三维斑点追踪技术评价系统性红斑狼疮患者左心室收缩功能及舒张功能

郭雪婷 秦文娟 黄 磊 董珊珊 王 忠 芦桂林

1 石河子大学，石河子大学医学院(石河子 832008) 2 石河子大学，石河子大学医学院第一附属医院超声医学科(石河子 832008) 3 石河子大学，石河子大学医学院第一附属医院心内二科(石河子 832008)

系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE),是一种,以免疫性炎症为具体表现的,多因素的、复杂的弥漫性结缔组织病,SLE,可以侵及全身各个系统，同时，能够不分敌我的攻击患者体内各个脏器,而其常见受累靶器官之一是：心血管系统,SLE能够明显影响该种患者的预后,也是该型患者重要的死亡原因之一[1]。但是,心血管病变常常多表现为隐匿性起病,在SLE早期,该病常被忽略或误诊,因早期的症状及体征轻微,这导致：心血管病变致狼疮性的心血管损害情况很难以做到早期评估。因此,如果能够及早的确定心脏受累的情况,同时，较早期评价该类患者的心肌状态及功能,并再进行一定的干预性治疗,将会具有重要的临床意义。本文旨在：应用三维斑点追踪(Three-di-mensional speckle-tracking imaging, 3D-STI)技术，以及三维应变显像舒张指数(SI-DI)，对SLE 患者左心室整体心肌应变情况，进行定量分析, 该项技术能够较为敏感地评价,SLE对左心室收缩以及舒张功能的作用[2],同时,为SLE的早期诊断可提供更为简捷的方法,并探讨该病潜在的临床应用价值,以便为临床提供更早的干预指标。

1 资料与方法

1.1 研究对象

选择：2017 年 9月— 2019年 7 月在石河子大学医学院第一附属医院血液风湿科就诊的30例 SLE 患者,该疾病诊断标准，均符合 1997 年美国风湿病学会(ACR)修订的SLE 诊断标准,以 SLE 活动性指数(SLEDAI)对患者疾病活动情况进行评估[3]。其中：男3例，女27例，年龄范围：25～69 岁，平均(44.9±12.1)岁。选择同期在石河子大学医学院第一附属医院体检的 30 例健康志愿者，作为对照组,共30 例,其中男4例，女26例，年龄25～69 岁,平均(37.6±14.3)岁。SLE 患者与对照组相比,其性别、年龄比较差异均无统计学意义(均P>0.05)。检查前,所有入选者均获得了知情同意并且签署知情同意书。

1 .2 病例入选标准

1.2.1 纳入标准：①均符合:美国风湿风湿病学会SLE的分类标准[2]。②通过常规二维超声心动图检查:病例左心室射血分数(LVEF):均>50%。③入选病例既往无心血管危险因素,且无心脏病史。④对照组:体格检查、心电图以及超声心动图各项目,均未见明显异常。⑤患者获得知情同意。⑥患者患病期间,规律用药并且病情相对稳定。

1.2.2 排除标准：①其他自身免疫性疾病。②高血压、高血脂、高胆固醇、糖尿病、冠心病、心脏瓣膜病、先天性心脏病以及肾脏疾病,还包括心房颤动、陈旧性心肌梗死以及其他严重性心律失常。

1.2.3 选择标准：根据美国风湿病学会在1997 年做出的SLE诊断标准,对参与该实验研究的30 例SLE患者进行筛选的临床标准为：①颧部红斑:扁平或者高于皮肤的固定性红斑；出现光过敏皮炎以及对日光异常反应等；②盘状红斑:在隆起的红斑上,明显覆有鳞屑以及毛囊栓塞,若旧的病灶则有萎缩性瘢痕出现；③口腔溃疡:通过临床医生确诊:口腔或者鼻咽部有无痛性溃疡出现；④不留瘢痕的脱发；⑤关节炎:出现非侵蚀性关节炎,同时≥2个外周关节；⑥浆膜炎:胸膜炎或心包炎；⑦肾脏病变:患者蛋白尿>0.5 g/d, 或者细胞管型；⑧神经系统病变:患者具有单发神经炎、颅神经炎、脊髓炎、癫痫发作或者精神症状等；⑨溶血性贫血,同时伴网织红细胞增多；⑩血液系统异常:出现血白细胞减少,或者淋巴细胞的绝对值减少；出现血小板减少。免疫学具有以下异常值:①抗核抗体:阳性(ANA+)；②抗dsDNA(ELISA法):两次阳性；③抗Sm 抗体:阳性；④抗磷脂抗体:阳性,狼疮抗凝物:阳性,梅毒血清试验:假阳性至少6个月,抗心磷脂抗体:阳性,抗b2糖蛋白1:阳性；⑤低补体:CH50，C3、C4等值低于正常；⑥无溶血性贫血者,直接 Coombs阳性。

1.3 方法

所有受检者:常规体位采取左侧卧位,在静息状态下, 同步使用并连接心动图,使用仪器:GE Vivid E9 型彩色多普勒超声诊断仪；诊断仪器条件:4V探头,探头频率:1.5～4.0 MHz,具备4D Auto LVQ 在机分析软件,准备齐全后,对受检者行常规的超声心动图检查。采用常规二维超声切面观察:探查心脏各房室腔的大小,以及室壁运动情况,测量左心室舒张末期内径(LVEDd)、左心室收缩末期内径(LVEDs)、室间隔舒张末期厚度(IVSd)、室间隔收缩末期厚度(IVSs)、左心室后壁舒张末期厚度(LVPWd)、左心室后壁收缩末期厚度(LVPWs)、左心室射血分数(LVEF)、 左心室缩短分数(LVFS)、每搏输出量(SV)、左室舒张末期容积(EDV)、收缩末期容积(ESV)、心输出量(CO)。每位受检者，均需要分别采集:心尖四腔、两腔、三腔心切面的3个完整心动周期的动态图像,然后,将图像信息按顺序命名,保存在 Ech oPAC 7.0的内置工作站当中。

使用3D-STI分析软件对图像进行处理,在工作站能够完整且清晰的显示心尖四腔观二维图像后,手动转换,进入4D模式, 同时嘱咐患者,屏气,连续采集:3个稳定的心动周期的动态、三维全容积图像,同时进行存储备用,帧频≥心率的40%。使用4D-Auto LVQ软件进行在机分析存储图像,在心尖四腔切面、两腔切面以及三腔切面,手动进行选取二尖瓣环中点以及心尖处的心内膜顶点,再按照以下顺序:依次按键为“ EDV→ESV→ Volumewaveform→LV Mass→4D Strain ROI→4D Strain Results”，根据以上次序对图像进行分析, 该软件通过追踪一整个心动周期内,存在的所有帧的左心室的室壁心内膜以及心外膜的界限,同时获得4D-STI相关参数:左心室整体纵向应变(global longitudinal strain,GLS),整体圆周应变(global circumferential strain,GCS),整体径向应变(global radial strain,GRS),整体面积应变(global area strain,GAS)，球形指数(SPI),左室舒张末期质量(LV EDmass)、左室收缩末期质量(LV ESmass),左心室心肌的 17 节段牛眼图以及整体应变-时间曲线图。同时,需要测得收缩末期应变(A),手动调节应变-时间曲线至舒张期的前1/3 点,从而得出该点应变(B),计算公式:SI-DI=(A-B)/A×100%。所有数值需要测量3次,获取平均值。

1.4 统计学处理

2 结 果

2.1 两组常规超声及三维超声参数比较

实验组与正常组相比较：左心室舒张末期内径(LVEDd)、左心室收缩末期内径(LVEDs)、室间隔舒张末期厚度(IVSd)、室间隔收缩末期厚度(IVSs)、左心室后壁舒张末期厚度(LVPWd)、左心室后壁收缩末期厚度(LVPWs)、收缩末期容积(ESV)、心率(HR),其差异性均无统计学意义, 本研究的实验结果表明:实验组SLE 组的心脏左室几何构型已在发生改变,影响其收缩及舒张功能的变化,相关检查数值:实验组每搏输出量(SV)、左室舒张末期容积(EDV)、心输出量(CO)、尤其是SLE组患者左心室射血分数(LVEF)以及左心室缩短分数(LVFS)与正常组相比较,数值均降低,且差异有统计学意义(P<0.05),SPI:是近年来用来评价左心室几何构型发生改变的新指标,且在对照组与SLE 组中相比较,差异亦无统计学意义(P>0.05)；本实验研究结果还表明, LV EDmass及LV ESmass较对照组均增大,并且差异有统计学意义(P<0.05),见表1及表2。

表1两组常规超声比较

注:左心室舒张末期内径(LVEDd)、左心室收缩末期内径(LVEDs)、室间隔舒张末期厚度(IVSd)、室间隔收缩末期厚度(IVSs)、左心室后壁舒张末期厚度(LVPWd)、左心室后壁收缩末期厚度(LVPWs)、左心室缩短分数(LVFS)。

表2两组常规超声应变常规参数比较

注:左室舒张末期容积(EDV)、收缩末期容积(ESV)、左心室射血分数(LVEF)、心率(HR)、每搏输出量(SV)、心输出量(CO)、球形指数(SPI)、左室舒张末期质量(LV EDmass)、左室收缩末期质量(LV ESmass)。

2.2 两组超声 3D-STI 收缩期应变参数比较

SLE组整体长轴应变、径向应变、圆周应变、面积应变的应变值与对照组相比较,均降低(P<0.05),该实验结果提示:左心室的心肌整体的收缩功能可能已经出现受损的情况,见表3、图1。

表3两组超声 3D-STI 收缩期应变参数比较(%)

注: GLS:整体纵向应变；GCS:整体圆周应变；GRS:整体径向应变；GAS:整体面积应变

2.3 两组超声 3D-STI舒张期SI-DI 应变参数比较

结果显示纵向SI-DI、面积SI-DI、径向SI-DI 的应变值,均低于对照组的应变值(P<0.05),其三维应变参数均呈逐渐减低的趋势,该实验研究结果显示:舒张期的应变值对SLE早期的诊断具有重要的临床意义,见表4及图2。

2.4 收缩期各个方向ROC曲线

GAS的ROC曲线下面积为0.978(P<0.05), 当临界值为21.9时, 敏感度、特异度分别为93.3%、86.7%；GLS的ROC曲线下面积为0.971(P<0.05), 当临界值为29.3时, 敏感度、特异度分别为80%、86.7%；GCS的ROC曲线下面积为0.842(P<0.05), 当临界值为19.5时, 敏感度、特异度分别为66.7%、93.3%；GRS的ROC曲线下面积为0.813(P<0.05), 当临界值为48.4时, 敏感度、特异度分别为86.7%、73.3%,见图3。

图1 正常人及SLE患者收缩期应变曲线及17节段牛眼图。A～D分别为正常人GLS、GCS、GRS、GAS；E-H分别为SLE患者GLS、GCS、GRS、GAS。

图2 正常人舒张期及SLE患者SI-DI应变曲线及17节段牛眼图。A～D分别为正常人L-SI-DI、C-SI-DI、R-SI-DI、A-SI-DI；E-H分别为SLE患者L-SI-DI、C-SI-DI、R-SI-DI、A-SI-DI。

表4两组超声 3D-STI舒张期SI-DI 应变参数比较 %

注:L-SI-DI:纵向应变显像舒张指数；C-SI-DI:圆周应变显像舒张指数；R-SI-DI:径向应变显现舒张指数；A-SI-DI:面积应变显像舒张指数。

图3 收缩期各个方向,ROC曲线

2.5 SI-DI各个方向ROC曲线

研究应用ROC 曲线对SLE患者各方向 SI-DI 进行筛选,最终确定诊断SLE的敏感指标。L-SI-DI、C-SI-DI、R-SI-DI 及A-SI-DI 的曲线下面积分别为0.871、0.902、0.902、0.907。当C-SI-DI 以20.4为诊断SLE心肌病变的截断值时,其敏感度最高,为 93.3%,Youden 指数最高,为 0.77，当A-SI-DI 及R-SI-DI以12.4及17.3为SLE心肌病变的截断值时,其特异度最高,均为93.3%,Youden 指数均为0.80。

图4 SI-DI 各个方向ROC曲线

3 讨 论

系统性红斑狼疮(systemic lupus erythematosus,SLE)，是一种累及全身的多个脏器的自身免疫性的疾病,当SLE患者出现于免疫炎症反应时,其受到的损伤，也就越发的严重[4]。近年来,SLE 合并心血管并发症的死亡率也在逐年攀升,目前,此现象已成为 SLE 患者的主要死亡原因之一[5]。同时，有研究结果显示:SLE 患者发生心血管疾病(cardiovascular disease,CVD) 的概率,大概是正常人群发生CVD的7倍[6]。SLE 患者出现的心脏病变主要包括以下几个方面:冠状动脉性心脏病,瓣膜病变,心肌病变,心包炎以及肺动脉高压(pulmonary artery hypertension,PAH)等, 若要对其进行诊断以及评估，在大部分的情况下,多需要依赖于的影像学检查方法。而超声心动图,在SLE的诊断过程中,因其具有无创、简便等的优点,对疾病的诊断起到较为重要的作用。常规超声心动图检查主要包含:①M型超声②二维超声③频谱多普勒④彩色多普勒⑤组织多普勒⑥经食管超声心动图(transesophageal echocardiography,TEE) 等。除此之外,新近些年发展的新的项目与技术：例如：实时三维超声心动图(real-time three-dimensional echocardiography,RT- 3DE)以及斑点追踪技术,这些技术也在相关的心脏疾病的诊疗过程中,起到关键性的作用。

4D Auto LVQ 技术:是一种评价心肌功能的技术的较为崭新的研究成果,它能够对整个心动周期中,左心室容积的变化规律进行实时的、并且有效的分析,其关键的核心技术为:实时三维斑点追踪技术,此技术能够在三维的空间内,能够对记录连续的心脏全容积图像，进行有效的分析,同时能够追踪到心室内,各个斑点的运动轨迹,进而能够从多个方向,对心脏的心肌进行有效的评价。最终,通过软件计算可以得出左心室整体的以及局部的心肌应变,然后再通过数值，对心脏整体以及局部的功能，再进行有效且快速的评估。此技术能够全方位的,同时精准的评价，心肌在三维空间的运动情况,该项技术目前是评价左心室心肌GLS、GCS、GRS、GAS的新方法,而由上述可知,4D Auto LVQ 技术,它能够在一定程度上,较其他常规参数更具有理论上精准性以及全面性[7]。而舒张指数SI-DI：它是心脏舒张期前1/3 时相的心肌的舒张情况,该指数，能够较为精确的评价左心室的舒张功能[8]。

本实验研究结果表明:SLE组患者与对照组的常规超声测量指标如下:左心室舒张末期内径(LVEDd)、左心室收缩末期内径(LVEDs)、室间隔舒张末期厚度(IVSd)、室间隔收缩末期厚度(IVSs)、左心室后壁舒张末期厚度(LVPWd)、左心室后壁收缩末期厚度(LVPWs)、收缩末期容积(ESV)、心率(HR),以上结果与正常组相比较,其差异性不存在统计学意义。而其他常规参数显示: SLE组患者，其左心室射血分数(LVEF)及左心室缩短分数(LVFS)、左室舒张末期容积(EDV)、每搏输出量(SV)、心输出量(CO)与正常组相比较，数值均表现为降低趋势,且差异有统计学意义(P<0.05), 表明SLE 组的心脏收缩、舒张功能，以及对左室的几何构型已经发生明显改变。SPI:是一种评价左心室几何构型改变的新参数,在对照组以及SLE 组的比较中,其差异亦无统计学意义(P>0.05)；该实验研究结果还表明:LV EDmass及LV ESmass与对照组相比较，数值均呈现增大趋势,并且差异有统计学意义(P<0.05),SLE组GLS、GCS、GRS、GAS的应变值与对照组相比较，均呈现降低趋势(P<0.05),以上实验结果显示:左室心肌整体收缩功能，可能已经出现受损的情况,而潜在的原因可能是:SLE致相关免疫复合物的沉积, 或者是在激活补体后,周围血管发生了炎性改变,从而使得心肌出现受损情况,以上相关因素可导致:心肌间质胶原纤维能够发生变性,进而使心肌的收缩功能受到显著的影响[9]。另外，有实验研究结果显示:面积应变,可能是纵向应变以及圆周应变的有机结合,面积应变的敏感性，或许会高于其他三项应变[10]；本研究应用 RT3D-STI技术,对SLE患者所对应的三维应变舒张参数进行了有效的分析，以及积极评价,实验结果表明:L-SI-DI、C-SI-DI、R-SI-DI、A-SI-DI 均低于对照组(P<0.05),而与对照组相比，差异均有统计学意义(P<0.05),而A-SI-DI的差异最大,表明：A-SI-DI对SLE患者心肌损害更敏感、准确、三维应变参数均呈现出逐渐降低的趋势,这就表明,该实验研究成果对SLE的早期诊断，可能具有重要的意义,并且能够准确的反映出：左室心肌在舒张期的应变,而SLE患者的心肌功能损害，有可能会累及到心肌,这与SLE的心肌病理结果改变相符合,而在心内膜下,内层的心肌对缺血更加敏感[11]。因此,该组的SLE患者均属于心脏受累早期情况,这与薛娜[12]等人的研究较为一致。

SLE 患者,若发生冠状动脉的病变以及产生心内膜炎症等临床症状,首先会累及内层纵行的心肌,具体表现是:心肌长轴运动的功能出现减退情况。在本实验的研究结果中,心肌应变的各变量中 GAS及GLS曲线下面积最大。此结果提示：面积应变及长轴应变,有可能作为早期对心肌损伤检测的最敏感的指标。在四个应变中,同时有文献数据表明:面积的变化可以表示：局部心肌的应变,同时与长轴应变,圆周应变核仁径向应变互相关联。因此,面积应变，有可能会相当于其他3个方向应变的综合应变[13], 从而能够较全面的体现心肌收缩功能产生的变化。而多项实验研究结果显示:SLE 心肌细胞，若发生代谢情况的异常,则会影响心肌，并导致心肌产生炎症反应,此类情况会致使心肌长轴、圆周、径向的运动功能逐渐的减退,从而,最终能够影响面积应变。本实验结果显示: GAS的曲线下面积为0.978， 与GLS相近, 提示面积应变及长轴应变,有可能作为综合反映心肌功能变化的指标。GAS的ROC曲线下面积为0.978(P<0.05), 当临界值为21.9时, 敏感度、特异度分别为93.3%、86.7%；GLS的ROC曲线下面积为0.971(P<0.05), 当临界值为29.3时, 敏感度、特异度分别为80%、86.7%；GCS的ROC曲线下面积为0.842(P<0.05), 当临界值为19.5时, 敏感度、特异度分别为66.7%、93.3%；GRS的ROC曲线下面积为0.813(P<0.05), 当临界值为48.4时, 敏感度、特异度分别为86.7%、73.3%。

研究应用ROC 曲线对SLE患者各方向 SI-DI 进行有效的筛选,最终确定诊断SLE的敏感指标。当C-SI-DI 以20.4为诊断SLE心肌病变的截断值时,其敏感度最高,为 93.3%,Youden 指数最高,为 0.77，当A-SI-DI 及R-SI-DI以12.4及17.3为SLE心肌病变的截断值时,其特异度最高,均为93.3%,Youden 指数均为0.80；该实验结果显示:若应用 RT3D-STI 技术对C-SI-DI、A-SI-DI 及R-SI-DI进行联合性的对比评估,有可能会提高超声诊断早期SLE患者的精准性。

本研究的局限性:①三维斑点追踪技术，均要求清晰并且高质量的图像；②在进行图像后处理时,进行人为操作的准确性③处理的样本量相对较小③客观影响因素：存在患者的个体差异等。

综上所述, 4D Auto LVQ 技术作为一种评价心肌应变的新技术,且其三维斑点追踪技术具有快捷、全面、重复性好的优点,在日常诊疗工作过程中,可以更加敏感、全面的早期评估SLE 患者的心肌受损状况。同时，对SLE患者左心室收缩及舒张功能进行有效的评价,并为临床早期干预和积极治疗疾病，提供更客观以及更全面的诊疗依据。