二维斑点追踪成像技术评价冠状动脉慢血流患者左室心肌分层应变

邢雨蒙 史 静 颜 彦 李 清 陈海燕 舒先红, 潘翠珍,,3

(1复旦大学附属中山医院心脏超声诊断科 上海 200032; 2上海市心血管病研究所 上海 200032;3上海市影像医学研究所 上海 200032)

冠状动脉慢血流(coronary slow flow,CSF)是指冠状动脉造影(coronary angiography,CAG)显示冠状动脉主要分支血管远端出现灌注延迟,但该血管无明显狭窄性病变,表现为正常或接近正常[1]。由于CSF患者血流灌注缓慢,且正常情况下3层心肌(心内膜下、中层和心外膜下)肌纤维分布和排列各不相同[2],CSF可能对不同心肌层造成不同程度的心肌缺血、从而导致不同程度的损伤。但目前国内外鲜有针对CSF患者左室心肌功能进行逐层观察的研究报道。本研究旨在应用二维斑点追踪技术(two-dimensional speckle tracking echocardiography,2D-STE)评估CSF患者左室各层心肌收缩期应变特点,研究分层应变评估CSF患者心肌早期收缩功能异常的准确性及临床价值。

资 料 和 方 法

研究对象收集2015年3月至2017年6月在复旦大学附属中山医院经CAG确诊的CSF患者41例(CSF组),男28例,女13例。纳入标准:(1)存在胸闷、胸痛等典型或不典型心绞痛症状;(2)造影显示冠状动脉无狭窄但存在血流灌注缓慢:校正的心肌梗死溶栓血流帧数法(corrected TIMI frame count,cTFC)存在至少1支及以上冠脉血管cTFC>27帧[3]。同一时期选取年龄与CSF组相匹配且CAG结果完全正常者59例(设为对照组),男39例,女20例。

排除标准:(1)合并严重心力衰竭、冠状动脉瘤扩张、心脏瓣膜结构功能失调、先天性心脏病、心律失常等;(2)冠状动脉夹层、动脉畸形、心肌桥等;(3)有甲亢、心肌梗死、脑卒中或难治性高血压病史等;(4)血液系统功能紊乱、严重肺、肝、肾功能不全或重度营养不良;(5)合并恶性肿瘤、感染、免疫系统缺陷等。

仪器和方法选用GE Vivid E9彩色超声诊断仪(M5s探头,频率1.7～3.3 MHz,美国GE公司)。嘱患者左侧卧位,于胸前贴电极片并连接心电图,待呼吸平稳后,检查者于6个切面观(心尖左室长轴、四腔、两腔以及二尖瓣、乳头肌、心尖水平左室短轴)采集清晰的动态二维超声图,每个切面观连续采集5个心动周期,存盘供脱机分析。

常规超声心动图 于舒张期末和收缩期末,分别在心尖四腔和心尖两腔切面观勾勒出左室心内膜边界,运用双平面Simpson法获取左室收缩末容积(left ventricular end systolic volume,LVESV),左室舒张末容积(left ventricular end diastolic volume,LVEDV)及左室射血分数(left ventricular ejection fraction,LVEF)。并于标准胸骨旁左室长轴切面观测量舒张期末室间隔厚度(interventricular septum thickness diastolic,IVSTd)和左室后壁厚度(left ventricular posterior wall thickness at end-diastole,LVPWTd)。

心肌分层应变的脱机分析 选中 Echo Pac软件中的Q-analysis选项,打开2D-strain界面,系统根据操作者描记的上述6个切面观的左室心内膜轮廓自动追踪并生成感兴趣区(region of interest,ROI),适当调整ROI宽度以保证分析效果。软件根据ROI范围将左心室壁心肌自动划分为内、中、外3层,记录上述6个切面观相应各节段的分层应变参数,通过分别计算左室长轴3个切面观心肌整体纵向分层应变(global longitudinal strains,GLS)和短轴3个切面观心肌整体环向分层应变(global circumferential strains,GCS)的平均值,获得左室3层GLS和GCS,计算其相应外膜与内膜应变间的差值,得到相应跨壁应变梯度△GLS、△GCS。所有分层应变参数均取3个不同心动周期分析结果的平均值。所有图像的分析由2名医师分别进行。

慢血流数据的分析处理 在分析两组冠状动脉造影结果差异时,因为左前降支(left anterior descending branch,LAD)比左回旋支(left circumflex artery,LCX)和右冠状动脉(right coronary artery,RCA)长,根据上述Gibson等[3]推荐的方法将其TFC除以1.70,得到LAD校正后的TFC,用cLAD表示。冠状动脉平均TIMI帧数值(mean TIMI frame count,mTFC)由cLAD、LCX、RCA三者TFC之和除以3得到[4]。

结 果

一般临床资料及冠脉造影结果比较一般临床资料诸如年龄、性别、体重、身高、心率(heart rate,HR)、舒张压(diastolic blood pressure,DBP)、收缩压(aystolic blood pressure,SBP)、体表面积(body surface area,BSA)、体重指数(body mass index,BMI),CSF组和对照组间差异无统计学意义。两组的冠状动脉造影结果差异有统计学意义(P<0.001,表1)。

CharacteristicsCSF (n=41)Control (n=59)PGender (F/M)13/2820/390.828 Age (y)57.42±6.8854.83±8.220.118HR (bpm)67.28±10.1168.75±10.010.491SBP (mmHg)117.69±12.29113.29±11.510.081DBP (mmHg)76.03±7.0872.85±9.250.080Height (cm)166.50±8.03168.51±7.220.211Weight (kg)68.08±9.1468.31±9.670.912BMI (kg/m2)24.50±2.4924.06±3.090.470BSA (m2)1.78±0.971.78±0.140.869TFC cLAD42.39±11.7719.98±2.10<0.001LCX36.33±8.44 20.36±2.33<0.001RCA44.81±14.32 19.95±2.35<0.001Mean TFC48.93±13.71 20.11±1.24<0.001

1 mmHg=0.133 kPa.

常规超声心动图参数比较比较两组间常规超声心动图参数IVSTd、LVPWTd、LVEDV、LVESV、LVSV、LVEF,差异无统计学意义(表2)。

CharacteristicsCSF (n=41)Control (n=59)PIVSTd (mm)9.81±0.929.51±0.880.120LVPWTd (mm) 9.33±1.079.46±1.020.573LVEDV (mL)78.33±17.0183.49±17.640.164LVESV (mL)29.69±6.9131.03±7.210.375LVSV (mL/m2)48.64±10.8752.46±11.170.106LVEF (%)62.53±2.8362.97±2.920.475

左室心肌纵向和环向分层应变参数比较左室3层心肌(心内膜下层、中层、心外膜下层)GLS和GCS,CSF组与对照组均存在由内向外逐级递减的梯度特征。CSF组左室3层心肌GLS及跨壁应变梯度△GLS均较对照组减低,差异有统计学意义(P<0.05),其中以心内膜下层GLS和跨壁应变梯度△GLS降低更为显著(P<0.001),GCS及跨壁应变梯度△GCS与对照组之间差异无统计学意义(图1,表3)。

GLS for the apical left ventricular long axis.

图1CSF组和对照组的左室心肌二维应变参数图
Fig1Leftventricular2DstrainparametersofCSFandcontrolgroup

ParametersCSF (n=41)Control (n=59)PGLS Endocardial-20.69±3.13-23.25±2.93<0.001 Mid-Layer-19.03±2.83-20.37±2.720.025 Epicardial-16.32±2.47-17.88±2.570.005GCS Endocardial-33.63±5.58-33.84±4.58 0.842 Mid-Layer-20.27±2.83-20.36±3.400.893 Epicardial-11.98±2.45-12.11±2.860.822△GLS-4.37±1.11 -5.37±0.84<0.001△GCS -21.65±5.16-21.80±3.440.865

预测CSF应用ROC曲线计算分层应变参数预测CSF左室收缩功能的AUC,结果显示左室3层心肌GLS以及△GLS减低均能预测CSF左室收缩功能(P<0.05);其中△GLS的AUC最大(AUC=0.766,P<0.001),在截断值为-4.87%时,灵敏度为66.7%,特异度为76.3%(图2)。

重复性检验观察者内左室心内膜下层、中层、心外膜层心肌GLS的ICC值分别为0.95、0.92、0.91,左室3层心肌GCS的ICC值分别为0.92、0.88、0.91;观察者间左室3层心肌GLS的ICC值分别为0.88、0.87、0.83,左室3层心肌GCS的ICC值分别为0.91、0.84、0.88。观察者内和观察者间左室3层心肌GLS、GCS的Bland-Altman分析结果见图3。

GLS:Global longitudinal strain;GCS:Global circumferential strain;ENDO:Endocardial;MID:Mid-layer;EPI:Epicardial.

图2应变参数预测CSF左室收缩功能的ROC曲线
Fig2TheROCcurveofstrainparameterstopredicttheleftventricularsystolicfunctionofCSF

讨 论

CSF是指在冠状动脉造影时出现末端冠状动脉血管显影延迟的现象,其检出率为1%～7%[5-6]。尽管其冠状动脉正常或接近正常且仅表现为血流缓慢,在临床中仍有很多CSF患者表现出不同形式的心肌缺血,如不稳定性心绞痛、室性心动过速、心肌梗死等,生活质量受到严重影响。因此,早期诊断出CSF对准确制定治疗方案和改善预后具有重要的临床意义。但由于心电图和常规超声心动图识别CSF时特异性和敏感性较低,检查结果常为阴性,故临床漏诊率较高[7-8]。在本研究中,CSF组与对照组之间的常规超声心动图参数(IVSTd、LVPWTd、LVEDV、LVESV、LVSV、LVEF)差异同样无统计学意义,这可能与早期缺血程度较轻,导致的左室壁收缩活动异常难以被检查者肉眼发现有关。

SD:Standard deviation;GLS:Global longitudinal strain;GCS:Global circumferential strain;ENDO:Endocardial;MID:Mid-layer;EPI:Epicardial.

图3观察者内和观察者间GLS和GCS的Bland-Altman图
Fig3Bland-Altmananalysisforintra-observerandinter-observerreliabilityofGLSandGCS

2D-STE无角度依赖性,可通过识别和追踪不同心动周期内心肌组织的形变信息评价心肌收缩功能,它不仅可以定量评价心肌纵向、环向及径向运动,还可以通过分析左室心肌分层应变[9],定量评估左室各层心肌收缩功能。本研究通过比较2D-STE获取的2组间左室心肌分层应变参数发现,与对照组相比,CSF组左室3层心肌GLS和△GLS的降低差异具有统计学意义,其中心内膜下层心肌GLS和△GLS降低最为显著;而两组间左室3层心肌GCS及△GCS相比,CSF组仅较对照组有减低趋势,但差异无统计学意义。心肌缺血时最先影响心内膜下层,随着病变及缺血程度加重,将逐渐由内向外累及至中层及心外膜下层心肌。研究证实呈螺旋形排列的心内膜下心肌与心肌纵向应变有关,呈环形排列的中层心肌影响心肌环向应变,故当缺血程度较轻纵向应变受损减低时,环向应变可能仍保持正常,即心肌缺血时心肌纵向应变异常早于环向应变,是更为敏感的评估指标[10]。因此,对于临床中具有典型或不典型胸痛症状而冠状动脉造影检查结果正常的早期CSF患者,可通过检测左室心内膜下层GLS及△GLS是否减低协助评估左室收缩功能。

此外,由于不同心肌层心肌纤维排列和走向存在差异,导致收缩时左室3层心肌的纵向应变和环向应变都存在一定的跨壁梯度,即心内膜下层>中层>心外膜下层[11]。本研究中,CSF组这一跨壁应变梯度特征仍然存在,GLS和GCS在心内膜层仍保持最大,但△GLS显著低于对照组,其原因可能是由于正常情况下,心内膜下心肌收缩以及室壁增厚幅度都较心外膜下层大[12-13],且承受更大的室壁张力以及做功量,对氧的需求量更高,因此心内膜下心肌对早期细微缺血更为敏感[14],心肌受损程度也更为严重,故降低最早、最明显的是心内膜下层GLS;同时,为弥补心内膜下心肌受损所造成的心肌收缩活动减弱,心外膜下心肌增加自身做功以维持心肌收缩力可能也起到一定作用[15]。此时,心外膜层GLS可能保持不变甚至轻度增加,这两方面因素共同导致CSF组的△GLS明显降低。本研究ROC曲线分析结果也显示了左室GLS及3层心肌△GLS对于CSF具有诊断效力,其中△GLS的AUC最大,诊断准确性最高。而Wang等[16]研究认为,CSF组的△GLS虽也较对照组降低,但未达到统计学差异,这一结果可能与两项研究中选取的CSF组患者各节段心肌病变程度、冠状动脉血流帧数以及受累冠状动脉分支分布不同而导致获取的左室心内膜下层与心外膜层心肌GLS的降低程度存在差异有关。

本研究的不足在于由于当前分析软件尚不能分析左室3层心肌径向分层应变,故只对左室3层心肌GLS和GCS进行了分析,目前对短轴心尖水平尚无确切定义且病例组样本量较少,分析图像时容易受主观及检测机器影响,研究结果可行性有待更大规模的样本量进一步证实。

综上所述,2D-STE可通过评估心肌分层应变识别 CSF患者左室各层心肌收缩功能的受累程度。在心肌分层应变各个相关指标中,左室心内膜下层GLS及△GLS最为敏感,其中△GLS甄别CSF患者左室心肌早期收缩功能异常的准确性较高,具有较好的临床应用前景。