蔡雨琪,何健,林静茹,陶瑾,赵莹,陶佳,王浩,朱振辉,陆敏杰,吴伟春
随着人口老龄化进程,心力衰竭(心衰)发病率逐渐增加,其中超过50%的老年心衰为射血分数保留的心衰(HFpEF),即左心室射血分数≥50%的心衰,HFpEF 在老年女性心衰患者比例尤其高[1]。2020 年中国心衰医疗质量控制报告对3.5 万例心衰患者的研究发现,38%的中国心衰患者为HFpEF[2]。目前临床上无单一的无创指标诊断HFpEF,2019 年欧洲心脏病学会(ESC)心衰协会发表的HFA-PEFF诊断算法通过对心脏功能、形态、标志物水平综合判断以明确诊断,其中左心室质量指数和左心房容积指数(LAVI)是评估心脏形态的重要参数[3]。准确测量左心房容积有助于评估LAVI,为及早诊治HFpEF 患者提供参考依据。2019 年ESC 评分指南推荐使用二维超声心动图(2DE)或者三维超声心动图评估左心房容积。然而,2DE 通过Simpson 法对左心房进行几何假设评估左心房容积,通常会低估[4],而且测算过程繁琐、耗时长,无法很好满足临床需求,而三维动态心脏模型(DHM)利用三维斑点追踪技术、结合机器学习模型,能从多个角度一键式获取左心房的三维动态容积和功能。本研究拟采用2DE、DHM 自动定量技术测量HFpEF 患者的左心房容积及功能参数,并以心脏磁共振成像(CMR)测量结果为金标准,评估DHM 在HFpEF 患者左心房容积和功能的应用价值和前景。
前瞻性入选2020 年9 月至2021 年11 月因气促、胸闷、乏力、运动耐量下降来中国医学科学院阜外医院就诊的患者96 例。根据2019 年ESC 心衰协会发布的共识[5],HFA-PEFF 评分≥5 分诊断为HFpEF,纳入HFpEF 组(n=36),HFA-PEFF 评分≤4 分纳入对照组(n=60)。
纳入标准:年龄≥18 岁;有气促、胸闷、乏力、运动耐量下降等可疑心衰症状;左心室射血分数≥50%、所有患者在进行CMR 检查后24 h 内进行超声心动图检查。
排除标准:严重的心脏瓣膜病、室性心律不齐、心包缩窄;声窗质量差。对所有患者进行二维和三维超声心动图的采集。本研究经我院医学伦理委员会批准(项目编号:2020-1382),所有研究对象均知情同意。
CMR 检查:所有患者都在3T GE(通用电气医疗,美国)或飞利浦(飞利浦,荷兰)磁共振扫描仪上完成检查,检查序列包括稳态自由进动梯度回波电影序列(两腔、四腔)。
CMR 图像分析:心功能采用图像后处理软件CVI 42(圆心血管影像有限公司,加拿大)进行常规参数测量。双平面面积-长度法获取左心房最大容积(LAVmax)、左心房最小容积(LAVmin)、左心房射血分数(LAEF)[6]。
经胸超声心动图检查:使用Philips EPIC 7C 彩色多普勒超声诊断仪(飞利浦,荷兰),S5-1 二维探头,频率1~5 MHz;X5-1 三维探头,频率1~3 MHz。患者于平卧位测量肱动脉血压,后取左侧卧位,连接心电图,于平静呼吸下行常规超声心动图检查,采集心尖四腔心切面、心尖二腔心切面,获得较满意的二维图像后,连续采集5 个以上心动周期的图像。切换至X5-1 探头,获取较满意的心尖四腔心切面后,嘱患者屏气,启动DHM 模式,通过调节深度和扇角宽度将频率调节至16 Hz 及以上,连续采集5 个心动周期的图像,将图像储存于硬盘。
超声心动图图像分析:运用飞利浦配套分析软件QLAB13 进行图像分析。2DE 左心房容积分析采用Simpson 法,计算得LAVmax、LAVmin、LAEF。进入DHM 分析模式。分析单个心动周期的图像,软件自动追踪心内膜和心外膜边界,一键获取DHM单个心动周期测值(DHM_s):LAVmax、LAVmin、LAEF,选择多心动周期,分析5 个心动周期,并取5 个心动周期的均值,获取DHM 自动测量的多个心动周期测值的均值(DHM_ave):LAVmax、LAVmin、LAEF,上述过程机器对心内膜轮廓自动识别,未进行手动轮廓调整(图1)。
图1 DHM 测量左心房容积和功能示意图
应用SPSS 25.0 分析软件进行分析,运用Shapiro-Wilk 检验对连续变量进行正态性检验,正态性连续变量以均数±标准差表示,两组间比较采用两独立样本t检验或配对t检验;非正态性资料以中位数(P25,P75)表示,两组间比较采用 Mann-Whitney U 检验或Wilcoxon 符号秩检验;分类资料以例(%)表示,两组间比较采用χ2检验或Fisher确切概率法。采用Person 或Spearman 相关系数分析2DE 与CMR 以及DHM 与CMR 测量结果的相关性,r<0.3 为无直线相关,0.3 ≤r<0.5 为低度相关,0.5 ≤r<0.8 为中等程度相关,r≥0.8 为高度相关。Bland-Altman 分 析2DE 与CMR 以 及DHM 与CMR测量方法的一致性。为检验DHM 测量的可重复性,随机选取15 例患者,由同一操作者对两个不同心动周期的三维图像进行分析,进行参数再测的重复性检验,以组内相关系数(ICC)表示变异程度。P<0.05为差异有统计学意义。
表1 两组患者临床基线资料比较(±s)
表1 两组患者临床基线资料比较(±s)
注:HFpEF:射血分数保留的心力衰竭。1 mmHg=0.133kPa
两组患者年龄、性别、身高、体重、体表面积、体重指数、血压、心率差异均无统计学意义(P均>0.05)。
表2 2DE 与CMR 及DHM 与CMR 测量患者左心房容积和功能的组内比较(±s)
表2 2DE 与CMR 及DHM 与CMR 测量患者左心房容积和功能的组内比较(±s)
注:DHM:动态心脏模型;HFpEF:射血分数保留的心力衰竭;CMR:心脏磁共振成像;2DE:二维超声心动图;DHM_s:动态心脏模型单个心动周期测值;DHM_ave:动态心脏模型自动测量的多个心动周期测值的均值;LAVmax:左心房最大容积;LAVmin:左心房最小容积;LAEF:左心房射血分数。与同组CMR 所测 LAVmax 比较*P<0.01;与同组CMR 所测LAVmin 比较ΔP<0.01;与同组CMR 所测LAEF 比较▲P<0.01。#:以中位数(P25,P75)表示
2DE 与CMR 比较,HFpEF 组和对照组2DE的LAVmax、LAVmin 测值均低于同组CMR 的LAVmax、LAVmin 测值,2DE 的LAEF 测值均高于同组CMR 的LAEF 测值,差异均具有统计学意义(P均<0.01)。DHM 与CMR 比较,HFpEF 组和对照组DHM 的LAVmin 测值均低于同组CMR 的LAVmin 测值,差异具有统计学意义(P均<0.01),在HFpEF 组,DHM 的LAEF测值与CMR 的LAEF 测值差异无统计学意义,在对照组,DHM的LAEF 测值均高于CMR 的LAEF 测值,差异具有统计学意义(均P<0.01);HFpEF 组和对照组DHM 与CMR 的LAVmax 测值差异无统计学意义(P>0.05)。
表3 2DE 与CMR 以及DHM 与CMR 测量各组受试者左心房容积和功能的相关性及一致性分析
HFpEF组和对照组2DE与CMR所测的LAVmax、LAVmin 中至高度相关,r值0.631~0.893(P均<0.01)。2DE 与CMR 所测的LAEF,在对照组无明显相关性,r值为0.122(P>0.05),而在HFpEF组低度相关,r值为0.469(P<0.01)。
HFpEF组DHM与CMR所测的LAVmax、LAVmin均高度相关,r值0.834~0.914(P均<0.01),DHM_s 与CMR 所测的LAEF 低度相关,r值为0.408(P<0.05),而DHM_ave 与CMR 所测的LAEF 中度相关,r值为0.546(P<0.01)。对照组DHM 与CMR 所测的LAVmax、LAVmin 均呈中度相关,r值0.706~0.764(P均<0.01),而所测的LAEF无相关性,r值均<0.3。
HFpEF 组DHM_s、DHM_ave 较CMR所测的LAVmax 平均低估3.67 ml 和2.94 ml,一致性界限分别为-35.14~42.47 ml 和-33.96~39.85 ml,差异无统计学意义(P均>0.05);DHM_s、DHM_ave比CMR 所测的LAVmin平均低估5.25 ml和5.64 ml,一致性界限分别为-19.35~29.85 ml和-26.9~38.18 ml,差异有统计学意义(P均<0.05);DHM_s、DHM_ave 比CMR 所测的LAEF测值平均高估1.61%和1.42%,一致性界限分别为-29.79%~26.54%和-24.22%~21.38%,差异无统计学意义(P>0.05)。
DHM 图像不同心动周期测值的重复性分析结果显示,ICC 值为0.951~0.983(P均<0.05)。
左心房增大和功能障碍是预测发生不良心血管事件的因素[7],左心房前后径曾被用于评估左心房大小,但由于左心房的增大是不对称的,左心房前后径仅能识别出49%的左心房增大患者[8],而左心房容积是评估左心房大小的更准确的指标。LAVmax 是预测发生心肌梗死、心力衰竭、脑卒中、二尖瓣反流、心房颤动等心血管事件的生物标志物[9],左心房容积也是评估左心室舒张功能不全的重要指标[10-11],Aldo-DHF 研究发现HFpEF 患者的LAVI 增大与高龄、女性、心房颤动、低静息心率、左心房平均压升高等因素显著相关[12]。LAVmin 比LAVmax 更能反映左心室充盈压力和肺动脉楔压升高,具有较大的预后预测价值[13]。由于HFpEF 患者左心房后负荷增加,左心房僵硬度增大,LAEF 随着心房的扩大而降低[10,14],及时准确地发现患者左心房容积和功能的改变有助于尽早诊治HFpEF。
二维双平面Simpson 法和面积-长度法是指南推荐的评估左心房容积常用方法,需对左心房进行几何假设,如左心房形状不规则,会导致测量结果不准确。而CMR 的时空分辨率高,是评估心腔容积的金标准,但CMR 检查成本高、检查时间长,无法作为常规的检查手段。DHM 能自动识别心脏周期,追踪心内膜边界,一键式自动定量左心容积和功能,无需对左心房形状进行几何假设,尤其对左心房形态不规则增大的患者,能更准确地评估左心房的容积。近年来国内外研究表明,三维超声心动图评估左心房容积具有较高准确性,Narang 等[15]发现DHM 评估左心房容积与CMR 相比具有高度相关性和一致性,但大多数研究的样本量小,且缺乏对HFpEF 患者左心房容积和功能的研究。
本研究对有舒张功能不全临床症状的患者进行研究,以验证在HFpEF 左心房变形情况下,DHM 对左心房容积测量的准确性,共纳入96 例患者,其中HFpEF 组平均LAVmax 为(92.00±33.38)ml,样本量相对较大,且纳入了左心房容积增大的病例进行研究,与以往研究相比,是一项评估DHM 技术在HFpEF 左心房容积诊断效能的较为全面的研究。
本研究DHM 与CMR 测量的LAVmax 之间的差异无统计意义,这与徐瑞等[16]的研究结果一致。超声心动图在各组患者中的左心房容积测值与CMR 均具有中高度相关性,而超声心动图测得的LAEF 值与CMR 的相关性均较弱,可能是由LAVmax、LAVmin测值复合误差所导致的。超声心动图对左心房容积均存在一定程度的低估,其中DHM 对左心房容积低估程度低于2DE,其DHM_ave 的均值最接近CMR,这是因为DHM 在评估左心房容积时不基于几何假设,更加接近CMR 测值,而通过测量DHM 自动测量的多个心动周期测值的均值,能减少DHM 技术误差,提高测量的准确性。在HFpEF 组,DHM 测量的LAVmax、LAVmin 和LAEF 准确性好,相关性较对照组更好,说明在心房明显增大变形的人群中,DHM 能更准确地追踪心内膜运动,评估左心房容积和功能。表明DHM 评估左心房具有广泛用于临床实践的可能性,是评估左心房容积和左心房射血功能的有效指标。
本研究的局限性:(1)本研究为一项单中心观察性研究,样本量相对较小,研究结果需要大样本多中心研究验证;(2)CMR 采用双平面法评估左心房容积,存在对左心房的二维假设,对左心房形态不规则患者的左心房容积评估不够准确;(3)本研究人群是可疑HFpEF 患者,DHM 技术在其他疾病患者中的应用情况还需进一步探究。
综上所述,DHM 评估HFpEF 患者的左心房容积和功能与CMR 金标准具有较高的相关性和良好的一致性,分析多个心动周期三维图像并取均值能提高测量的准确性,DHM 有助于临床对HFpEF 患者的左心房容积和功能进行快速、准确的定量评估。
利益冲突:所有作者均声明不存在利益冲突