三維斑點追蹤成像技術定量評價亞臨床甲狀腺功能亢進患者左心室收縮功能

王凌霄，蔣海波，陳愷蓓，趙穎燕，蔣 棟，金修才

(海軍軍醫(yī)大學附屬長海醫(yī)院超聲科，上海 200433)

亞臨床甲狀腺功能亢進癥(subclinical hyperthyroidism， SH)指血清促甲狀腺激素(thyroid stimulating hormone， TSH)水平低于0.4 mIU/L，而三碘甲狀腺原氨酸(triiodothyronine，T3)及甲狀腺素(thyroxine，T4)尚處于正常范圍的一種特殊類型的甲狀腺功能亢進癥。隨體內(nèi)甲狀腺激素水平變化，SH患者罹患多種心血管疾病的發(fā)生風險增加[1]。既往研究[2-4]采用組織多普勒成像(tissue Doppler imaging， TDI)和二維斑點追蹤成像(two-dimensional speckle tracking imaging， 2D-STI)從心肌應變角度定量評估SH患者心肌功能，但受技術限制，均不能全面、有效地評價左心室壁心肌整體和局部收縮功能。三維斑點追蹤成像(three-dimensional speckle tracking imaging， 3D-STI)技術是在2D-STI基礎上發(fā)展而來，于三維空間逐幀追蹤心肌“聲學斑點”，獲取其縱向、徑向和圓周方向的時間-應變曲線，既可避免TDI的角度依賴性，還能避免2D-STI受追蹤平面限制出現(xiàn)“斑點逃逸”的局限性[5-6]。另外，3D-STI技術特有的面積應變可以定量評價左心室心內(nèi)膜立體結(jié)構(gòu)的變化。本研究采用3D-STI技術評價SH患者左心室心肌整體和局部應變值變化，旨在早期發(fā)現(xiàn)其心肌收縮功能改變。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2016年3月—2017年5月經(jīng)我院內(nèi)分泌科確診且未經(jīng)治療的33例SH患者(SH組)，男10例，女23例，年齡23～65歲，平均(39.0±11.6)歲。納入標準：①血清TSH<0.4 mIU/L，T3(1.3～3.1 nmol/L)、T4(66～181 nmol/L)和游離甲狀腺素(free thyroxine， FT4，13～23 pmol/L)處于正常范圍，且未經(jīng)任何治療；②Simpson雙平面法測量左心室射血分數(shù)(left ventricular ejection fraction， LVEF)≥60%。排除標準：①由甲狀腺以外其他因素引起的TSH降低，如垂體功能障礙及藥物等；②合并高血壓、冠心病、糖尿病、心律失常、心內(nèi)異常分流等可引起心肌應變改變的疾??；③圖像質(zhì)量差，無法獲取局部應變值。

另選取同期年齡、性別相匹配的35名健康人為對照組，男12名，女23名，年齡17～70歲，平均(32.4±14.0)歲。本研究經(jīng)我院倫理委員會審批通過，所有受檢者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Vivid E9彩色多普勒超聲診斷儀，V4矩陣探頭，頻率1.5～4.0 MHz；M5Sc探頭，頻率2.0～4.0 MHz，配備4D Auto-LVQ圖像分析軟件，由同一檢查者完成所有檢查。囑受檢者左側(cè)臥，連接同步心電圖，采用M5Sc探頭于左心室長軸切面測量左心房內(nèi)徑(left atrium diameter， LAD)、室間隔厚度(interventricular septum thickness， IVST)、左心室舒張末期內(nèi)徑(left ventricle diameter of end-diastolic， LVEDD)及左心室收縮末期內(nèi)徑(left ventricle diameter of end-systolic， LVEDS)，采用Simpson雙平面法獲取LVEF。隨后切換至V4矩陣探頭，于心尖部獲取四腔心切面，啟動4D模式，調(diào)節(jié)幀頻≥心率的40%，囑受檢者深呼氣后屏氣，采集連續(xù)4個心動周期的三維圖像。采用4D Auto-LVQ圖像分析軟件，自動描記上述三維圖像中左心室心內(nèi)膜、心外膜界線，系統(tǒng)自動將左心室壁分為基底段(前壁、前間隔、下間隔、下壁、下側(cè)壁、前側(cè)壁)、中間段(前壁、前間隔、下間隔、下壁、下側(cè)壁、前側(cè)壁)、心尖段(前壁、室間隔、下壁、側(cè)壁)和心尖帽共17個節(jié)段，獲取左心室整體和各節(jié)段的縱向、徑向及面積峰值應變的絕對值。由同一檢查者對每幅圖像分析3次，取平均值。

1.3 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 21.0統(tǒng)計分析軟件。符合正態(tài)分布的計量資料以±s表示。SH組與對照組間計量資料比較采用兩獨立樣本t檢驗，計數(shù)資料比較采用χ2檢驗。采用Pearson相關系數(shù)評價SH患者年齡、體表面積、收縮壓、舒張壓、TSH、T3、T4、FT4等臨床指標與左心室整體面積應變間的相關性。P<0.05為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 實驗室檢查及常規(guī)超聲心動圖檢查結(jié)果 SH組與對照組TSH、T4和FT4差異有統(tǒng)計學意義(P均<0.05，表1)；2組間常規(guī)超聲檢查結(jié)果LAD、IVST、LVEDD、LVEDS及LVEF差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05，表2)。

2.2 3D-STI結(jié)果 牛眼圖顯示SH組左心室各節(jié)段顏色分布不均勻，呈現(xiàn)紅藍相間(圖1A)；對照組各節(jié)段顏色分布較均勻(圖1B)。SH組與對照組間左心室中間段下側(cè)壁、心尖段下壁的面積峰值應變，心尖段下壁及心尖帽的徑向峰值應變差異均無統(tǒng)計學意義(P均>0.05)，心臟整體及其余各節(jié)段各峰值應變SH組均較對照組降低，差異均有統(tǒng)計學意義(P均<0.05，表3～5)。

2.3 相關性分析 SH患者左心室整體面積峰值應變與TSH呈正相關(r=0.82，P<0.01，圖2A)，與FT4呈負相關(r=-0.67，P<0.01，圖2B)。

3 討論

左心室心肌由3層肌纖維組成，心內(nèi)膜層肌纖維呈縱向，中間層呈環(huán)形，心外膜層呈斜行，心肌解剖基礎決定了其復雜的空間運動。心臟在三維空間的運動形式主要包括長軸方向上的縱向運動和短軸方向上的徑向、圓周運動。常規(guī)二維超聲敏感度差，僅能從二維平面粗略評估SH患者左心室整體運動情況，無法早期發(fā)現(xiàn)左心室心肌受損。3D-STI技術不僅可以評價左心室整體收縮功能，還能定量評價其局部收縮功能[7]；尤其在LVEF正常時，通過3D-STI能較早發(fā)現(xiàn)SH患者左心室收縮功能下降，其特有的面積應變由縱向應變和圓周應變共同決定，能客觀反映心臟收縮功能致心內(nèi)膜立體結(jié)構(gòu)的變化[8]。

本研究通過3D-STI技術分析SH患者左心室各節(jié)段心肌的形變能力，發(fā)現(xiàn)左心室不僅整體收縮功能下降，局部收縮功能也呈彌漫性下降。一方面，SH患者甲狀腺激素水平發(fā)生變化導致機體出現(xiàn)促炎癥反應狀態(tài)，白介素-6(interleukin-6， IL-6)水平顯著增高，促進心肌細胞發(fā)生炎癥反應和心肌重構(gòu)[9]；同時，亢進的甲狀腺功能可直接影響左心室心肌結(jié)構(gòu)蛋白合成，并增加心肌負荷，促進心肌細胞肥厚[10]。另一方面，SH患者心肌受損呈彌漫性可能與甲狀腺激素受體分布有關。甲狀腺激素受體包括α1、α2異形體和β1、β2異形體，在心肌細胞主要以α1異形體為主。心肌細胞主要由T3作用于α1受體發(fā)揮正性肌力作用[11]，心肌做功增多、耗氧量增加，致心肌彌漫性受損。

表1 SH組與對照組臨床資料比較

表2 SH組與對照組常規(guī)超聲心動圖參數(shù)比較(±s)

表2 SH組與對照組常規(guī)超聲心動圖參數(shù)比較(±s)

組別LAD(cm)IVST(cm)LVEDD(cm)LVEDS(cm)LVEF(%)SH組(n=33)3.00±0.320.97±0.114.61±0.352.61±0.2864.64±2.60對照組(n=35)2.95±0.300.96±0.114.46±0.362.51±0.3165.27±2.34t值0.500.271.371.06-0.82P值0.620.790.180.290.42

圖1 面積應變曲線及牛眼圖 A.SH組患者，女，37歲； B.對照組受試者，女，35歲

表3 SH組與對照組左心室整體及各節(jié)段縱向峰值應變比較(%，±s)

組別基底段前壁前間隔下間隔下壁下側(cè)壁前側(cè)壁SH組(n=33)10.79±4.8210.17±3.8912.58±2.989.68±3.0610.93±3.2611.26±3.55對照組(n=35)20.54±6.7618.02±4.4617.17±4.0015.60±3.5015.99±3.2619.16±5.17t值-5.44-6.08-4.26-5.85-5.02-5.89P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01組別中間段前壁前間隔下間隔下壁下側(cè)壁前側(cè)壁SH組(n=33)9.18±3.8111.94±3.8714.09±4.3613.50±4.1812.36±3.4810.09±3.89對照組(n=35)16.26±3.9818.91±4.7219.92±4.8018.46±2.7416.42±4.1916.40±3.46t值-5.89-5.26-4.12-4.45-3.43-5.50P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01組別心尖段前壁室間隔下壁側(cè)壁心尖帽整體SH組(n=33)7.90±2.2713.86±4.4515.20±4.499.96±4.128.92±5.0610.64±2.32對照組(n=35)14.86±4.1418.10±3.5120.64±6.4915.67±4.0913.81±4.5016.22±2.30t值-6.91-3.38-3.2-4.49-3.27-7.81P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

表4 SH組與對照組左心室整體及各節(jié)段徑向峰值應變比較(%，±s)

組別基底段前壁前間隔下間隔下壁下側(cè)壁前側(cè)壁SH組(n=33)34.74±14.8829.90±12.0328.78±10.3024.27±12.8820.13±9.8824.41±12.73對照組(n=35)55.49±18.6450.28±20.2638.34±10.0934.93±10.0433.95±8.4644.32±15.39t值-4.01-4.04-3.02-2.94-4.81-4.59P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01組別中間段前壁前間隔下間隔下壁下側(cè)壁前側(cè)壁SH組(n=33)23.49±12.2929.82±14.1631.01±12.1631.83±11.0327.42±9.7224.01±10.08對照組(n=35)42.68±14.3948.15±18.0540.59±11.9940.96±9.0836.04±11.7438.87±13.59t值-4.66-3.69-2.56-2.89-2.6-4.07P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01組別心尖段前壁室間隔下壁側(cè)壁心尖帽整體SH組(n=33)16.21±6.0131.14±12.9144.13±21.4528.90±15.2824.58±17.4827.80±8.08對照組(n=35)31.15±12.6639.85±12.4052.39±21.9040.22±17.8033.86±16.9740.33±7.82t值-5.03-2.22-1.23-2.22-1.74-5.08P值<0.010.030.230.030.09<0.01

本研究結(jié)果顯示，SH患者T4和FT4雖處于正常范圍，但仍高于對照組，且左心室整體面積峰值應變與FT4呈負相關(r=-0.67，P<0.01)、與TSH呈正相關(r=0.82，P<0.01)。究其原因，機體內(nèi)甲狀腺激素的分泌受下丘腦—垂體—甲狀腺軸的負反饋調(diào)節(jié)[12]，SH患者甲狀腺激素水平偏高、迷走神經(jīng)調(diào)節(jié)功能下降，可使心臟處于高動力循環(huán)狀態(tài)，增加心肌細胞耗氧，致心肌缺氧和收縮力下降；另外，亢進的甲狀腺功能會增加心肌細胞對兒茶酚胺和腎素-血管緊張素系統(tǒng)的敏感度，促進細胞凋亡，降低心肌收縮力[13]。心肌細胞在缺氧和凋亡的條件下可出現(xiàn)代償性應激反應，即心肌重構(gòu)，以維持心血管系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，但持續(xù)性代償將誘發(fā)心肌器質(zhì)性損傷。本研究發(fā)現(xiàn)SH組部分節(jié)段(中間段下側(cè)壁、心尖段下壁的面積峰值應變，心尖段下壁及心尖帽的徑向峰值應變)的心肌應變值較對照組降低，但差異無統(tǒng)計學意義，其原因可能是心肌重塑作用暫時維持了心血管系統(tǒng)的穩(wěn)態(tài)，隨著病程延長及心肌耗氧量增加，應變值將進一步下降；也可能是樣本量較小所致，有待進一步研究。

表5 SH組與對照組左心室整體及各節(jié)段面積峰值應變比較(%，±s)

表5 SH組與對照組左心室整體及各節(jié)段面積峰值應變比較(%，±s)

組別基底段前壁前間隔下間隔下壁下側(cè)壁前側(cè)壁SH組(n=33)23.91±8.3821.71±7.2720.86±5.1617.74±6.0415.87±6.6317.69±7.63對照組(n=35)34.73±7.1831.57±8.9826.59±6.2725.46±5.0622.22±4.6730.93±9.08t值-4.44-3.93-3.25-4.43-3.51-5.15P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01組別中間段前壁前間隔下間隔下壁下側(cè)壁前側(cè)壁SH組(n=33)17.83±8.1321.52±8.4322.29±6.5222.74±6.7320.84±6.2117.63±6.04對照組(n=35)29.07±7.8931.05±8.9928.15±6.1228.26±4.3924.60±6.1125.73±7.56t值-4.52-3.54-2.98-3.07-1.97-3.86P值<0.01<0.01<0.01<0.010.06<0.01組別心尖段前壁室間隔下壁側(cè)壁心尖帽整體SH組(n=33)12.06±5.2721.38±7.9725.77±11.0519.30±9.7415.63±9.5319.70±4.80對照組(n=35)21.44±7.1027.16±6.0332.13±9.4826.05±8.8521.52±8.2626.40±3.84t值-4.91-2.6-1.98-2.33-2.12-4.92P值<0.010.010.060.030.04<0.01

圖2 SH患者左心室整體面積峰值應變與TSH(A)和FT4(B)的相關性散點圖

本研究的局限性：①3D-STI技術對心內(nèi)膜邊界的識別要求較高，雖然軟件能自動識別心內(nèi)膜界線，但部分病例仍需手動微調(diào)；②樣本量較小，需擴大樣本量觀察局部收縮功能；③甲狀腺激素水平對左心室壁從基底段至心尖段變化趨勢的影響有待進一步觀察；④面積應變由縱向應變和圓周應變共同決定，且為3D-STI的特有指標，本研究對面積應變與臨床指標行相關性分析，而縱向應變和徑向應變與臨床指標的相關性有待進一步研究。

總之，3D-STI技術可較早發(fā)現(xiàn)SH患者心肌受損情況，相比常規(guī)二維超聲更敏感，具有廣闊應用前景。