三维斑点追踪成像技术评价慢性心力衰竭患者左心室收缩功能及收缩不同步性的价值

周娟 朱文军 徐明民 全丽娟

三维斑点追踪成像技术评价慢性心力衰竭患者左心室收缩功能及收缩不同步性的价值

周娟 朱文军 徐明民 全丽娟

目的 探讨三维斑点追踪成像（3DSTI）技术评价慢性心力衰竭（CHF）患者左心室收缩功能受损程度及收缩运动不同步性的应用价值。方法 CHF患者61例，其中QRS＜120ms者31例为CHF1组，QRS≥120ms者30例为CHF2组，另择同期健康体检者53例为对照组。采集一个完整心动周期的左心室三维全容积实时图像，用超声三维斑点追踪分析软件分别测量左心室面积峰值应变、径向峰值应变、圆周峰值应变、左心室纵向峰值应变（GAS、GRS、GCS、GLS）及心脏16节段心内膜面积、径向、环向、纵向峰值应变的达峰时间（Tsr3D、Tsrr、Tsrc、Tsrl），以及经心动周期标化的达峰时间的标准差（Tsr3D-SD、Tsrr-SD、Tsrc-SD、Tsrl-SD），分别计算左心室任意两节段心内膜面积、径向、环向、纵向峰值应变的达峰时间最大差值（Tsr3D-diff、Tsrr-diff、Tsrc-diff、Tsrl-diff）。结果 与对照组相比，CHF1和CHF2组的GAS、GRS、GCS、GLS均较对照组降低（均P＜0.05），且该值与LVEF均有较好的相关性（r=-0.857、0.758、-0.808、-0.823，均 P＜0.01）；除了 CHF1组与对照组 Tsrsl-diff差异无统计学意义外，CHF1、CHF2组Tsrs3d-SD、Tsrsr-SD、Tsrsc-SD、Tsrsl-SD及Tsrs3d-diff、Tsrsr-diff、Tsrsc-diff、Tsrsl-diff均较对照组延长（均P＜0.05），且与QRS时间有相关性（r=0.556、0.581、0.475、0.491、0.559、0.570、0.360、0.570，均P＜0.01），CH1与CH2组各指标差异均有统计学意义（均P＜0.05）。与CHF1组相比，CHF2组在心内膜面积、径向、环向、纵向收缩不同步指标均延长，差异均有统计学意义（均P＜0.05）。结论 CHF患者左心室心肌收缩功能存在明显受损及收缩不同步，3D-STI为CHF患者左心室收缩功能及收缩同步性的评价提供了一种新方法。

三维斑点追踪 心力衰竭 左心室功能

慢性心力衰竭（CHF）是各种心血管疾病心功能恶化的终末阶段，心脏再同步化治疗（CRT）是辅助治疗CHF的重要方法，早期的观察性研究和一系列随机对照研究均肯定了CRT的有效性，准确评估CHF患者的左心功能及左心室心肌运动不同步对其治疗及预后均至关重要。三维斑点追踪成像技术（3D-STI）是在全容积扫描成像的基础上，对心肌声学斑点三维空间的运动进行追踪，采集心室整体运动的数据，根据心室实际几何形状测量容量及各项心功能参数，该技术结合了三维显像和应变显像的优势，形象而又客观地反映心肌整体及局部机械力学运动特征。本文旨在探讨该技术对CHF患者左心室功能及心肌运动同步性评估的价值，现报道如下。

1 对象和方法

1.1 对象 选取2011年9月至2012年5月在本院确诊为CHF的患者61例，以心电图QRS时间将其分为两组：CHF1组（QRS＜120ms）31例，男21例，女10例，年龄28～72（52.45±10.78）岁；CHF2组（QRS≥120ms）30例，男18例，女12例，年龄27～71（51.30±13.83）岁。纳入标准：符合1971年Framingham心力衰竭诊断标准NYHA分级≥Ⅱ级；左心室射血分数（LVEF）≤50%（Simpson法）。排除标准：非窦性心律；已植入心脏起搏器；瓣膜性心脏疾病。另选择同期本院体检中心年龄相匹配的健康志愿者53例为对照组，其中男28例，女25例，年龄15～75（49.70±13.83）岁。CHF1组、CHF2组与对照组性别、年龄比较差异均无统计学意义（均P＞0.05），且无糖尿病、高血压、冠心病等病史，肝肾功能、体格检查、X线、心电图及超声心动图检查均无异常。

1.2 方法

1.2.1 图像采集 采用荷兰Philips IE33彩色多普勒超声诊断仪,二维探头为S5-1，频率为1～5MHz，三维探头为X3-1，Tom-Tec三维斑点追踪分析软件。每次检查在基础状态下进行，受检者左侧卧位，同步监测心电图，取左心室长轴、短轴、心尖四腔观，脉冲多普勒于二尖瓣下测得E、A峰流速，记录身高、体重值。换用三维探头X3-1，将探头置于左心室心尖部，启动“PREFULL”扫查模式，同时获得标准心尖四腔和左心室心尖两腔实时声像图，当心尖四腔及左心室心尖两腔、心尖水平短轴、乳头肌水平短轴及二尖瓣水平短轴动态声像图均显示满意后存储一个完整心动周期全容积实时图像，脱机后进行分析。

1.2.2 图像与数据获取 采用德国Tom-Tec三维斑点追踪分析软件脱机分析，导入全容积实时声像图，从原始图像中挑出一帧左心室壁心内、外膜较清晰的图像，点击“4D LV analysis”，先调整好心尖两腔、心尖四腔及心尖左心室长轴图像，自动结合手动描记心内膜，调整好心尖段、中间段及基底段的基线，软件自动描记测量左心室舒张末期容积（LVEDV）、左心室收缩末期容积（LVESV）、LVEF、心内膜面积峰值应变（GAS）、左心室径向峰值应变（GRS）、左心室环向峰值应变（GCS）、左心室纵向峰值应变（LVGLS），同时将左心室壁分为16节段，分别提取左心室16节段在三维方向上心内膜面积峰值应变达峰时间（Tsrs3D）、左心室径向峰值应变达峰时间（Tsrsr）、左心室环向峰值应变达峰时间（Tsrsc）、左心室纵向峰值应变达峰时间（Tsrsl），分别计算左心室各节段心内膜面积在三维方向上峰值应变的达峰时间的标准差（Tsrs3D-SD）、左心室各节段径向峰值应变达峰时间的标准差（Tsrsr-SD）、左心室各节段在圆周方向峰值应变达峰时间的标准差（Tsrsc-SD）及左心室各节段在长轴方向峰值应变达峰时间的标准差（Tsrsl-SD），计算任意两节段心内膜面积在三维方向上峰值应变的达峰时间的最大差值（Tsrs3D-diff）、任意两节段在径向峰值应变达峰时间的最大差值（Tsrsr-diff）、任意两节段在圆周方向峰值应变达峰时间的最大差值（Tsrsc-diff）、任意两节段在长轴方向峰值应变达峰时间的最大差值（Tsrsl-diff），作为左心室壁收缩运动不同步指标。

1.3 统计学处理 采用SPSS17.0统计软件，计量资料以表示，多组比较采用单因素方差分析，两两比较采用SNK法；计数资料以百分率表示，比较采用χ2检验；相关性分析采用Pearson相关。

2 结果

2.1 CHF1组、CHF2组与对照组左心室应变参数比较见图1、表1。

由表1可见，CH1、CHF2组GAS、GRS、GCS、GLS均较对照组低，差异均有统计学意义（均P＜0.05），CH2组GAS、GRS、GCS、GLS均较CH1组低，但仅GAS、GLS差异有统计学意义（均P＜0.05）。

2.2 CHF1组、CHF2组与对照组左心室心肌在心内膜面积、径向、圆周及长轴方向不同步化指标比较 见表2。

图1 CHF1组、CHF2组及对照组三维方向心内膜峰值应变及达峰时间曲线示意图（a：CHF1组患者三维方向上心内膜峰值应变及达峰时间曲线，曲线较不规则，峰值错开，较不一致；b：CHF2组患者三维方向上心内膜峰值应变及达峰时间曲线，曲线较CHF1更不规则，峰值错开，更不一致；c：对照组三维方向上心内膜峰值应变及达峰时间曲线，峰值一致，曲线规则）

表1 CHF1组、CHF2组与对照组左心室应变参数比较

表2 CHF1组、CHF2组与对照组左心室心肌在心内膜面积、径向、圆周及长轴方向不同步化指标比较

由表2可见，与对照组比较，CH1、CH2组Tsas-SD、Tsrs-SD、Tscs-SD、Tsls-SD、Tsas-diff、Tsrs-diff、Tscsdiff、Tsls-diff均增高，除了CH1组与对照组Tsrsl-diff差异无统计学意义外（P＞0.05），其余均有统计学意义（均P＜0.05），CH1与CH2组各指标差异均有统计学意义（均P＜0.05）。

2.3 CHF1组、CHF2组及对照组左心室应变参数与LVEF的相关性分析 CH1、CHF2组及对照组GAS、GRS、GCS、GLS与LVEF均有相关性（r=-0.857、0.758、-0.808、-0.823，均P＜0.01）。

2.4 CHF1组、CHF2组左心室心肌在心内膜面积、径向、圆周及长轴方向不同步化指标与QRS时间的相关性分析 CHF1组、CHF2组Tsas-SD、Tsrs-SD、Tscs-SD、Tsls-SD、Tsas-diff、Tsrs-diff、Tscs-diff and Tsls-diff与QRS时间均有相关性（r=0.556、0.581、0.475、0.491、0.559、0.570、0.360、0.570，均P＜0.01）。

3 讨论

3.1 3D-STI评价CHF患者左心室收缩功能 CHF患者主要是指心肌收缩功能减退引起心排血量减少，伴有左心室舒张压升高，导致心脏供血障碍，该病由于心脏泵血功能障碍，病死率较高[1]。临床上常采用临床症状和纽约心功能分级等来诊断，有一定的主观性，特异度和灵敏度较差，易产生漏诊和误诊，超声心动图能够客观有效地评估心脏收缩功能，以往我们常用常规超声及M型超声对左心室功能进行评估，主观性较强，不能对室壁运动进行准确定量评估，二维斑点追踪成像技术由于受到二维平面性的局限，成为制约斑点追踪技术的一大瓶颈[2]，3D-STI与传统的二维M型超声、组织多普勒成像技术及二维斑点追踪成像技术比较，其不仅在三维空间环境实现，而且同时满足心脏心肌运动时间和空间的同步性，通过对其运动轨迹的三维斑点追踪，更准确、客观反映心脏心肌力学的功能状态[3]。

3.2 3D-STI评价左心室心肌运动的同步性 CHF患者由于多存在一定程度的心房内、房室间、心室间/心室内生物电传导障碍和电-机械运动的不同步，表现为心肌运动不同步。大量研究发现心肌运动不同步性与心功能不全症状严重程度密切相关[4]。本研究应用3D-STI，通过测量同一心动周期内左心室16节段心内膜面积、径向、环向、纵向峰值应变的达峰时间的标准差（Tsr3DSD、Tsrr-SD、Tsrc-SD、Tsrl-SD）及左心室任意两节段心内膜面积、径向、环向、纵向峰值应变的达峰时间最大差值（Tsr3D-diff、Tsrr-diff、Tsrc-diff、Tsrl-diff）作为左心室收缩运动不同步指标，从而更加全面、客观的反映心肌机械运动的情况。本研究结果显示CHF1组与对照组相比，Tsrl-diff差异无统计学意义，笔者分析认为这可能与3D-STI技术评价左心室收缩运动长轴方向上的灵敏度性次于径向、圆周及对三维心内膜面积变化的观测。

3.3 LVEF与左心室各应变参数的相关性 本研究将CHF组患者左心室心肌三维整体应变多参数分别与LVEF相关性进行分析，结果显示 GAS、GRS、GCS、GLS与LVEF均具有良好的相关性，可见3D-STI可以较好地评价CHF患者左心室的心肌功能，且较二维评估法更加全面、直观，操作简便，重复性高。其中GAS相关性最好，原因可能是GAS综合评估了左心室心肌在各个方向上的收缩运动情况，因此该参数的相关性较其它参数更高。

3.4 QRS时间与心肌运动不同步的相关性 本研究结果显示，CHF患者的左心室不同步指标：Tsr3D-SD、Tsrr-SD、Tsrc-SD、Tsrl-SD及Tsr3D-diff、Tsrr-diff、Tsrcdiff均较对照组延长，由此可以发现CHF患者普遍存在左心室收缩运动不同步，与机械运动不同步并不存在必然的联系，即使QRS时间≤120ms的CHF患者，左心室收缩运动也存在着一定程度的不同步[5]，分析其原因，正常QRS时间的CHF患者虽然左心室总电激动时间正常，但其左心室游离壁的电激动始于QRS波群终末部分。因此，该部分患者虽然体表心电图上表现为QRS时间正常，但实际上仍然存在部分节段心肌电激动延迟，即“隐匿性电不同步”现象。另一方面，病态心肌各部分的电活动虽然可能处于同步状态，但与正常心肌的电-机械耦联不同，其电-机械偶联间期可能大大超过60ms，即两者间存在延迟偶联。体表心电图表现为正常时间的QRS波群，但延迟偶联部分的心肌发生了机械运动不同步。由此可见QRS时间仅能反映心室电活动的同步性，而不能精确反映心室机械活动的同步性[6]。Tsr3D-SD、Tsrr-SD、Tsrc-SD、Tsrl-SD及 Tsr3D-diff、Tsrr-diff、Tsrc-diff与QRS时间有一定的相关性。之前认为QRS时间越长，心室不同步就越明显，但是该指标比较笼统，不能详细了解室壁运动不同步情况，3D-STI通过测量心室肌各个方向运动情况，可以全面、详细地评价室壁运动。CHF1与CHF2组相比：CHF2组的不同步指标均较CHF1组延长，这与之前黄君红等[7]的研究结果一致，可能是由于相对于QRS时间正常的CHF1组，QRS时间延长的CHF2组不但存在心肌自身的病变，同时伴随着电生理传导障碍，导致CHF2组的不同步指标进一步延长。

综上所述，3D-STI能够准确地评价CHF患者左心室收缩功能，并能评价左心室各节段、各方向的应变值，且对评价CHF患者左心室壁运动的同步性具有一定的临床应用价值，操作简单方便。但目前该技术也存在一定的局限性：帧频较低，仅30帧/s左右，可能对大幅度快速运动的心肌遗漏追踪。另外心力衰竭患者，左心室腔较大，心尖部圆钝，实时3D-STI采集的图像常常不能包绕整个心尖，可能导致对心尖部失追踪。

[1]叶茂,包亚玲,朱洪娟,等.慢性心力衰竭患者心脏超声心功能相关参数对临床心功能分级的评估价值[J].医学信息,2013,26(9):92-93.

[2]王智芬,王星,李帅.三维斑点追踪技术评价构型正常高血压患者左心室心肌收缩功能的变化[J].中西医结合心脑血管病杂志,2015,13(10): 1203-1206.

[3]董金杭.三维斑点追踪成像技术测定左心室功能的临床应用现状[J].重庆医学,2014,43(11):1388-1390.

[4]曹芳英,柳景华.左心室多位点起搏心脏再同步化治疗研究进展[J].中国介入心脏病学杂志,2016,24(2):110-113.

[5]Ruschitzka F,Abraham W T,Singh J P,et al.Cardiacresynchronization therapy in heart failure with a narrow QRS complex[J].N EnglJ Med,2013,369(15):1395-1405.

[6]Gorcsan J,Yu C M,Sanderson J E.Ventricular resynchronization is the principle mechanism of benefit with cardiac resynchronization therapy[J].Heart FailRev,2012,17:737-746.

[7]黄君红,谢明星,王新房,等.超声二维斑点追踪显像技术评价慢性心力衰竭患者左心室运动同步性的初步临床研究[J].中华超声影像学杂志, 2009,18(1):4-7.

Assessment of left ventricular systolic function and systolic asynchrony by three dimensional speckle-tracking imaging in patients with chronic heart failure

ZHOU Juan,ZHU Wenjun,XU Mingmin,et al.Department of Ultrasonography,Jiaxing First Hospiatal,Jiaxing 314000,China

Objective To assess the left ventricular(LV)function and the motion of left ventricular wall systolic asynchrony in patients with chronic heart failure(CHF)by ultrasound three dimensional speckle-tracking imaging(3D-STI). Methods Sixty one patients with CHF were divided into CHF1 group(QRS＜120ms,n=31)CHF2 group(QRS≥120ms,n=30),53 healthy subjects served as control group.LV 3D full volumetric real-time imaging in a completed cardiac cycle were acquired. The endomyocardial area,radial,circumferential,longitudinal of the peak strain in cardia (GAS,GRS,GCS,GLS)were measured;the time from the onset of QRS complexes to peak strain rate during systole was measured from the endomyocardial area,radial,circumferential,longitudinal of 16 segments in every cardia(Tsrs3d,Tsrsr,Tsrsc,Tsrsl)using ultrasonic 3D STI software.The standard deviation of all above parameters related to heart cycle(Tsrs3d,Tsrsr,Tsrsc,Tsrsl)was calculated (Tsrs3d-SD,Tsrsr-SD,Tsrsc-SD,Tsrsl-SD),and the maximal temporal difference (Tsrs3d-diff,Tsrsr-diff,Tsrsc-diff, Tsrsl-diff)of 16 segments was also calculated as indicators of asynchrony. Results Compared with the controls,the GAS, GRS,GCS,GLS were reduced in the CHF1 and CHF2 groups (all P＜0.01)and were correlated with LVEF(r=-0.857,0.758, -0.808,-0.823);the systolic asynchrony indexes(Tsas-SD,Tsrs-SD,Tscs-SD,Tsls-SD,Tsas-diff,Tsrs-diff,Tscs-diff and Tsls-diff)were significantly higher in the CHF groups(all P＜0.01),and were correlated with QRS(r=0.556,0.581,0.475,0.491, 0.559,0.570,0.360,0.570). Conclusion The LV function is damaged apparently and systolic asynchrony of LV commonly exists in patients with CHF.STI is a potentially useful tool to evaluate the systolic function and systolic asynchrony of the LV wall motion in patients with CHF.

Three dimensional speckle-tracking Heart failure Left ventricular function

2015-11-19）

（本文编辑：马雯娜）

314000 嘉兴市第一医院超声科

周娟，E-mail：sydzj126@sina.com