三維斑點追蹤技術(shù)評估慢性腎臟病患者左心收縮功能的進展

馬雨琴，張 波

(同濟大學附屬東方醫(yī)院醫(yī)學超聲科，上海 200120)

慢性腎臟病(chronic kidney disease, CKD)患者預后不佳，且醫(yī)療費用較高，已成為嚴重的公共健康問題。流行病學調(diào)查[1]顯示，心臟疾病發(fā)病率隨CKD程度加重而增加[2]，即使腎功能僅有輕度減低，也與心血管風險增加存在顯著相關(guān)[3]。傳統(tǒng)超聲心動圖評價左心室收縮功能減低常用指標是左心室射血分數(shù)(left ventricular ejection fraction, LVEF)。研究[4]表明，部分CKD患者心血管疾病的癥狀不典型，且LVEF可表現(xiàn)為正常，故傳統(tǒng)超聲心動圖較難早期、準確診斷CKD患者左心室收縮功能異常。新技術(shù)三維斑點追蹤成像(3-dimensional speckle tracking imaging, 3D-STI)可準確、無創(chuàng)評價CKD患者左心收縮功能，有助于減少CKD患者心血管不良事件并改善預后[5]。本文對3D-STI在評估CKD患者左心室收縮功能中的應用進行綜述。

1 左心室解剖基礎(chǔ)

Torrent-Guasp等[6]提出心肌帶理論，認為左心室由內(nèi)中外三層心肌組成，心內(nèi)膜下心肌呈右手螺旋走行，心外膜下心肌呈左手螺旋走行，中層心肌呈環(huán)形走行。不同走行排列的心肌纖維決定左心室復雜的空間運動形式：①縱向縮短，即左心室在長軸方向上的縱向運動；②左心室壁增厚，即左心室在短軸方向上的徑向運動；③左心室短軸半徑縮小，即左心室在短軸方向上的圓周運動；④左心室心內(nèi)膜面積變化，即綜合長軸應變和圓周應變(circular strain, CS)的內(nèi)膜面積改變；⑤左心室扭轉(zhuǎn)和解旋，為完成心臟射血，左心室在收縮期發(fā)生“擰毛巾樣”扭轉(zhuǎn)；從心尖向心底方向觀察，左心室心尖部逆時針旋轉(zhuǎn)，左心室基底部順時針旋轉(zhuǎn)；舒張期左心室反方向解旋，心室充盈[7]。

2 STI原理

STI為無創(chuàng)、實時的定量檢查技術(shù)。由于心肌的細小結(jié)構(gòu)會對入射超聲波產(chǎn)生散射，在圖像上形成散射斑點，故通過標記心動周期中某“斑點”運動軌跡，可逐幀追蹤心動周期中該“斑點”對應部位心肌的形變，從而獲得心肌運動速度、應變以及心肌扭轉(zhuǎn)等變形情況[8]。與組織多普勒技術(shù)(tissue Doppler imaging, TDI)技術(shù)相比，STI不僅與組織多普勒頻移無關(guān)、無明顯角度依賴性，還對局部噪聲敏感度較小，可更全面及準確評價心肌功能[9]。二維斑點追蹤技術(shù)(2-dimensional speckle tracking imaging, 2D-STI)局限于二維平面內(nèi)，無法完全跟蹤斑點運動的空間位置[10]。3D-STI通過連續(xù)性分析心臟全容積圖像，追蹤心肌聲學斑點在三維空間內(nèi)的運動軌跡，應用縱向應變(longitudinal strain, LS)、徑向應變(radial strain, RS)、CS、面積應變(area strain, AS)、旋轉(zhuǎn)及扭轉(zhuǎn)運動等參數(shù)來評價心肌各節(jié)段形變，從而實現(xiàn)定量評價心肌組織的運動情況[11]。

3 3D-STI評價CKD患者左心室收縮功能

3.1 左心室應變及應變率 CKD患者左心室由于長期壓力負荷及容量負荷增加、心肌代償性增厚、心腔擴大及心肌缺血[12]，于二維超聲心動圖上多表現(xiàn)為左心室擴大、室壁增厚，舒張功能、局部室壁運動及LVEF減低[13]。評估左心室整體收縮功能最常用的參數(shù)是LVEF，其代表心搏量占左心室舒張末期容積的比例，有重要的預后評估作用[14]，而計算LVEF有賴于圖像質(zhì)量、容量負荷及操作者經(jīng)驗。研究[15]表明，部分CKD患者已出現(xiàn)心功能不全癥狀和體征時，LVEF仍可表現(xiàn)為正常。3D-STI應用心肌整體或局部應變及應變率，可準確、定量評價CKD左心室心肌收縮能力。劉開薇等[16]觀察LVEF正常(>55%)的早期CKD患者，發(fā)現(xiàn)CKD 2期和CKD 3期患者左心室整體LS較正常對照組明顯減低。Sun等[17]應用3D-STI技術(shù)發(fā)現(xiàn)維持透析組左心室整體LS和RS明顯減低，隨訪2年，結(jié)果顯示左心室整體LS可作為心血管不良事件的獨立預測因素。早期CKD患者LS減低的可能原因如下：①LS代表心內(nèi)膜下心肌縱向纖維在長軸的縮短；②微血管病變，血鈣沉積于心內(nèi)膜，尿毒癥毒素及脂質(zhì)代謝障礙等因素致心內(nèi)膜下心肌灌注不良，故內(nèi)膜心肌層最早受累。Chen等[18]發(fā)現(xiàn)血液透析組和對照組心尖水平LS、RS及CS均高于基底段水平和乳頭肌水平，而未行血液透析組患者則無上述變化。

3.2 左心室旋轉(zhuǎn)和扭轉(zhuǎn) 左心室扭轉(zhuǎn)為左心室心尖水平與心底水平旋轉(zhuǎn)角度的差值。王淑珍等[19]應用2D-STI發(fā)現(xiàn)尿毒癥患者心底部旋轉(zhuǎn)角度達峰早于主動脈瓣關(guān)閉，而心尖部旋轉(zhuǎn)角度達峰及扭轉(zhuǎn)角度達峰遲于主動脈瓣關(guān)閉。左心室扭轉(zhuǎn)和解旋是在三維空間內(nèi)的變形運動，不僅影響心臟的正常收縮功能，還可促進舒張早期心室充盈。MRI可無創(chuàng)、準確地測量心肌旋轉(zhuǎn)角度[20]，但時間及空間分辨率較低，獲取信息量相對較少，后期數(shù)據(jù)處理繁瑣，檢查耗時較長且費用較貴，使其臨床應用受限。3D-STI運用左心室基底段、中間段及心尖段平均旋轉(zhuǎn)角度、整體扭轉(zhuǎn)度、整體扭力及旋轉(zhuǎn)或扭轉(zhuǎn)角度達峰時間等參數(shù)評價左心室旋轉(zhuǎn)及扭轉(zhuǎn)[21]。Andrade等[22]發(fā)現(xiàn)采用3D-STI技術(shù)測得的左心室扭轉(zhuǎn)角度較2D-STI小，但二者左心室扭轉(zhuǎn)角度的達峰時間差異無統(tǒng)計學意義，可能由于2D-STI技術(shù)不能完全跟蹤斑點運動的空間位置，故從三維角度可更加準確和全面地觀察扭轉(zhuǎn)運動。Pai等[23]運用3D-STI技術(shù)研究發(fā)現(xiàn)，與正常對照組相比，維持透析的CKD患者左心室整體旋轉(zhuǎn)、扭轉(zhuǎn)角度及基底段和局部扭力均降低，可能由于心肌間質(zhì)纖維化、缺血、血鈣沉積及微血管病變等因素使心肌僵硬，從而導致心肌收縮力減弱；左心室容積擴張使心內(nèi)膜纖維角度傾斜度變小，減弱心外膜相對于心內(nèi)膜旋轉(zhuǎn)的運動優(yōu)勢。3D-STI技術(shù)可通過評價CKD患者左心室旋轉(zhuǎn)及扭轉(zhuǎn)運動，從而在機械力學角度發(fā)現(xiàn)CKD患者左心室收縮功能減低。

3.3 左心室同步性運動 CKD患者左心室壓力及容量負荷長期增加可引起左心室構(gòu)型改變，導致左心室收縮不同步，進一步影響左心室收縮功能及局部心肌代謝和灌注[24]。研究[25]發(fā)現(xiàn)，左心室收縮不同步是充血性心力衰竭患者發(fā)生嚴重心臟不良事件的獨立預測因子。Murata等[26]應用2D-STI技術(shù)發(fā)現(xiàn)，未透析終末期腎病組LS及RS不同步指數(shù)較對照組升高，而兩組CS不同步指數(shù)間差異無統(tǒng)計學意義；透析后，RS不同步指數(shù)較透析前下降，提示RS對前負荷改變較為敏感。Kobayashi等[27]應用實時三維超聲心動圖觀察27例終末期腎病患兒，發(fā)現(xiàn)病例組左心室不同步指數(shù)易受前負荷及左心室厚度影響，且數(shù)值高于正常對照組。3D-STI技術(shù)結(jié)合了實時三維超聲與2D-STI技術(shù)的優(yōu)勢，能更準確地評價左心室收縮的同步性。3D-STI技術(shù)可應用左心室壁兩節(jié)段應變達峰值時間最大差值(前室間隔和左心室側(cè)壁應變達峰時間差)、各節(jié)段應變達峰值時間標準差(左心室不同步指數(shù))以及AS不同步指數(shù)等參數(shù)來定量評價左心室收縮同步性[28-29]：上述參數(shù)值越高，提示左心室收縮不同步越嚴重。此外，3D-STI技術(shù)在評價心臟同步化治療(cardiac resynchronisation therapy, CRT)后療效中具有重要作用。Thebault等[30]采用3D-STI觀察接受CRT治療的慢性心力衰竭患者左心室同步性，發(fā)現(xiàn)雙腔起搏患者LS、RS及AS絕對值均大于右心室起搏患者，且LS、RS及AS左心室不同步指數(shù)均小于右心室起搏患者。Sun等[17]發(fā)現(xiàn)維持透析組左心室不同步指數(shù)較正常對照組升高。

3.4 血液透析前后左心收縮功能變化 作為有效的腎臟替代治療，血液透析能減輕水鈉潴留，排出毒素(如尿素氮、肌酐及甲狀旁腺素等)，糾正電解質(zhì)、酸堿平衡紊亂，改善內(nèi)環(huán)境及減輕心臟前負荷，從而改善心臟功能。Chen等[18]觀察LVEF正常的尿毒癥患者，發(fā)現(xiàn)規(guī)律血液透析組各方向的三維整體應變及不同心肌水平RS均優(yōu)于非透析組，提示堅持規(guī)律血液透析能夠改善左心室收縮功能。Kovács等[31]發(fā)現(xiàn)，單次血液透析后，終末期腎病患者左心室整體LS、RS、CS及AS均增加。相反，Wu等[32]發(fā)現(xiàn)維持性血液透析患者單次血液透析后左心室整體LS、RS、CS、旋轉(zhuǎn)角度、扭轉(zhuǎn)角度及整體扭力較透析前無顯著變化，僅左心室局部扭力短期增加。胡科丹等[33]發(fā)現(xiàn)左心室整體AS隨透析時間延長而呈升高—降低—緩慢升高的趨勢，隨著透析時間推移，提示尿毒癥患者左心室心功能呈現(xiàn)“減低—好轉(zhuǎn)—再減低”的規(guī)律。上述研究表明，3D-STI技術(shù)可及時反映尿毒癥患者血液透析前后左心功能變化情況，但單次血透后左心室應變的變化情況尚未明確，仍需進一步研究。

4 局限性及發(fā)展前景

3D-STI技術(shù)的局限性：①可由于肥胖、肺氣腫等患者因素或操作者水平所致圖像質(zhì)量較差，從而影響結(jié)果準確性；②獲取的圖像幀頻較低，易出現(xiàn)拼接錯位，且部分CKD患者室壁增厚、心室擴大，為包絡整個心室，需調(diào)大扇角，故幀頻進一步減低，圖像質(zhì)量進一步變差，從而影響結(jié)果準確性；③要求被檢者心電圖存在規(guī)則的R-R間期，且需被檢者屏氣達數(shù)個心動周期，以減小呼吸運動對圖像的干擾；對于心律失常及呼吸困難者，無法獲得理想的全容積圖像，從而影響結(jié)果準確性。

雖然存在局限性，但目前3D-STI技術(shù)仍是重復性相對可靠的超聲定量分析技術(shù)，采集和分析圖像較2D-STI技術(shù)更簡便和省時[34]；可依靠準確的心臟解剖空間定位，通過量化分析左心室應變結(jié)果，客觀評價左心室整體及局部心肌功能[35]。

5 小結(jié)

早期診斷及治療CKD患者心臟損傷能減少心臟不良事件。超聲心動圖可實時定性、定量評價心功能，而超聲新技術(shù)可發(fā)現(xiàn)CKD患者心臟結(jié)構(gòu)的改變及與其相關(guān)的心臟整體及心肌節(jié)段功能異常。正確認識3D-STI技術(shù)的優(yōu)缺點，聯(lián)合應用傳統(tǒng)超聲心動圖和3D-STI技術(shù)，可為臨床早期、準確診斷CKD心臟病變提供重要參考。

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