應用二維整體收縮期應變評價左室收縮功能

王秋霜,張 慧,王 禹,黃黨生,張春紅,白 靜,張梅青

心功能不全在人群中發(fā)病率達2%～5%,在65歲以上老年人群的發(fā)病率更高,達7.4%,準確評價左室收縮功能對心功能不全患者的診斷及預后具有重要意義。二維斑點追蹤技術(two-dimensional speckle tracking imaging,2D-STI)是新近發(fā)展起來的超聲心動圖技術,能對心肌縱向(longitudinal strain,LS)、徑向(radial strain,RS)、圓周峰值應變(circumferential strain,CS)進行定量檢測,不同心肌節(jié)段的收縮期應變反映的是局部心肌收縮功能,將所有室壁節(jié)段收縮期應變進行平均后得出的數(shù)值反映的則是左室整體收縮功能[1,2]。

2D-STI測量心功能不全患者左室收縮期整體縱向應變(global longitudinal strain,GLS)、整體徑向應變(global radial strain,GRS)及整體圓周應變(global circumferential strain,GCS),結合受試者工作特性曲線 (receiver operating characteristic curve,ROC),評估二維整體應變評價左室收縮功能的價值,并確立臨界值。

1 對象和方法

1.1 對象 2009年3月至2009年10月在解放軍總醫(yī)院第一附屬醫(yī)院心內(nèi)科住院就診的慢性心功能不全患者52例,為心衰組,男 35例,女 17例,平均年齡(61±18)歲,根據(jù)病史、臨床表現(xiàn)、心電圖及冠狀動脈造影診斷,其中缺血性心臟病36例,擴張型心肌病11例,高血壓心臟病5例。入選標準:符合Framingham心力衰竭診斷標準,左室射血分數(shù)(left ventricular ejection fraction,LVEF)≤50%,排除標準:起搏器植入,心房纖顫,圖像不佳者。另外選擇正常對照組30例,男20例,女10例,平均年齡(58±16)歲,無高血壓、冠心病、糖尿病史,心電圖、超聲心動圖檢查無異常。

1.2 儀器與方法 采用GE Vivid 7超聲診斷儀和M4S探頭,頻率為 1.7～3.4 MHz,幀頻為50～90幀/s。受檢者采取左側臥位,平靜呼吸,聯(lián)接胸導聯(lián)心電圖。記錄左室短軸瓣環(huán)、乳頭肌、心尖部水平切面及心尖四腔觀、二腔觀、左室長軸的二維動態(tài)圖像,存儲所有圖像供脫機分析。將圖像傳輸?shù)紼choPAC工作站,進入二維應變軟件程序,按照提示到二維應變界面中,首先選擇要分析區(qū)域的心肌范圍,勾畫出心肌內(nèi)膜緣曲線。隨后,調(diào)整擬分析區(qū)域的寬度,使其與心肌厚度一致。分析室壁節(jié)段應變時,心尖位的切面共分18個節(jié)段,短軸切面共分16個節(jié)段。二維應變軟件對每個室壁節(jié)段分析給出結果,“V”代表成功節(jié)段,“X”代表不成功節(jié)段。系統(tǒng)接受獲得"V"節(jié)段后,自動顯示每個部位的應變曲線圖。二維應變軟件在短軸上可同時測量最大收縮期RS、CS。心尖位圖像上可測量最大收縮期LS,并分別計算短軸16個節(jié)段峰值應變的平均值作為收縮期GRS及收縮期GCS和心尖位切面18個節(jié)段峰值縱向應變的平均值作為收縮期GLS。同時應用常規(guī)二維超聲測量左房前后徑、左室舒張末內(nèi)徑,并應用Simpson雙平面法計算左室舒張末期容積、左室收縮末期容積及LVEF。

1.3 統(tǒng)計學分析 應用SPSS 13.0軟件進行統(tǒng)計分析。計量資料以±s表示,兩組間均數(shù)比較采用獨立t檢驗,應用ROC曲線,繪制各指標診斷心功能不全的ROC曲線,比較ROC曲線下面積(area under curve,AUC),并確定各指標的最佳界值。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結 果

2.1 常規(guī)超聲心動圖測量結果比較 心衰組與正常對照組比較,年齡、心率、室壁厚度差異無統(tǒng)計學意義(P＞0.05);左房前后徑、左室舒張末內(nèi)徑、LVEF差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.01)。

2.2 兩組患者二維整體峰值應變測量結果比較(表1) 心衰組患者GLS、GRS、GCS均小于正常對照組,差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.01;圖1,2)。

2.3 ROC曲線分析 繪制各指標的ROC曲線,通過ROC曲線分析得出AUC,其中GLS、GCS的曲線偏左上角,其 AUC分別為 0.950(95%CI:0.89～1.00)、0.939(95%CI:0.88 ～ 0.99),分別與0.5比較進行非參數(shù)檢驗,差異有統(tǒng)計學意義(P＜0.01),GRS的AUC為0.17(95%CI:0.06～0.28),因其小于0.5,差異無統(tǒng)計學意義(表2)。

表1 心力衰竭組與正常對照組超聲心動圖測量及二維整體應變的對比(±s)

表1 心力衰竭組與正常對照組超聲心動圖測量及二維整體應變的對比(±s)

注:LA:左房前后徑;LVEDD:左室舒張末內(nèi)徑;LVEF:左室射血分數(shù);GLS:左室整體縱向應變;GCS:左室整體圓周應變;GRS:左室整體徑向應變。與正常對照組相比,*P＜0.01。

組別 例數(shù) LA(mm) LVEDD(mm) LVEF(%) GLS(%) GCS(%) GRS(%)正常對照組 30 32±4 45±4 62±5 -19±4 -18±5 33±11心力衰竭組 52 39±5* 57±11* 39±10* -8±4* -10±4* 20±13*

表2 心力衰竭患者三種整體應變的ROC曲線參數(shù)的比較

2.4 應用ROC曲線選臨界值 臨界值的選擇應兼顧敏感度和特異度,計算靈敏度+特異度,最高值對應的點為截斷點,在 ROC曲線上為距離左上方最近的點。截斷點對應的臨界值做為收縮功能減低的診斷標準。GLS、GCS對應的界值分別為-13.12%、-13.86%,其診斷收縮功能減低的靈敏度和特異度分別為90.0%/94.4%,93.3%/83.3%(圖3)。

圖3 三種整體應變診斷心功能不全的ROC曲線圖

3 討 論

超聲心動圖是目前臨床評價心功能應用最廣的方法[3],LVEF是超聲心動圖檢測左室收縮功能最常用的指標,也是評價心臟病患者預后的重要指標。但該技術仍存在一定的局限性,受檢查者的技術及主觀因素影響較大,尤其在心內(nèi)膜邊界顯示不清時重復性欠佳;同時節(jié)段性室壁運動異常、心腔變形的患者 LVEF不能準確反映局部心功能改變。因此近年來超聲心動圖一直在探討新的評價左室局部和整體功能的方法,以對 LVEF做更好的補充。

2D-STI是近年來用于評價心肌功能的一種超聲新方法。通過自動追蹤二維超聲圖像中的感興趣區(qū)內(nèi)的心肌組織,計算各節(jié)段心肌的變形,即心肌應變,該技術不受周圍心肌牽拉和心臟整體運動的干擾,可判斷心肌的收縮是主動還是被動,同時能分別從長軸、短軸和圓周等三個方向分別測量心肌的應變,因此該技術更加全面、準確地反映心肌的功能。

左室的收縮功能是通過縱向走行和環(huán)形走行心肌交合協(xié)同作用實現(xiàn)的,心內(nèi)膜下的右手螺旋心肌及心外膜下的左手螺旋心肌主要產(chǎn)生縱向的收縮功能;中層的環(huán)形走行心肌主要決定心臟短軸方向的環(huán)形運動;徑向應變表示心臟短軸方向的運動,主要反映室壁收縮期的增厚程度,心臟收縮時并非簡單的心肌縮短,而是心肌層相互滑行交錯,心肌纖維重新排列的復雜過程。心肌功能受損是與不同走向的心肌受損相一致的,因此分別測量縱向、徑向、圓周收縮期應變有助于更好地評價左室收縮功能[2]。研究報道[4],左室長軸的功能對心衰患者的長期生存起決定作用。Cho等[5]報道縱向應變和圓周應變對心衰患者的預后均有一定的預測價值,而圓周應變較縱向應變與心衰患者的心臟事件有更好的相關性。當心肌缺血時,心內(nèi)膜下的縱向心肌對缺血更敏感。國外學者在急性心肌梗死患者的心肌應變的研究中[6],測定心肌節(jié)段應變低于-13%、應變率低于-0.8%/s診斷心肌梗死節(jié)段的敏感度和特異度均為85%。Brown等[7]應用整體縱向應變評價左室收縮功能的研究中,GLS與磁共振成像(MRI)測定的LVEF有較好的相關性(r=-0.69,P＜0.001),而在有6個以上節(jié)段室壁運動異常的患者中GLS與磁共振成像射血分數(shù)(MRI-EF)相關性增加(r=-0.77,P＜0.001),應用回歸方程測定GLS＞-15.3%是評價LVEF正常的界值。

心功能不全的患者,原發(fā)的心肌損害和心臟負荷過重使室壁應力增加,引起心室肥大和擴張,心肌纖維被動拉長,導致心肌細胞損傷,同時心肌代償性肥厚,能耗增加,心內(nèi)膜下心肌灌注減少,可能導致心肌壞死,間質纖維化,心肌收縮力降低。在本研究中,心力衰竭組的三種整體應變均明顯降低,結合ROC曲線縱向應變和圓周應變的臨界值(-13.12%,-13.86%)對判斷心衰均有較高的靈敏度和特異度。這與國外研究結果基本一致[7]。

ROC曲線是美國國家臨床實驗室標準委員會(NCCLS)于1995年批準,用作實驗室試驗的臨床準確性評價的準則,它將某試驗的靈敏度及特異度聯(lián)系在一起,是一種科學的評價檢測項目的方法。此方法被認為是影像檢查技術和診斷方法對照研究的標準方法,現(xiàn)已得到國外醫(yī)學影像研究工作者認可。ROC曲線是以每一個檢測結果作為可能的診斷界值,以計算得到相應的靈敏度為縱坐標,以1-特異度為橫坐標繪制曲線,其本質是動態(tài)的分析比較診斷試驗在多個診斷界值下相對的敏感度和特異度的差異。判斷診斷試驗結果屬于陽性或陰性需要一個臨界值,一般以ROC曲線距離左上角最近處作為兼顧敏感度和特異度的臨界值?？筛鶕?jù) Youden指數(shù)/正確指數(shù)〔Youden指數(shù)=靈敏度-(1-特異度)〕的最大值得出診斷臨界值;AUC為ROC曲線下的面積,其數(shù)值大小可反映整個檢測范圍總的診斷準確性,亦稱全域準確率,AUC越大,診斷價值越大,Swets的判斷標準為AUC＜0.5時無診斷意義;在0.5～0.7之間表示診斷準確性較低;在0.7～0.9之間有一定的準確性;＞0.9時試驗有較高的準確性[8,9]。本研究中通過對比分析,心衰組與正常對照組的三種應變,均有統(tǒng)計學差異,將三種應變行ROC曲線下面積分析結果顯示,縱向整體峰值應變和圓周整體峰值應變的AUC均大于0.9,有較高的準確性,能較好地反映心室射血分數(shù)的改變,可能心肌的縱向運動和圓周運動的改變與心室的射血變化關系較密切,因此縱向整體峰值應變和圓周整體峰值應變評價心室收縮功能的敏感度和特異度較高。而徑向整體峰值應變的AUC＜0.5,對判斷LVEF降低方面意義不顯著。徑向應變可能與LVEF反映心臟不同方面的心肌功能改變,有待今后進一步研究。

ROC曲線用于評價診斷試驗的性能簡單、直觀、信息量大,具有反映整個檢測范圍內(nèi)任何臨界值處鑒別診斷的能力,且不受發(fā)病率的影響。使得臨床實驗診斷更科學、客觀,提高了準確性和效率。

4 結 論

二維整體收縮期峰值應變可較好地評價左室的收縮功能,其中GLS和GCS用于評價LVEF降低有較高的診斷價值,可以作為對LVEF評價心功能的較好補充。

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