超聲斑點追蹤技術評估移植心臟功能的研究進展

姜辛，譚團團 綜述 郭瑞強審校

同種異體心臟移植(heart transplantation，HT)作為終末期心臟病最有效的治療手段，在近中期療效十分顯著，HT術后1年生存率84%～90%，移植物排異反應、心力衰竭、移植物血管病變等并發(fā)癥是影響HT患者中遠期預后的重要因素[1-3]。超聲斑點追蹤(speckle-tracking echocardiography，STE)技術能較常規(guī)超聲更敏感地發(fā)現(xiàn)亞臨床階段的心功能異常[4]，可為臨床上判斷HT患者預后提供更多信息。本文對STE技術評估移植心臟功能的研究進展進行綜述。

1 STE技術概述

STE技術是在超聲心動圖獲取實時動態(tài)圖像的基礎上，通過自動追蹤和測量目標心肌組織中各節(jié)段在心動周期中的位移和速率來評價心肌形變，可定量測量心肌應變/應變率、扭轉(zhuǎn)及解旋參數(shù)等，進而用于評價心肌運動同步性、收縮及舒張功能等。不同于組織多普勒成像(tissue Doppler imaging，TDI)有角度依賴性，STE不受心肌運動方向與聲束夾角的影響，有較好的時間和空間分辨力[5]，可更準確地反映心臟整體及局部的收縮及舒張功能。

應變值是應用最廣泛的STE指標，代表心肌在心動周期中相對于原始長度變化的百分比，收縮期因肌纖維縮短而呈負值，舒張期則為正值；心肌厚度或長度的變化率稱為應變率，亦是常用指標。所有應變參數(shù)均可分節(jié)段或分層測量心肌，其平均值即為心肌整體應變。二維斑點追蹤超聲心動圖(two-dimensional speckle tracking echocardiography，2D-STE)通過測量整體縱向應變(global longitudinal strain，GLS)、整體徑向應變、整體圓周應變，已廣泛應用于各類心臟疾病的研究[6]，但受心房及右心室解剖的復雜性限制，多用于評價左心室的結(jié)構(gòu)功能。三維斑點追蹤超聲心動圖(three-dimensional speckle tracking echocardiography，3D-STE)不依賴數(shù)字化幾何假設，能更準確地追蹤室壁在三維空間的運動，對測量腔室容積及扭轉(zhuǎn)運動更具優(yōu)勢。另外，三維全容積探頭避免了跨心動周期多次采集各切面圖像，在評估整體應變及扭轉(zhuǎn)等方面3D-STE更簡單、省時。

2 移植心臟左心室功能評估

移植心臟左心室功能由各種同種異體免疫反應和非免疫因素決定，缺血再灌注損傷、左心室前負荷減少、急性腎功能衰竭及術后排異反應、免疫抑制藥的使用等都會對心臟功能產(chǎn)生影響。HT術后患者早期常規(guī)超聲檢查常有左心室室壁厚度和心肌質(zhì)量明顯增加[7]，這可能是由于炎性細胞浸潤和移植物水腫引起，隨著移植心臟的逐漸適應和心肌重構(gòu)，左心室室壁厚度和質(zhì)量逐漸減少至正常范圍。

2.1 STE評估移植心臟左心室收縮功能 2D-STE技術可較常規(guī)超聲參數(shù)更敏感地反映心臟收縮功能的變化，在評價HT術后不同時期患者的左心室功能上具有較高臨床價值。HT術后早期臨床狀態(tài)穩(wěn)定者的左心室射血分數(shù)多已達到正常范圍，但STE測得收縮功能參數(shù)中GLS在早期明顯低于正常值，隨術后時間延長GLS可以逐漸改善。Ingvarsson等[7]通過對124 例HT術后左心室射血分數(shù)正常且無嚴重并發(fā)癥患者的研究證實， HT術后患者左心室GLS與正常參考值相比顯著減低。有研究發(fā)現(xiàn)[8]，HT患者左心室GLS降低以術后1個月內(nèi)最為顯著，后期逐漸改善，隨訪至2年時可恢復至接近正常水平。但Ran等[9]對62例HT術后“健康”患者的長期隨訪中發(fā)現(xiàn)，術后5年內(nèi)左心室GLS雖有所改善，卻仍低于正常范圍(-14.4%±4.5% vs. -20.5%±3.5%，P<0.01)，并在術后5～10年間保持較低且穩(wěn)定的水平，這說明HT術后患者超聲的“正常值”與健康人群是不同的，隨訪HT患者時用自身術后早期STE參數(shù)作為基線對比更有價值，更能反映左心室收縮功能改變程度。Wang等[10]研究認為，3D-STE參數(shù)計算出的整體性能指數(shù)GPI=(GS×torsion)/SDI(GS為左心室整體應變，torsion為左心室扭轉(zhuǎn)，SDI為左心室收縮不同步指數(shù))，可以準確反映移植心臟左心室整體收縮功能隨時間的變化，在臨床實踐中具有潛在的應用價值。

2.2 STE評估移植心臟左心室舒張功能 舒張功能不全常見于HT術后早期，常規(guī)超聲評價左心室舒張功能的指標包括左心室二尖瓣口舒張早期血流峰值速度E、舒張晚期血流峰值速度A、E/A、二尖瓣環(huán)舒張早期速度e’、 E/e’等。由于左心室充盈受心臟前負荷、心肌順應性、心房血流動力學、收縮末期容量和心率等因素影響，評估舒張功能較收縮功能困難，但部分患者左心室射血分數(shù)正常時已存在舒張功能障礙，舒張功能的改變對監(jiān)測移植物排異反應、移植物血管病變和非特異性移植物衰竭較收縮功能變化更敏感[11]。

STE所測舒張期應變/應變率是最常用于評價心室舒張功能的參數(shù)，結(jié)合TDI指標可用于監(jiān)測左心室充盈壓的早期正?；?。Chowdhury等[12]通過比較HT術后患者左心室E、e’、2D-STE測得舒張早期圓周應變率(circumferential early diastolic strain rate, CEDSR)及3D-STE測得舒張末容積(end-diastolic volume, EDV)，用舒張末期壓力超聲替代值(E/e’、E/CEDSR)除以EDV來評估心室硬度，經(jīng)計算發(fā)現(xiàn)術后發(fā)生心室僵硬組患者較術后正常組患者的(E/e’)/EDV、(E/CEDSR)/EDV及EDV均顯著減低(P<0.05)。此研究擴展了STE技術監(jiān)測左心室舒張功能的應用范圍。

2.3 STE評估移植心臟左心室同步性及扭轉(zhuǎn)力學 HT術后及時檢測左心室非同步化運動可為早期發(fā)現(xiàn)心肌損害提供線索。易仁鳳等[13]研究發(fā)現(xiàn)，HT術后早期患者左心室各節(jié)段心肌收縮力減弱，運動呈不同程度延遲激活，這種收縮不同步現(xiàn)象以術后3 d最為顯著，并在術后3個月恢復至正常。在2D-STE 左心室縱向應變同步性參數(shù)中，縱向應變延遲指數(shù)、達峰時間標準差、達峰時間最大差值對移植心臟左心室收縮同步性變化敏感，且與左心室射血分數(shù)均呈負相關。

左心室扭轉(zhuǎn)運動在收縮期射血及舒張早期充盈中起重要作用。STE能準確地評價左心室扭轉(zhuǎn)力學，并且與MR的測量結(jié)果具有良好相關性[14]。Cameli等[15]發(fā)現(xiàn)，HT術后臨床狀態(tài)穩(wěn)定的患者左心室扭轉(zhuǎn)功能仍會受損，表現(xiàn)為左心室心尖部旋轉(zhuǎn)角度、基底部旋轉(zhuǎn)角度、室壁扭轉(zhuǎn)角度及解旋率均較正常人顯著減低，但隨著時間推移，左心室扭轉(zhuǎn)角度和解旋率逐漸改善，說明HT術后早期左心室扭轉(zhuǎn)功能的降低是可逆轉(zhuǎn)的，STE參數(shù)可敏感追蹤發(fā)現(xiàn)扭轉(zhuǎn)和解旋變化，間接反映左心室收縮及舒張功能變化。

3 移植心臟右心室功能評估

移植心臟右心室功能受供體死亡原因、缺血時間、手術方式、植入受體狀態(tài)等多種因素影響，在HT術后心臟重建和恢復過程中，右心室比左心室更容易受到缺血再灌注的損傷。右心室功能障礙占HT術后早期所有并發(fā)癥的50%，且與術后病死率增加關系密切[3]，鑒于此，對HT患者右心室功能變化的超聲監(jiān)測顯得尤為重要。

M型超聲所測三尖瓣環(huán)收縮期位移(tricuspid annular plane systolic excursion，TAPSE)是反映右心室縱向收縮功能最常用的參數(shù)，TAPSE≥17 mm提示右心室收縮功能正常，TAPSE<17 mm可提示右心室收縮功能減低。Monivas等[8]發(fā)現(xiàn)，與健康對照組相比，HT組術后14 d TAPSE顯著下降(11.9 mm±2.9 mm)，后期逐步增加，隨訪至2年時明顯改善(19.0 mm±3.6 mm)。包含徑向分量的面積變化率可補充反映右心室整體收縮功能，HT患者術后2周右心室面積變化率低于正常值，且在后期隨訪中未見明顯變化，提示右心室面積變化率可作為評估HT術后早期右心室收縮功能的參數(shù)，但對中遠期變化不夠敏感，需要進一步采用STE參數(shù)詳細評估。

2D-STE評估HT患者右心室收縮功能的參數(shù)主要是右心室整體縱向應變(right ventricle global longitudinal strain，RVGLS)和右心室游離壁縱向應變(free wall longitudinal strain，F(xiàn)WLS)。有學者研究證實[16-17]，與正常對照組相比，HT組術后早期右心室各節(jié)段及整體縱向應變均有不同程度減低，其中右心室游離壁側(cè)應變較間隔側(cè)變化明顯，基底段(流入道附近)、游離壁中間段應變參數(shù)顯著減低，心尖段及間隔側(cè)中間段應變參數(shù)與正常對照組相比差異無統(tǒng)計學意義。Ingvarsson等[18]通過對50例HT患者在術后1個月、3個月、6個月、1年進行超聲檢查，分析發(fā)現(xiàn)臨床狀態(tài)穩(wěn)定的HT患者反映左心室功能的相關指標(左心室短軸縮短率、左心室射血分數(shù)、二尖瓣環(huán)收縮速度、左心室整體縱向應變及整體圓周應變)在術后1個月時都已達到穩(wěn)定狀態(tài)，而右心室功能的相關指標(TAPSE、RVGLS、FWLS)在術后1個月時仍然明顯減低，至HT術后1年時均有顯著改善(TAPSE：12.4 mm±3.3 mm vs.14.4 mm±4.3 mm；RVGLS：-15.8%±4% vs.-17.8%±3.6%； FWLS：-15.5%±3.7% vs.-18.6%±3.6%，P均 < 0.01)，說明移植心臟右心室功能的適應與改善晚于左心室，有必要對心臟左右心室功能連續(xù)監(jiān)測。

3D-STE技術不受心室壁平移或旋轉(zhuǎn)對心肌整體運動的影響，可為全面評估心臟功能提供準確信息。孫薇[19]分別用3D-STE和心臟磁共振評估HT術后心室功能，對比發(fā)現(xiàn)2種技術所測雙室容積參數(shù)、雙室射血分數(shù)具有很高的相關性和一致性(r均≥0.86)，在評價HT術后心臟功能方面3D-STE可與心臟磁共振準確性相當。Clemmensen等[20]結(jié)合常規(guī)超聲心動圖、2D-STE和3D-STE技術發(fā)現(xiàn)，HT患者右心室收縮功能參數(shù)(TAPSE、RVGLS、RVEF)與NYHA功能分級具有相關性，且右心室收縮功能降低與既往多次發(fā)作排異反應或有嚴重移植物血管病變病史顯著相關。為排除左心室運動對右心室間隔側(cè)的影響，Barakat等[17]使用右心室FWLS而不是RVGLS作為評估右心室功能的參數(shù)，研究發(fā)現(xiàn)，多數(shù)患者在HT術后早期出現(xiàn)的右心室功能減低，可隨時間延長而逐漸恢復。HT術后超過1年患者右心室FWLS和面積變化率的減低與中遠期不良事件(嚴重并發(fā)癥或死亡)的發(fā)生獨立相關(P=0.01)。因此，STE適用于HT術后常規(guī)無創(chuàng)右心功能評估，且對患者預后風險評判具有前瞻性價值。

4 移植心臟左心房功能評估

目前最常用的HT術式是雙腔心臟移植術和雙房心臟移植術。雙腔心臟移植術切除受者的右心房，并將上、下腔靜脈單獨吻合，保留了受者的左心房后壁及竇房結(jié)功能；雙房心臟移植術則是將雙側(cè)心房的中層進行簡單吻合，同時切除心房附件[4]。2種術式均以受者的心房為連接點，HT術后患者心房功能的改變備受外科醫(yī)生關注。

常規(guī)超聲心動圖可以通過測量左心房前后徑、容積指數(shù)反映左心房的功能變化。左心房前后徑單一指標不夠精確，而較為精確的容積指數(shù)測量過程繁瑣，因此不能及時、準確應用于臨床。Zhu等[21]在對80例行雙腔心臟移植術患者和32例行雙房心臟移植術患者的研究中，使用2D-STE和3D-STE分別測量左心房各時相應變/應變率及射血分數(shù)，經(jīng)分析發(fā)現(xiàn)，HT患者左心房的儲存功能(收縮期左心房峰值應變LAS-peak、左心房總射血分數(shù))、管道功能(左心房被動應變/應變率)和輔泵功能(舒張晚期左心房峰值應變/應變率)均較正常人顯著減低(P均<0.01)，但2組之間無顯著差異，提示左心房功能減低與手術方式無關。在HT患者中，與LAS-peak較高者相比，LAS-peak較低者往往年齡更高、左心房體積更大、左心室射血分數(shù)更低、左心室縱向應變更差，這表明左心房功能受損亦與左心室功能降低密切相關。Loar等[11]發(fā)現(xiàn)，LAS-peak與HT患者的肺毛細血管楔壓線性相關，當LAS-peak>22.0% 時具有 100% 的陰性預測值。因此左心房功能受損與手術方式無關，與左心室功能降低相關，LAS-peak可用于無創(chuàng)性監(jiān)測HT術后患者左心室充盈壓升高。

5 心臟移植術后并發(fā)癥

5.1 STE監(jiān)測急性移植排異反應 急性移植排異反應(acute graft rejection，AR)是HT術后早期常見并發(fā)癥，移植后1年內(nèi)病死率約為9%[22]。因此，及時診斷和治療AR有助于保護移植心臟功能并改善預后。心內(nèi)膜心肌活檢為診斷AR的金標準，但漏診率高達20%，且活檢導致心肌穿孔、心包填塞、三尖瓣損傷、心律失常等并發(fā)癥的發(fā)生率為0.5%～1.5%[23]。超聲心動圖檢出的射血分數(shù)降低、心包積液、瓣膜功能受損和室壁增厚等改變常是AR的晚期表現(xiàn)[24]。TDI有關參數(shù)也未能證明與AR的嚴重程度有明確相關性。因此，在常規(guī)參數(shù)發(fā)現(xiàn)較晚的情況下，亟需更敏感的超聲新技術指標早期檢測AR。

STE技術可輔助監(jiān)測早期發(fā)生的AR，HT患者心室GLS在AR期間顯著降低?，F(xiàn)有研究發(fā)現(xiàn)，心肌整體縱向應變參數(shù)GLS可作為AR的獨立預測因子，且GLS診斷中度以上AR(AR≥2R)的敏感度較輕度AR(AR 1R)高(93% vs. 63%)[25]。Antończyk等[26]亦證實了左、右心室GLS降低與AR≥2R相關，且通過有效治療排異反應后，雙室GLS可在短期內(nèi)顯著升高。Cruz等[27]研究發(fā)現(xiàn)，經(jīng)活檢確診AR≥2R的患者早期左心室GLS、左心室扭轉(zhuǎn)角度及右心室FWLS的絕對值均低于無明顯AR組，但圓周應變、徑向應變及運動同步性參數(shù)無顯著差異。當右心室FWLS(臨界值<18%)與肌鈣蛋白I(>0.05 ng/ml)聯(lián)合時，對檢出AR≥2R患者具有較高的準確性(95%CI=0.81～0.93)。Sade等[25]發(fā)現(xiàn)，左心室GLS>-14%時檢測AR≥2R患者的敏感度和陰性預測值均為100%，這提示HT術后連續(xù)穩(wěn)定的GLS有助于早期發(fā)現(xiàn)AR患者進行針對性治療。將STE心肌功能測定(GLS>-16%)與心臟磁共振組織特征成像(T1時間≥1 060 ms)相互補充，對檢出輕度AR的敏感度為91%，陰性預測值為92%。因此，可將STE測量指標GLS作為HT患者篩查AR的重要方法，既可以早期鑒別有無AR，又可以對藥物治療反應做出準確評價，同時還可以減少不必要的心內(nèi)膜心肌活檢。

5.2 STE監(jiān)測心臟移植物血管病變 心臟移植物血管病變(cardiac allograft vasculopathy，CAV)是HT術后晚期死亡的主要原因之一，據(jù)報道HT患者術后1年、5年、10年CAV的累積患病率分別為8%、29%、48%，占移植后死亡原因的10%～15%[14，28]。CAV主要發(fā)生在移植心臟的動脈血管，是一個持續(xù)數(shù)年的漸進過程，隨著血管內(nèi)膜彌漫性增生和纖維化加重，最終引起心肌組織灌注不良及缺血性損傷[29]。由于移植心臟去神經(jīng)支配，CAV早期缺乏典型的臨床癥狀，預估CAV的發(fā)生發(fā)展對提高HT患者中遠期生存率具有重要意義。冠狀動脈造影是診斷 CAV的金標準，但常用來評價冠狀動脈主干血管情況，不能進一步評估冠狀動脈微循環(huán)血流灌注，易低估冠狀動脈狹窄的嚴重程度，且為有創(chuàng)性檢查，可引起心肌穿孔、冠狀動脈夾層、造影劑過敏反應等并發(fā)癥。血管內(nèi)超聲對診斷CAV解剖特征最敏感，但因有創(chuàng)性、價格昂貴和操作技術要求高等限制無法常規(guī)使用[30]。

2D-STE分層應變技術可用于無創(chuàng)評估心臟早期缺血性或非缺血性損傷。Sciaccaluga等[31]研究發(fā)現(xiàn)，與HT術后無CAV的患者相比，CAV患者左心室的內(nèi)、中、外3層心肌應變及GLS均顯著降低，特別是心內(nèi)膜—心外膜縱向應變梯度可作為預測CAV的獨立影響因子(-4.2%±1.6% vs.-1.7%±0.4%，P<0.01，曲線下面積為0.97)。這可能是由于收縮期心內(nèi)膜的運動幅度較心外膜大，且心內(nèi)膜下心肌對缺血、水腫和纖維化較敏感[32]。Ghali等[33]發(fā)現(xiàn)除了左心室GLS降低外，左心室縱向應變峰值時間的延長對預測和診斷Ⅲ期CAV也有重要意義。除左心室收縮功能降低外，CAV也會導致右心室收縮功能不同程度降低[21]。因此，當HT患者STE的左右心室應變參數(shù)出現(xiàn)GLS較前減低或應變峰值時間延長，應警惕CAV的發(fā)生。

6 STE臨床應用注意事項

STE高度依賴圖像質(zhì)量，需手動描記心內(nèi)膜邊界的2D-STE在熟練度不同的操作者間可重復性不同，分辨率較低的3D-STE在幀頻過低時可能低估心肌應變[34]，因此在臨床運用中對操作者的采圖及分析技術有較高要求。由于STE工作站與超聲診斷儀分離，醫(yī)生采圖后需離線分析，導致STE無法實時動態(tài)地評估急診病例。另外，STE軟件在不同開發(fā)商或同一開發(fā)商的不同版本之間存在差異，這使得不同軟件所測數(shù)據(jù)難以統(tǒng)一，在評估移植心臟心功能的臨床實踐中，還需要更多大樣本多中心的研究數(shù)據(jù)來提供一個全面可靠的評價標準。

7 小結(jié)與展望

STE技術能早期、無創(chuàng)、敏感地評估HT術后患者左心室收縮、舒張功能，右心室收縮功能和左心房功能，并能運用相關指標有效監(jiān)測AR、CAV等并發(fā)癥，對移植心臟心功能早期準確評估并指導臨床治療具有重要意義。相信隨著超聲心動圖技術的不斷進步，STE將在心臟移植患者的早期診斷及隨訪監(jiān)測中發(fā)揮更大價值。