超聲四維應變成像技術預測冠心病患者PCI術后左室心肌功能改善的研究

李云，李華，胡劼

(新疆醫科大學附屬中醫醫院 心臟超聲科，新疆 烏魯木齊 830000)

·論著·

超聲四維應變成像技術預測冠心病患者PCI術后左室心肌功能改善的研究

李云，李華，胡劼

(新疆醫科大學附屬中醫醫院 心臟超聲科，新疆 烏魯木齊 830000)

目的探討四維應變成像(four- dimensional strain imaging，4D- SI) 技術預測經皮冠狀動脈介入 (percutaneous coronary intervention，PCI)術冠心病患者左心功能改善的臨床價值。方法選取經冠脈造影診斷為冠心病且成功進行PCI術的患者55例，以PCI術后6個月較術前左室射血分數(left ventricular ejection fraction，LVEF)改善 (ΔLVEF)≥5%將冠心病患者分為左心功能改善組(A組)和未改善組(B組)。分別于PCI術前及術后6個月對各組患者進行常規超聲心動圖檢查，測量左室舒張末期容積(left ventricular end- diastolic volume，LVEDV)、左室收縮末期容積(left ventricular end- systolic volume，LVESV)、LVEF ；應用自動功能成像(automated function imaging，AFI) 技術測量二維整體峰值縱向應變(two- dimensional global longitudinal peak strain，2D- GLPS)；并應用4D- SI技術測得四維整體峰值長軸應變(global longitudinal peak strain,4D- GLPS)、環向應變(global circumferential peak strain 4D- GCPS)、面積應變(global area peak strain,4D- GAPS)及徑向應變(global radial peak strain,4D- GRPS)參數指標。結果A組PCI術前及術后6個月2D- GLPS、4D- GLPS、4D- GCPS、4D- GAPS和4D- GRPS均明顯高于B組(P<0.05)。單參數受試者工作特征曲線(ROC曲線)分析結果顯示4D- GLPS的曲線下面積(AUC)較大,為0.944，靈敏度及特異度較高,分別為91.3%、93.8%，截斷值為-16.5%；在多參數聯合分析中，四維應變參數聯合二維應變參數的AUC較大,為0.969，靈敏度及特異度較高,分別為95.7%、90.6%。結論4D- SI技術能更準確預測冠心病患者PCI術后左室心肌功能的改善，其中4D- GAPS及4D- GCPS能夠作為術后左心整體功能改善的獨立預測指標。

冠心病； 經皮冠狀動脈介入術； 四維應變成像； 自動功能成像

冠心病患者由于單支或多支冠狀動脈狹窄或閉塞，引起心肌供血減少，致使心肌細胞缺血、缺氧甚至壞死。經皮冠狀動脈介入術(percutaneous coronary intervention，PCI) 能使狹窄的冠狀動脈遠端恢復血流，改善心肌功能。 PCI 術后心肌功能的恢復主要取決于患者術前的心肌功能狀態，因此，術前心肌運動功能狀態的評估對于冠心病患者治療決策的選擇及預后判斷具有重要價值。二維斑點追蹤技術(two- dimensional speckle tracking imaging,2D- STI)在定量分析左室壁心肌運動及判斷冠心病患者左心功能等方面具有優勢[1- 4]，但存在斑點移出追蹤范圍及無法從立體、多維的角度綜合分析和評價心功能狀態改變的技術局限性。四維應變成像(four- dimensional strain imaging, 4D- SI)技術是一種評價左心室心肌運動功能的新技術，它通過獲取左室復雜三維運動過程中的心肌應變，能夠更準確、完整地評價左室心肌運動功能的變化[5- 7]。因此，本研究應用 4D- SI 評估 PCI 術前及術后左室心肌運動功能情況，旨在為臨床預測 PCI 術后左室心肌改善程度提供客觀、準確的評價依據。

1 對象與方法

1.1 研究對象

本研究共選取2015年7月至2016年6月55例經冠脈造影確診為冠心病(3支主要冠脈中至少1支冠脈狹窄≥75%)，并成功進行PCI術(殘余狹窄<30%，擴張血管的 TIMI3 級)的住院病人，其中男41例，女14例，年齡39～84歲，平均(62.7±10.3)歲。術后6個月隨訪，以PCI術后左室射血分數(left ventricular ejection fraction,LVEF)較術前升高≥5%作為左心功能改善的診斷標準將冠心病患者分為左心功能改善組(A組)23例和左心功能未改善組(B組)32例。排除心房顫動、嚴重心律失常、嚴重瓣膜病、圖像聲窗差(在EchoPAC工作站上有>3個左室節段不能分析)的受試對象。所有的研究對象均簽署了知情同意書，并且本研究通過醫院倫理委員會的倫理審查。

1.2 儀器與方法

研究使用GE Vivid E9 超聲診斷儀、M5S探頭和4 V 全容積探頭(探頭頻率1.5～4.0 MHz)，探測深度為15～17 cm，幀頻>30幀·s-1;EchoPAC工作站，配EchoPAC Version 113.1.2分析軟件。要求受試者取左側臥位或平臥位，平靜呼吸，并同步記錄心電圖，檢查者用M5S探頭通過雙平面Simpson法測量計算左室收縮末期容積(left ventricular end- systolic volume,LVESV)、左室舒張末期容積(left ventricular end- diastolic volume，LVEDV)和LVEF，并采集5個連續心動周期的心尖四腔觀、心尖三腔觀和心尖兩腔觀二維灰階動態圖像(幀頻為 60～80幀·s-1)。用4 V探頭，采集并存儲5個連續心動周期的心尖四腔觀的實時三維圖像(幀頻大于受檢者心率的 40%)。

1.3 圖像分析

將采集的圖像導入 EchoPAC 工作站中并對圖像進行脫機分析。AFI圖像分析：進入工作站自動功能成像AFI模塊，分別依次在左室心尖長軸觀、心尖四腔觀、心尖兩腔觀圖像上自動追蹤出心內膜輪廓，生成感興趣區，程序自動分析得出左室整體縱向峰值應變牛眼圖。4D- SI 圖像分析：啟動左室四維自動分析功能(4D Auto LVQ)，選取存儲的四維圖像，調整圖像使白色軸線位于左心室腔中軸位置，藍色軸線位于二尖瓣環連線位置，啟動Auto Init，程序將在收縮末期、舒張末期自動生成一個包含心內膜和心外膜結構的感興趣區域，啟動4D Strain ROI - 4D Strain Results，即獲得左室各四維應變指標參數的應變峰值、牛眼圖及應變曲線。

1.4 統計學處理

應用統計軟件SPSS 17.0對數據進行統計學分析。計量資料采用均數±標準差表示，計數資料采用百分率表示。計量資料的比較采用獨立樣本的t檢驗，各應變參數的組內比較采用配對樣本的t檢驗；計數資料的比較采用χ2檢驗。受試者工作特征曲線(ROC曲線)用于獲取二維及四維應變值預測左心功能恢復的敏感度、特異度和最佳截斷值(cut- off value)。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結 果

2.1 A、B組間PCI超聲參數的對比

PCI術前A、B組間的LVEDV、LVESV及LVEF差異無統計學意義(P>0.05)。PCI術后6個月，A組LVEDV(P<0.001)和LVESV (P<0.001)較術前均明顯下降，LVEF(P<0.001)較術前明顯升高;B組LVEDV(P<0.05)和LVESV(P<0.05)較術前升高，LVEF與術前比較差異無統計學意義；且A組LVEDV、LVESV均明顯低于B組(P<0.001)，而A組LVEF明顯高于B組(P<0.001)。見表1、2。

2.2 A、B組間AFI和4D- SI參數對比

PCI術前及術后6個月，A組2D- GLPS、4D- GLPS、4D- GCPS、4D- GAPS、4D- GRPS均明顯高于B組(P<0.001)；A組術后各應變值較術前均明顯升高(P<0.001)，B組2D- GLPS、4D- GLPS、4D- GRPS均高于術前(P<0.05)，而4D- GAPS和4D- GCPS術前及術后未見明顯差異(P>0.05)。見表2、圖1。

2.3 ROC曲線法獲取各參數的曲線下面積(AUC)及截斷值

多參數聯合的ROC曲線分析結果顯示，和二維應變參數相比，四維應變參數聯合分析得出的ROC曲線AUC相對較大(0.969)，其靈敏度及特異度分別達到95.7%和90.6%(表3、圖2)。單參數ROC曲線分析結果顯示，4D- GAPS的AUC較大(0.944)，靈敏度(91.3%)及特異度(93.8%)相對較高，其最佳截斷值為-16.5%。

表1A、B組患者術前臨床資料的比較

Tab1Clinicalcharacteristicsofpatientswithversuswithoutleftventricularejectionfractionimprovement

組別n年齡/歲(男/女)/例心率/次·min-1高血壓/例糖尿病/例A組2361.6±8.019/465.3±7.511(47.8%)8(34.8%)B組3263.5±11.722/1067.0±7.417(53.1%)13(40.6)t/χ2值0.6791.3540.8550.1500.398P值0.5000.2440.3970.6980.528組別n受累血管/例支架置入血管/例1支病變2支病變3支病變LADLCXRCAA組234(17.4%)12(52.2%)7(30.4%)15(65.2%)5(21.74%)10(43.5%)B組329(25%)11(34.4%)13(40.6%)24(75.0%)9(28.1%)11(34.4%)t/χ2值0.4541.7420.6000.6210.2880.470P值0.5000.1870.4380.4310.5920.493

注：LAD：冠狀動脈前降支；LCX：冠狀動脈回旋支；RCA：冠狀動脈右主干

組別nLVEDV/mlLVESV/mlLVEF/%2D-GLPS/%術前術后術前術后術前術后術前術后A組2394.9±14.768.4±17.8b44.2±8.225.5±8.2b47.0±6.760.7±4.2b-17.0±32.9-20.8±2.3bB組3293.3±29.1131.0±58.5a52.9±23.375.7±47.4a46.0±7.146.6±7.5-12.3±4.3-13.6±4.2at值-0.2605.7001.9595.8620.521-8.9384.8247.944P值0.796<0.0010.057<0.0010.605<0.001<0.001<0.001組別n4D-GLPS/%4D-GCPS/%4D-GAPS/%4D-GRPS/%術前術后術前術后術前術后術前術后A組23-8.5±1.6-11.7±2.5b-11.5±2.0-14.3±2.3b-19.1±3.2-22.7±3.0b23.3±5.332.9±5.4bB組32-5.6±1.8-6.3±2.4a-7.3±2.8-7.8±3.6-11.6±4.1-12.3±3.817.1±5.318.6±6.0at值6.3068.1206.2208.1267.32810.847-4.252-9.145P值<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001<0.001

與PCI術前比較，aP<0.05,bP<0.001

3 討 論

冠心病是因冠狀動脈狹窄或閉塞引起的心肌功能受損，主要表現為壞死心肌、頓抑心肌和冬眠心肌3種機制，其中頓抑心肌和冬眠心肌在血液再灌注后一定時間內功能將恢復正常，而心肌細胞壞死后即使血液再灌注后也將不可再生恢復[8]。冠心病患者 PCI 術后左心功能的提高主要來自于頓抑心肌和冬眠心肌在血液再灌注后心肌功能的恢復。因此， PCI 術前心肌功能狀態的檢測對預測 PCI 術后心功能是否改善具有重要意義。

A1、A2.從上到下分別為A組中同一患者PCI術前和術后6個月的4D- GLPS、4D- GCPS、4D- GAPS、4D- GRPS及2D- GLPS值；B1、B2.從上到下分別為B組中同一患者PCI術前和術后6個月的4D- GLPS、4D- GCPS、4D- GAPS、4D- GRPS及2D- GLPS值

圖1功能恢復(A組)和功能未恢復(B組)的術前及術后6月二維應變及四維應變參數牛眼圖

Fig1Thebull’s-eyesoftwo-dimentionalandfour-dimentionalstrainsbeforeandafterPCIinAandBgroup

本研究采用臨床上評價左心功能改善的評判標準：LVEF術后較術前(ΔLVEF)升高>5%，將術后 6 個月隨訪的患者分為功能改善組(A組)和功能未改善組(B組)，研究結果顯示，A組和B組術前臨床資料和二維超聲參數未見明顯差異，但A組的各應變值在術前較B組明顯增高，提示應變技術通過對室壁運動的準確分析，能較常規二維超聲參數更敏感地檢測出心肌運動功能的改變，在PCI術前即能判斷冠心病患者術后左心功能的改善。

表3各應變值預測左心功能恢復的價值

Tab3Thevalueofallstrainsforpredictingtherecoveryofleftventricularfunction

ROC曲線分析2D-GLPS4D-GLPS4D-GCPS4D-GAPS4D-GRPS四維技術靈敏度/%78.382.687.091.365.295.7特異度/%71.984.490.693.871.990.6曲線下面積0.7960.8930.9040.9440.7250.969截斷值-14.55%-7.50%-9.50%-16.50%20.50%—

圖2二維及四維各應變值參數預測左心功能改善的ROC曲線

Fig2TheROCcurveanalysisforidentificationofoptimalcut-offvaluefortwo-dimentionalandfour-dimentionalstrainsforpredictingtherecoveryofleftventricularfunction

左室的心肌纖維是按螺旋方向走行，心內膜下心肌纖維和心外膜下心肌纖維沿長軸方向走行，中層纖維沿圓周方向走行，因此，心肌運動表現為縱向、環周、徑向運動的綜合矢量[9]。2D- SI 技術的分析中，人為地將復雜的心肌運動簡化為單一方向的物理參數，因此無法準確、完整評估復雜的心肌運動模式。4D- SI新技術通過實時動態的三維全容積掃描方式采集圖像信息，可從縱向、徑向和環向上立體、定量化計算局部心肌運動的力學參數，從而實現全面客觀地評價患者心肌運動狀態。有研究[10- 11]將2D- SI技術和4D- SI技術進行對比分析發現，4D- SI技術能以更快捷的方式提供更多的心肌節段信息，能更準確地判斷心肌梗死面積。本研究結果顯示，PCI術前功能改善組的二維和四維各應變參數均高于功能未改善組，差異具有統計學意義，提示AFI 技術和4D- SI技術均能準確預測PCI術后冠心病患者左心功能的恢復；單變量ROC曲線結果發現4D- GLPS預測心功能恢復的靈敏度和特異度明顯高于2D- GLPS，多變量ROC曲線結果發現從單一技術獲取的AUC為4D- SI>AFI。上述研究結果均表明4D- SI技術在預測心功能恢復的準確性高于 AFI 技術。

本研究顯示，術前 4D- GLPS能準確預測冠心病患者PCI術后心功能的改善，與Abate等[12]的研究結果一致。但在其研究中，研究者只分析對比了4D- SI 技術中的縱向應變值，因此無法全面了解4D- SI技術在預測左心功能恢復中的應用價值。本研究分析對比了該技術的4個應變值，分析顯示4D- GLPS并不是本研究中4D- SI技術各項參數中靈敏度及特異度最高的預測參數。單變量ROC曲線預測分析結果中發現4D- GAPS>4D- GCPS>4D- GLPS>4D- GRPS(AUC分別為0.944、0.904、0.893、0.775)，提示PCI術前4D- GAPS較高的患者術后心功能恢復較好。術后改善組4D- GAPS和4D- GCPS高于術前，而未改善組術前術后4D- GAPS和4D- GCPS未見明顯差異，與之相比兩組的4D- GLPS和4D- GRPS在術后均有提高，表明環向運動的恢復對左心室收縮功能的提高亦起到較明顯的作用。分析其原因可能為冠狀動脈狹窄首先表現為心內膜下供血不足，進而引起縱向肌束收縮能力下降，運動減弱。當缺血范圍進一步侵及中層時，環形肌束收縮力同時下降，圓周運動減弱，因此環向運動功能的保留是冠心病患者PCI術后收縮功能恢復的關鍵。而面積應變是心肌收縮時心肌面積縮小的百分率，相當于心肌縱向、環向及徑向的全矢量和[13]，因此能更敏感地評估心肌的運動功能狀態。以上分析均表明術前4D- GAPS和4D- GCPS在預測PCI術后左心功能恢復中起著較重要的作用。

由于本研究樣本量較小，且4D- SI技術本身存在一些技術局限性，比如，不能用于評估房顫、束支傳導阻滯等病人的左心室收縮功能；當病人全心增大時，左心不能完全在追蹤平面上，容積掃描時不能采集患者心臟的完整信息，最終導致測量存在偏差；RT- 3D- STI對圖像質量要求較高，在病例篩選中會丟失部分圖像質量差的患者，因此，有待于擴大樣本量進一步深入研究。

綜上所述，4D- SI技術能更敏感、準確地預測冠心病患者PCI術后左心功能的改善，為臨床治療方案的制定、預后的評價提供有價值的信息。同時，4D- GAPS和4D- GCPS可以作為PCI術后左心功能改善的獨立預測指標。

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Applicationoffour-dimensionalstrainimagingonthepredictionofleftventricularfunctionimprovementofcoronaryheartdiseaseafterpercutaneouscoronaryintervention

LIYun,LIHua,HUJie

(DepartmentofEchocardiagraphy,ChineseTraditionalMedicineHospitalAffiliatedtoXinjiangMedicalUniversity,Urumqi830000,China)

Objective: To clarify the role of the newly developed four- dimensional strain imaging(4D- SI) in the prediction of the left ventricular function improvement after percutaneous coronary intervention(PCI).Methods55 patients diagnosed with coronary heart disease(CHD) by coronary angiography and successfully provided with PCI were recruited. After 6 months of follow up, the CHD patients were grouped into A and B group based on whether having left ventricular function recovery or not. Before and after PCI, left ventricular end- systolic volume(LVESV), left ventricular end- diastolic volume (LVEDV) and left ventricular ejection fraction(LVEF) by echocardiography, the global longitudinal peak strain(2D- GLPS) by strain imaging using automated function imaging (AFI), global longitudinal peak strain(4D- GLPS), circumferential peak strain(4D- GCPS)，radial peak strain(4D- GRPS) and area peak strain (4D- GAPS) by 4D- SI were assessed.ResultsBefore and after PCI，all left ventricular strain values of A group were higher than those of B group(P<0.001)；the single parameter mode of ROC curve analysis showed that the area under the ROC curve (AUC)(0.944), sensitivity(91.3%) and specificity (93.8%) of 4D- GAPS were relatively higher than other strain parameters．The single technology mode of ROC curve analysis showed that AUC(0.969)，sensitivity(95.7%) and specificity(90.6%) of 4D- SI were higher than those of the AFI- based longitudinal strain.Conclusion4D- SI is a more accurate and comprehensive method in the prediction of the left ventricular myocardial function recovery, and 4D- GAPS, a novel automatic index, as well as 4D- GCPS, can act as independent predictors in the left ventricular myocardial function recovery.

coronary heart disease; percutaneous coronary intervention; four- dimensional strain imaging; automated function imaging

2016- 11- 30

2017- 06- 16

新疆維吾爾自治區自然科學基金資助項目(2015211C147)

李云(1989-)，女，河南信陽人，在讀碩士研究生。E- mail: 734919692qq.com

李華 E- mail: Lihua00828@163.com

李云，李華，胡劼. 超聲四維應變成像技術預測冠心病患者PCI術后左室心肌功能改善的研究[J].東南大學學報:醫學版,2017,36(5)：710- 716.

R541.4；R445.1

A

1671- 6264(2017)05- 0710- 07

10.3969/j.issn.1671- 6264.2017.05.006

(本文編輯：何彥梅)