单心动周期实时三维超声心动图对慢性肾脏病患者左心功能的早期评估

崔美月 肖晓刚 张莉 张玉萍

作者单位：100074 北京，中国航天科工集团七三一医院

慢性肾脏病（chronic kidney disease，CKD）是严重威胁人类健康的常见病，流行病学数据表明，即使是轻度肾功能减低其心血管患病风险也相应增加[1]，因此对CKD患者心血管疾病的防治应从早期开始。超声心动图是评价CKD患者心血管疾病的主要手段，已经在诊断方面发挥了重要作用。但传统M型、2D超声心动图参数仅反映一维和二维信息，且受操作者经验、几何假设的限制使得该技术在早期、准确诊断方面存在局限性。本研究旨在通过单心动周期实时三维超声心动图（single beat real-time three-dimensional echocardiography，sRT-3DE）新技术对CKD患者左心结构及功能进行评估，并与常规超声参数进行比较，分析sRT-3DE对CKD患者心脏结构及功能改变的评估价值，为早期准确诊断CKD患者心脏病变及更积极的干预提供依据。

1 材料与方法

1.1 研究对象 选取我院2014年8月～2017年3月门诊及住院治疗的CKD患者43例（CKD组），CKD诊断和分期根据2012年国际肾脏病组织（KDIGO）指南的最新定义及分期[2]，以简化的MDRD公式计算eGFR估计值[3]。本组患者临床分期均为CKDⅡ～Ⅲ期，未使用钙剂或其他影响钙磷代谢药物；未行血滤透析治疗；近期无急性感染史，无贫血。健康对照组30例。所有入选者进行年龄、身高、体重、血生化指标测定。

1.2 仪器 彩色超声诊断仪为美国GE公司Vivid E9，容积探头3V-D，频率1.7～3.3 MHz，灰阶三维扇角90°×90°；二维心脏 M5S 探头，频率为 1.5～5.0MHz。数据分析由Echopac软件完成。

1.3 研究方法 受检者取左侧卧位，连接肢体导联心电图，嘱平静呼吸。

1.3.1 常规超声心动图检查 采集胸骨旁左室长轴、心尖四腔、两腔心切面常规测量左心各参数，根据Devereux校正公式计算心肌重量指数[4]。利用二维双平面Simpson's法测量左心室射血分数（LVEF）及左心房收缩末容积（LAV）[5]。LAVI 由左心房容积除以体表面积后得出，以上操作均由同一名有经验的医师实施，每一指标连续测量3个心动周期，取3次的平均值。

1.3.2 实时三维超声心动图检查 应用3V-D探头，频率 1.7～3.3MHz，三维扇角 90°×90°，深度12～16cm，容积帧频＞12容积/s，将探头置于心尖获取标准心尖四腔心切面，调整增益、帧频等条件至满意成像。触动仪器面板上的“4D”键，采集单心动周期心脏全容积图像及其对应的三平面切割图像，然后应用左心容积自动分析软件自动得出左心三维容积图以及相关参数，包括三维左心室舒张末容积（LVEDV）、左心室收缩末容积（LVESV）、左心室射血分数（LVEF）、左心室质量（LVM）、左心房收缩末容积（LAV），并计算左心室质量指数（LVMI）、左心房容积指数（LAVI），见图 1。

图1 sRT-3DE对左心室容积自动分析

1.4 统计学分析 采用SPSS 12.0统计分析软件，计量资料以±s表示，组间比较进行独立t检验，两组资料间的相关性采用Pearson相关分析。P＜0.05为差异具有统计学意义。

1.5 重复性检验 随机选择5例患者对左心室容量分别进行组内及组间差异的评价。为了对组内变异进行分析，不同患者在两种不同情况下不同位置进行参数测量，组间变异的分析由另一名观察者在不知晓超声心动图结果的情况下完成上述测量。

2 结果

2.1 一般资料 CKD患者的年龄、身高、体重、血脂、血糖与对照组比较差异均无统计学意义（P＞0.05），CKD患者的收缩压、血肌酐高于对照组，差异有统计学意义（P＜0.05），舒张压两组间比较差异无统计学意义（P＞0.05），见表 1。

2.2 常规超声参数结果 与对照组比较，CKD组的左心室舒张末期内径（LVIDd）、LVEDV、LVM、LVMI均增高，差异有统计学意义（P＜0.05）；LAV、LAVI、LVESV、室间隔舒张末期厚度（IVSd）、左心室后壁厚度（LVPWd）、Simpson's法计算的LVEF值两组比较，差异无统计学意义（P＞0.05），见表2。

表1 CKD组和对照组基础资料比较（±s）

表1 CKD组和对照组基础资料比较（±s）

基础资料 对照组（n=30）CKD组（n=43） t P年龄（岁） 54.4±11.2 53.2±15.1 0.364 0.717身高（cm） 168.9+9.2 168.1±6.8 0.421 0.676体重（kg） 72.1±8.3 73.3±9.2 -0.562 0.577体表面积 （m2）1.836±0.311.829±0.360.0850.932 BMI（kg/m2） 23.06±2.5 22.75±3.9 0.378 0.707心率（次 /min） 68.8±3.8 70.5±4.4 -1.889 0.065收缩压（mmHg） 115±7.3 119±7.5 -2.233 0.030舒张压（mmHg） 74±5.5 76±7.0 -1.288 0.204总胆固醇（mmol/L） 3.72±0.55 3.68±0.68 0.263 0.794甘油三酯（mmol/L） 1.25±0.38 1.22±0.43 0.303 0.763低密度脂蛋白（mmol/L） 2.01±0.48 2.11±0.56 -0.783 0.437血糖（mmol/L） 5.2±0.53 5.3±0.38 -0.926 0.359血肌酐（μmol/L） 68.3±9.2 105.4±7.9 -18.174 0.000

表2 CKD组和对照组常规超声心动图参数比较（±s）

表2 CKD组和对照组常规超声心动图参数比较（±s）

常规二维参数 对照组（n=30） CKD组（n=43） t P LAV（ml） 32.17±6.22 35.01±6.61 -1.822 0.076 LAVI（ml/m2） 20.1±4.03 22.2±4.85 -1.928 0.061 IVSd（mm） 8.7±0.71 8.9±0.63 -1.248 0.218 LVIDd（mm） 47.1±2.83 49.2±4.44 -2.251 0.029 LVEDV（ml） 77.5±10.52 83.1±8.91 -2.416 0.020 LVESV（ml） 22.6±9.74 24.8±7.53 -1.072 0.290 LVPWd（mm） 7.8±1.02 8.1±0.79 -1.3940.170 LVEF（%） 68.3±5.74 66.5±4.36 1.500 0.141 LVM（g） 103.8±10.33 122.8±11.57 -7.102 0.000 LVMI（g/m2） 80.44±7.25 84.6±6.97 -2.455 0.018

2.3 单心动周期实时三维超声参数结果 与对照组比较，CKD组LAV、LAVI、LVEDV、LVM、LVMI升高，差异具有统计学意义（P＜0.05），LVEF、LVESV两组间比较无统计学差异（P＞0.05），见表3。

2.4 CKD组常规超声参数与sRT-3DE所测指标比较 除 LAV、LAVI、LVESV、LVEF外，LVEDV、LVM 及LVMI的sRT-3DE测值均低于2DE法，差异具有统计学意义（P＜0.05），但与传统二维超声心动图测值高度相关，见表4。

2.5 重复性检验结果 单心动周期实时三维超声心动图观察者之间EDV、ESV及LVEF的变异系数分别为6.25%、9.23%、8.37%；观察者内LVEDV、LVESV、LVEF的变异系数分别为6.37%、10.46%、7.61%。观察者间及观察者自身测量差异的比较无统计学意义（P＞0.05）。

2.6 CKD组两种检测方法所需时间比较 CKD组两种方法采集图像及分析图像所花费时间比较，差异具有统计学意义（P＜0.05），见表 5。

表3 CKD组和对照组实时三维超声心动图参数比较（±s）

表3 CKD组和对照组实时三维超声心动图参数比较（±s）

3D超声测量参数 对照组（n=30）CKD组（n=43） t P LAV 30.01±6.12 32.78±5.01 -2.089 0.043 LAVI 17.5±4.11 20.1±5.42 -2.186 0.034 LVEDV 70.4±8.75 79.8±6.07 -5.344 0.000 LVESV 20.5±8.61 22.8±8.19 -1.139 0.261 LVEF 66.7±7.50 64.2±8.61 1.267 0.212 LVM 90.5±12.97 116.7±11.62 -8.902 0.000 LVMI 71.3±6.83 81.4±6.01 -6.580 0.000

表4 CKD患者三维超声心动图参数与常规二维超声心动图参数比较（±s）

表4 CKD患者三维超声心动图参数与常规二维超声心动图参数比较（±s）

参数 2DE sRT-3DE t P LAV 35.01±6.61 32.78±5.01 1.784 0.081 LAVI 22.21±4.85 20.1±5.42 1.925 0.061 LVEDV 83.1±8.91 79.8±6.07 2.031 0.049 LVESV 24.8±7.53 22.8±8.19 1.193 0.240 LVM 122.8±11.57 116.7±11.62 2.468 0.018 LVMI 84.6±6.97 81.4±6.01 2.307 0.026 LVEF 66.5±4.36 64.2±8.61 1.581 0.121

表5 CKD组两种方法图像采集和分析时间比较（±s，s）

表5 CKD组两种方法图像采集和分析时间比较（±s，s）

注：与 Simpson's法比较，*P＜0.05

超声检查方法 例数 采集时间 分析时间常规Simpson's法 43 123.45±7.21 278.46±25.61 sRT-3DE 43 89.16±7.63* 211.97±37.56*

3 讨论

慢性肾脏疾病患者心血管疾病早期病情隐匿易被忽视，一旦出现症状则难以逆转，严重影响慢性肾功能不全患者的预后。国内研究发现，肾功能衰竭患者即便在心功能正常时心脏的结构和功能已发生改变，表现为左心房、左心室增大，左心室肥厚，心脏的收缩及舒张功能障碍等[6]。

sRT-3DE成像只需要一个心动周期，无需拼接、大扇角90°×90°进行全容积成像，可以准确、快速地定量左室容积及收缩功能[7，8]。在本研究中，Ⅱ～Ⅲ期CKD患者三维超声参数LVEDV及LVM、LVMI增大，说明CKD患者较早期即存在心室肥厚，而心肌肥厚通常伴有心肌纤维化和舒张功能降低，具体机制尚不十分清晰，有学者认为与容量超负荷、氧化应激和炎症、昼夜血压节律变化（出现非杓型血压）、动脉顺应性下降等因素有关[9～11]。本研究中，sRT-3DE与传统超声相比，二维超声仅检测到CKD组存在 LVIDd、LVEDV、LVM、LVMI增加，其他参数（LAV、LAVI、LVESV、IVSd、LVPWd、LVEF）两组比较无统计学差异（P＞0.05）。而sRT-3DE除了LVIDd、LVEDV、LVM、LVMI外，LAV、LAVI也同步升高，提示在Ⅱ～Ⅲ期CKD患者心房容积发生了改变，与左室肥大相比，左房增大相对较少引起关注。事实上，CKD患者随着心脏容量负荷增加，各房室内径均较健康人群增大，而尤以左房改变明显。Simek等[12]认为左心房的大小反映了左心房压力增加的程度，与左室舒张功能下降的程度有关。本研究结果显示，sRT-3DE与双平面Simpson's法观察者间及观察者内变异系数均较小，提示重复性好，这在患者随访、药物治疗效果评价等方面有非常重要的意义。此外，两种方法图像采集时间和图像分析时间对比，单心动周期实时三维超声心动图所用时间较双平面Simpson's法更短，表明sRT-3DE是在保证准确性前提下更省时的定量检测左心室功能的方法。

本研究发现sRT-3DE所测得的左心参数均低于传统二维法，除LAV、LAVI、LVESV、LVEF外，LVEDV、LVM 及LVMI测值比较差异均具有统计学意义（P＜0.05），分析可能的原因：双平面 Simpson's法需要人工确定的左心长轴有所偏移，并非真正的左心长轴；勾画舒张末期、收缩末期时左心室、左心房内膜时，勾画不准确；另外，在计算容积及左心室质量时是基于对左心室、左心房形状的假设，准确性及重复性均较差。而实时三维超声心动图是自动心尖对齐，避免人为误差，不依赖几何假设，所计算的左心参数结果更加真实、可靠，重复性好。

本研究局限性：①sRT-3DE对图像质量及容积帧频要求高，需达到推荐的最低容积帧频要求，即容积帧频不低于12 容积/s，否则仪器自动识别收缩末期及舒张末期的准确性降低；②由于呼吸、肥胖和扩大的心脏等，有时获得图像质量较差，妨碍sRT-3DE准确界定心内膜和心外膜的边界；③由于本研究条件的限制，缺乏作为金标准的心脏磁共振结果作对照。

总之，sRT-3DE无需心电门控触发，患者无需屏息，图像无拼接伪像。在一个心动周期内的实时心脏全容积图像采集，可快速、实时、准确地评价CKD患者左心房容积及左心室容积、左心室质量，具有良好的临床应用前景。