二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)在量化心血管疾病左房功能中的研究進(jìn)展

黎益彤 田家瑋 杜國慶，2

(1.哈爾濱醫(yī)科大學(xué)附屬第二醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科，黑龍江 哈爾濱 150086；2.廣東省人民醫(yī)院/廣東省醫(yī)學(xué)科學(xué)院超聲科，廣東 廣州 510080)

左房結(jié)構(gòu)重構(gòu)或功能障礙是心血管疾病發(fā)展過程中的重要一環(huán)，許多用來評估左房結(jié)構(gòu)重構(gòu)或功能障礙的超聲參數(shù)已被證實(shí)是心血管事件的標(biāo)志物[1]，然而目前美國超聲心動圖協(xié)會指南中只納入了代表左房結(jié)構(gòu)重構(gòu)的參數(shù)——左房容積指數(shù)(left atrium volume index，LAVI)作為臨床預(yù)后的參考指標(biāo)[2]。二維斑點(diǎn)追蹤成像(two-dimensional speckle tracking imaging，2D-STI)是一種可評估左房功能的新技術(shù)，它通過追蹤心動周期內(nèi)心肌的運(yùn)動來識別心肌的主動形變和被動運(yùn)動，從而量化心肌功能，獲得左房三期應(yīng)變，較傳統(tǒng)的組織多普勒成像技術(shù)有著半自動、無角度依賴性和負(fù)荷依賴性小等優(yōu)點(diǎn)[3]，在幫助醫(yī)師客觀地評價(jià)左房功能的同時(shí)，提供了豐富的病理生理學(xué)信息。近年來大量學(xué)者[2-3]發(fā)現(xiàn)左房應(yīng)變在不同心血管疾病中都表現(xiàn)出極高的預(yù)后價(jià)值，并且先于左房容積發(fā)生改變，能更早地識別左室舒張功能障礙(left ventricular diastolic dysfunction，LVDD)[4]。盡管越來越多的證據(jù)都肯定了2D-STI技術(shù)在評估左房功能中的應(yīng)用價(jià)值，但對于左房應(yīng)變測量中時(shí)相的選擇和正常應(yīng)變參考值等問題仍存在一些爭議。因此，現(xiàn)主要針對左房應(yīng)變參數(shù)的規(guī)范化測量、正常參考值以及其在心血管疾病中的診斷和預(yù)后價(jià)值做一綜述，以期為后續(xù)研究提供更多有價(jià)值的參考信息。

1 左房功能的意義

不同于左室，左房心肌壁薄，過去常被認(rèn)為是通向左室的簡單管道結(jié)構(gòu)。然而整個(gè)心動周期內(nèi)左房與左室相互協(xié)調(diào)，其調(diào)節(jié)左室充盈的獨(dú)特作用受到越來越多學(xué)者的關(guān)注。左房功能共分為三個(gè)階段，即儲器、管道和收縮[5]。在收縮期和等容舒張期，左房作為一個(gè)容器，此時(shí)心房內(nèi)充盈壓低，被動地接受來自肺靜脈的血流，慢慢地增加左房的容積；在舒張?jiān)缙冢蠓孔鳛橐粋€(gè)管道，隨著左房-左室壓力梯度被動地排空左房內(nèi)存儲的血液；在舒張晚期，左房作為一個(gè)收縮泵，心房肌主動收縮，泵出剩余25%的血液[6]。然而在心房顫動(房顫)時(shí)，心房會失去有效的主動收縮，左室也通常失去25%的每搏輸出量。左房功能在維持最佳心臟循環(huán)中起到至關(guān)重要的作用，一旦左室心肌受損導(dǎo)致順應(yīng)性下降，為了維持足夠的心輸出量，左房就會代償性做功來補(bǔ)充左室充盈。長期超負(fù)荷做功會造成左房形態(tài)改變和功能下降，最終導(dǎo)致心房重構(gòu)。

2 2D-STI在量化左房功能中的研究

2.1 2D-STI的應(yīng)用原理

2D-STI依靠超聲和心肌組織相互作用生成心肌斑點(diǎn)圖像，隨著心肌發(fā)生形變，這些斑點(diǎn)的位置也隨之變化，再利用圖像處理算法在常規(guī)二維超聲心動圖圖像的特定感興趣區(qū)域內(nèi)進(jìn)行追蹤。在心動周期中心肌運(yùn)動產(chǎn)生的距離變化則稱為應(yīng)變，當(dāng)距離減小(縮短)時(shí)，應(yīng)變值為負(fù)值，當(dāng)距離增大(延長)時(shí)，應(yīng)變值為正值。應(yīng)變率則反映了上述距離的變化速率[7]，從而對心肌功能進(jìn)行全面的分析。針對心臟各腔室的不同特點(diǎn)，廠家們已研發(fā)相對應(yīng)的軟件工具和后處理系統(tǒng)來適應(yīng)不同的房室結(jié)構(gòu)，以求更準(zhǔn)確地評估房室功能。然而不同廠家提供的軟件在信號平滑處理、心內(nèi)膜追蹤和應(yīng)變測量等方面存在差異[8]。因此，應(yīng)用斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)時(shí)應(yīng)標(biāo)注所使用的機(jī)器與軟件型號，為后續(xù)研究者提供參考。

2.2 2D-STI對左房功能的評估

2D-STI傳統(tǒng)上被用于分析左室心肌運(yùn)動，近年來由于人們越來越關(guān)注左房的結(jié)構(gòu)和功能，該技術(shù)開始用來評估左房功能[9]。但由于左房的生理結(jié)構(gòu)有別于左室，未曾有統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。眾多學(xué)者也致力于利用2D-STI標(biāo)準(zhǔn)化評估左房功能的方法，目前爭議的熱點(diǎn)主要有以下兩個(gè)方面。

2.2.1 左房心肌的追蹤

由于左房獨(dú)特的結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，感興趣區(qū)域與左室描記略有不同，在心尖四腔心切面上以二尖瓣環(huán)一側(cè)為起點(diǎn)，沿著左房心內(nèi)膜描記，直至對側(cè)二尖瓣環(huán)，中間要排除肺靜脈和左心耳的干擾。同理描記心尖兩腔心切面可獲得一個(gè)雙平面左房應(yīng)變測量，目前大多數(shù)研究采用此方法。但最近一項(xiàng)納入30項(xiàng)研究[10]的meta分析比較了單一四腔心切面、兩切面(四腔和兩腔)以及三切面(四腔、兩腔和三腔)獲得的應(yīng)變值發(fā)現(xiàn)無顯著差異(P=0.33)，證實(shí)采用單一四腔心切面測量左房應(yīng)變的可行性。2018年歐洲心臟病學(xué)會的指南[11]提出應(yīng)變測量采用單一四腔心切面可重復(fù)性好，雙平面法只作為一種選擇。雙平面測量法是否優(yōu)于單一平面多次測量還有待進(jìn)一步研究。無論采用哪個(gè)切面都應(yīng)調(diào)整最佳的聲波入射角度、深度和增益來避免左房預(yù)先縮短，以獲得心動周期中完整的左房運(yùn)動。建議在不顯著降低空間分辨率的基礎(chǔ)上采用相對較高的幀率(50～70幀/s)以優(yōu)化散斑追蹤情況[1]。如果軟件需要自定義心房感興趣的心肌區(qū)域，根據(jù)心房壁的厚度，推薦調(diào)整寬度為3 mm[12]。追蹤結(jié)果應(yīng)與實(shí)際左房心肌運(yùn)動做動態(tài)對比觀察，尤其應(yīng)關(guān)注二尖瓣環(huán)和左房頂?shù)倪\(yùn)動，直觀地分析跟蹤的質(zhì)量，從而判斷左房應(yīng)變評估的準(zhǔn)確性。如果大于1/3的心房追蹤點(diǎn)脫落，應(yīng)舍去該分析結(jié)果[11]。

2.2.2 應(yīng)變測量參考時(shí)相的選擇

不同的時(shí)相選擇，左房應(yīng)變的測量值也有所不同。目前常用的作為參考起始點(diǎn)的時(shí)相有兩種[11]，R波頂點(diǎn)(代表心房舒張末期)和P波起始點(diǎn)(代表心房收縮期)，兩種方法都被證實(shí)有相似的重復(fù)性。目前研究多采用R波作為參考點(diǎn)來定義一個(gè)左房周期，在R-R時(shí)相生成的單相應(yīng)變曲線中可直觀地得到左房儲層應(yīng)變(left atrial strain in the reservoir phase，LASr)，也被稱為左房最大縱向峰值應(yīng)變。LASr是左房三期應(yīng)變中受關(guān)注度最高和預(yù)后相關(guān)性最強(qiáng)的參數(shù)，同時(shí)由LASr衍生出的左房剛度指數(shù)能較好地反映左房順應(yīng)性，不僅可無創(chuàng)性地識別升高的左室充盈壓[13]，還是高血壓患者靶器官損害的早期標(biāo)志物[14]，具有極高的臨床價(jià)值。其次以QRS波群作為參照分析時(shí)長更短[15]，且由于R波代表了心室收縮的開始，所以即使在房顫患者中也可采用R-R時(shí)相法，有廣泛的適用性。而在P-P時(shí)相，左房參考起始點(diǎn)設(shè)于心房收縮前，生成的雙向應(yīng)變曲線更加貼合左房的生理過程，更易獲得左房收縮應(yīng)變(left atrial strain in the contraction phase，LASct)。Hayashi等[16]研究發(fā)現(xiàn)P-P時(shí)相法獲得的左房應(yīng)變與三維超聲測得的左房排空分?jǐn)?shù)有更好的相關(guān)性。另一個(gè)前瞻性研究[17]發(fā)現(xiàn)P-P時(shí)相法獲得的左房應(yīng)變可很好地預(yù)測心力衰竭(心衰)患者心血管事件的發(fā)生。由此可見，不同時(shí)相的選擇都有其各自的參考價(jià)值。然而現(xiàn)階段以P波作為參照的研究數(shù)量相對較少，因此，不同時(shí)相選擇間的比較尚不清楚，未來還需更多的大型前瞻性研究來闡述不同定義下的左房周期與臨床結(jié)果的相關(guān)性。

2.3 左房應(yīng)變的正常參考值

許多研究試圖提出左房應(yīng)變的標(biāo)準(zhǔn)值，但一直無統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)。2014年Morris等[18]進(jìn)行了一項(xiàng)國際多中心研究，納入329例健康受試者，研究報(bào)告正常的LASr值為45.5%±11.4%(EchoPAC version 113.0，GE)，發(fā)現(xiàn)年輕人與老年人LASr間存在顯著差異性，然而在亞洲人與歐洲人中未表現(xiàn)出明顯的種族差異。2017年Liao等[19]對2 812例健康個(gè)體進(jìn)行了一項(xiàng)大型研究，提供了基于年齡和性別分層的大規(guī)模亞洲人群左房應(yīng)變的正常參考值。報(bào)告顯示女性的LASr值高于男性(39.3%±8.0% vs 38.0%±8.0%，P<0.001)(EchoPAC version 108.0，GE)，并且LASr值隨年齡和血壓的升高而降低，其中年齡帶來的左房功能減退在老年女性中更突出。隨后，有學(xué)者進(jìn)行了兩項(xiàng)探究LASr正常值的大型meta分析，其中一項(xiàng)研究[10]分析了2 542例健康受試者，得出平均LASr值為39.4%(95%CI38.0%～41.0%)，而另一項(xiàng)研究[20]納入了2 087例健康受試者，得出正常LASr值為38.0%±3.0%(95%CI32.0%～43.0%)。LASr值存在差異可能主要?dú)w因于人群特點(diǎn)的異質(zhì)性和應(yīng)變測量算法的不同，同時(shí)meta分析中納入的樣本量大小也會對結(jié)果產(chǎn)生影響。因此，想要獲得左房應(yīng)變的標(biāo)準(zhǔn)參考值，未來還需進(jìn)行大量工作。首先，算法統(tǒng)一，不同研究應(yīng)標(biāo)明所用的機(jī)器和軟件包型號，具體說明應(yīng)變測量的方法，以便后續(xù)分析歸類；其次，著重針對性別和不同年齡段進(jìn)行分層研究。近年來，許多研究[19-21]都強(qiáng)調(diào)年齡與應(yīng)變的獨(dú)立相關(guān)性，以及性別造成的應(yīng)變差異，所以基于性別和不同年齡段分層的左房應(yīng)變參考范圍才更具研究意義。

3 2D-STI評估左房功能在心血管疾病中的應(yīng)用價(jià)值

3.1 缺血性心臟病

缺血性心臟病影響左房結(jié)構(gòu)與功能主要是左室心肌損傷的間接結(jié)果。當(dāng)左室舒張時(shí)，左房腔直接暴露在左室壓力下，隨著左室順應(yīng)性變差，左房需從功能和結(jié)構(gòu)上發(fā)生改變以維持足量的左室充盈。此外，當(dāng)支配左房肌的左回旋支缺血時(shí)也會直接影響心房功能。越來越多的證據(jù)[22]表明左房應(yīng)變在急性和慢性缺血性心臟病中的價(jià)值。Lin等[13]研究發(fā)現(xiàn)冠心病患者與正常對照組相比，LASr和左房管道期應(yīng)變(left atrial conduit strain，LAScd)均有下降，肯定了斑點(diǎn)追蹤技術(shù)評價(jià)冠心病患者左房功能的價(jià)值。Backhaus等[23]用心臟磁共振分析急性心肌梗死患者的左房功能，發(fā)現(xiàn)不同罪犯病變之間的左房應(yīng)變有顯著差異，并且左室長軸應(yīng)變和LASr與心肌梗死患者未來發(fā)生心血管事件獨(dú)立相關(guān)。Kim等[4]對257例心肌梗死后患者進(jìn)行為期(4.4±3.8)年的隨訪，發(fā)現(xiàn)超聲分析的左房應(yīng)變在分層LVDD程度上產(chǎn)生與心臟磁共振相似的結(jié)果，并提高了心肌梗死后發(fā)生房顫和充血性心衰的預(yù)測價(jià)值。Chu等[24]研究發(fā)現(xiàn)經(jīng)皮冠狀動脈介入治療后48 h內(nèi)的LASr對ST段抬高型心肌梗死患者左室不良重構(gòu)(OR=0.77，P=0.003；最佳截?cái)嘀担?8.9%)和6個(gè)月內(nèi)不良臨床結(jié)局(OR=0.88，P=0.04；最佳截?cái)嘀担?3.8%)均有獨(dú)立的預(yù)測價(jià)值。左房功能與不良結(jié)局之間的關(guān)聯(lián)機(jī)制尚未完全了解，或許左房功能的下降只是左室病情加重的標(biāo)志，未來還需更深入的研究，但左房功能的準(zhǔn)確評估有助于缺血性心臟病患者的風(fēng)險(xiǎn)分層和預(yù)后評價(jià)，這是國內(nèi)外研究的共識結(jié)果，并為臨床決策提供了更大的參考價(jià)值。

3.2 房顫

房顫是最常見的心律失常，與左房結(jié)構(gòu)和功能變化有密不可分的關(guān)系。左房應(yīng)變可在視覺左房擴(kuò)大之前檢測出左房功能的異常，從而有效地預(yù)測新發(fā)的房顫。Park等[25]研究發(fā)現(xiàn)LASr可預(yù)測房顫的發(fā)生風(fēng)險(xiǎn)，應(yīng)變值每增加1%，未來新發(fā)房顫的可能性就減少3%(HR=0.97，95%CI0.95～0.98)，同時(shí)LASr<18%的患者較正?；颊呶磥戆l(fā)生房顫的風(fēng)險(xiǎn)也提高近2倍(HR=1.72，95%CI1.23～1.98)。Kawakami等[26]對531例既往有隱源性卒中的患者進(jìn)行為期3年的隨訪，發(fā)現(xiàn)左房和左室的應(yīng)變是發(fā)生房顫的獨(dú)立預(yù)測因子，超過臨床和常規(guī)超聲參數(shù)的預(yù)測價(jià)值，并提出當(dāng)患者左房容積正常時(shí)，應(yīng)首先參考LASct來判斷未來發(fā)生房顫的風(fēng)險(xiǎn)，而當(dāng)左房容積已擴(kuò)大時(shí)，則應(yīng)先評估左室長軸應(yīng)變。除了誘發(fā)房顫，左房功能受損也會促進(jìn)血栓的形成，特別是在左心耳中。CHA2DS2-VASc評分是房顫患者評估卒中風(fēng)險(xiǎn)的有效預(yù)測模型之一，被用來常規(guī)指導(dǎo)臨床選擇不同的抗凝方案[27]。然而，Obokata等[28]進(jìn)行了一項(xiàng)多中心前瞻性研究，發(fā)現(xiàn)左房應(yīng)變提供的診斷信息要遠(yuǎn)超過CHA2DS2-VASc評分(AUC：0.83 vs 0.64，P<0.000 1)，不僅提高了該評分預(yù)測系統(tǒng)性栓塞的能力，也是卒中后死亡的獨(dú)立預(yù)后因子。關(guān)于左房功能是否可指導(dǎo)房顫患者的抗凝選擇和預(yù)測不良結(jié)局還需大規(guī)模研究證實(shí)，但至少現(xiàn)有證據(jù)表明將左房功能的評估納入房顫患者的檢查是有價(jià)值的。

3.3 心臟瓣膜疾病

心臟瓣膜疾病主要通過血流動力學(xué)變化來影響左房，以二尖瓣反流為例，長期的二尖瓣反流導(dǎo)致左房容量超載，左房代償性擴(kuò)大以維持內(nèi)部壓力穩(wěn)態(tài)，防止肺充血。然而在左房發(fā)生超微結(jié)構(gòu)改變之前就已出現(xiàn)心房肌收縮和舒張障礙。已有一些研究證明左房功能在識別符合瓣膜手術(shù)指征患者和預(yù)測術(shù)后心血管事件的發(fā)生上發(fā)揮重要作用。Debonnaire等[29]在一項(xiàng)納入121例二尖瓣重度反流患者的研究中證實(shí)LASr可識別符合二尖瓣手術(shù)指征的患者(AUC=0.80，95%CI0.72～0.87)，在對手術(shù)患者進(jìn)行6年(中位時(shí)間)的隨訪中發(fā)現(xiàn)，不論患者術(shù)前狀態(tài)如何，左房應(yīng)變減低的患者(LASr<24%)生存率更低。Meimoun等[30]評估了102例主動脈瓣狹窄的患者，并進(jìn)行25個(gè)月(中位時(shí)間)的隨訪發(fā)現(xiàn)，LASr≤17%與心衰再住院和全因死亡的復(fù)合事件獨(dú)立相關(guān)(HR=0.92，95%CI0.89～0.95)。雖然這些發(fā)現(xiàn)均為小樣本研究，但都肯定了左房應(yīng)變在瓣膜疾病中風(fēng)險(xiǎn)分層、預(yù)測進(jìn)展和優(yōu)化患者選擇方面的價(jià)值。

3.4 心肌淀粉樣變

轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白淀粉樣變心肌病(transthyretin amyloid cardiomyopathy，ATTR-CM)是一種限制型心肌病，由血漿轉(zhuǎn)甲狀腺素蛋白在細(xì)胞外沉積引起，蛋白沉積導(dǎo)致左室結(jié)構(gòu)功能障礙，浸潤左房則導(dǎo)致左房僵硬度顯著增加。Bandera等[31]研究發(fā)現(xiàn)ATTR-CM患者左房三期時(shí)相功能均有明顯損害(LASr：8.86%；LAScd：6.50%；LASct：4.00%)，左房剛度指數(shù)在校正其他混雜因素后與預(yù)后獨(dú)立相關(guān)(HR=1.23，95%CI1.03～1.49)。Huntjens等[32]采集了136例ATTR-CM患者的4個(gè)腔室應(yīng)變發(fā)現(xiàn)，多變量分析中LASr和右室應(yīng)變與生存率獨(dú)立相關(guān)，且LASr與生存率相關(guān)性最強(qiáng)(HR=7.53，95%CI3.87～14.65)。與心衰患者左室擴(kuò)張和二尖瓣反流造成的繼發(fā)性左房重構(gòu)不同，心肌淀粉樣變患者蛋白彌漫性沉積會直接影響心房肌功能，左房應(yīng)變的降低也反映了心肌受累情況更嚴(yán)重，重視此類患者的左房功能有助于改善風(fēng)險(xiǎn)分層和指導(dǎo)未來的治療決策。

3.5 心衰

心衰是心血管疾病發(fā)展的最終結(jié)局，與高住院率和高死亡率密切相關(guān)，早期識別心衰是臨床及時(shí)制定治療策略的關(guān)鍵[33-34]。LAVI是當(dāng)前心衰定義的診斷標(biāo)準(zhǔn)之一，然而即使左房大小未發(fā)生改變，左房功能也可能已出現(xiàn)了異常。已有研究證明左房應(yīng)變可對射血分?jǐn)?shù)保留性心衰患者進(jìn)行識別并分級。Morris等[35]研究發(fā)現(xiàn)受損的LASr(<23%)可比增大的LAVI更早地識別出LVDD患者，并且異常的左房應(yīng)變在調(diào)整了年齡、性別和LAVI后仍與2年后心衰住院風(fēng)險(xiǎn)顯著相關(guān)(OR=6.6，95%CI2.6～16.6)。Singh等[36]依據(jù)2009年美國超聲心動圖協(xié)會的指南將224例射血分?jǐn)?shù)保留性心衰患者按LVDD程度分為四組，發(fā)現(xiàn)所有組間的LASr均表現(xiàn)出顯著的程度依賴性差異，從而推斷出LASr是檢測早期舒張功能障礙的敏感指標(biāo)。而Potter等[37]則根據(jù)左房應(yīng)變值對758例患者進(jìn)行舒張功能障礙分級，將患者分為正常組(LASr>35%)、1級組(LASr 25%～35%)和2級組(LASr≤24%)，并進(jìn)行為期2年的隨訪，發(fā)現(xiàn)依據(jù)左房應(yīng)變的新分層方法減少了傳統(tǒng)分級中不確定人群的數(shù)目，且不增加相關(guān)預(yù)后風(fēng)險(xiǎn)。在校正了臨床及超聲參數(shù)后，LASr≤24%的患者未來發(fā)生心衰的風(fēng)險(xiǎn)是舒張功能正常者(LASr>35%)的2倍。左房應(yīng)變還與有創(chuàng)測量的左室舒張末期壓力顯著相關(guān)，利用LASr評估升高的左室舒張末期壓力比現(xiàn)有的無創(chuàng)方法更準(zhǔn)確(kappa CI：0.482 vs 0.302)[38]。左房應(yīng)變不僅是比LAVI更有效的評估LVDD的工具，也是心衰患者未來發(fā)生心血管事件的較強(qiáng)預(yù)后指標(biāo)，將左房應(yīng)變常規(guī)納入心衰患者的監(jiān)測指標(biāo)對于臨床監(jiān)測病情發(fā)展以及選擇后續(xù)治療方案意義重大。

4 小結(jié)

2D-STI是評估左房功能的一個(gè)相對簡便和可靠的技術(shù)，比傳統(tǒng)結(jié)構(gòu)參數(shù)更加敏感，可通過追蹤心動周期中左房三期時(shí)相運(yùn)動來揭示常見心血管疾病的病理生理機(jī)制。左房應(yīng)變的預(yù)后價(jià)值已在許多臨床研究中得到證實(shí)，包括重新定義舒張功能障礙，預(yù)測栓塞風(fēng)險(xiǎn)，甚至判斷特定患者群體的心血管死亡率等，然而在臨床中應(yīng)用仍存在一些局限。未來關(guān)于左房功能的研究重點(diǎn)應(yīng)放在：(1)標(biāo)準(zhǔn)化測量方法和供應(yīng)商差異，以建立基于不同性別和不同年齡段的正常應(yīng)變參考值；(2)進(jìn)行大型前瞻性多中心研究，展開長期的隨訪，發(fā)掘左房應(yīng)變在更多心血管疾病中的潛在價(jià)值。