超声三维斑点追踪技术评价左室射血分数正常的TAVI术患者左室整体收缩功能

张 敏　金修才*　徐 芬　熊文峰　赵宝珍



超声三维斑点追踪技术评价左室射血分数正常的TAVI术患者左室整体收缩功能

张 敏①金修才①*徐 芬①熊文峰①赵宝珍①

[摘要]目的：探讨三维斑点追踪显像(3D-STI)技术对左室射血分数(LV-EF)正常的重度主动脉瓣狭窄(AS)患者行经导管主动脉瓣腔内植入术(TAVI)后左室早期整体收缩功能变化的应用价值。方法：选取行TAVI术的LVEF正常的16例重度AS患者纳入TAVI组，选取年龄、性别匹配的健康志愿者20名纳入对照组。采集16例AS患者术前、术后3 d、术后1个月、术后3个月、术后6个月及健康对照组标准心尖四腔观左室实时三维动态图像，应用3D-STI技术测量并比较各组左室整体纵向应变(GLS)、圆周应变(GCS)、面积应变(GAS)及径向应变(GRS)。结果：TAVI组术后各时间点主动脉瓣前向血流最大流速(AV)，最大跨瓣压差(Max PAG)均较术前明显下降；术前TAVI组LVEF均＞50%，术后各时间点LVEF变化不明显；3D-STI分析TAVI组术后各组左室纵向应变、圆周应变、面积)应变及径向应变较术前均有明显改善，并呈上升趋势，术后3个月左室舒张末重量指数(LVEDMI)出现明显改善，但仍低于健康对照组。结论：3D-STI技术分析左室整体应变可在LVEF变化不明显的情况下早期有效地评价TAVI患者左室收缩功能的变化。

[关键词]三维斑点追踪技术；应变；主动脉瓣狭窄；主动脉瓣植入术；左室功能

①第二军医大学附属长海医院超声科 上海 200433

张敏,女,(1977-),硕士研究生，主治医师。第二军医大学附属长海医院超声科，从事超声医学诊断工作。

[First-author’s address]Department of Ultrasonography,Affiliated Changhai Hospital,Second Military Medical University,Shanghai 200433,China.

体外循环下行人工瓣膜置换术是目前治疗主动脉瓣狭窄最主要的方法，但约1/3的重度主动脉瓣狭窄(severe aortic stenosis，SAS)患者因开胸手术风险高或有禁忌症而无法接受传统外科手术[1]。经导管主动脉瓣植入术(transcatheter aortic valve implantation，TAVI)的出现为此类患者提供了微创手术的机会，常规超声心动图是TAVI术前筛选、术中监测及术后随访的重要手段之一，能简便快捷地评估左室功能[2]。但当左室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)在正常范围时，常规超声心动图对心脏功能不全的评估效能可能会下降，因此，在SAS患者LVEF尚正常，处于亚临床收缩功能不全时，准确评价左室功能对于选择TAVI最佳手术时间及术后左室功能的随访有着重要的临床意义[3]。

三维斑点追踪显像(3-dimensional speckle tracking imaging，3D-STI)技术是在实时三维超声基础上利用斑点追踪技术，自动逐帧追踪心肌组织像素的位置与运动，计算心肌形变，可无创、定量评价左室功能，为此，本研究旨在应用3D-STI技术评估LVEF正常的SAS患者TAVI术前后左室收缩功能。

1　资料与方法

1.1一般资料

选取2011-2014年在第二军医大学附属长海医院行TAVI术的16例SAS患者纳入TAVI组，其中男性12例，女性4例；年龄64～81岁，平均年龄(73.63±5.28)岁。术前LVEF＞50%，心功能(NYHA分级)Ⅱ-Ⅲ级。于取术前、术后3 d、术后30 d、术后3个月及术后6个月的各时间点进行随访。另选取20名健康志愿者纳入对照组，其中男性13例，女性7例；年龄60～83岁，平均年龄(72.24±8.06)岁。所有图像采集均征得患者理解并同意。

1.2仪器设备与采集方法

(1)仪器设备。选用美国GE Vivid E9彩色多普勒诊断仪，4V-D及M5S-D探头，频率1.7～3.5 MHz。

(2)图像采集。受检者左侧卧位，同步记录三导联心动图，平静呼吸心律稳定。M5S-D探头常规扫查后，使用4V-D探头进入4D-Large模式下采集标准心尖四腔观左室实时三维动态图，帧频＞40%心率(HR)，连续取6个心动周期。

1.3二维数据测量

二维状态下心尖部五腔心测量主动脉瓣最大前向血流速度(AVmax)，最大跨瓣压差(Max PAG)，估测主动脉瓣反流，胸骨旁左室长轴2a区M超测量2D-LVEF。

1.4实时三维数据测量

打开采集好的三维动态图像，选择Volume/4D AUTO LVQ(自动左室数据定量工具)，软件自动勾勒左室心内、外膜边界，自动测量左室射血分数(3D-LVEF)，左室舒张末期重量(3D-LVEDM)，并计算左室舒张末期重量指数(LVEDMI)，计算为公式1：

软件自动分析左室各节段应变值并绘制牛眼图，得出三维整体纵向应变、圆周应变、面积应变以及径向应变。

1.5统计学方法

采用SPSS 18.0软件进行数据统计。计量资料以均数±标准差(±s)表示，TAVI组各时间点与其前一时间点两两比较(即术后3 d与术前比较，术后1月与术后3 d比较，术后3月与术后6月比较)采用配对t检验；术后6月与对照组比较采用独立样本t检验。左室三维应变值与LVEF，LVEDMI的比较采用Pearson相关分析，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2　结果

2.1常规测值

(1)TAVI组16例患者各时间点测值与其前一时间点比较LVEF变化不明显，TAVI组各时间点LVEF变化无统计学意义；如图1、图2所示。

图1　术前2a区M型超声图

图2　术后3 d 2a区M型超声图

(2)术后3 d与术前比较AV及Max PAG明显改善，如图3、图4所示。

图3　术前主动脉瓣流速频谱图

图4　术后3 d主动脉瓣流速频谱图

(3)术后3个月与术后1个月比较，术后6个月与术后3月比较，3D-LVEDMI下降，差异有统计学意义(P3=0.001，P4=0.001)；术后6个月与对照组比较，AV、Max PAG及3D-LVEDMI均高于对照组，差异有统计学意义(P5＜0.05)，见表1。

表1　TAVI术前后常规超声参数比较(±s)

表1　TAVI术前后常规超声参数比较(±s)

组别　时间点　AVmax(cm/s)Max PAG(mm Hg)2D-LVEF(%)　3DLVEF(%)　3D-LVEDMI TAVI组术前　492.19±85.86　105.00±21.78　59.98±5.45　60.94±5.62　157.33±4.50术后3 d　235.19±32.91　27.03±11.05　63.37±5.00　63.13±4.32　155.59±4.62术后1个月　228.01±35.00　29.00±10.29　63.01±5.76　62.23±5.98　151.97±3.14术后3个月　220.45±29.12　30.92±7.15　65.13±3.21　65.00±2.59　142.99±3.72术后6个月　221.43±26.74　29.06±8.12　65.39±4.11　64.36±4.39　135.44±4.00对照组　183.56±24.23　20.11±8.79　64.45±5.27　63.55±5.65　110.87±5.39 P1值　＜0.0001　＜0.0001　0.082　0.079　0.202 P2值　0.082　0.197　0.138　0.091　0.189 P3值　0.09　0.075　0.145　0.089　0.001 P4值　0.071　0.103　0.076　0.102　0.001 P5值　0.001　0.021　0.08　0.085　＜0.0001

2.2三维应变

(1)术后各时间点左室收缩期整体应变均较术前改善，呈上升趋势，但仍低于正常对照组水平。其中以纵向应变及圆周应变改善明显，径向应变改善幅度较小，见表2。

(2)采用计算公式(1)及软件自动分析左室各节段应变值，并绘制“牛眼”图，得出三维纵向、圆周、面积、径向运动的整体应变。以面积应变为例，如图5、图6所示。

注：表中P1为术后3 d对比术前；P2为术后1个月对比术后3 d；P3为术后3个月对比术后1个月；P4为术后6个月对比术后3个月；P5为术后6个月对比对照组。2D-LVEF：二维左室射血分数；3D-LVEF：三维左室射血分数；3D-LVEDMI：三维左室舒张末重量指数。

表2　TAVI术前后各时间点3D-STI左室整体应变(%，±s)

表2　TAVI术前后各时间点3D-STI左室整体应变(%，±s)

注：表中P1为术后3 d对比术前；P2为术后1个月对比术后3 d；P3为术后3个月对比术后1个月；P4为术后6个月对比术后3个月；P5为术后6个月对比对照组。纵向应变为左室整体长轴应变；圆周应变为左室整体圆周应变；面积应变为左室整体面积应变；径向应变为左室整体径向应变。

组别　时间点　纵向应变　圆周应变　面积应变　径向应变TAVI组术前　-8.188±1.721　-12.063±1.436　-14.938±1.652　25.625±3.202术后3 d　-8.875±1.784　-13.525±2.306　-18.938±1.652　26.875±3.234术后1个月　-10.125±1.928　-16.063±2.568　-20.500±2.422　28.563±2.780术后3个月　-11.813±2.105　-18.125±2.680　-23.688±2.915　30.000±2.338术后6个月　-15.188±2.786　-21.685±3.005　-27.875±2.705　31.500±3.204对照组　-18.251±2.913　-26.991±3.435　-32.383±3.234　37.550±3.791 P1值　0.197　＜0.0001　0.017　0.041 P2值　0.021　0.001　0.001　0.006 P3值　0.002　＜0.0001　0.001　0.019 P4值　＜0.0001　＜0.0001　＜0.0001　0.015 P5值　＜0.0001　＜0.0001　＜0.0001　＜0.0001

图5　术前三维面积整体应变“牛眼”图

图6　术后3 d三维面积整体应变“牛眼”图

2.3相关性分析

纵向应变与LVEF呈弱相关(r=0.342)，面积应变与LVEF及3D-LVEDMI相关系数r分别为0.71 和-0.68。其余各参数无明显相关性。

3　讨论

主动脉瓣狭窄导致左室压力负荷增加，左室肌进行性肥厚来维持正常的左室泵血功能。随着狭窄程度的加重，左室压力进一步增加，心肌肥厚失代偿，出现左室收缩功能不全，左室射血分数下降。研究表明，左室射血分数下降的患者行主动脉置换术预后较差[4]。因此，在左室射血分数下降之前发现主动脉瓣狭窄患者左室收缩功能变化，对于手术时机的选择具有重要意义。3D-STI是在实时三维超声基础上利用斑点追踪技术自动逐帧追踪心肌组织像素的位置与运动，计算心肌形变，无多普勒角度依赖，能够从纵向、周向、面积及径向4个方向更准确、客观地反映心脏心肌力学的功能状态。本研究中TAVI组术前与对照组在LVEF均在正常范围无明显差异时，心肌的各组应变值均已有明显改变，为临床判断左室功能情况选择手术时机提供了早期、准确及定量的证据。

2002年Cribier完成第一例人体TAVI，迄今10余年来全世界范围内已开展了数万例手术，证实了TAVI的安全性和有效性[5]。超声心动图主要用于评估心脏结构及功能状况，在术前筛选、术中监测及术后随访中起重要作用。本研究的16例TAVI均为经股动脉腔内植入第3代Edward球扩式支架瓣膜(Edwards SAPIEN XT Transcatheter Heart Valve)(TBDAVI)。结果显示，16例患者术前与术后各时间段3D-LVEF变化不明显(术前为LVEF＞50%)。但纵向应变、圆周应变、面积应变以及径向应变均较术前好转，随恢复时间的推移，呈上升趋势，但仍低于正常对照组，差异有统计学意义。这一结果肯定了在临床常规用于评估左室收缩功能的参数EF正常情况下，利用3D-STI技术能够早期检测左室心肌收缩功能变化。

心脏的心肌由内、外层螺旋形肌束和中层环形肌束构成，因此，心肌长轴的纵向运动及短轴方向的径向及圆周向运动构成心脏的复杂运动[6]。主动脉瓣狭窄患者心肌肥厚、心室重构，心内膜下心肌所受应力最大，最易受冠脉血流灌注影响，血管周围及间质纤维化，导致左室局部收缩形变能力下降[7]。本研究4个应变参数中，以纵向应变及圆周应变改善明显，径向应变改善幅度较小，这可能是因为长轴应变反映心脏纵向运动，主要由心内膜下纵行心肌纤维来实现。心内膜下心肌最薄，对微循环缺血敏感，术后冠脉灌注改善，纵行心肌最先受益且可能因为较薄能得到较快恢复，所以当后负荷减轻时，纵向应变的改善也更为明显[8]。有研究发现，左室压力负荷轻度增加时，纵向应变降低；随着压力逐渐增大，径向应变才开始下降[9]。而面积应变是反映左室心肌运动全矢量和的参数，因此改善幅度明显，并且与LVEF、心脏重构参数3D-LVEDMI密切相关。有研究表明，面积应变较其他应变参数更能全面有效评价心肌功能[10-11]。面积应变是3D-STI独有的新参数，这一结果更体现了3D-STI的先进性。

本研究显示，TAVI前后三维纵向应变与LVEF相关系数不高，这与Schueler等[12]的研究结果相似。考虑因为LVEF体现的是左室的整体射血指标，并且术前均在正常范围而变化不明显，而直接体现心肌某方向上收缩功能的应变指标均较术前改善。三维面积应变是反映左室心肌运动全矢量和的参数，其与LVEF，LVEDMI具有较好的相关性。术后随着左室射血压力负荷的降低，心脏重构，于术后3个月时左室心肌质量明显下降，并进一步呈下降趋势。因此，本研究结果显示，LVEF正常的TAVI患者，可以应用长轴应变随访术后早期左室心肌收缩功能改善，而面积应变及3D-LVEDMI可以作为随访压力负荷减轻后左室重构的可靠参数。

本研究的局限性为病例数较少，且未纳入LVEF ＜50%的手术患者，随访时间不够长，有待于今后积累病例进一步研究；3D-STI分析图像质量要求高，帧频要求＞40%心率，容积探头角度较小，心室腔大，心室壁厚的患者有可能不能很好的包全在图像中，造成部分节段数据缺失。

综上所述，LVEF正常的重度主动脉瓣狭窄患者术前左室心肌收缩功能已经明显下降，经TAVI术后LVEF变化不明显，但左室心肌收缩功能已有所改善。故3D-STI能早期、准确及有效地评估左室心肌收缩功能。

参考文献

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Assessment on left ventricular global systolic function of patients with normal left ventricular ejection fraction after transcatheter aortic valve implantation by three dimensional speckle tracking imaging

/ZHANG Min,JIN Xiu-cai,XU Fen,et al//China Medical Equipment,2016,13(3):73-77.

[Abstract]Objective:To evaluate left ventricular(LV)global systolic function in patients with normal left ventricular ejection fraction(LVEF)underwent transfemoral balloon dilated aortic valve implantation operation(TBDAVI)by three-dimensional speckle trackingimaging(3D-STI)technology.Methods:Sixteen patiens with severe aortic stenosiswereenrolledin this study,all of them with normal left ventricular ejection fraction(LVEF)underwent successful TAVI operation.20 normal subjects matched with age and sex were selected as control groups.The real-time 3D full–volume images of left ventricular on apical four-chamber view were acquired and analyzed by 3D-STI online software on before,3days,1 month,3 months,6 months after TAVI.Left ventricular global longitudinal strain(GLS),global circumferential strain(GCS),global area strain(GAS),global radial strain(GRS)were calculated and compared.Results:Compared with the pre-operation,aortic valve blood flow velocity(AV(max)),max aortic valve pressure gradient(maxPG)of 3 days after operation decreased significantly;LV-EF had no significant differences before and after operation;LV 3D-GLS,GCS,GAS,GRS were higher than pre-operation and each group afteroperation was on the the rise,but it was still lower than the normal control group.Left ventricular mass index at the end of diastole period decreased significantly 3 months after TAVI.Conclusion:LV 3D-strain calculation by 3D-STI could evaluate the early change of heart systolic function of TAVI patients whose LVEF had no significant differences before and after operation.

[Key words]3D speckle tracking;Strain;Aortic stenosis;Implantation of aortic valve;Left ventricular function

收稿日期：2015-10-10

作者简介

*通讯作者：goldenxc@126.com

DOI:10.3969/J.ISSN.1672-8270.2016.03.021

[文章编号]1672-8270(2016)03-0073-05

[中图分类号]R654.2

[文献标识码]A