线分析结果比较

图2　4个方向SI-DI的ROC曲线

3　讨论

心肌细胞是不可再生的，一旦受损则不可恢复，因此冠心病的早期发现和治疗尤为重要，可以大大提高患者的预后及生活质量。常规超声心动图评价心肌局部微小病变及无陈旧性心肌梗死心肌运动的准确性较低[5-6]。CAG是诊断冠心病的“金标准”，但为有创检查，且需要注射造影剂并在放射线下进行操作，对人体伤害较大；此外，甲亢患者及碘过敏患者不能进行该检查，从而不能准确评估冠状动脉狭窄程度，可能导致误诊或漏诊，延误最佳治疗时期。心脏是在三维空间中运动的，RT3D-STI技术克服了二维超声检查的缺点，可以更准确地反映心肌功能[7]。

本研究纳入140例患者共420支冠状动脉主要分支，符合冠心病诊断标准（至少1支冠状动脉主要分支狭窄率≥50%）的患者占75.38%，但这部分患者常规二维超声心动图均未见明显节段性室壁运动异常，其原因为心脏是一个整体，缺血心肌会受到周围正常心肌的牵拉，在常规二维超声心动图上肉眼观未见室壁运动异常[8]。

SI-DI是心脏舒张期前1/3时相的舒张情况，可以准确评价左心室舒张功能[9-10]。本研究应用RT3D-STI技术对不同程度冠状动脉狭窄供血区所对应的三维应变参数进行分析，结果显示无冠状动脉狭窄组纵向SI-DI、面积SI-DI、径向SI-DI均明显高于冠状动脉狭窄组（P<0.05），表明在未出现明显节段性室壁运动异常时，狭窄冠状动脉供血区左心室局部心肌舒张功能已经减低，RT3D-STI技术对早期诊断冠心病有重要意义。轻度冠状动脉狭窄组纵向SI-DI、面积SI-DI、径向SI-DI与无冠状动脉狭窄组相比，差异有统计学意义（P<0.05），表明在冠状动脉轻度狭窄但未发展至冠心病时，其局部舒张功能已经开始减低，而LS、AS、RS、CS与冠状动脉狭窄组相比无显著差异，表明冠状动脉病变患者左心室舒张功能减低较收缩功能减低早，与门翠伟等[11]的研究结果一致，RT3D-STI对轻度冠状动脉狭窄的诊断有重要意义。随着冠状动脉狭窄严重程度的逐渐加重，三维应变参数均呈逐渐减低趋势，表明其与冠状动脉狭窄程度有关，其减低情况可以在一定程度上反映该供血区冠状动脉的狭窄程度，而LS、AS、RS、CS各组间差异明显小于SI-DI，表明缺血心肌舒张功能减低比收缩功能减低更敏感，与郝兵兵等[12]的研究结果一致。4组患者纵向SI-DI及面积SI-DI差异均有统计学意义（P<0.001），而面积SI-DI的组间差异最大，表明面积SI-DI对冠状动脉狭窄程度更敏感、准确，其原因为冠状动脉供血减少时，首先出现心内膜下心肌缺血[13]，AS为纵向和径向的结合[14]，从而更准确地反映心肌应变的改变。

本研究应用ROC曲线对不同程度狭窄冠状动脉供血区各方向SI-DI进行筛选，最终确定诊断冠状动脉狭窄的敏感指标。纵向SI-DI、面积SI-DI、径向SI-DI、圆周SI-DI的曲线下面积分别为0.771、0.800、0.675、0.648。当纵向SI-DI以49.225%为检测冠状动脉病变的截断值时，其灵敏度最高，为84.0%，Youden指数为0.609；当面积SI-DI以48.875%为诊断冠状动脉病变的截断值时，其特异度最高，为78.9%，Youden指数最高，为0.616，提示应用RT3D-STI技术对纵向SI-DI及面积SI-DI进行联合对比评估，可以提高超声诊断冠状动脉狭窄的准确性。

本研究的局限性为：仅统计了左前降支、左回旋支及右冠状动脉3个冠状动脉主要分支的病变狭窄程度，而其远段更细小分支并未进行分析，细小分支的梗阻和（或）闭塞对心肌的应变也会有一定程度的影响。对冠状动脉狭窄程度更细致的分组有待进一步研究。另外，RT3D-STI技术对实时三维全容积图像的帧频及清晰度要求较高、采集图像过程中患者需要配合，且RT3D-STI技术只能通过心肌应变的改变间接反映冠状动脉的病变情况，而不能取代CAG在冠心病诊断中的作用。

总之，RT3D-STI技术对早期发现及诊断冠心病有重要意义，冠状动脉供血区局部舒张功能减低早于收缩功能减低，舒张功能对心肌缺血更敏感，SI-DI可以在一定程度上反映冠状动脉的狭窄程度。

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（本文编辑张春辉）

Chinese Journal of Medical Imaging 2016 Volume 24(1): 19-23

【Abstract】Purpose To evaluate the left ventricular regional diastolic function in coronary heart disease (CHD) patients without regional wall motion abnormality by real-time three-dimensional speckle tracking imaging (RT3D-STI) to investigate the value of RT3D-STI in the diagnosis of early CHD.Materials and Methods 140 CHD patients with 420 coronary artery main branches were enrolled and divided into 4 groups according to the results of coronary angiography (CAG): normal group (101 coronary artery branches without stenosis), mild stenosis group (112 coronary artery branches with stenosis<50%), moderate stenosis group (95 coronary artery branches with stenosis 50%-75%) and sever stenosis group (112 coronary artery branches with stenosis>75%). Three dimensional full volume images were collected through the chest, and the corresponding strain imaging diastolic index (SI-DI) of each direction was calculated, their value for the diagnosis of coronary artery disease was analyzed.Results The longitudinal, area and radial SI-DI of mild coronary artery stenosis group were lower than those of normal group (P<0.05); the longitudinal, area, radial and circumferential SI-DI of moderate coronary artery stenosis group were lower than normal group (P<0.05) and the area, longitudinal and circumferential SI-DI were lower than those of the mild stenosis group (P<0.05); the longitudinal, area, radial and circumferential SI-DI were all lower than those of normal and mild stenosis group (P<0.05), and the area, longitudinal and radial SI-DI were all lower than the moderate stenosis group (P<0.05). ROC curve showed that the sensitivity of longitudinal SI-DI (84.0%) was highest, while the specificity of area SI-DI (78.9%) was the highest.Conclusion RT3D-STI has important significance for early detection and diagnosis of CHD, regional diastolic function decrease of the coronary artery supply area occurs earlier than systolic function reduction, and diastolic function is more sensitive for myocardial ischemia, as a result, SI-DI is able to reflect the stenosis degree of coronary artery in a certain extent.

【Key words】Coronary disease; Coronary stenosis; Echocardiography, three-dimensional; Speckle tracking imaging; Ventricular function, left

收稿日期：2015-08-18

中图分类号

通讯作者刘昕

Doi：10.3969/j.issn.1005-5185.2016.01.006