三维斑点追踪成像评价腹膜透析患者左心室收缩功能及同步性

刘畅，范莉，颜紫宁，黄俊，宋香廷，崔灵

南京医科大学附属常州第二人民医院心超室，江苏常州 213003； *通讯作者 范莉 1119786518@qq.com

尿毒症患者常见的死亡原因是心血管事件，约40%～50%的尿毒症患者死于心血管并发症[1]。腹膜透析（peritoneal dialysis，PD）作为尿毒症患者肾脏替代治疗明显延长了患者的生存期，但未降低心血管事件的发生率[2]。相关研究表明，死于心血管事件的尿毒症患者仍占透析患者总死亡人数的50%[3]，因此，采用有效的方法识别PD患者早期心功能变化具有重要意义。三维斑点追踪成像（three-dimensional speckle tracking imaging，3D-STI）是在二维斑点追踪成像（two-dimensional speckle tracking imaging，2D-STI）的基础上结合实时三维超声心动图分析左心室心肌的变形性，准确、无创、无角度依赖性，能反映整体和局部心肌功能[4]。本研究拟探讨应用3D-STI 评价PD患者左心室收缩功能及同步性的价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 选择2018年9月—2019年6月于常州市第二人民医院肾内科就诊的因尿毒症行PD患者34例，男20例，女14例；年龄24～79岁，平均（53±13）岁。同时选取35例年龄、性别相匹配的健康志愿者作为对照组，其中男22例，女13例；年龄23～77岁，平均（50±14）岁。测量各受试者的体重指数。尿毒症原发病：肾小球肾炎20例，糖尿病肾病6例，高血压肾小动脉硬化3例，多囊肾2例，原因不明3例。纳入标准：①左心室射血分数均≥50%；②所有患者PD治疗时间为11～35个月。PD患者排除先天性心脏病、瓣膜性心脏病、心肌病等，且图像质量均较好，无明显心包积液，无心律失常、肺动脉高压等病史。对照组均排除高血压、糖尿病、心脏病及肝、肾功能异常。所有体格检查、心电图、X线检查及超声心动图检查均正常。本研究经南京医科大学附属常州第二人民医院伦理委员会批准[伦理批准编号（2019）KY023-01]，受试者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE vivid E9 超声诊断仪，使用M5S 及3V型矩阵探头，频率分别为1.5～4.5 MHz、1.5～4.0 MHz。配备有Tomtec 与EchoPac 离线工作站。

1.2.1 常规超声心动图参数测量 连接心电图，受试者取左侧卧位，利用M型超声心动图测量舒张末期室间隔厚度（interventricular septal thickness at enddiastole，IVSd）、舒张末期左心室后壁厚度（left ventricular posterior wall thickness at end-diastole，LVPWd）、左心室舒张末期内径（left ventricular internal diameter at end-diastole，LVIDd）、左心室收缩末期内径（left ventricular internal diameter at endsystole，LVIDs）、左心房内径（left atrial diameter，LAD）。所有数据测量3次取平均值，根据公式（1）～（3）计算左心室质量指数（left ventricular mass index，LVMI）。

1.2.2 2D-STI数据测量 使用M5S型探头，待心电图平稳后采集受试者3个连续心动周期的两腔心、三腔心、四腔心切面，导入EchoPac 二维斑点追踪分析软件，先在心尖三腔心切面勾画出左心室心内膜，然后软件自动描绘包含左心室心肌的感兴趣区，手动调整心内膜及心外膜的曲线与左心室壁相匹配，系统根据心电图自动选择主动脉瓣关闭时间点，并自动生成各节段的应变值。以同样方法依次对心尖四腔心、两腔心图像进行分析后，得到左心室二维整体纵向应变（two-dimensional global longitudinal strain，2DGLS）。

1.2.3 3D-STI 数据测量 使用3V型矩阵探头，待心电图平稳后将探头放置于患者心尖部，点击4D 按钮，待图像清晰后嘱受试者屏住呼吸，连续存储3个心动周期的“金字塔”形三维超声图像，并将其导入Tomtec工作站内进行分析。进入4D LV function 3.1 板块后，软件自动选定收缩与舒张期，在四腔心、两腔心及三腔心切面上标注好二尖瓣两侧瓣环及心尖位置后，软件自动跟踪全心动周期心内膜位置，手动调整跟踪不良处，点击分析按钮，计算机自动生成三维左心室整体面积应变（three-dimensional global area strain，3DGAS）、三维整体纵向应变（three-dimensional global longitudinal strain，3DGLS）、三维整体环向应变（threedimensional global circumferential strain，3DGCS）、三维整体径向应变（three-dimensional global radial strain，3DGRS）和三维左心室射血分数（threedimensional left ventricular ejection fraction，3DLVEF），并生成16节段左心室三维应变-时间曲线，获得16节段左心室三维纵向峰值应变（three-dimensional longitudinal strain，3DLS）及牛眼图，另外点击TTP选项，软件自动生成左心室16节段纵向应变达峰时间（time to peak longitudinal strain，TTP）及其牛眼图，根据16节段TTP 计算左心室三维纵向应变达峰时间标准差（Tls-16SD-3D）[5]。

1.3 统计学方法 采用SPSS 22.0 软件，计量资料以±s表示，所有计量资料数据经检验评估均呈正态分布，采用独立样本t检验。使用受试者工作特征（ROC）曲线分析PD患者左心室2DGLS、3DGLS 的测量值，确定两组应变值的曲线下面积（AUC）及最佳分界值，并得到敏感度及特异度。采用盲法随机抽取20例受检者，对左心室应变及同步性相关参数进行重复性检验，分别由同一观察者及不同观察者间隔1 周对图像再次进行分析，并采用组内相关系数（ICC）对数据进行检验，ICC>0.75表示数据可重复性较好。以P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般情况 PD组收缩压、舒张压、血肌酐值均高于对照组（P<0.01），两组年龄、性别、心率和体重指数比较，差异均无统计学意义（P>0.05，表1）。

表1 PD组与对照组一般资料比较（±s）

表1 PD组与对照组一般资料比较（±s）

注：PD为腹膜透析

分组例数年龄(岁)体重指数(kg/m2)心率(次/min)收缩压(mmHg)舒张压(mmHg)血肌酐(μmol/L)PD组 34 53±13 23.2±2.1 77.8±9.6 149.6±17.0 93.8±11.2 860.4±191.4 60.9±9.9 t值 0.987 1.742 1.833 7.462 5.892 24.331对照组35 50±14 22.3±2.1 73.3±10.5 126.4±6.5 80.9±6.3 P值0.327 0.086 0.071＜0.001＜0.001＜0.001

2.2 两组常规超声心动图及2D-STI 和3D-STI 应变参数 PD组LVIDd、LVIDs、IVSd、LVPWd、LAD、LVMI 均明显高于对照组（P均<0.05），2DGLS、3DGLS、3DGAS值均小于对照组（P<0.05），两组3DGRS、3DGCS、3DLVEF 差异无统计学意义（P>0.05，表2、图1）。

表2 两组常规超声心动图及2D-STI 和3D-STI 应变参数比较（±s）

表2 两组常规超声心动图及2D-STI 和3D-STI 应变参数比较（±s）

注：LVIDd 为左心室舒张末期内径，LVIDs 为左心室收缩末期内径，IVSd 为舒张末期室间隔厚度，LVPWd 为舒张末期左心室后壁厚度，LAD 为左心房内径，LVMI 为左心室质量指数，2DGLS 为二维整体纵向应变，3DGLS 为三维整体纵向应变，3DGAS为三维整体面积应变，3DGCS 为三维整体环向应变，3DGRS 为三维整体径向应变，3DLVEF 为三维左心室射血分数

分组例数LVIDd（mm）LVIDs（mm）IVSd（mm）LVPWd（mm）LAD（mm）LVMI（g/m2）PD组 34 53.56±6.13 37.65±5.55 12.01±1.76 11.65±1.57 43.38±5.29 57.59±9.11 32.60±3.82 t值 5.550 5.193 6.312 7.190 7.177 14.777对照组35 47.06±3.07 32.11±2.84 9.77±1.09 9.43±0.88 35.86±3.12 P值＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001＜0.001分组2DGLS（%）3DGLS（%）3DGAS（%）3DGCS（%）3DGRS（%）3DLVEF（%）PD组-15.05±3.77-12.61±4.32-22.75±6.31-26.31±7.22 33.97±6.02 58.14±5.16对照组-20.51±3.06-19.47±2.92-28.16±5.26-28.64±5.25 36.16±3.21 60.01±4.01 t值6.619 7.713 3.870 1.536-1.872-1.694 P值＜0.001＜0.001＜0.001 0.131 0.063 0.096

图1 对照组3DGLS（A）、3DGAS（B）与PD组3DGLS（C）、3DGAS（D）曲线及牛眼图

2.3 左心室同步性参数 对照组TTP 牛眼图颜色为均匀一致的粉色，而PD组牛眼图颜色杂乱，出现红色及蓝色（图2），表明其左心室收缩同步性较差。PD组左心室16节段TTP 均高于对照组，且大部分节段出现达峰时间延迟（P<0.05，表3），PD患者Tls-16SD-3D 为25～91（55.50±16.58）ms，明显高于对照组的15～52（28.29±9.14）ms，差异有统计学意义（t=8.473，P<0.05）。

图2 对照组（A）与PD组（B）左心室纵向应变达峰时间牛眼图

表3 PD组与对照组左心室16节段纵向应变达峰时间比较（ms，±s）

表3 PD组与对照组左心室16节段纵向应变达峰时间比较（ms，±s）

节段PD组（n=34）对照组（n=35）t值P值基底段前间隔413±93 374±55 2.185 0.032前壁423±82 373±52 2.863 0.006侧壁450±72 382±58 4.333＜0.001后壁403±55 378±50 2.044 0.045下壁393±55 366±32 2.438 0.017间隔388±71 377±51-0.430 0.669中间段前间隔374±55 362±43-0.680 0.499前壁402±81 359±38 2.851 0.006侧壁430±67 365±37 4.925＜0.001后壁400±50 365±40 3.198 0.002下壁380±47 361±29 2.230 0.028间隔367±51 359±32-1.699 0.094心尖段前壁388±59 364±32 2.051 0.044侧壁384±58 368±34 1.454 0.151下壁396±60 357±29 3.333 0.001间隔369±45 361±33-0.900 0.372

2.4 ROC曲线分析 2DGLS、3DGLS 诊断PD患者左心室收缩功能异常的检验效能见图3及表4。

图3 2DGLS、3DGLS 预测PD患者左心室收缩功能异常的ROC曲线

2.5 重复性检验 应变参数2DGLS、3DGLS、3DGAS、3DGCS、3DGRS 及同步性参数Tls-16SD-3D 的观察者间差异ICC=0.91、0.88、0.90、0.82、0.90、0.92，观察者内差异ICC=0.87、0.93、0.91、0.88、0.81、0.88。

3 讨论

尿毒症患者最重要的死因是心血管疾病，长期有效的PD 虽然可以通过改善机体水钠失衡、清除代谢产物提高患者的生活质量，但并未明显降低患者的病死率[6]，因此对PD患者左心室功能进行评价，及早发现心功能异常对临床治疗具有重要意义。

本研究中PD患者的LVEF 略低于对照组，但差异无统计学意义，而PD患者LVIDd、LVIDs、IVSd、LVPWd、LAD 和LVMI 明显高于对照组，表明尽管PD患者的左心室整体功能尚未受损，但存在左心室重构。Chen 等[7]研究认为，LVEF 反映了左心室所有节段收缩功能的总和，局部室壁运动受损可能不会降低LVEF值，除非涉及多个节段[7]。尿毒症患者长期存在左心室前、后负荷增高，虽然PD 可以缓解症状，但水钠潴留及电解质紊乱等因素无法彻底消除，使左心室代偿性肥厚以维持正常的左心室收缩功能。

表4 2DGLS、3DGLS 诊断PD患者左心室收缩功能异常准确性的ROC曲线分析

2D-STI 是以二维超声心动图为基础，通过追踪每个心肌斑点的运动轨迹，得到心肌形变指标2DGLS，其克服了组织多普勒技术中的角度依赖性，可用于评价心肌主动收缩力。近年随着三维超声图像时空分辨率的提高，3D-STI 更加成熟，多项研究表明，该技术已成为定量评估左心室整体与局部收缩功能较可靠的方法。通过3D-STI 分析PD患者左心室纵向、圆周、径向、面积应变后发现，各三维应变值不同程度地减低，而且GLS、GAS 减低更明显，行PD 的尿毒症患者由于贫血、继发性甲状旁腺功能亢进等因素使容量负荷增加，导致左心室肥厚及纤维化[8]，另外慢性高血压也可引起心肌细胞肥大和间质成纤维细胞增殖[9-10]，损害PD患者的左心功能，左心室肥厚降低了心肌毛细血管的长度及密度，从而减少了心肌的血供，而心内膜下心肌较中层心肌、心外膜下心肌承受的压力大，对能量的需求更高，对心肌缺血等病理改变更加敏感[11]。左心室心肌主要是由纵向、斜行及环形心肌构成，心内膜下心肌主要为纵向心肌，该心肌带受损主要影响左心室纵向应变，有研究认为左心室心肌的运动是一个复杂的过程[12]，其收缩运动主要依靠纵向心肌带来的长轴方向上的运动，而且纵向心肌纤维通常在心肌病变中首先受累[5]。面积应变是GLS、GCS 及GRS 的全矢量之和，当其中任意一个值减低甚至这些值均未发生明显改变时，GAS 即可以出现明显的变化[13]，可以真实、全面地反映左心室壁的运动。本研究发现，PD患者3DGAS值较对照组明显减低，而3DGCS、3DGRS 较对照组无明显改变，因此推测3DGAS 可较早地诊断PD患者左心室收缩功能减低，且对临床诊疗有指导作用。

由于体内代谢产物及炎症因子的积累[14]，PD患者的心肌损害可能会进一步加重，具体表现为心肌收缩幅度下降，收缩延迟且不同步。本研究发现，PD患者与对照组相比左心室各节段达峰时间均延长，且大部分节段差异有统计学意义，Tls-16SD-3D 也显著升高，由于PD患者常合并冠状动脉内钙化，引起局部心肌损伤，造成各节段TTP 不均匀延迟[15]。另外，左心室负荷过重，为了保证机体足够的供血，左心室依靠延长收缩时间进行代偿[16]。最后由于左心室心肌的重构[17]，心肌电生理特性也发生改变，如心肌细胞自律性增高、动作电位不稳定性增高，心肌电生理的传导阻滞发生，导致心肌兴奋-收缩偶联机制失调，左心室收缩同步性下降[18-19]。

通过ROC曲线对2D-STI 与3D-STI 分别得到的GLS值进行效能分析发现，3DGLS 的曲线下面积大于2DGLS，说明3DGLS 在诊断PD患者左心室收缩功能异常时较2DGLS 更有价值。由于2D-STI 不能在同一个心动周期内采集左心室的全部图像，其得到的左心室心肌形变的信息不够完善。另外2D-STI 反映心肌在二维平面上的运动，对于衡量心肌在三维空间的运动时存在“跨平面失追踪”的不足。而3D-STI 不依赖于心脏几何学假设，可更真实地反映心肌在同一心动周期内各个方向上的空间运动，从而更加准确地评估左心室整体及局部收缩功能，其准确性和可重复性优于2D-STI[20]。

本研究的局限性：①本研究为单中心研究，样本量较少，故未对PD患者进一步分组。②2D-STI 与3D-STI 分别使用不同公司的分析软件，不同软件分析结果的同一性有待进一步探讨。③3D-STI 对图像质量要求较高，若研究对象二维图像质量不佳或心律不齐均会造成图像拼接错误，影响软件的分析。

总之，尽管PD 可以改善尿毒症患者的肾功能，并延长生存期，但随着透析时间的延长，患者发生心血管事件的风险增高。尽管PD患者LVEF 正常，但利用3D-STI 得到的3DGLS与3DGAS 均降低，另外反映左心室同步性的TTP值也明显升高。与传统超声心动图相比，斑点追踪成像能早期发现PD患者左心室收缩功能及同步性异常；与2D-STI 相比，3D-STI可以更敏感地检测出左心室心肌应变的改变，从而帮助临床医师及早对症治疗。