超声四维应变成像技术预测冠心病患者PCI术后左室心肌功能改善的研究

李云，李华，胡劼

(新疆医科大学附属中医医院 心脏超声科，新疆 乌鲁木齐 830000)

·论著·

超声四维应变成像技术预测冠心病患者PCI术后左室心肌功能改善的研究

李云，李华，胡劼

(新疆医科大学附属中医医院 心脏超声科，新疆 乌鲁木齐 830000)

目的探讨四维应变成像(four- dimensional strain imaging，4D- SI) 技术预测经皮冠状动脉介入 (percutaneous coronary intervention，PCI)术冠心病患者左心功能改善的临床价值。方法选取经冠脉造影诊断为冠心病且成功进行PCI术的患者55例，以PCI术后6个月较术前左室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)改善 (ΔLVEF)≥5%将冠心病患者分为左心功能改善组(A组)和未改善组(B组)。分别于PCI术前及术后6个月对各组患者进行常规超声心动图检查，测量左室舒张末期容积(left ventricular end- diastolic volume，LVEDV)、左室收缩末期容积(left ventricular end- systolic volume，LVESV)、LVEF ；应用自动功能成像(automated function imaging，AFI) 技术测量二维整体峰值纵向应变(two- dimensional global longitudinal peak strain，2D- GLPS)；并应用4D- SI技术测得四维整体峰值长轴应变(global longitudinal peak strain,4D- GLPS)、环向应变(global circumferential peak strain 4D- GCPS)、面积应变(global area peak strain,4D- GAPS)及径向应变(global radial peak strain,4D- GRPS)参数指标。结果A组PCI术前及术后6个月2D- GLPS、4D- GLPS、4D- GCPS、4D- GAPS和4D- GRPS均明显高于B组(P<0.05)。单参数受试者工作特征曲线(ROC曲线)分析结果显示4D- GLPS的曲线下面积(AUC)较大,为0.944，灵敏度及特异度较高,分别为91.3%、93.8%，截断值为-16.5%；在多参数联合分析中，四维应变参数联合二维应变参数的AUC较大,为0.969，灵敏度及特异度较高,分别为95.7%、90.6%。结论4D- SI技术能更准确预测冠心病患者PCI术后左室心肌功能的改善，其中4D- GAPS及4D- GCPS能够作为术后左心整体功能改善的独立预测指标。

冠心病； 经皮冠状动脉介入术； 四维应变成像； 自动功能成像

冠心病患者由于单支或多支冠状动脉狭窄或闭塞，引起心肌供血减少，致使心肌细胞缺血、缺氧甚至坏死。经皮冠状动脉介入术(percutaneous coronary intervention，PCI) 能使狭窄的冠状动脉远端恢复血流，改善心肌功能。 PCI 术后心肌功能的恢复主要取决于患者术前的心肌功能状态，因此，术前心肌运动功能状态的评估对于冠心病患者治疗决策的选择及预后判断具有重要价值。二维斑点追踪技术(two- dimensional speckle tracking imaging,2D- STI)在定量分析左室壁心肌运动及判断冠心病患者左心功能等方面具有优势[1- 4]，但存在斑点移出追踪范围及无法从立体、多维的角度综合分析和评价心功能状态改变的技术局限性。四维应变成像(four- dimensional strain imaging, 4D- SI)技术是一种评价左心室心肌运动功能的新技术，它通过获取左室复杂三维运动过程中的心肌应变，能够更准确、完整地评价左室心肌运动功能的变化[5- 7]。因此，本研究应用 4D- SI 评估 PCI 术前及术后左室心肌运动功能情况，旨在为临床预测 PCI 术后左室心肌改善程度提供客观、准确的评价依据。

1 对象与方法

1.1 研究对象

本研究共选取2015年7月至2016年6月55例经冠脉造影确诊为冠心病(3支主要冠脉中至少1支冠脉狭窄≥75%)，并成功进行PCI术(残余狭窄<30%，扩张血管的 TIMI3 级)的住院病人，其中男41例，女14例，年龄39～84岁，平均(62.7±10.3)岁。术后6个月随访，以PCI术后左室射血分数(left ventricular ejection fraction,LVEF)较术前升高≥5%作为左心功能改善的诊断标准将冠心病患者分为左心功能改善组(A组)23例和左心功能未改善组(B组)32例。排除心房颤动、严重心律失常、严重瓣膜病、图像声窗差(在EchoPAC工作站上有>3个左室节段不能分析)的受试对象。所有的研究对象均签署了知情同意书，并且本研究通过医院伦理委员会的伦理审查。

1.2 仪器与方法

研究使用GE Vivid E9 超声诊断仪、M5S探头和4 V 全容积探头(探头频率1.5～4.0 MHz)，探测深度为15～17 cm，帧频>30帧·s-1;EchoPAC工作站，配EchoPAC Version 113.1.2分析软件。要求受试者取左侧卧位或平卧位，平静呼吸，并同步记录心电图，检查者用M5S探头通过双平面Simpson法测量计算左室收缩末期容积(left ventricular end- systolic volume,LVESV)、左室舒张末期容积(left ventricular end- diastolic volume，LVEDV)和LVEF，并采集5个连续心动周期的心尖四腔观、心尖三腔观和心尖两腔观二维灰阶动态图像(帧频为 60～80帧·s-1)。用4 V探头，采集并存储5个连续心动周期的心尖四腔观的实时三维图像(帧频大于受检者心率的 40%)。

1.3 图像分析

将采集的图像导入 EchoPAC 工作站中并对图像进行脱机分析。AFI图像分析：进入工作站自动功能成像AFI模块，分别依次在左室心尖长轴观、心尖四腔观、心尖两腔观图像上自动追踪出心内膜轮廓，生成感兴趣区，程序自动分析得出左室整体纵向峰值应变牛眼图。4D- SI 图像分析：启动左室四维自动分析功能(4D Auto LVQ)，选取存储的四维图像，调整图像使白色轴线位于左心室腔中轴位置，蓝色轴线位于二尖瓣环连线位置，启动Auto Init，程序将在收缩末期、舒张末期自动生成一个包含心内膜和心外膜结构的感兴趣区域，启动4D Strain ROI - 4D Strain Results，即获得左室各四维应变指标参数的应变峰值、牛眼图及应变曲线。

1.4 统计学处理

应用统计软件SPSS 17.0对数据进行统计学分析。计量资料采用均数±标准差表示，计数资料采用百分率表示。计量资料的比较采用独立样本的t检验，各应变参数的组内比较采用配对样本的t检验；计数资料的比较采用χ2检验。受试者工作特征曲线(ROC曲线)用于获取二维及四维应变值预测左心功能恢复的敏感度、特异度和最佳截断值(cut- off value)。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结 果

2.1 A、B组间PCI超声参数的对比

PCI术前A、B组间的LVEDV、LVESV及LVEF差异无统计学意义(P>0.05)。PCI术后6个月，A组LVEDV(P<0.001)和LVESV (P<0.001)较术前均明显下降，LVEF(P<0.001)较术前明显升高;B组LVEDV(P<0.05)和LVESV(P<0.05)较术前升高，LVEF与术前比较差异无统计学意义；且A组LVEDV、LVESV均明显低于B组(P<0.001)，而A组LVEF明显高于B组(P<0.001)。见表1、2。

2.2 A、B组间AFI和4D- SI参数对比

PCI术前及术后6个月，A组2D- GLPS、4D- GLPS、4D- GCPS、4D- GAPS、4D- GRPS均明显高于B组(P<0.001)；A组术后各应变值较术前均明显升高(P<0.001)，B组2D- GLPS、4D- GLPS、4D- GRPS均高于术前(P<0.05)，而4D- GAPS和4D- GCPS术前及术后未见明显差异(P>0.05)。见表2、图1。

2.3 ROC曲线法获取各参数的曲线下面积(AUC)及截断值

多参数联合的ROC曲线分析结果显示，和二维应变参数相比，四维应变参数联合分析得出的ROC曲线AUC相对较大(0.969)，其灵敏度及特异度分别达到95.7%和90.6%(表3、图2)。单参数ROC曲线分析结果显示，4D- GAPS的AUC较大(0.944)，灵敏度(91.3%)及特异度(93.8%)相对较高，其最佳截断值为-16.5%。

表1A、B组患者术前临床资料的比较

Tab1Clinicalcharacteristicsofpatientswithversuswithoutleftventricularejectionfractionimprovement

组别n年龄/岁(男/女)/例心率/次·min-1高血压/例糖尿病/例A组2361.6±8.019/465.3±7.511(47.8%)8(34.8%)B组3263.5±11.722/1067.0±7.417(53.1%)13(40.6)t/χ2值0.6791.3540.8550.1500.398P值0.5000.2440.3970.6980.528组别n受累血管/例支架置入血管/例1支病变2支病变3支病变LADLCXRCAA组234(17.4%)12(52.2%)7(30.4%)15(65.2%)5(21.74%)10(43.5%)B组329(25%)11(34.4%)13(40.6%)24(75.0%)9(28.1%)11(34.4%)t/χ2值0.4541.7420.6000.6210.2880.470P值0.5000.1870.4380.4310.5920.493

注：LAD：冠状动脉前降支；LCX：冠状动脉回旋支；RCA：冠状动脉右主干

组别nLVEDV/mlLVESV/mlLVEF/%2D-GLPS/%术前术后术前术后术前术后术前术后A组2394.9±14.768.4±17.8b44.2±8.225.5±8.2b47.0±6.760.7±4.2b-17.0±32.9-20.8±2.3bB组3293.3±29.1131.0±58.5a52.9±23.375.7±47.4a46.0±7.146.6±7.5-12.3±4.3-13.6±4.2at值-0.2605.7001.9595.8620.521-8.9384.8247.944P值0.796<0.0010.057<0.0010.605<0.001<0.001<0.001组别n4D-GLPS/%4D-GCPS/%4D-GAPS/%4D-GRPS/%术前术后术前术后术前术后术前术后A组23-8.5±1.6-11.7±2.5b-11.5±2.0-14.3±2.3b-19.1±3.2-22.7±3.0b23.3±5.332.9±5.4bB组32-5.6±1.8-6.3±2.4a-7.3±2.8-7.8±3.6-11.6±4.1-12.3±3.817.1±5.318.6±6.0at值6.3068.1206.2208.1267.32810.847-4.252-9.145P值<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001

与PCI术前比较，aP<0.05,bP<0.001

3 讨 论

冠心病是因冠状动脉狭窄或闭塞引起的心肌功能受损，主要表现为坏死心肌、顿抑心肌和冬眠心肌3种机制，其中顿抑心肌和冬眠心肌在血液再灌注后一定时间内功能将恢复正常，而心肌细胞坏死后即使血液再灌注后也将不可再生恢复[8]。冠心病患者 PCI 术后左心功能的提高主要来自于顿抑心肌和冬眠心肌在血液再灌注后心肌功能的恢复。因此， PCI 术前心肌功能状态的检测对预测 PCI 术后心功能是否改善具有重要意义。

A1、A2.从上到下分别为A组中同一患者PCI术前和术后6个月的4D- GLPS、4D- GCPS、4D- GAPS、4D- GRPS及2D- GLPS值；B1、B2.从上到下分别为B组中同一患者PCI术前和术后6个月的4D- GLPS、4D- GCPS、4D- GAPS、4D- GRPS及2D- GLPS值

图1功能恢复(A组)和功能未恢复(B组)的术前及术后6月二维应变及四维应变参数牛眼图

Fig1Thebull’s-eyesoftwo-dimentionalandfour-dimentionalstrainsbeforeandafterPCIinAandBgroup

本研究采用临床上评价左心功能改善的评判标准：LVEF术后较术前(ΔLVEF)升高>5%，将术后 6 个月随访的患者分为功能改善组(A组)和功能未改善组(B组)，研究结果显示，A组和B组术前临床资料和二维超声参数未见明显差异，但A组的各应变值在术前较B组明显增高，提示应变技术通过对室壁运动的准确分析，能较常规二维超声参数更敏感地检测出心肌运动功能的改变，在PCI术前即能判断冠心病患者术后左心功能的改善。

表3各应变值预测左心功能恢复的价值

Tab3Thevalueofallstrainsforpredictingtherecoveryofleftventricularfunction

ROC曲线分析2D-GLPS4D-GLPS4D-GCPS4D-GAPS4D-GRPS四维技术灵敏度/%78.382.687.091.365.295.7特异度/%71.984.490.693.871.990.6曲线下面积0.7960.8930.9040.9440.7250.969截断值-14.55%-7.50%-9.50%-16.50%20.50%—

图2二维及四维各应变值参数预测左心功能改善的ROC曲线

Fig2TheROCcurveanalysisforidentificationofoptimalcut-offvaluefortwo-dimentionalandfour-dimentionalstrainsforpredictingtherecoveryofleftventricularfunction

左室的心肌纤维是按螺旋方向走行，心内膜下心肌纤维和心外膜下心肌纤维沿长轴方向走行，中层纤维沿圆周方向走行，因此，心肌运动表现为纵向、环周、径向运动的综合矢量[9]。2D- SI 技术的分析中，人为地将复杂的心肌运动简化为单一方向的物理参数，因此无法准确、完整评估复杂的心肌运动模式。4D- SI新技术通过实时动态的三维全容积扫描方式采集图像信息，可从纵向、径向和环向上立体、定量化计算局部心肌运动的力学参数，从而实现全面客观地评价患者心肌运动状态。有研究[10- 11]将2D- SI技术和4D- SI技术进行对比分析发现，4D- SI技术能以更快捷的方式提供更多的心肌节段信息，能更准确地判断心肌梗死面积。本研究结果显示，PCI术前功能改善组的二维和四维各应变参数均高于功能未改善组，差异具有统计学意义，提示AFI 技术和4D- SI技术均能准确预测PCI术后冠心病患者左心功能的恢复；单变量ROC曲线结果发现4D- GLPS预测心功能恢复的灵敏度和特异度明显高于2D- GLPS，多变量ROC曲线结果发现从单一技术获取的AUC为4D- SI>AFI。上述研究结果均表明4D- SI技术在预测心功能恢复的准确性高于 AFI 技术。

本研究显示，术前 4D- GLPS能准确预测冠心病患者PCI术后心功能的改善，与Abate等[12]的研究结果一致。但在其研究中，研究者只分析对比了4D- SI 技术中的纵向应变值，因此无法全面了解4D- SI技术在预测左心功能恢复中的应用价值。本研究分析对比了该技术的4个应变值，分析显示4D- GLPS并不是本研究中4D- SI技术各项参数中灵敏度及特异度最高的预测参数。单变量ROC曲线预测分析结果中发现4D- GAPS>4D- GCPS>4D- GLPS>4D- GRPS(AUC分别为0.944、0.904、0.893、0.775)，提示PCI术前4D- GAPS较高的患者术后心功能恢复较好。术后改善组4D- GAPS和4D- GCPS高于术前，而未改善组术前术后4D- GAPS和4D- GCPS未见明显差异，与之相比两组的4D- GLPS和4D- GRPS在术后均有提高，表明环向运动的恢复对左心室收缩功能的提高亦起到较明显的作用。分析其原因可能为冠状动脉狭窄首先表现为心内膜下供血不足，进而引起纵向肌束收缩能力下降，运动减弱。当缺血范围进一步侵及中层时，环形肌束收缩力同时下降，圆周运动减弱，因此环向运动功能的保留是冠心病患者PCI术后收缩功能恢复的关键。而面积应变是心肌收缩时心肌面积缩小的百分率，相当于心肌纵向、环向及径向的全矢量和[13]，因此能更敏感地评估心肌的运动功能状态。以上分析均表明术前4D- GAPS和4D- GCPS在预测PCI术后左心功能恢复中起着较重要的作用。

由于本研究样本量较小，且4D- SI技术本身存在一些技术局限性，比如，不能用于评估房颤、束支传导阻滞等病人的左心室收缩功能；当病人全心增大时，左心不能完全在追踪平面上，容积扫描时不能采集患者心脏的完整信息，最终导致测量存在偏差；RT- 3D- STI对图像质量要求较高，在病例筛选中会丢失部分图像质量差的患者，因此，有待于扩大样本量进一步深入研究。

综上所述，4D- SI技术能更敏感、准确地预测冠心病患者PCI术后左心功能的改善，为临床治疗方案的制定、预后的评价提供有价值的信息。同时，4D- GAPS和4D- GCPS可以作为PCI术后左心功能改善的独立预测指标。

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Applicationoffour-dimensionalstrainimagingonthepredictionofleftventricularfunctionimprovementofcoronaryheartdiseaseafterpercutaneouscoronaryintervention

LIYun,LIHua,HUJie

(DepartmentofEchocardiagraphy,ChineseTraditionalMedicineHospitalAffiliatedtoXinjiangMedicalUniversity,Urumqi830000,China)

Objective: To clarify the role of the newly developed four- dimensional strain imaging(4D- SI) in the prediction of the left ventricular function improvement after percutaneous coronary intervention(PCI).Methods55 patients diagnosed with coronary heart disease(CHD) by coronary angiography and successfully provided with PCI were recruited. After 6 months of follow up, the CHD patients were grouped into A and B group based on whether having left ventricular function recovery or not. Before and after PCI, left ventricular end- systolic volume(LVESV), left ventricular end- diastolic volume (LVEDV) and left ventricular ejection fraction(LVEF) by echocardiography, the global longitudinal peak strain(2D- GLPS) by strain imaging using automated function imaging (AFI), global longitudinal peak strain(4D- GLPS), circumferential peak strain(4D- GCPS)，radial peak strain(4D- GRPS) and area peak strain (4D- GAPS) by 4D- SI were assessed.ResultsBefore and after PCI，all left ventricular strain values of A group were higher than those of B group(P<0.001)；the single parameter mode of ROC curve analysis showed that the area under the ROC curve (AUC)(0.944), sensitivity(91.3%) and specificity (93.8%) of 4D- GAPS were relatively higher than other strain parameters．The single technology mode of ROC curve analysis showed that AUC(0.969)，sensitivity(95.7%) and specificity(90.6%) of 4D- SI were higher than those of the AFI- based longitudinal strain.Conclusion4D- SI is a more accurate and comprehensive method in the prediction of the left ventricular myocardial function recovery, and 4D- GAPS, a novel automatic index, as well as 4D- GCPS, can act as independent predictors in the left ventricular myocardial function recovery.

coronary heart disease; percutaneous coronary intervention; four- dimensional strain imaging; automated function imaging

2016- 11- 30

2017- 06- 16

新疆维吾尔自治区自然科学基金资助项目(2015211C147)

李云(1989-)，女，河南信阳人，在读硕士研究生。E- mail: 734919692qq.com

李华 E- mail: Lihua00828@163.com

李云，李华，胡劼. 超声四维应变成像技术预测冠心病患者PCI术后左室心肌功能改善的研究[J].东南大学学报:医学版,2017,36(5)：710- 716.

R541.4；R445.1

A

1671- 6264(2017)05- 0710- 07

10.3969/j.issn.1671- 6264.2017.05.006

(本文编辑：何彦梅)