实时三维超声心动图和斑点追踪成像评价房颤患者心房结构和功能的研究进展

刘丹妮，冉海涛，敖梦

重庆医科大学附属第二医院超声科，超声分子影像重庆市重点实验室，重庆 400010；*通信作者 敖梦aomeng735@163.com

心房颤动又称房颤，是临床最常见的心律失常之一。房颤的发生机制非常复杂，确切机制目前尚未阐明，而心房的结构及功能与房颤发生、发展密切相关，因此快捷、准确地对其进行评价有重要意义。目前，超声心动图已广泛用于评价房颤患者心房结构和功能，但传统超声存在几何模型假设、角度依赖性等不足，实时三维超声心动图（real-time three-dimensional echocardiography，RT3DE）、斑点追踪成像（speckle tracking imaging，STI）等超声心动图新技术在一定程度上弥补了传统超声的不足，本文对其在房颤患者心房结构和功能中的最新研究进展进行综述。

1 与房颤相关的心房结构及功能改变

正常心房功能包括心室收缩期的储存功能、心室舒张早期的通道功能和心室舒张晚期的辅泵功能，这3个功能共同协助心室充盈并维持心排血量。房颤的发生及持续与心房重构密切相关，心房重构主要包括电重构、结构重构及功能重构[1]，目前超声心动图可以利用相关参数评估心房的结构重构和功能重构。心房的结构重构主要表现为心房扩大、心房纤维化等，这些变化削弱了心房肌细胞的功能。心房的功能重构表现为房颤一旦出现，心房辅泵功能丧失，随着房颤的发展，储存功能、通道功能也将受到影响。尽管房颤会导致心房发生重构，但其为可逆的[2]，房颤复律后，窦性心律的恢复和维持会使心房逆向重构，心房纤维化、心房大小及心房功能可以不同程度地恢复，甚至恢复正常。

2 RT3DE在评价房颤患者左心房结构和功能中的应用

RT3DE基于矩阵型探头扫描和微电子处理技术，可以实现对心脏的实际形状立体、全容积显像，这种空间方位的立体图像显示避免了二维超声导致的几何假设，从而可以准确地重复测量心脏腔室的容积。但RT3DE对图像质量要求较高，且测得的数据较二维超声少。RT3DE评价左心房的常用指标有各时相的左心房容积（left atrial volume，LAV），包括左心房最大容积（LAVmax）、最小容积（LAVmin）及左心房收缩前容积（LAVpre），左心房容积指数（left atrial volume index，LAVI）；计算容积变化得到反映左心房功能的参数，包括左心房主动射血分数（left atrial active ejection fraction，LAAEF=LAVpre－LAVmin/LAVpre）和左心房总射血分数（left atrial total ejection fraction，LATEF=LAVmax－LAVmin/LAVmax）反映左心房的辅泵功能，左心房被动射血分数（left atrial passive ejection fraction，LAPEF=LAVmax－LAVpre/LAVmax）反映左心房通道功能，左心房扩张指数（left atrial expansion index，LAEI=LAVmax－LAVmin/LAVmin）反映左心房储存功能，左心房功能指数（left atrial function index，LAFI=LATEF×左心室流出道速度时间积分/LAVI）反映左心房整体功能等。

RT3DE在评估房颤患者左心房结构和功能方面的价值已得到证实。汪婧等[3]应用RT3DE研究47例房颤患者及25例健康志愿者，发现与健康志愿者相比，房颤患者的LAVmax、LAVmin更大（P<0.05），LATEF更小（P<0.05）；消融术后6个月与术前相比，LAVmax、LAVmin明显缩小（P<0.05），LATEF明显增加（P<0.05）。该研究还发现术后3 d与术前相比，各项参数无明显变化（P>0.05），因此推测消融术后短时间内左心房功能可能处于顿抑期，术后6个月逐渐恢复。吴治胜等[4]纳入62例成功接受消融术的房颤患者，发现术后3个月与术前相比，容积参数LAVmax、LAVpre明显减小（P<0.05），LAVmin无明显变化（P>0.05），功能参数LAAEF、LATEF、LAEI明显增加（P<0.05），LAPEF无明显变化（P>0.05）。Giannopoulos等[5]也得到相似的结论。以上研究表明房颤患者的左心房容积增大、功能受损，恢复窦性心律后短时间内左心房功能可能处于顿抑期，随着窦性心律的维持，左心房结构和功能出现一定程度好转，RT3DE是一种可靠的评估方法。

此外，RT3DE评估房颤患者左心房容积及功能对于帮助临床选择最优治疗方案、预测预后及房颤复发等也有一定价值。Bossard等[6]应用RT3DE研究276例房颤患者，发现LAVmax、LAVmin、LAVI可以预测房颤消融术后复发，但未给出具体临界值；Hwang等[7]纳入99例房颤患者，随访1年发现术前最大LAVI是房颤复发的独立危险因素，当LAVI预测临界值为44.13 ml/m2时，敏感度为80%，特异度为50%。Hongning等[8]利用RT3DE研究88例左心房大小正常或轻度扩大的房颤患者，以左心房舒张末至收缩末时间标准差（Tmsv-SD）为指标，评估房颤患者左心房功能的不同步性，发现消融术后房颤复发患者的Tmsv-SD显著高于未复发者（15.5±5.57比12.0±4.83，P<0.001），即左心房功能不同步更显著，提示Tmsv-SD可能是某些房颤患者（左心房正常或轻度扩大，LAVI<42 ml/m2）消融术后复发的独立危险因素。以上研究表明RT3DE评估左心房结构和功能在预测房颤复发方面有一定的潜能，对消融或复律的时机和最获益患者的选择有一定指导意义，但目前相关研究较少，尚未得出可靠的预测房颤复发的确切临界值。

3 STI

STI可以在每个心动周期逐帧追踪心肌斑点的相对运动，不受肺血流量和左心耳影响，也不存在角度要求，可以准确测量心肌应变、应变率、运动速度和位移，定量评估心脏功能及室壁运动，目前有二维和三维两种类型。评价参数心房应变目前已经用于评估多种疾病，包括高血压、糖尿病、心力衰竭、房颤等。左心房应变包括纵向应变、径向应变、环形应变，但由于左心房心肌很薄等原因，2018版欧洲心血管影像协会联合美国超声心动图学会制订的《左心房、右心室和右心房变形的标准化二维斑点追踪超声心动图检查专家共识》[9]并不推荐使用径向应变或环形应变，也不推荐将左心房壁分节段进行应变分析，目前该专家共识推荐使用左心房整体纵向应变评估左心房结构和功能。左心房整体纵向应变根据左心房3个时相分为左心房储存器阶段应变（left atrial strain during reservoir phase，LASr）、左心房管道阶段应变、左心房收缩阶段应变（left atrial strain during contraction phase，LASct），分别代表左心房的储存、管道、辅泵功能。同样，左心房峰值应变率根据左心房3个时相分为左心房储存器阶段峰值应变率（peak strain rate during reservoir phase，pLASRr）、左心房管道阶段峰值应变率、左心房收缩阶段峰值应变率，也分别反映左心房的储存、管道、辅泵功能。左心房僵硬度指数（left atrial stiffness index，LASI）是通过左心房应变参数衍生出的评估左心房结构与功能的一个新指标，通过测定左心房压力（left atrial pressure，LAP）和左心房整体纵向峰值应变（peak atrial longitudinal strain，PALS），计算两者比值得到，即LASI=LAP/PALS，LAP也可以用相关性最好的无创性参数二尖瓣瓣口舒张早期峰值血流速度（E）与二尖瓣舒张早期峰值运动速度（é）比值（E/é）替代，即LASI=E/é/PALS。

3.1 二维斑点追踪成像（two-dimensional speckle tracking imaging，2D-STI）在评价房颤患者左心房结构和功能中的应用 2D-STI应用二维超声心动图对心肌回声斑点进行跟踪分析，通过识别这些声学斑点追踪心肌的运动，从而评估心肌组织的实时运动和形变。

2D-STI可以准确评估房颤患者的左心房结构及功能。Kawakami等[10]采用传统超声和2D-STI评估35例新发房颤和35例健康对照者的心房结构和功能，发现新发房颤患者的LAVI与健康对照者无显著差异（P=0.16），但是LASr[（31.4±7.7）%比（38.0±7.3）%，P<0.01]、LASct[（16.6±4.3）%比（20.6±4.3）%，P<0.01）]较健康对照者减小，该研究表明新发房颤患者由于房颤病程不长，左心房容积尚未扩大，但左心房功能已经下降，2D-STI在疾病早期状态的敏感度更高。闫艳等[11]纳入32例成功消融的阵发性房颤患者，并根据术后是否恢复窦性心律分为窦性心律组和房颤组，用2D-STI以左心房应变为参数评估左心房结构和功能，结果发现窦性心律组术后1个月与术前相比左心房应变参数无明显变化（P>0.05），术后6个月与术前、术后1个月相比左心房应变均升高（P<0.05），房颤组术后6个月与术前、术后1个月相比，左心房应变参数均无明显变化（P>0.05）。于志琴等[12]应用2D-STI于术前、术后3 d、1个月、3个月对30例成功复律的阵发性房颤患者左心房功能进行评估发现，与术前相比，术后3 d左心房应变及应变率降低、左心房僵硬度增加（P<0.05），术后3个月左心房应变及应变率增高、左心房僵硬度降低（P<0.05），推测成功复律的阵发性房颤患者短期内左心房功能下降，术后3个月左心房功能明显改善。以上研究表明房颤患者左心房功能出现障碍，复律后短时间内左心房功能下降，随着窦性心律的维持，左心房功能出现一定程度好转，即左心房功能重构的逆转，2D-STI可以准确、早期对其进行评估。

2D-STI在左心房纤维化的评估、预测不同人群发生房颤的风险、心脏栓塞风险的量化、预测复律后房颤复发等方面也具有一定潜能。在评估左心房纤维化方面：心肌纤维化是房颤患者心房结构重构的标志，纤维化程度增加，容易转变为永久性房颤。此外，左心房纤维化程度与房颤预后有关，因此早期准确评估左心房纤维化尤为重要。钆增强心脏磁共振（cardiovascular magnetic resonance，CMR）是评估心房纤维化的重要工具，但CMR的成本很高，并且钆有肾损伤等副作用，Kuppahally等[13]研究证实心房应变在评估房颤患者左心房纤维化方面与CMR有良好的相关性。在预测不同人群房颤发生风险方面：房颤是最常见的心律失常之一，严重影响人们的生活，因此及早检测心房结构和功能的改变，预测房颤的发生有重要意义。多项研究[14-18]发现左心房应变在预测冠状动脉手术后发生房颤、高血压患者发生房颤及隐源性卒中患者发生房颤的风险方面有一定价值，其中LASr具有最大潜能，但确切的预测截断值仍需进一步研究。在心脏栓塞风险的量化方面：房颤是卒中的独立危险因素，左心房功能评估，特别是STI对左心房功能的评估，已经显示出更好的心脑血管栓塞的预测能力。Sonaglioni等[19]纳入125例非瓣膜性房颤患者，结果发现与无左心耳血栓的房颤患者相比，有左心耳血栓的房颤患者LASr及pLASRr显著降低（P<0.05），多变量回归分析发现LASr与左心耳血栓独立相关，当诊断临界值为LASr≤9.1%时，诊断效能最高，曲线下面积为0.95。Liao等[20]纳入1 457例房颤患者，平均随访37.6个月，发现左心房应变及应变率是缺血性卒中的独立预后因素，左心房应变可以为房颤患者提供独立于CHA2DS2-VASc评分的额外的卒中风险分层，并可能有助于指导患者进行抗凝治疗。在预测房颤治疗后复发方面：Sarvari等[21]采用2D-STI以左心房壁18个节段收缩持续时间（收缩持续时间指从心电图上的P波峰值到左心房最大缩短率的时间）的标准差即左心房机械离散度（left atrial mechanical dispersion，LAMD）为评估参数，对61例左心房正常或轻度增大的房颤患者左心房收缩同步性进行评估，结果发现房颤复发患者LAMD显著高于未复发患者[（38±14）ms比（30±12）ms，P<0.001]，推测对于心脏结构正常患者，LAMD可以作为预测消融术后房颤复发的有用指标。Wen等[22]报道房颤复发者消融术后1 d LASct为（−10.9±5.0）%，高于窦性心律维持者的（−13.4±4.7）%（P=0.003），术后1 d LASct是消融术后预测房颤复发的独立危险因素，当预测临界值为−12%时，敏感度为67.7%，特异度为60.5%。

3.2 三维斑点追踪成像（three-dimensional speckle tracking imaging，3D-STI）在评价房颤患者左心房结构和功能中的应用 2D-STI空间分辨率低，难以全面反映心肌在三维空间的立体信息，3D-STI是在原有2D-STI的基础上，在三维空间内追踪心肌斑点回声的运动轨迹。周红等[23]采用3D-STI评估55例房颤患者及25例健康对照者的左心房三维整体纵向、圆周、径向应变、左心房壁各节段（16个节段）应变达峰时间标准差，并用RR间期标化以及LASI，结果发现与对照组相比，房颤患者左心房各应变参数降低，左心房壁各节段应变标化达峰时间标准差、LASI增加（P<0.05），推测房颤患者的左心房功能及同步性降低、左心房僵硬度增加。Kuraoka等[24]用3D-STI评估50例阵发性房颤患者的左心房容积及左心房应变（将左心房壁分6个节段评估，以各节段应变是否存在差异评估左心房功能不同步），发现3D-STI在评估左心房容积方面与CT有良好的相关性、3D-STI可以早期评估房颤患者左心房功能不同步。上述研究表明3D-STI是评估房颤患者左心房结构和功能障碍的有效方法。此外，3DSTI预测房颤复发也有一定价值，Mochizuki等[25]对42例阵发性房颤患者进行评估，发现3D-STI测定的左心房整体应变<28.9%是首次射频消融后房颤复发的预测因子，且3D-STI测得的左心房整体应变比2D-STI获得的左心房应变更能预测消融后房颤复发。Furukawa等[26]利用3D-STI研究94例高血压患者（其中44例合并阵发性房颤），以舒张末期到峰值应变的时间标准偏差量化左心房功能不同步，发现左心房功能不同步是除左心房容积和左心房应变外高血压患者发生阵发性房颤的独立决定因素。上述研究表明3D-STI和2D-STI对检测房颤左心房功能障碍、预测房颤复发均有益，但在评估左心房功能方面，仅少数研究证实3D-STI优于2D-STI，3D-STI的诊断和预后价值是否优于2D-STI尚需进一步研究。

4 RT3DE和STI在评价房颤患者右心房结构和功能中的应用

房颤不仅累及左心房，右心房的结构和功能也与房颤的发生及发展密切相关[27]。一项电生理研究[28]表明，房颤与2个心房的重塑过程有关，房颤会引起双房增大，消融或心脏复律后窦性心律的恢复可以使部分患者双心房重构逆转，但由于右心房结构和位置的特殊性，目前对于右心房的研究很少。Aksu等[29]纳入142例接受冠状动脉搭桥术患者分析发现，右心房容积指数和右心房储存期应变是冠状动脉搭桥术后发生房颤的独立预测因素，推测右心房的结构和功能与术后房颤的发生密切相关，术前筛查右心房的结构和功能可能有助于预测术后房颤的发生。Soulat-Dufour等[2]应用RT3DE和2D-STI评估房颤患者右心房重构的逆转，根据术后6个月房颤是否复发分为窦性心律组和房颤组，发现窦性心律维持组患者术后6个月较术前右心房最大容积、最小容积显著减小（P<0.05），右心房射血分数、扩张指数显著增加（P<0.05），右心房储存期应变显著增加（P<0.001），房颤复发组术后6个月与术前相比右心房各参数无明显变化（P>0.05）。上述研究表明房颤患者窦性心律恢复后右心房结构和功能会出现一定程度好转，右心房的结构和功能在预测术后房颤发生方面具有一定潜能，但目前对于房颤患者的右心房结构与功能研究较少，右心房结构与功能在房颤患者中的临床价值还需进一步研究。

5 小结

RT3DE与STI在评估房颤患者心房结构和功能中具有很大的临床潜能。RT3DE较传统二维超声能更加准确地评估左心房容积，但RT3DE对图像质量要求高，且与二维超声获得的大量数据相比，RT3DE评估左心房功能具有其局限性。STI评估左心房结构和功能对于指导房颤患者治疗和管理有重要意义，但目前对于正常左心房应变值、诊断临界值方面有较大争议，需要更多大样本多中心研究检验2D-STI的临床实用性，以及3D-STI的诊断和预后价值是否优于2D-STI尚需进一步研究。目前对于房颤患者右心房的研究较少，RT3DE、STI评估右心房的结构和功能在房颤中的诊断及预后价值尚需进一步研究。相信随着后续研究的深入，RT3DE和STI在房颤中会得到更全面的应用。