3D-STI在ECMO辅助下复杂冠脉病变患者PCI术前后心功能评估中的应用

王凤霞，陶静，燕建锋，贾莉，许中兴，刘永国，李国庆

新疆维吾尔自治区人民医院 a.心内科；b.临床药研所，新疆 乌鲁木齐 830000

引言

国民生活方式的改变、城市人口老龄化等使得我国心血管疾病发展呈现快速增长趋势，心血管病因成为死亡原因首位，严重威胁国民健康水平[1]。经皮冠状动脉介入治疗（Percutaneouscoronary Interventions，PCI）是目前治疗冠心病的最常用的方法，但对于部分复杂冠脉病变的患者仍有较高的死亡率[2-3]。在行PCI术时，危重症冠心病患者往往会在操作中出现严重的血流动力学不稳定，引发恶性心律失常等致命性并发症。体外膜肺氧合（Extracorporeal Membrane Oxygenation，ECMO）是一种体外循环技术，可提供心肺支持，保证机体的血氧供应，《中国经皮冠状动脉介入治疗指南（2016）》[4]中建议，在有条件时使用ECMO等循环辅助设备，以降低危重症患者PCI的恶性事件发生率。因此，术前、术后的心功能评估十分重要，在临床对冠心病的治疗中起到了指导性的作用。三维斑点追踪技术（Three-Dimensional Speckle Tracking Imaging，3D-STI） 是结合了三维超声心动图和二维斑点追踪技术的一种评估心脏容积和心肌功能的新方法[5]，可以追踪三维空间内心肌斑点的实时运动，可以定量判定左心室功能。本研究纳入了40例在ECMO辅助下行PCI术的复杂冠脉病变患者，以探究3D-STI技术的其中的评价价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

纳入新疆维吾尔自治区人民医院2018年4月1日至2020年2月29日收治的在ECMO辅助下行PCI术患者共计40例，男24例，女16例；平均年龄（56.2±11.7）岁；合并症：高血压30例，高脂血症28例，糖尿病20例；病变部位（狭窄程度≥80%）：左主干23例，左冠状动脉前降支35例，左冠状动脉回旋支29例，右冠状动脉24例。所有患者均符合ECMO辅助PCI适应症：① 左主干严重病变； ② 三支严重病变，预计无法耐受手术； ③ 术前不需血管活性药物持续支持的复杂冠脉病变； ④LVEF<35%的高危患者。排除存在急性主动脉夹层、严重不可逆其他器官衰竭、严重凝血功能、严重外周血管疾病患者。研究经医院伦理委员会批准，治疗方案及风险均详细告知患者或患者家属，获得知情同意并签字。

1.2 研究方法

1.2.1 EMCO建立及管理

患者置入股动静脉插管，在股动、静脉插管前10 min经静脉给予0.5 mg/kg肝素，将活化凝血时间(ACT)维持在220～300 s。ECMO连接好之后进行循环，灌注量为1500～3500 mL/min，维持收缩压90～100 mmHg、心率80～100次/min。灌注流量与混合气体比为2:1，根据动脉血氧分压（PaO2）调节氧浓度，保持在70%。转流中用保温水箱控制体温在36～37 ℃。监测动脉和静脉氧分压（PaO2、PvO2）、二氧化碳分压（PaCO2、PvCO2）、酸碱度（pH）、剩余碱（BE）、血红蛋白（Hb）等。维持血细胞比容27%以上、血小板>80×109/L，必要时补充浓缩红细胞、血浆和白蛋白。ECMO辅助期间，每小时使用白陶土法床旁检测ACT来调整肝素用量，维持ACT结果在160～200 s。采用床旁超声心动图监测心脏血液动力学指标，若心率、血压等一般生命体征稳定，可以逐渐降低ECMO的辅助流量。当ECMO辅助流量降至1～1.5 L/min，无酸碱失衡或电解质紊乱，LVEF>30%时，可以考虑撤离ECMO。

1.2.2 3D-STI仪器与方法

采用彩色多普勒超声诊断仪（品牌及型号：通用GE Vivid E9），配有二维M5S探头、4D探头及EchoPac工作站。患者均取左侧卧位，同步连接并记录心电图，先进性常规二维超声心动图检测，调整二维图像至清晰，可见完整心尖四腔心后调整4D探头模式，调整探头声束方向和参数，获取清晰的左室全容积图像。采集连续6 个稳定心动周期的三维动态全容积图像并存储，帧频50～80帧/s。

1.2.3 图像分析

导入图像至EchoPac 工作站，应用“4D Auto LVQ”模式进行图像分析。参考心尖二腔、三腔及四腔心切面分别在左心室的舒张末期和收缩末期手动选取二尖瓣环中点和心尖处心内膜顶点，软件将自动描画出心外膜以及左心室心内膜界限，手动适当调整使轮廓清晰。软件将自动将不同冠脉供血的心肌分为17 个节段，并计算各心肌节段的纵向、面积、径向、圆周应变，见图1。

图1 连续6个稳定心动周期的三维动态全容积图像

1.3 观察指标

统计ECMO辅助情况，包括辅助流量、辅助时间、脱机率及存活率。记录和比较患者在不同时间节点下（术前、术后5 d、术后30 d、术后90 d）左心室整体应变情况指标，包括左心室舒张末容积（Left Ventricular End-Diastolic Volume，LVEDV）、收缩末期容量（Left Ventricular End-Systolic Volume，LVESV）、左心室射血分数（Left Ventricular Ejection Fraction，LVEF）、心输出量（Cardiac Output，CO）、每搏输出量（Stroke Volume，SV）、整体长轴应变值（Global Long Strain，GLS）、整体圆周应变值（Global Circumferential Strain，GCS）、整体径向应变值（Global Radial Strain，GRS）、整体面积应变值（Overall Area Strain，GAS）。

1.4 统计学方法

临床数据分析使用统计学软件SPSS 24.0，各项心功能指标作为计量资料，以(±s)表示，比较采用单因素重复测量方差分析。以P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 PCI术及ECMO辅助情况

40例患者在导管室完成PCI，置入支架2～5枚。术后均成功ECMO脱机，均存活出院。ECMO辅助时间为2.1～4.9 h，最初辅助流量为1.9～2.7 L/min，详见表1。

表1 40例复杂冠脉病变患者使用ECMO辅助情况

2.2 3D-STI观察左心室整体应变情况

患者经过治疗后，其LVEF、CO、SV、GLS、GCS、GRS、GAS逐渐升高，LVEDV、LVESV 逐渐降低，差异有统计学意义（P<0.05），见表2。

表2 40例复杂冠脉病变患者3D-STI 观察下左心室整体应变情况

3 讨论

越来越多的心血管复杂病患成为临床心血管医师面临的难题，此类患者除本身心脏疾患外，往往还合并了众多慢性疾病，疾病间相互作用，使患者的病情更为严重。临床救治心血管疾病的目标主要为改善心功能、提高生存率及生存质量。心功能极差（LVEF<35%）、左主干病变、三支严重病变、急性心肌梗塞合并心源性梗死等危重症冠心病患者日益增多，心脏血管的复杂病变使得介入治疗的风险也随之增高，术中缺血、心衰、恶性心律失常等并发症发生概率增加。在PCI术中使用机械循环辅助设备主要目的即降低心肌缺血的程度及血流动力学崩溃的风险。ECMO来源于体外循环技术，将血液从体内引到体外，经膜式氧合器氧合，再用泵将血灌入体内。静脉-动脉-ECMO（VA-ECMO）是指将患者的静脉血通过血泵引流至体外，经过膜式氧合器后，将氧合过的血由动脉输入体内，从而建立一个简单的体外循环。VA-ECMO辅助治疗期间，可为机体提供一个短期的循环支持，保证患者血流动力学状态稳定，为进一步治疗提供条件。多项研究分析表明，利用ECMO的循环支持作用，可以有效降低复杂冠脉病变患者行PCI治疗的短期病死率[6-8]。国际关于复杂冠脉病变患者PCI治疗指南亦推荐将ECMO技术应用于短期循环支持，推荐级别为Ⅱb/C[9]。

冠状动脉造影是诊断心脏冠脉病变的金标准，但其为有创性检查，包括造影剂的使用等因素，使其不具备高度重复性，不宜作为常规检查，而超声无创、便捷及其可重复性使其在这方面有着明显的优势[10-11]。LVEF是临床常用来评价左心室收缩功能的超声指标，常规的二维超声心动图通过左心室收缩和舒张末期的容积变化测得。但复杂冠脉病变的患者长时间的心肌缺血会造成左心室的形态体积均发生不同程度的改变，损伤其部分或者整体的收缩功能，因而在理想左心室形态体积下经二维超声心动图测得的LVEF可能会存在一些误差[12]。有研究表明，心室是一个双螺旋的结构，一条心肌带围绕形成其中心，心室的舒张运动和收缩运动主要由轴上的圆周、径向、纵向及旋转运动构成[13]。心肌纤维在一个心动周期中，除了径向增厚，还有纵向缩短，即心脏的扭转与旋转是三维立体的。但二维超声心动图只能追踪二维平面的心肌斑点运动轨迹，无法捕捉平面外斑点运动轨迹，使其在实际临床运用中有一定的局限性，而3D-STI可实现三维空间的心肌运动轨迹的捕捉，能定量评估心肌在三维空间的复杂运动，弥补了二维超声心动图二维平面的心肌运动斑点丢失[14-15]。本研究中，经过3D-STI结果可见患者在PCI治疗前后，左心室的整体应变发生了明显变化，随着时间的推移，其LVEF、CO、SV、GLS、GCS、GRS、GAS逐渐升高，而LVEDV、LVESV逐渐降低（P<0.05），说明患者的心功能在不断恢复，其规律符合心血管阻塞性疾病复通后病理变化。有研究显示[16-17]，心肌缺血后最先受到影响的是心内膜层，随着病情的进展，逐渐对中间层并最终对心外膜层产生影响。早期缺血会使心肌发生纵向运动改变，并最后引发圆周运动以及径向运动障碍，心室GRS会随之降低，其主要由心肌缩短、增厚引起，与心肌损伤有密不可分的关系。本研究中的患者经PCI术后，早期左心房功能变化不明显，说明心功能的改善需要时间慢慢修复，而随着心室功能的改善，心房功能也能随之逐渐改善[18-19]。3D-STI通过全容积成像评价左心室整体应变，对不同方向的心肌应变进行径向分析，更精准评估心肌运动情况，且在评估心脏容积和心肌功能、诊断心脏疾病及评估治疗效果等方面更有优势。

综上，3D-STI无创、可重复性高、操作便捷，可以对复杂冠脉病患者PCI术的心脏功能进行量化分析，为临床观察患者心脏功能恢复情况提供依据，值得在危重冠脉患者使用。