二维斑点追踪技术评估手足口病患儿左室收缩功能

曾健　颜汉宁　翟玉霞

(1.自贡市第四人民医院超声医学科，四川 自贡 643000; 2. 汕头大学医学院第二附属医院，广东 汕头 515000)

手足口病(Hand-foot-mouth disease，HFMD)是儿科比较常见的传染病。近年来HFMD发病率在中国显著升高, 并呈现出季节性流行和全年散发趋势[1]。基于HFMD的高发病率及潜在心肺功能不全风险，对HFMD患儿进行心功能评价有重大意义，特别是重症HFMD患儿心肺功能衰竭的早期诊断、及时处置是抢救成功的关键。本研究设想采用二维斑点追踪成像 (Two-dimensional speckle tracking imaging，2D-STI) 技术评价HFMD患儿左室17节段各个节段局部收缩功能，目的在于探索HFMD心功能改变情况，特别是早期表现，为临床诊治提供帮助。

1　资料与方法

1.1研究对象与分组选择2015年4月～2016年2月期间在汕头大学医学院第二附属医院住院经临床确诊及病原学检查证实为EV71型病毒感染的HFMD患儿为研究对象。按卫生部印发《手足口病诊疗指南2010年版》[2]中的诊断标准选取实验组共41例，病原学检查均为EV71型，并将其分为轻症组和重症组。实验组分组标准：轻症组：单纯HFMD患儿，有手、足、口、臀部皮疹，可伴有发热，年龄10～44个月，共15例； 重症组根据《中华人民共和国卫生部2010年版》标准符合合并下列情况之一者：①神经系统症状：频繁的抽搐、昏迷、脑疝。②呼吸困难、有口唇或指端紫绀，咯血性泡沫痰及肺部有啰音等。③休克等循环功能障碍表现。④白细胞计数明显改变(WBC>15．0×109/L或WBC<2．0×109/L)[2-3]，年龄9～51个月，共26例。选择来我院体检的健康儿童为对照者，性别、年龄、身高及体重均与试验组相仿，共21例。排除标准：①实验组及对照组均排除心肺脑血管疾病、严重肝肾疾病。② 对照组还需排除近期存在严重感染等影响心功能改变者。

1.2仪器与方法采用GE Vivid 7 彩色多普勒超声诊断仪，配备经胸成人M4S心脏探头及小儿7S心脏探头，频率分别为1.5～3.5MHz和6.5～8.0MHz，帧频40～80帧/s。所有患者取左侧卧位或仰卧位，连接心电图，除行常规心脏测量之外，还采用双平面Simpson法测量左心室射血分数(LVEF)、脉冲多普勒计算Tei指数[等容收缩期时间(ICT)、等容舒张期时间(IRT)及射血时间(ET)]。随后存取所有儿童心尖四腔观、心尖二腔观及心尖三腔观切面连续 3个心动周期的动态图。在二维灰阶分析状态下，心尖四腔心、心尖两腔心和心尖左心室长轴切面进入AFI程序，按照提示选择感兴趣区域(Regions of Interest,ROI)心肌范围，勾画出心肌内膜缘曲线，调整ROI宽度，使其与心肌厚度一致。每个节段只当字母V显示时视为有效追踪，如字母X显示则视为无效追踪。对字母为X显示的相应的室壁节段已勾勒的ROI范围进行调整，直到全部节段均为字母V显示后，启动计算机程序自动对已勾勒的ROI进行追踪[4]。设定主动脉瓣关闭时间(AVC)点。利用仪器自带的斑点追踪技术分析软件在左心室长轴切面、心尖四腔切面及两腔心切面心肌组织中每个点在心动周期运动的轨迹进行自动追踪，可计算其ROI中每个节段心室壁沿纵行心肌纤维方向的平均应变值，并最终获得左心室壁各节段的应变曲线和牛眼图，见图1～3，计算出整体纵向应变(global longitudinal strain，GLS)。以上操作均由同一名人员完成，且每例儿童制作3张牛眼图，取最满意一张留作分析。同期分析各儿童的生化指标，主要包括白细胞总数(WBC)、肌酸激酶(CK)、肌酸激酶心肌同工酶(CK-MB)、C-反应蛋白(CRP)及血糖(GLU)。

图1　正常儿童左心室收缩期峰值应变牛眼图

Figure1Normalchildrenleftventricularsystolicpeakstrainbovineeyediagram

2　结果

2.1重症组中的WBC、心率、GLU、CRP、CK、CK-MB均明显高于轻症组和对照组，差异有统计学意义(P<0.05)，其中心率及白细胞总数差异尤为显著(P<0.01)；与对照组相比，轻症组各指标略有升高，但差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。

2.2重症组LVEF、GLS相较于轻症组和对照组明显减低，Tei指数明显高于轻症组和对照组，差异均有统计学意义(P<0.01)。轻症组与对照组比较，LVEF、Tei指数、GLS两组间差异无统计学意义(P>0.05)，见表2。

图2　HFMD轻症组患儿左心室收缩期应变峰值应变牛眼图

Figure2ThemildgroupofHFMDchildrenleftventricularsystolicstrainpeakstrainbovineeyeandcurvediagram

2.3重症组左室后壁及侧壁的基底段、中间段、心尖段应变峰值较对照组明显减低，差异有统计学意义(P<0.01)；重症组左室后室间隔中间段及心尖段、左室下壁基底段、左室心尖部应变峰值与对照组比较，差异均有统计学意义(P<0.05)。重症组左室后壁基底段及侧壁心尖段应变峰值较轻症组明显减低，差异有统计学意义(P<0.01)；重症组左室后室间隔中间段、心尖段，左室后壁、侧壁中间段及左室心尖部应变峰值与轻症组比较，差异亦有统计学意义(P<0.05)。轻症组仅见于左室后壁、侧壁的基底段、中间段及左室侧壁心尖段应变峰值减低，与对照组比较,差异均有统计学意义(P<0.05)，其中左室后壁的中间段应变峰值与对照组比较，差异更显著(P<0.01)，见表3～5。

图3　HFMD重症组患儿左心室收缩期应变峰值应变牛眼图

Figure3TheseveregroupofHFMDchildrenleftventricularsystolicstrainpeakstrainbovineeyeandcurvediagram

2.4超声检查左心室基底段、中间段及心尖段3部分应变峰值均值观察中，对照组、轻症组、重症组间基本呈阶梯状减低改变。重症组左室基底段、中间段及心尖段相较于轻症组及对照组各应变峰值均值均明显减低，差异均有统计学意义(P<0.01)。轻症组相较于对照组，仅见基底段、中间段应变峰值均值减低，差异有统计学意义(P<0.05)，心尖段应变峰值均值减低不明显，组间差异无统计学意义(P>0.05)，见表6。

表1　3组对象临床和实验室检查指标比较Table 1　The comparison of HFMD index in clinical and laboratory examination among severe group, mild group and control group

注：与对照组比较， ①P<0.05，②P<0.01；与轻症组比较，③P<0.05，④P<0.01

表2　3组对象LVEF、TEI及GLS评估左心室整体心功能比较Table 2　The comparison of HFMD index in LVEF, TEI and GLS among severe group, mild group and control group

注：与对照组比较， ①P<0.05，②P<0.01；与轻症组比较，③P<0.05，④P<0.01

表3　3组对象左室壁基底段各节段应变峰值比较Table 3　The comparison of HFMD index in each basal segmental left ventricular wall strain among severe group, mild group and control group

注：与对照组比较， ①P<0.05，②P<0.01；与轻症组比较，③P<0.01

表4　3组对象左室壁中间段各节段应变峰值比较Table 4　The comparison of HFMD index in each middle segmental left ventricular wall strain among severe group, mild group and control group

注：与对照组比较，①P<0.05，②P<0.01；与轻症组比较，③P<0.05

表5　3组对象左室壁心尖段各节段应变峰值比较Table 5　The comparison of HFMD index in each apex segmental left ventricular wall strain among severe group, mild group and control group

注：与对照组比较，①P<0.05，②P<0.01；与轻症组比较，③P<0.05

Table6ThecomparisonofHFMDindexinbasal，middleandapexsectionofleftventricularwallstrainamongseveregroup,mildgroupandcontrolgroup

分组　基底段　中间段　心尖段重症组-18.31±2.76②③ -18.85±2.63②③ -19.46±3.07②③轻症组-21.40±2.16①-20.93±1.66①-22.07±2.84对照组-22.90±0.99-22.86±1.06-23.29±0.95

注：与对照组比较， ①P<0.05，②P<0.01；与轻症组比较，③P<0.05

3　讨论

HFMD是儿科临床的常见急性传染病，EV71为最常见及主要病原体之一[5]，是一种高度嗜神经性病毒，多数患儿表现为一过性无凶险性脑膜炎、脑干脑炎等，重症HFMD患儿中可诱发心脏和肺衰竭[6]。EV71感染HFMD患儿主要由心肌顿抑引起神经源性心功能不全，可能因中枢性交感神经兴奋性增高引起，与体内儿茶酚胺水平升高有关[7-8]。儿茶酚胺在诱导肺水肿发生的同时也能引起心肌顿抑，表明重型脑损伤后血儿茶酚胺升高可引起心脏前后负荷持续增加，最终诱发心功能失代偿而导致急性心功能受损[9-10]。交感神经末梢释放大量儿茶酚胺类物质，一部分释放到循环中，另一部分存在于交感神经末梢的心肌细胞内。心肌组织中儿茶酚胺增高不仅可引起细胞内钙离子增加，使心肌收缩力下降，还可直接造成心肌细胞损害；儿茶酚胺引起神经体液调节紊乱，使心肌微循环障碍和冠脉痉挛，产生心肌缺血和循环功能障碍[11]。此过程如持续存在，必将导致心肌功能受损，出现室壁节段运动异常。

心肌酶是检查心肌受损的传统指标，许多研究HFMD患儿心肌酶的资料表明，存在高危因素的HFMD患儿病变早期CK-MB显著升高，心肌损害发生率显著增加[12]。本研究结果发现，重症组中的CK、CK-MB均明显高于轻症组和对照组(P<0.05)，提示心肌酶，特别是CK-MB对心脏损伤敏感性高。但有研究显示，在骨骼肌损伤或肾衰竭时也会引起CK-MB水平升高[13]，不是特异性指标。另外，本研究41例HMFD患儿中对cTn-I检测基本为阴性(<2.0ng/L)，提示CK-MB明显升高的重症患儿中也鲜有阳性病例，这与国内少数研究者发现HFMD重症组中cTn-I升高结果相矛盾。本研究中HFMD重症组cTn-I均表现为阴性的原因可能为，虽然cTn-I对诊断心肌损害的特异性很强(可高达97% ～ 100%[14])，但敏感性不高。李玉娥等[15]在对手足口病患儿心肌损害相关指标检测分析中发现，对心肌炎诊断特异性cTnI高于CK-MB，而敏感性CK-MB却高于cTnI。国外Kim J等[16]在对急性冠脉综合征患者CK-MB及cTn-I检测中也得出了同样的结果。基于cTnI的敏感性不足或上升幅度不够，仪器难以监测，可能最终导致cTn-I检测阴性。本研究结果还发现，重症组中的白细胞总数、心率、血糖、CRP均明显高于轻症组和对照组(P<0.05)，说明重症HFMD是可以累及全身多个器官病变的感染性疾病，监测患儿体征变化需全面。

2D-STI技术无角度依赖性，亦不受心脏整体的运动及周围心肌组织相互牵拉的干扰，能够准确反映心肌运动；其成像原理与磁共振相似，但不是利用磁共振信号，而是利用心肌内在特征即原始的声学斑点标记[17]。随后对斑点进行辨认，并应用空间与时间图像处理算法，进行几何位移的逐帧追踪，即能获得心肌组织运动的信息。邻近两斑点之间的距离随时间变化轨迹可以反映组织运动的速度、舒缩形变、位置移动和心脏扭旋等数个运动参数，对心脏各个心动周期中的力学特征性进行定性及定量描述。

本研究利用2D-STI发现正常组左室心肌整体纵向应变(GLS)及各节段收缩期纵向峰值应变(LPSS)的平均值均在国内姜岚、谢明星等[18]对同龄正常儿童纵向应变峰值范围研究的数据结果之内，而HFMD重症组的GLS相对于轻症组和对照组明显减低，表明重症组患儿左室心肌整体的收缩功能已经减低，而轻症组患儿左室心肌整体收缩功能基本正常。

在把左心室分为基底段、中间段、心尖段的研究中，发现重症组HFMD患儿左室心肌基底段、中间段及心尖段的纵向应变峰值均值均低于对照正常值，但心尖段相对更加接近正常值，表明HFMD患儿左室心肌收缩功能下降主要以基底段和中间段为主，心尖段改变相对轻微；至于轻症组基底段、中间段、心尖段各纵向应变峰值均值均在正常范围之内，差异无统计学意义(P>0.05)。在对每位检测者左室心肌分为17节段观察各节段应变峰值比较中发现，HFMD重症组左室心肌纵向应变峰值下降主要在左室后壁、侧壁、后室间隔全段及下壁基底段，轻症组仅见于左室后壁、侧壁的基底段、中间段及左室侧壁心尖段应变峰值减低(P<0.05)，说明HFMD患儿左室心肌收缩功能下降主要以后壁、侧壁及心尖段为主；随着病情的加重，重症HFMD患儿左室后壁、侧壁心肌收缩功能进一步下降。除此之外，左室后室间隔及下段部分心肌也开始出现收缩功能异常，左室前室间隔及前壁心肌收缩功能下降反而很少累计，这表明HFMD患儿心肌损害有一定的过程，且与病情严重程度关系密切。对本研究结果的进一步分析发现，重症HFMD患儿左室心肌收缩功能下降主要表现在左室后壁、侧壁、后室间隔及下壁，而轻症组则只表现在左室后壁及侧壁收缩功能轻微下降，这与国内王红英等[19]研究结果基本相似。不论把左室心肌整体分基底段、中间段及心尖段三个部分来观察，还是分为17节段来观察，都能发现HFMD患儿左室心肌基底段纵向应变峰值比中间段及心尖段下降明显，而中间段又相对于心尖段下降明显，从心尖段向基底段观察纵向应变峰值呈现一个递减趋势。由此推测，HFMD患儿心肌收缩功能下降可能存在这样一个顺序，即首先发生在左室后壁、侧壁基底段，随着病情发展，短轴切面逐步累计左室下壁、后室间隔的基底段，长轴切面逐步累计左室后壁、侧壁中间段及基底段。基于此，HFMD患儿心脏改变主要是神经源性的观点，表现为左室收缩功能下降的有顺序性，可能在于左心室侧壁、后壁基底段交感神经末梢分布相对于其他节段心肌丰富；或是心肌组织中本身的儿茶酚胺分布上升节律破坏[20]，左室侧壁、后壁基底段心肌儿茶酚胺浓度相对更多，导致其相应节段率先出现运动异常。由于本研究样本量较小，且2D-STI是基于二维灰阶图像的采集，不能完全反映心肌在三维空间的形态改变，有待运用3D-STI进一步研究。

4　结论

本研究发现，HFMD患儿存在不同程度的左心室局部或整体心肌收缩功能改变。2D-STI技术具有较高的敏感性，即使在常规超声心动图显示正常的患儿中，运用该技术分析仍可早期发现患儿心脏功能的细微变化，并可通过牛眼图中数值及颜色变化直观地了解病变心肌节段和病变程度，可对手足口病患儿心功能评估提供帮助。