四維左室定量分析技術(shù)評(píng)估左心室收縮功能的研究進(jìn)展

呂俏，游宇光

（1.贛南醫(yī)學(xué)院2020級(jí)碩士研究生；2.贛南醫(yī)學(xué)院第一附屬醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科，江西 贛州 341000）

對(duì)已知患有心臟疾病及懷疑有心臟損傷者，準(zhǔn)確地評(píng)估左心室結(jié)構(gòu)和心肌功能對(duì)于其治療方案的選擇和改善預(yù)后至關(guān)重要。超聲心動(dòng)圖是目前進(jìn)行心功能評(píng)估的主要手段，已有多部指南推薦。目前應(yīng)用廣泛的M型、二維超聲心動(dòng)圖需要我們先用不同方法和角度獲取一系列圖像，操作者先構(gòu)建心臟模型，進(jìn)行幾何假設(shè)以獲得對(duì)心臟結(jié)構(gòu)的立體顯示。然而心臟是復(fù)雜的立體腔室器官，傳統(tǒng)的檢查方法對(duì)疾病引起的左室形態(tài)改變的測(cè)量結(jié)果準(zhǔn)確率較低。實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖是近年發(fā)展起來(lái)的新技術(shù)，能夠使我們更好地理解心臟結(jié)構(gòu)變化和不同類(lèi)型心臟疾病的病理生理學(xué)特點(diǎn)，可以直觀看到近似真實(shí)的、正在跳動(dòng)的心臟解剖結(jié)構(gòu)圖像，且成像快捷、操作簡(jiǎn)便。四維自動(dòng)左室定量分析技術(shù)（Four-dimensional auto quantification of left ventricular volume，4D LVQ）是在實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖基礎(chǔ)上進(jìn)行半自動(dòng)測(cè)量的工具，無(wú)須通過(guò)任何假設(shè)和公式，即可直接準(zhǔn)確測(cè)量心腔的實(shí)際容量、心臟功能、瓣口面積等。MYHR K A等［1］指出，該方法操作便捷、耗時(shí)短且重復(fù)性較好，未來(lái)有可能成為常規(guī)超聲心動(dòng)圖檢查不可分割的一部分。4D LVQ中的最后一步——四維應(yīng)變技術(shù)（4-dimensionalstrain imaging，4D-SI）是在三維空間進(jìn)行心肌運(yùn)動(dòng)模式的定量分析技術(shù)。與組織多普勒相比，該技術(shù)不依賴成像角度；與二維應(yīng)變相比，該技術(shù)的測(cè)量參數(shù)更為全面、實(shí)時(shí)而準(zhǔn)確，不存在聲學(xué)斑點(diǎn)移出追蹤范圍的問(wèn)題［2-3］，實(shí)現(xiàn)了真正的四維心肌定量分析?，F(xiàn)就4D LVQ評(píng)估不同心臟疾病患者左心室收縮功能的研究進(jìn)展進(jìn)行綜述。

1 4D LVQ的測(cè)量參數(shù)及應(yīng)用的可行性

4D LVQ測(cè)量的左室功能相關(guān)參數(shù)包括：左心室舒張末期容積（Left ventricularend-diastolic volume，LVEDV）、收縮末期容積（Left ventricularend-systolic volume，LVESV）、左心室射血分?jǐn)?shù)（Left ventricular ejection fraction，LVEF）、心搏出量（SV）、心輸出量（CO）、球形指數(shù)（SpI）、左心室舒張末期質(zhì)量（EDMass）、收縮末期質(zhì)量（ESMass）；應(yīng)變參數(shù)包括：左心室整體及各節(jié)段的收縮期峰值縱向應(yīng)變（Longitudinal strain，LS）、徑向應(yīng)變（Radial strain，RS）、圓周應(yīng)變（Circumferential strain，CS）、面積應(yīng)變（Area strain，AS）。

KUUSISTO J K等［4］研究表明，實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖測(cè)量人尸體心房鑄型體積與真實(shí)鑄型體積非常一致。有學(xué)者［5-7］指出，對(duì)于圖像質(zhì)量較好的患者，運(yùn)用4D LVQ工具得到的左心室收縮功能參數(shù)與作為金標(biāo)準(zhǔn)的心臟磁共振（Cardiac magnetic resonance，CMR）成像測(cè)得結(jié)果具有高度一致性。應(yīng)變是量化局部心肌形變的一個(gè)強(qiáng)有力的臨床指標(biāo)，4D LVQ的四維應(yīng)變技術(shù)結(jié)合了斑點(diǎn)追蹤和實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖，評(píng)估心肌在三維立體空間上的運(yùn)動(dòng)模式，實(shí)時(shí)追蹤在各方向的心肌回聲斑點(diǎn)運(yùn)動(dòng)，既可以得到左室整體應(yīng)變，也可以分層量化分析左心室的17個(gè)節(jié)段，不同心肌層的運(yùn)動(dòng)異常能夠反映在不同應(yīng)變值的變化上，從而評(píng)估局部心肌功能。KLEIJN S A等［8］利用四維應(yīng)變技術(shù)評(píng)估冠脈成形術(shù)后患者左室收縮功能，發(fā)現(xiàn)該方法敏感，可行性高。另外，4D LVQ工具可以自動(dòng)化描記實(shí)時(shí)三維圖像中的心內(nèi)膜，較少受到主觀因素的影響。STEG P G等［9］研究認(rèn)為，四維應(yīng)變技術(shù)可以檢測(cè)到多種可能造成心力衰竭的疾病早期亞臨床心肌受累，對(duì)缺血性心肌病患者的局部心肌功能進(jìn)行定量評(píng)估。與二維應(yīng)變相比，面積應(yīng)變是四維應(yīng)變參數(shù)中的一項(xiàng)新參數(shù)，該參數(shù)反映了心肌在各個(gè)方向運(yùn)動(dòng)的矢量和，故能更綜合、直觀地檢測(cè)心肌功能改變，顯著提高了對(duì)心肌組織在時(shí)間和空間上運(yùn)動(dòng)情況的觀察能力。AMZULESCU M S等［10］多中心研究結(jié)果表明，四維應(yīng)變參數(shù)在整體及局部心肌形變方面優(yōu)于二維應(yīng)變。另外，因該方法是進(jìn)行半自動(dòng)定量處理，操作簡(jiǎn)單，耗時(shí)短，所得參數(shù)在觀察者間及觀察者內(nèi)的變異較小。綜上所述，4D LVQ參數(shù)用于評(píng)估左心室收縮功能是可行且可靠的，值得臨床進(jìn)一步驗(yàn)證。

2 4D LVQ評(píng)估心臟疾病左室收縮功能的應(yīng)用

2.1在冠狀動(dòng)脈疾病中的應(yīng)用冠狀動(dòng)脈疾?。–oronary artery disease，CAD）主要指冠狀動(dòng)脈的狹窄甚至阻塞影響血管腔的血流供應(yīng)，導(dǎo)致心肌缺氧、缺血或壞死，進(jìn)而損害心肌的收縮和舒張功能，引起嚴(yán)重的心室壁運(yùn)動(dòng)異常和心肌功能障礙。四維應(yīng)變成像（Four-dimensional strain imaging，4D-SI）對(duì)評(píng)價(jià)心肌缺血的敏感性高于常規(guī)超聲心動(dòng)圖，且HAYAT D等［11］研究表明，四維應(yīng)變與MRI顯示的心肌透壁性壞死程度具有良好的一致性，故4D-SI是目前判斷心肌存活性及評(píng)價(jià)室壁運(yùn)動(dòng)異常較先進(jìn)且可靠的檢查手段。通過(guò)4D LVQ得到的四維應(yīng)變參數(shù)可用于鑒別可逆性心肌功能障礙，為臨床提供患者心肌缺血或梗死的部位、范圍、嚴(yán)重程度、再灌注治療效果，具有可在床邊使用、可在靜息時(shí)使用、無(wú)須靜脈注射造影劑等優(yōu)點(diǎn)，且可以及早定量分析心肌的缺血情況，對(duì)病情進(jìn)行早期干預(yù)，減少發(fā)生心肌梗死的概率。多個(gè)研究［12-15］表明，左室整體收縮期峰值面積應(yīng)變（Global area strain，GAS）和縱向應(yīng)變（Global longitudinal strain，GLS）是判斷左室心肌運(yùn)動(dòng)減弱最敏感的四維應(yīng)變參數(shù)，尤其是面積應(yīng)變不同步指數(shù)（ASDI）可以作為評(píng)估冠心病患者冠脈狹窄程度的有效參考指標(biāo)［15］。DENG Y等［16］研究發(fā)現(xiàn)，在輕度單支冠狀動(dòng)脈狹窄患者中，運(yùn)動(dòng)應(yīng)激后受累節(jié)段的面積應(yīng)變降低，而非受累節(jié)段的應(yīng)變代償性增加，得出聯(lián)合應(yīng)用四維超聲心動(dòng)圖面積應(yīng)變和運(yùn)動(dòng)負(fù)荷超聲心動(dòng)圖可以使輕度單支冠狀動(dòng)脈狹窄患者的左室局部收縮功能異常被更敏感地檢測(cè)出來(lái)，并據(jù)此推斷冠狀動(dòng)脈的狹窄部位。室壁瘤是心肌梗死后的并發(fā)癥之一，表現(xiàn)為梗死心臟的一部分出現(xiàn)氣球狀膨脹，通常與壞死心肌區(qū)域的瘢痕形成有關(guān)。ZHAI H等［17］利用實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖測(cè)量各種參數(shù)來(lái)評(píng)估室壁瘤形成后動(dòng)物的心功能，得出室壁瘤的體積和左室舒張末期容積是心功能惡化的直接敏感指標(biāo)。

急性心肌梗死（Acute myocardial infarction，AMI）指的是冠狀動(dòng)脈急性、持續(xù)性缺血缺氧引起的心肌壞死，其治療的主要手段之一是經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入術(shù)（Percutaneous coronary intervention，PCI）。運(yùn)用4D LVQ評(píng)估冠心病患者接受PCI術(shù)后的左心室功能［18］，發(fā)現(xiàn)術(shù)后與術(shù)前相比各應(yīng)變參數(shù)的絕對(duì)值均明顯增大，表明冠心病患者行PCI術(shù)可以明顯改善心室整體功能，4D LVQ工具客觀地量化評(píng)估了患者左心室整體收縮功能。進(jìn)一步研究發(fā)現(xiàn)，術(shù)前測(cè)得的四維應(yīng)變值中GAS在預(yù)測(cè)經(jīng)皮冠狀動(dòng)脈介入治療術(shù)后左心功能恢復(fù)中起重要作用［19］。雖然實(shí)施PCI術(shù)開(kāi)通了心肌梗死相關(guān)的血管，但仍有一部分患者的心肌無(wú)法達(dá)到理想的再灌注狀態(tài)，這部分患者發(fā)生再梗死、心臟擴(kuò)大、惡性心律失常、心力衰竭等心血管不良事件的概率明顯高于再灌注狀態(tài)理想者。有研究運(yùn)用4D LVQ工具對(duì)接受PCI術(shù)成功再灌注后的AMI患者進(jìn)行心肌應(yīng)變的評(píng)估，并進(jìn)行一段時(shí)間的主要心血管不良事件（Major adverse cardiovascular events，MACE）隨訪，發(fā)現(xiàn)四維超聲心動(dòng)圖獲得的LVEF是MACE的獨(dú)立預(yù)測(cè)因子［20-21］，4D-SI得到的四種應(yīng)變參數(shù)都在術(shù)后近期顯著降低［21］，其中GAS和GLS是MACE最有力的預(yù)測(cè)因子［20，22］。

2.2 在高血壓性心臟病中的應(yīng)用心肌壁應(yīng)力增加是高血壓患者心內(nèi)膜下缺血的主要原因，過(guò)高的心臟后負(fù)荷會(huì)增加心肌硬度，減少收縮和舒張時(shí)的心肌變形。長(zhǎng)期血壓升高會(huì)導(dǎo)致心肌肥厚，繼而引起許多病理變化，包括心肌細(xì)胞增大及間質(zhì)和血管周?chē)w維化增加，增加了發(fā)生缺血性心臟?。↖schemic heart disease，IHD）和心力衰竭（Heart failure，HF）等心血管不良事件的風(fēng)險(xiǎn)［23］。NAVARINI S等［24］運(yùn)用實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖測(cè)量年輕高血壓患者心肌收縮功能的各項(xiàng)參數(shù)，發(fā)現(xiàn)在患有高血壓的兒童和青少年的射血分?jǐn)?shù)未出現(xiàn)異常時(shí)，應(yīng)變參數(shù)就可以敏感地檢測(cè)出左室心肌形變的減弱，證實(shí)了這些參數(shù)可用于檢測(cè)早期功能性心臟損害。CELIC V等［25］研究指出，左室扭轉(zhuǎn)是反映高血壓患者左室收縮功能的另一個(gè)有價(jià)值的指標(biāo)。宋軍等［26］利用4D LVQ技術(shù)評(píng)估不同構(gòu)型原發(fā)性高血壓病患者的左心室收縮功能，得出LS和AS在發(fā)現(xiàn)心肌異常形變方面最為敏感。有學(xué)者指出，通過(guò)三維斑點(diǎn)追蹤超聲心動(dòng)圖測(cè)得的面積應(yīng)變參數(shù)，不僅易于獲得，而且比射血分?jǐn)?shù)（EF）和心室壁中層縮短分?jǐn)?shù)（FS）在評(píng)估早期左室收縮功能障礙方面更為敏感［27-28］。RAN H等［29］研究發(fā)現(xiàn)，左心室肥厚的高血壓患者左心室容積增加，左室射血分?jǐn)?shù)降低，左房?jī)?chǔ)備、導(dǎo)管和收縮功能明顯受損；無(wú)左心室肥厚患者的左房導(dǎo)管功能降低，收縮功能增強(qiáng)，進(jìn)一步得出采用四維應(yīng)變技術(shù)進(jìn)行左房容積和功能分析有助于識(shí)別無(wú)癥狀系統(tǒng)性高血壓患者的亞臨床左房和左室功能障礙。

2.3 在糖尿病所致心臟損傷中的應(yīng)用糖尿病是最常見(jiàn)的心腦血管危險(xiǎn)因素之一，2型糖尿?。═ype 2 diabetes mellitus，T2DM）是除冠狀動(dòng)脈疾病或高血壓外，改變心臟結(jié)構(gòu)和功能的獨(dú)立危險(xiǎn)因素［30-31］。糖尿病心肌病被認(rèn)為是一種多因素疾病，其確切病因尚不清楚。高血糖在發(fā)病機(jī)制中起著主要作用，其他因素也可能會(huì)起一定作用，如游離酸代謝改變、氧化應(yīng)激增加、腎素-血管緊張素系統(tǒng)激活、銅代謝異常、自主神經(jīng)病變小血管疾病、心肌纖維化等，這些因素可能會(huì)造成左心室重構(gòu)，從而影響糖尿病患者的心功能［32］。有學(xué)者認(rèn)為，左室心肌損傷可出現(xiàn)在病程較短的糖尿病中，且心肌損傷程度會(huì)受血糖的控制情況影響［33］。糖尿病心肌病可能發(fā)生在無(wú)冠狀動(dòng)脈疾病或高血壓的情況下，以無(wú)癥狀舒張功能障礙開(kāi)始，進(jìn)一步造成明顯的左心室功能障礙，最終可能導(dǎo)致心力衰竭［33］。有學(xué)者［34-37］研究發(fā)現(xiàn)，糖尿病患者的左室整體應(yīng)變及大部分節(jié)段應(yīng)變均較健康者減低，四維應(yīng)變值與LVEF之間有很好的相關(guān)性，其中AS檢測(cè)早期左室收縮功能下降最敏感。另外有研究［38］得出，GLS能敏感檢測(cè)糖尿病患者心臟的亞臨床變化［39］，并進(jìn)一步指出空腹血糖（Fasting blood glucose，F(xiàn)PG）和LVEDV是影響糖尿病患者GLS的重要因素。TADIC M等［36］研究發(fā)現(xiàn)，糖化血紅蛋白（HbA1c）與左室應(yīng)變獨(dú)立相關(guān)，早期抗糖尿病治療和空腹血糖水平及HbA1c的正?；勺柚惯M(jìn)一步的心臟損害。高繼康等［34］研究也得出，GLS預(yù)測(cè)左心室心肌收縮功能不全的價(jià)值較高，并發(fā)現(xiàn)發(fā)生微血管病變者比未發(fā)生微血管病變的糖尿病患者心肌細(xì)胞肥大、心肌纖維化的程度更為嚴(yán)重，各應(yīng)變參數(shù)中徑向應(yīng)變（Global radial strain，GRS）預(yù)測(cè)糖尿病患者心臟微血管病變的價(jià)值較高。而ENOMOTO M等［39］認(rèn)為，GLS可以更敏感地預(yù)測(cè)血糖控制不佳的2型糖尿病患者的微血管并發(fā)癥，且與經(jīng)心內(nèi)膜面積變化率評(píng)估的心臟自主神經(jīng)病變也有很好的相關(guān)性。

2.4 在自身免疫性疾病所致心臟損傷中的應(yīng)用系統(tǒng)性紅斑狼瘡（Systemic lupus erythematosus，SLE）是一種累及骨、關(guān)節(jié)、血管等全身多系統(tǒng)的自身免疫性疾病，其病理生理機(jī)制不明確。SLE導(dǎo)致的動(dòng)脈粥樣硬化加速，使患者心血管疾病發(fā)病率和死亡率明顯增加［40］。此外在SLE患者中胸膜肺疾病、肺炎和肺動(dòng)脈高壓也很常見(jiàn)［41］。有研究［41-46］發(fā)現(xiàn)，左室射血分?jǐn)?shù)尚正常的SLE患者即可出現(xiàn)左心室心肌質(zhì)量和質(zhì)量指數(shù)增加、左室整體及節(jié)段應(yīng)變減低，表明4D LVQ可早期發(fā)現(xiàn)SLE患者亞臨床型心肌損傷和左室重構(gòu)情況，為臨床進(jìn)行早干預(yù)、早治療提供依據(jù)。DENG W H等［44］將SLE患者按SLE疾病活動(dòng)指數(shù)分組進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)嚴(yán)重的疾病活動(dòng)會(huì)導(dǎo)致心肌損傷惡化。

類(lèi)風(fēng)濕性關(guān)節(jié)炎（Rheumatoid arthritis，RA）是一種主要作用于關(guān)節(jié)滑膜的慢性炎癥性疾病，心臟損傷是RA患者的主要關(guān)節(jié)外表現(xiàn)之一，包括心包炎、心肌疾病、冠狀動(dòng)脈血管炎、舒張功能障礙、動(dòng)脈粥樣硬化和心臟瓣膜病變等，RA已被證明是心血管疾病的獨(dú)立危險(xiǎn)因素。馮秀婕等［47］發(fā)現(xiàn)RA患者左室各個(gè)方向的整體應(yīng)變均減低，劉歡等［48］得出病程超過(guò)5年的RA患者心室應(yīng)變減低更明顯，其中GAS、GLS的敏感性更高，表明隨著病程進(jìn)展左室心內(nèi)膜下心肌及心包受累加重，四維應(yīng)變技術(shù)對(duì)檢測(cè)類(lèi)風(fēng)濕關(guān)節(jié)炎患者左心室收縮功能的早期改變有較高的敏感性。

2.5 其他慢性腎臟?。–hronic kidney disease，CKD）患者因代謝紊亂、代謝產(chǎn)物及毒素的作用、高血壓、心肌缺血、貧血等機(jī)制導(dǎo)致心室重構(gòu)，進(jìn)一步引起心室舒張、收縮功能不全。高繼康等［49］研究得出，維持性血液透析的尿毒癥患者左心室整體心肌及部分節(jié)段應(yīng)變值均小于健康對(duì)照組，表明四維應(yīng)變技術(shù)能夠定性和定量評(píng)價(jià)患者心肌的收縮功能，其中后間隔中段的縱向應(yīng)變（PSLSm）預(yù)測(cè)維持性血液透析組患者左室心肌收縮功能不全最為敏感。

心力衰竭是各種心血管疾病的終末期改變［50］，方思華［51］對(duì)射血分?jǐn)?shù)保留型心力衰竭患者的心肌應(yīng)變進(jìn)行測(cè)量，發(fā)現(xiàn)其各個(gè)方向的應(yīng)變值均顯著低于健康志愿者。黃文胤等［52］對(duì)慢性缺血性心力衰竭（Chronic ischemic heart failure，CIHF）患者予以規(guī)范性治療6個(gè)月后的四維應(yīng)變參數(shù)定量評(píng)價(jià)，顯示4D LVQ能較準(zhǔn)確評(píng)估CIHF患者左室重塑情況，反映治療改善心肌運(yùn)動(dòng)狀態(tài)及心臟結(jié)構(gòu)的有效程度，并得出四維應(yīng)變參數(shù)中的GAS可以作為患者短期預(yù)后的獨(dú)立預(yù)測(cè)指標(biāo)。

3 總結(jié)與展望

臨床研究表明，4D LVQ技術(shù)可以在同一心動(dòng)周期對(duì)左心室功能進(jìn)行全面地定性和定量評(píng)估，且操作過(guò)程便捷、迅速，所得參數(shù)的準(zhǔn)確性和可重復(fù)性優(yōu)于二維斑點(diǎn)追蹤技術(shù)測(cè)得的結(jié)果，其中該技術(shù)測(cè)得的GAS、GLS等參數(shù)在診斷心臟疾病、評(píng)價(jià)治療效果及預(yù)后評(píng)估方面有較高的敏感性和臨床應(yīng)用價(jià)值。但4D LVQ仍存在一定的局限性，比如空間分辨率和時(shí)間分辨率在圖像采集過(guò)程中難以兩全，后處理對(duì)圖像質(zhì)量的要求較高，且在聲像圖采集的過(guò)程中，患者的心率、體型、肺氣干擾等都會(huì)影響所采集圖像的質(zhì)量，左心室心尖段的評(píng)估可能受到狹窄扇形角的限制。另外，通常需要患者連接心電圖并屏住呼吸來(lái)實(shí)現(xiàn)多個(gè)心動(dòng)周期實(shí)時(shí)三維圖像的采集。在對(duì)采集的實(shí)時(shí)三維動(dòng)態(tài)圖像進(jìn)行脫機(jī)后處理時(shí)，可自動(dòng)追蹤和手動(dòng)勾化調(diào)整心腔的內(nèi)外膜邊界，其中手動(dòng)勾化的過(guò)程帶有主觀因素的影響，這些情況都降低了與心臟磁共振的相關(guān)性。此外，與四維應(yīng)變參數(shù)相關(guān)的測(cè)量值、正常范圍和截?cái)嘀的壳坝蓛x器供應(yīng)商確定，因而高度依賴于所使用的設(shè)備，且無(wú)法直接將不同供應(yīng)商的不同軟件產(chǎn)品獲得的應(yīng)變值進(jìn)行比較。隨著所采集圖像的空間和時(shí)間分辨率的提高，以及獲得不依賴于供應(yīng)商的四維應(yīng)變標(biāo)準(zhǔn)化測(cè)量方法的技術(shù)進(jìn)步，有望得到準(zhǔn)確性和重復(fù)性更高的結(jié)果，預(yù)計(jì)未來(lái)4D LVQ將為臨床工作和科學(xué)研究提供更多的思路和方向。