实时三维超声心动图和二维斑点追踪成像技术评价高血压病患者左心房功能

陈 斌， 周丽英， 林 东， 郭 薇， 戴 莹， 叶振盛

既往左心房功能主要通过二维超声心动图测量左心房的大小及多普勒血流显像技术测量二尖瓣和肺静脉血流频谱等来评价[1]，但前者受左心房几何形态的影响，后者受测量角度、心脏前后负荷状态以及房室间压力梯度等诸多因素的影响，因此测量结果存在一定的误差。实时三维超声心动图(real-time three-dimensional echocardiography，RT-3DE)可不依赖于几何形状的假设而获取左心房立体的整体形态，通过三维容积测量方法，直接测量左心房容积及其在心动周期中的变化。二维斑点追踪显像技术(two-dimensional speckle tracking imaging，2D-STI)通过组织灰阶自动逐帧追踪心肌组织声学斑点的位置和运动，定量获取心肌组织运动的位移、速度、应变及应变率等心肌力学参数，评价整体和局部心肌功能，无角度依赖性。本研究旨在探讨RT-3DE联合2D-STI评价高血压病患者左心房功能改变的临床应用价值，报道如下。

1 对象与方法

1.1对象 选取2016年3-7月行超声心动图检查的原发性高血压病患者56例，男性29例，女性27例，年龄(57.44±9.76)岁(31～81岁)。原发性高血压病诊断均符合2010年《中国高血压防治指南》[2]：非药物状态下非同日≥2次诊室收缩压(systolic blood pressure, SBP)≥140 mmHg(1 mmHg=133.3 Pa)或舒张压(diastole pressure, DBP)≥90 mmHg。排除心脏瓣膜病变(如风湿性心脏病、重度瓣膜关闭不全)、冠心病、糖尿病、先天性心脏病、心肌病、心律失常、二维及三维图像质量差患者。同时选取年龄、性别大致与高血压组相匹配的健康志愿者33例为对照组，男性14例，女性19例，年龄(55.27±8.67)岁(34～80岁)。2组年龄比较差别无统计学意义(P>0.05)。本研究经医院伦理委员会审批同意。

1.2方法

1.2.1仪器设备与图像采集 采用彩色多普勒超声诊断仪(Vivid E9，美国GE公司)进行检查，M5Sc探头，频率1～3 MHz，配有Echo PAC软件。受检者左侧卧位，同步连接心电图，选取胸骨旁左心室长轴观及心尖四腔、两腔、三腔观的二维动态图像，帧频为每秒>60帧，连续记录3～5个心动周期。于心尖四腔观，用脉冲多普勒记录二尖瓣口前向血流频谱。后切换至4V探头，调节声束方向，使心尖四腔观图像达最佳显示，嘱受检者屏住呼吸，保持3～5个心动周期，启动“Full volume”键，采集实时左心房全容积三维图像，注意保证左心房完整且清晰地包在全容积模块中，存储并上传图像至工作站以备分析。

1.2.2常规二维参数测量 用二维超声心动图测量左心房最大前后径(left atrial anteroposterior diameter，LAD)、左心室舒张末期室间隔厚度(left ventricular end diastole interventricular septal thickness，IVST)、左心室内径(left ventricular end-diastolic internal diameter，LVDd)、左心室后壁厚度(left ventricular posterior wall thickness，LPWT)、舒张早期二尖瓣跨膜血流速度(early diastolic mitral valve flow velocity，E)、舒张晚期二尖瓣跨瓣血流速度(late diastolic mitral valve flow velocity，A)及E/A。

1.2.3RT-3DE参数测量 将所采集存储的三维图像导入Echo PAC(version:113)工作站，进入“4D Auto”模式，分别于左心室舒张末期及收缩末期选择二尖瓣环中点和左心房顶心内膜2个点，系统将自动勾画出左心房心内膜轮廓，局部手动加以调节，使其与实际心内膜(不包含左心耳、肺静脉入口)边界贴合一致。软件自行逐帧进行序列分析，生成左心房整体的容积-时间曲线(volume-time curves，VTC，图1)，得出左心房最小容积(left atrial minimal volume，LAVmin)、左心房最大容积(left atrial maximal volume，LAVmax)，结合心电图，由平台期测得左心房收缩前容积(left atrial presystolic volume，LAVpre)，每组重复测量3次，取平均值，为各检测指标的最终取值。经体表面积矫正，计算出左心房最大容积指数(left atrial maximal volume index，LAVImax)、左心房最小容积指数(left atrial minimal volume index，LAVImin)、左心房收缩前容积指数(left atrial presystolic volume index，LAVIpre)，并计算以下指标：

左心房被动射血分数(left atrial passive ejection fraction，LAPEF)=(LAVmax-LAVpre)/LAVmax×100%

左心房主动射血分数(left atrial active ejection fraction，LAAEF)=(LAVpre-LAVmin)/LAVpre×100%

左心房每搏量(left atrial stroke volume，LASV)=LAVmax-LAVmin

左心房整体射血分数(left atrial total ejection fraction，LAEF)=LASV/LAVmax×100%

A：正常人左心房实时全容积三维图像； B：左心房容积-时间曲线.图1 实时三维超声心动图测量——正常人左心房实时全容积三维图像及左心房容积-时间曲线Fig 1 The full volume three-dimensional image and the volume-time curve by using RT-3DE to measure the left atrium of a normal person

1.2.42D-STI参数测量 应用Echo PAC工作站二维应变分析软件，分别在心尖四腔、两腔及三腔观3个切面选择左心房心内膜显示最清晰的心动周期，软件自动定义心内、外膜间斑点追踪感兴趣区(region of interest，ROI)，并勾画左心房心内膜面，手动调整感兴趣区宽度，使之与左心房壁厚度相符合，运行软件自动逐帧追踪ROI的心肌运动。将心尖四腔、两腔及三腔心切面中的房间隔和左心房侧壁、前壁、下壁、后壁等5个壁各分为3个节段，即基底段、中间段和房顶，共15个节段。分别记录心动周期中5个壁中间段的长轴方向心肌运动的应变率(strain rate，SR)，左心室收缩期左心房峰值应变率(left ventricular systolic peak strain rate，SRs)、左心室舒张早期左心房峰值应变率(left ventricular early diastolic peak strain rate，SRe)和心房收缩期即左心室舒张晚期左心房峰值应变率(left ventricular late diastolic peak strain rate，SRa)，计算其平均值(mSRs，mSRe及mSRa)，代表左心房整体的应变率(图2)。

1.2.5测量指标 左心房储蓄功能(LAEF，mSRs)、左心房管道功能(LAPEF，mSRe)、左心房辅泵功能(LAAEF，mSRa)。

A：正常人心尖四腔观左心房房间隔及侧壁应变率曲线； B：心尖两腔观左心房前壁及下壁应变率曲线； C：心尖三腔观左心房后壁应变率曲线.图2 二维斑点追踪成像技术测量——正常人的心尖四腔、两腔及三腔观的左心房各壁应变率曲线Fig 2 The left atrial strain rate curves of a normal person’s apical four-chamber view, apical two-chamber view and apical three-chamber view by using 2D-STI

2 结 果

2.1二维常规超声参数 高血压组的LAD，IVST，LVDd，LPWT及A均大于对照组，而E及E/A小于对照组，差别均具有统计学意义(P<0.05)，2组的LVEF差别则无统计学意义(P>0.05，表1)。

2.2左心房三维容积的RT-3DE参数 高血压组的LAVImax，LAVImin，LAVIpre及LASV均大于对照组，而LAEF及LAPEF均小于对照组，差别均有统计学意义(P<0.05)，2组的LAAEF差别则无统计学意义(P>0.05，表2)。

2.3左心房应变率的2D-STI参数 高血压组的mSRs及mSRe均小于对照组，差别均有统计学意义(P<0.05，表3)，2组左心房的mSRa差别则无统计学意义(P>0.05，表3)

2.42D-STI参数与RT-3DE参数相关性分析 左心室舒张早期左心房平均应变率mSRe与LAPEF，左心室舒张晚期左心房平均应变率mSRa与LAAEF以及左心室收缩期左心房平均峰值应变率mSRs与LAEF之间呈正相关关系(r分别为0.554，0.607及0.397，P<0.01，图3)。

表1 对照组与高血压组常规参数的比较

LAD：左心室收缩末期左心房前后径；IVST：左心室舒张末期室间隔厚度；LVDd：左心室舒张末期左心室内径；LPWT：左心室舒张末期左心室后壁厚度；LVEF：左心室射血分数；E：舒张早期二尖瓣跨膜血流速度；A：舒张晚期二尖瓣跨瓣血流速度. 与对照组比较，☆：P<0.05.

表2对照组与高血压组左心房三维容积参数的比较

Tab2Comparison of three dimensional volume parameters of left atrium between normal control group and hypertension group

分组nLAVImax(mL·m-2)LAVImin(mL·m-2)LAVIpre(mL·m-2)LASVmLLAEF%LAAEF%LAPEF%对照组3321．06±4．619．40±2．9213．68±3．5717．88±4．5755．47±8．0431．23±10．8234．74±10．23高血压组5623．58±5．35☆11．48±3．68☆17．39±5．30☆20．36±5．23☆51．67±8．37☆33．21±10．9926．93±11．15☆

LAVImax：左心房最大容积指数；LAVImin：左心房最小容积指数；LAVIpre：左心房收缩前容积指数；LASV：左心房每搏量；LAEF：左心房射血分数；LAAEF：左心房主动射血分数；LAPEF：左心房被动射血分数. 与对照组比较，☆：P<0.05.

表3对照组与高血压组左心房平均应变率的比较

Tab3Comparison the mean left atrial strain rate between normal control group and hypertension group

分组nmSRs/s-1mSRe/s-1mSRa/s-1对照组332．31±0．51-2．36±0．85-2．56±0．69高血压组561．96±0．39☆-1．48±0．54☆-2．54±0．46

mSRs：左心室收缩期左心房平均峰值应变率；mSRe：左心室舒张早期左心房平均峰值应变率；mSRa：左心室舒张晚期左心房平均峰值应变率. 负值只代表方向，不代表大小. 与对照组比较，☆：P<0.05.

A：mSRe与LAPEF的相关性分析； B：mSRa与LAAEF的相关性分析； C：mSRs与LAEF的相关性分析.图3 2D-STI参数与RT-3DE参数之间的相关性分析Fig 3 Correlation analysis between 2D-STI parameters and RT-3DE parameters

3 讨 论

随着对心脏功能研究的深入，人们逐渐认识到左心房功能的检测评价对预测心脑血管事件的危险性、病死率和评估预后等方面起着重要作用。在疾病早期，左心房功能呈代偿状态，长期的代偿导致左心房负荷过重，进而出现左心房重构以及功能下降。左心房的功能变化可以间接反映左心室舒张和收缩功能，评价左心房功能可以为临床诊治提供依据及判断愈后[3]。因而，早期发现左心房功能的异常对于早期诊断和治疗心血管疾病显得尤为重要。

左心房在不同心动周期时相具有储蓄、管道及辅泵功能，其中左心房储蓄和管道功能是左心室舒张早期充盈的基础，而辅泵功能是左心房主动收缩实现左心室舒张晚期进一步充盈的关键。在各种生理、病理状态下，左心房通过上述3种功能，发挥调节左心室充盈和维持正常心输出量的重要作用，特别是在左心室舒张功能障碍时[3]。高血压病患者左心房内压力持续增高的状态可使心房间质纤维增生，而且心房肌纤维细而短，故其对压力变化敏感，使得在左心室肥厚或扩大之前左心房即可发生扩大，而左心室肥厚、左心室顺应性减退使左心房进一步扩大，进而引起左心房功能的变化。近年来有研究应用RT-3DE及2D-STI评价左心房的功能[4-5]。本研究发现，二维超声测量高血压组的LAD，IVST，LVDd，LPWT及A均大于对照组(P<0.05)，而E及E/A小于对照组(P<0.05)，2组的LVEF比较无变化(P>0.05)，说明高血压病患者的左心室收缩功能虽然仍正常，但已出现心肌增厚、左心室舒张功能减退；RT-3DE测量高血压组的LAVImax，LAVImin，LAVIpre及LASV均大于对照组(P<0.05)，而LAEF及LAPEF小于对照组(P<0.05)，2组的LAAEF比较无明显变化(P>0.05)；2D-STI测量高血压组的mSRs及mSRe小于对照组(P<0.05)，而2组的mSRa比较无明显变化(P>0.05)。RT-3DE与2D-STI结果均提示，高血压病患者的左心房储蓄及管道功能已出现减退，但辅泵功能仍处于正常代偿状态，说明高血压病患者在左心室收缩功能正常的情况下，就已出现了左心室舒张功能减退和左心房功能的改变。

本研究相关分析还发现，mSRe与LAPEF、mSRa与LAAEF、mSRs与LAEF之间密切相关(P<0.01)。有研究认为，2D-STI与RT-3DE结合可以方便地识别左心房细微的功能障碍[6]。2D-STI反映多个心动周期动态的左心房功能状态，而RT-3DE反映单个心动周期的左心房功能状态，2种技术联合应用可以从不同角度综合评价高血压病患者的左心房功能，可早期发现、早期诊断，判断病情及评估预后，具有很好的临床应用价值。

[1] Cianciulli T F, Saccheri M C, Lax J A,etal. Two-dimensional speckle tracking echocardiography for the assessment of atrial function[J].WorldJCardiology, 2010,2(7):163-170.

[2] 中国高血压防治指南修订委员会. 中国高血压防治指南2010年修订版[J]. 中华心血管病杂志, 2011,39(7):579-616.

[3] Blume G G, Mcleod C J, Barnes M E,etal. Left atrial function: physiology, assessment, and clinical implications[J].EurJEchocardiogra, 2011,12(6):421-430.

[4] 李 清, 高 敏. 实时三维超声心动图评价心肌梗死患者左心房功能[J]. 中国心血管杂志, 2017,22(3):182-185.

[5] Hosseinsabet A, Mohseni-Badalabadi R, Moinfar A. Impaired left atrial conduit function in coronary artery disease patients with poorly controlled diabetes: two-dimensional speckle-tracking echocardiographic study[J].JUltrasoundMed, 2017,36(1):13-23.