二维斑点追踪成像技术评价慢性阻塞性肺病伴不同程度肺动脉高压患者的右心室功能变化

杨慧，曹怡，陶满，王燕，方申存

南京医科大学附属南京脑科医院(胸科院区)医学影像二科1、呼吸科2，江苏 南京 210029

慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)由于长期缺氧及二氧化碳的潴留常合并肺动脉高压(pulmonary hypertension，PH)，COPD 伴PH 患者最严重的结局便是肺源性心脏病，甚至右心衰竭，而右心室功能的准确评估又能够为肺动脉高压的治疗及诊断提供有用的信息[1]。但长久以来，由于右心室解剖结构复杂，形态多变不规则，为右心室的进一步研究带来较大困难。二维斑点追踪成像技术(2D-STI)可以用来定量评价心肌应变，反映心肌功能[2]，近年来经常被运用于右心室功能的评估，成为评价右心室功能的重要手段之一[3]。本研究探讨利用二维斑点追踪成像技术评估COPD伴不同程度PH 患者的右心室功能改变的临床价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2021 年5 月至2022 年5 月在南京医科大学附属南京脑科医院(胸科院区)确诊的52 例COPD 伴PH 患者作为观察组。纳入标准：所有患者均符合2007 年COPD 诊治指南中COPD 临床诊断标准，肺动脉收缩压(sPAP)≥36 mmHg (1 mmHg=0.133 kPa)。排除标准：慢阻肺急性发作期；患有COPD以外的相关呼吸性疾病；严重心力衰竭；不能耐受检查；心内膜面显示不清者。根据sPAP的不同分为COPD伴轻度PH 组20 例(36 mmHg≤sPAP<50 mmHg，A 组)，COPD伴中度PH组16例(50 mmHg≤sPAP<70 mmHg，B 组)，COPD 伴重度PH 组16 例(sPAP≥70 mmHg，C组)。A组患者男性14 例，女性6 例；年龄47~77 岁，平均(67±9.08)岁。B 组患者男性14 例，女性2 例；年龄47~75岁，平均(65.6±10.1)岁。C组患者男性11 例，女性5 例；年龄46~77岁，平均(66.9±8.5)岁。选取同时期27例COPD不伴PH患者作为对照组，其中男性15例，女性12例；年龄43~79岁，平均(60.5±9.62)岁。本研究已通过南京医科大学附属南京脑科医院(胸科院区)伦理委员会批准。所有患者入组前均被详细告知检查步骤、检查方法的优缺点等信息，并签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 使用PHILIPS EPIQ7C彩色多普勒超声诊断仪，S5-1超声探头，探头频率1~5 MHz；深度16~18 cm，配备EPIQ 超声工作站。受检测者取左侧卧位，平静呼吸，连接心电图，留取常规超声心动图参数；再采集以右心室为中心的心尖四腔切面灰阶动态图像，帧频>60 帧/s，存储至少3 个心动周期图像清楚、切面标准的灰阶图像，图像存盘并进行2D-STI脱机分析。

1.3 数据测量

1.3.1 常规超声心动图参数 测量右室基底部横径(RV)、主肺动脉内径(DPA)，测量并计算得出右室面积变化率(FAC)；M 型测量三尖瓣环收缩期位移(TAPSE)；启动组织多普勒(tissue Doppler image，TDI)模式，获得右室游离壁三尖瓣前叶瓣环运动图像，记录收缩期S 波，舒张早期E 波，舒张晚期A 波，测得三尖瓣环收缩期峰值流速(S')、A波结束至下一个心动周期E波开始间期时间为a，测量S波开始至结束时间为b，那么MPI=(a-b)/b，见图1。连续多普勒(Continuous Wave Doppler，CW)模式测量获得三尖瓣口收缩期反流峰值流速Vmax，通过简化的伯努利方程式计算估测肺动脉收缩压sPAP，sPAP =4×Vmax2+右心房压力(RAP)。2015 年ASE 心腔定量指南提到右心室功能下降指标：FAC<35%，S'<9.5 cm/s，TAPSE<17 mm，MPI>0.54。

图1 MPI 计算数据的获取Figure 1 Acquisition of MPI data

1.3.2 2D-STI 参数测量 在EPIQ 超声工作站中选取以右心室置于中间的心尖四腔切面灰阶图像，在右室心腔内，沿室间隔基底部、游离壁基底部、心尖部描记三个点，软件自动得到感兴趣区域，调整感兴趣区域的宽度趋于右心室壁厚度，软件自动分析获得右室游离壁基底段纵向应变(Sb)、右室游离壁中间段纵向应变(Sm)、右室游离壁心尖段纵向应变(Sa)，右室游离壁纵向收缩期峰值应变(RVLPSS)。

1.4 统计学方法 应用SPSS25.0 统计软件进行数据分析。计量资料采用均数±标准差()表示。组间比较采用单因素方差分析；Pearson相关性分析研究RVLPSS 与右心室功能指标的相关性；受试者工作特征(曲线ROC)预测RVLPSS评估右心室功能不同指标下降的敏感性与特异性。以P<0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 四组患者常规超声心动图及2D-STI测量参数比较 与对照组比较，A组患者的MPI增大，差异有统计学意义(P<0.05)，而RV、DPA 增大差异无统计学意义(P>0.05)；B组、C组中RV、DPA、MPI均增大，且随着病情的恶化呈逐渐增大趋势(P<0.05)。此外，与对照组比较，A组、B组、C组患者中FAC、TAPSE、S'、Sb、Sm、Sa、RVLPSS均减小，且随着病情进展呈依次减小趋势(P<0.05)，见表1和表2。

表1 四组患者的常规超声心动图及2D-STI参数比较()Table 1 Comparison of the conventional echocardiogram and the 2D-STI parameters among the four groups()

表1 四组患者的常规超声心动图及2D-STI参数比较()Table 1 Comparison of the conventional echocardiogram and the 2D-STI parameters among the four groups()

注：与对照组比较，aP<0.01；与A组比较，bP<0.01；与B组比较，cP<0.01。Note:Compared with the control group,aP<0.01;compared with group A,bP<0.01;compared with group B,cP<0.01.

参数RV(mm)DPA(mm)TAPSE(mm)FAC(%)MPI S'(cm/s)对照组(n=27)29.22±1.95 20.89±1.87 21.00±1.49 47.50±4.93 0.31±0.04 13.63±1.07 A组(n=20)30.25±2.49 21.40±1.64 18.75±0.97a 41.69±2.22a 0.39±0.03a 11.73±0.84a B组(n=16)35.81±4.00ab 23.69±2.36ab 17.00±0.73ab 35.14±2.58ab 0.57±0.03ab 9.80±0.47ab C组(n=16)41.75±3.89abc 24.69±2.96abc 14.75±1.06abc 31.33±1.07abc 0.69±0.03abc 8.53±0.54abc F值97.77 12.34 106.53 93.57 495.86 152.71 P值0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001

表2 四组患者的右室游离壁纵向应变参数比较()Table 2 Comparison on right ventricular longitudinal strain indexes among the four groups()

表2 四组患者的右室游离壁纵向应变参数比较()Table 2 Comparison on right ventricular longitudinal strain indexes among the four groups()

注：与对照组比较，aP<0.01；与A组比较，bP<0.01；与B组比较，cP<0.01。Note:Compared with the control group,aP<0.01;compared with group A,bP<0.01;Compared with group B,cP<0.01.

指标Sb Sm Sa RVLPSS(%)P值0.001 0.001 0.001 0.001对照组(n=27)-31.04±4.30-28.67±2.77-27.89±4.11-29.20±2.44 A组(n=20)-23.35±3.20a-23.45±4.38a-21.85±2.48a-22.88±2.80a B组(n=16)-21.13±2.70ab-19.88±1.67ab-18.75±1.48ab-19.92±0.91ab C组(n=16)-18.50±1.71ab-16.19±1.47abc-15.81±1.87abc-16.83±1.03abc F值58.44 70.31 66.25 135.01

2.2 RVLPSS 与右心室功能指标的相关性 经Pearson 相关性分析结果显示，RVLPSS 与TAPSE(r=-0.819，P=0.000)、FAC (r=-0.856，P=0.000)、S'(r=-0.799，P=0.000)呈负相关性，与MPI呈正相关性(r=0.844，P=0.000)。

2.3 RVLPSS 预测右心室功能指标下降的价值 经ROC分析结果显示，当RVLPSS为-19.5%时判断TAPSE<17 mm 的敏感性为95%、特异性为87.5%，判断FAC<35%的敏感性为86.96%、特异性为89.66%，RVLPSS判断S'<9.5 cm/s的敏感性为94.4%、特异性为82.4%，RVLPSS判断MPI>0.54的敏感性为73.33%、特异性为95.45%，见图2。

图2 RVLPSS预测右心室功能下降的ROCFigure 2 ROC of right ventricular function decline predicted by RVLPSS

3 讨论

COPD 是呼吸系统常见病，以气流受限与气道阻塞为特征，长期缺氧会引起肺血管收缩，导致PH。PH将影响右心室结构与功能的变化，甚至导致右心室功能不全，而右心室功能又决定着COPD伴PH患者病情的严重程度及预后[4-5]；因此针对右心室结构与功能变化的评估具有重要的临床意义。判断右心室功能的可靠方式被认为是右心漂浮导管及心脏磁共振，但右心漂浮导管属于有创检查，无法长时间检测，且不能对右室壁的收缩与舒张运动进行分析；心脏磁共振检查价格高昂，需要患者配合，且体内不能安装金属装置，因此以上两种检查方式由于自身的局限性限制了其在临床的广泛使用[6-7]。与之比较，超声心动图简单、便捷、无创，是评估右心室功能的重要手段，可以定量分析COPD伴PH患者的右心室形态结构与功能变化[8]。国内有学者已经对COPD 不伴PH 患者的右心室功能做过研究，但对于COPD伴不同程度PH患者的右心室功能研究不多[9]。

本研究结果显示，与对照组比较，A组患者的MPI增大，差异有统计学意义(P<0.05)，而RV、DPA增大差异无统计学意义(P>0.05)，B组、C组患者的RV、DPA、MPI 均增大，且随着病情进展呈逐渐增大趋势(P<0.05)；与对照组比较，A 组、B 组、C 组患者的FAC、TAPSE、S'均减小，且随着疾病进展呈依次减小趋势(P<0.05)；这与Koestenberger[10]等的研究结果基本相同。当COPD 合并轻度PH 时，右心室后负荷压力增加，心室结构发生变化以对抗压力，但轻度肺动脉高压尚能使右心室处于代偿期，因此右心室内径及肺动脉内径增大与对照组比较差异均无统计学意义(P>0.05)，然而随着肺动脉压力的逐渐增大使心肌细胞水肿，萎缩变形，结构进一步重塑，累及右心室功能，导致其功能下降，最终引起右心功能不全。本研究中也发现常规超声心动图对于COPD伴轻度PH 的患者时右心室的功能及容量变化的监测不够理想。

2D-STI是近些年来评价心肌功能的新兴技术，以时域程序为基础，保留了组织多普勒成像(TDI)高时间分辨率这一优点，且不受心脏整体运动的影响，无角度依赖，能更真实、准确的反映心肌局部与整体的功能[11]，在评价心肌早期变化上表现良好。右心室壁是由心内膜下的环形心肌以及心外膜纵行心肌构成的，而心外膜的纵行心肌主导了右心室的收缩功能[12]。有相关研究证实右心室的纵向应变与评价右心功能的传统超声心动图指标间相关性良好，被认为是预测PH患者不良结果的独立因素[13]，而且在正常状态下，室间隔受到左心室的影响更大，因此右室游离壁纵向应变是作为应用二维斑点追踪成像评价右心室功能的主要指标之一[14]。

本研究中，2D-STI 参数Sb、Sm、Sa、RVLPSS 与对照组比较，A组、B组、C组逐渐减小。初步说明即使在COPD 患者肺动脉压力轻度升高时，右心室游离壁心肌已经出现形变，并且随着压力逐渐增加，形变愈加明显，右心室形态与功能进一步发生变化，最终导致右心衰竭。通过研究不难看出2D-STI 可以更加敏感的反映右心室游离壁局部节段与整体的纵向应变，从而可以及时准确监测右心室的功能变化。根据Pearson 相关性研究分析也发现，RVLPSS 与MPI正相关，与TAPSE、FAC、S’负相关，由此说明RVLPSS与右心室功能变化的相应指标相关性良好，能够有效的判断右心室功能变化。因此可以认为RVLPSS是对既往研究右心室功能指标的一种重要补充，弥补了一些既往评价指标的缺点，是右心室功能变化评价新的重要手段。

综上所述，2D-STI与评估右心室功能指标的相关性良好，可以更加客观有效评估COPD伴不同程度的PH 患者右心室功能变化，为COPD 伴不同程度PH 患者诊疗提供帮助。

但本研究仍存在以下的局限性：(1)研究过程中收集的样本量较少，未能实现大样本的数据分析；(2)虽然右心室的纵行心肌对右心室的收缩功能起主导作用，但如果综合了右心室心肌的环形心肌应变研究右心室的功能，可能更加全面；(3)肺动脉压力的测定是依赖于三尖瓣口收缩期反流峰值流速Vmax，基于伯努利方程式计算估测得到的肺动脉收缩压，未能采用右心漂浮导管来估测。