實時三維超聲及二維斑點追蹤技術評價潛水員水肺潛水后右心室形態及收縮功能改變

錢勝利，楊 莉，劉 暢，李 延，梅梟雄

(中國人民解放軍第161醫院特診科，湖北 武漢 430010)

目前潛水已成為國防、經濟、科研、體育休閑和水下救援等領域的一種不可或缺的技術。研究[1-3]表明，潛水后心臟泵血功能會因自由基產生和氧化還原平衡紊亂而發生適應性反應。Peacher等[4]報道，水肺潛水導致心血管事件的風險明顯高于預估的44%～72%。由于右心室獨特的新月形結構和復雜運動增加了右心室徑線測量和心肌定量分析的復雜性，既往對心室形態及收縮功能的研究多局限于左心室[5-6]，而對右心室的研究較少。本研究擬采用實時三維超聲及二維超聲斑點追蹤技術觀察潛水員右心室形態及收縮功能，探討水肺潛水對潛水員右心室形態及收縮功能的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 于2017年6月招募63名健康男性潛水員，年齡21～54歲，平均(32.1±7.8)歲，潛齡2～19年(其中潛齡2～5年45名，6～10年9名，11～15年6名，16～19年3名)，排除1名竇性心動過緩伴明顯心律不齊及2名右心室超聲圖像顯示不佳者，最終納入60名，其臨床查體、心電圖及常規超聲心動圖均無異常發現。潛水前記錄潛水員心率(heart rate， HR)、血壓、身高、體質量等。本研究通過中國人民解放軍第161醫院醫學倫理委員會審批，所有受試者均簽署知情同意書。

1.2 潛水方法 60名潛水員均攜帶自攜式呼吸系統分10批進入恒溫潛水系統，潛水深度11 m，潛水時長60 min。

1.3 儀器與方法 采用GE Vivid E9超聲診斷儀，M5s及4V-D探頭，頻率1.7～3.5 MHz，配備EchoPAC脫機分析工作站。囑受試者左側臥，平靜呼吸，同步連接心電圖，采用M5s探頭，常規檢查、測量并留存以右心室為主的心尖四腔心動態圖像；采用4V-D探頭，獲取多心動周期合成模式下的右心室三維全容積動態圖像并儲存。分別于潛水前、潛水后即刻、1天和3天行超聲心動圖檢查，并存儲動態圖像。

1.3.1 右心室常規超聲心動圖測量 將圖像傳輸至EchoPAC工作站，選取以右心室為主的心尖四腔心切面動態圖像，于舒張期末三尖瓣環水平測量右心室基底段最大橫徑(right ventricular basal diameter， RVD1)，于右心室中部相當于右心室心尖至三尖瓣環間的距離中點處測量右心室中部橫徑(right ventricular mid cavity diameter， RVD2)，以右心室心尖至三尖瓣環間的距離為右心室長徑(right ventricular longitudinal diameter， RVD3)。再選取三尖瓣環右心室側壁附著點處組織多普勒頻譜靜態圖像，測量三尖瓣關閉—開放時間(tricuspid valve closure to open time, TCO)及三尖瓣射血時間(ejection time, ET)，計算右心室做功指數(right ventricular index of myocardial performance, RIMP)，RIMP=(TCO-ET)/ET。

1.3.2 右心室三維測量參數 選取三維容積圖像，進入Volume模式下的4DRV Volume測量菜單，軟件自動識別右心室心尖四腔、兩腔、三腔及右心室短軸基底水平、乳頭肌水平、心尖水平切面，確定心尖及三尖瓣環中點位置，手動調節并確定右心室心內膜追蹤線，最后獲得右心室心內膜表面模型及舒張末容積(end diastolic volume, EDV)、右心室收縮末容積(end systolic volume, ESV)、每搏輸出量(stroke volume, SV)、右心室三維射血分數(3D right ventricular ejection fraction, 3DRVEF)、右心室游離壁三維縱向應變[3D global longitudinal strain of free wall, 3DGLS(F)]、右心室面積變化分數(fractional area change, FAC)及三尖瓣環收縮期位移(tricuspid annular plane systolic excursion, TAPSE)。

1.3.3 右心室游離壁二維縱向應變測量 選取以右心室為主的心尖四腔心切面動態圖像，進入2D-strain菜單，手動勾畫右心室游離壁心內膜，軟件自動識別右心室游離壁，獲得右心室游離壁基底段、中間段及心尖段節段縱向應變(longitudinal strain，LS，LSBase、LSMid、LSAp)、右心室游離壁二維整體縱向應變[2D global longitudinal strain of free wall, 2DGLS(F)]及應變曲線。以上各項均重復測量3次，取均值。

1.4 統計學分析 采用SPSS 19.0統計分析軟件。計量資料以±s表示。采用重復測量的方差分析比較潛水前和潛水后各時間點的指標，兩兩比較采用LSD法；2DGLS(F)與3DGLS(F)間的相關性采用Pearson相關分析，以|r|>0.5為強相關。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 常規參數比較 潛水前、潛水后即刻、1天、3天， RVD2及RIMP總體差異無統計學意義(P均>0.05)，HR、RVD1、RVD3總體差異有統計學意義(P均<0.05)。與潛水前比較，潛水后即刻HR減低、RVD1、RVD3增大(P均<0.05)；潛水后1天RVD1、RVD3已恢復至潛水前水平(P均>0.05)，HR仍減低(P<0.05)；潛水后3天上述各指標均已恢復至潛水前水平(P均>0.05)。見表1。

2.2 右心室三維參數比較 潛水前、潛水后即刻、1天、3天ESV、SV、TAPSE、3DRVEF總體差異無統計學意義(P均>0.05)，EDV、3DGLS(F)、FAC總體差異有統計學意義(P均<0.05)。與潛水前比較，潛水后即刻EDV增大，3DGLS(F)、FAC減低，差異有統計學意義(P均<0.05)；潛水后1天，EDV、FAC已恢復至潛水前水平(P>0.05)，但3DGLS(F)仍減低(P<0.05)；潛水后3天，上述指標已與潛水前無明顯差異(P均>0.05)。見表2、圖1。

2.3 右心室游離壁二維縱向應變比較 潛水前、潛水后即刻、1天、3天，右心室游離壁各節段縱向應變(LSBase、LSMid、LSAp)及2DGLS(F)總體差異均有統計學意義(P均<0.05)。與潛水前比較，潛水后即刻、1天右心室游離壁LSBase、LSMid、LSAp、2DGLS(F)均減低(P均<0.05)；潛水后3天，上述指標恢復至潛水前水平(P>0.05)。見表3、圖2。

2.4 相關性分析 2DGLS(F)與3DGLS(F)呈較強正相關(r=0.711，P<0.01)，見圖3。

3 討論

近年來，隨著斑點追蹤及三維超聲技術的發展，右心室心肌功能定量分析日益深入[7-9]。盡管目前MR檢查仍為右心室收縮功能定量分析的金標準，但已有研究[10]表明，實時三維斑點追蹤右心室容積定量與心臟MRI結果之間存在相關性。

表1 潛水前后常規超聲心動圖測值比較(±s，n=60)

表1 潛水前后常規超聲心動圖測值比較(±s，n=60)

時間點HR(次/分)RVD1(mm)RVD2(mm)RVD3(mm)RIMP潛水前75.60±10.1623.57±2.3430.63±6.9860.64±8.570.36±0.06潛水后 即刻64.60±7.85?26.51±3.10?30.83±7.2064.27±8.79?0.35±0.07 1天71.13±11.82?25.13±3.5030.39±8.8559.57±7.520.34±0.07 3天73.47±8.3025.14±3.4030.94±7.6661.35±9.690.35±0.07F值11.4955.5310.1553.3630.780P值0.0090.0370.9260.0210.508

注：*：與潛水前比較，P<0.05

圖1 受試者男，26歲，右心室三維超聲成像 A.潛水前； B.潛水后即刻，EDV增大，3DGLS(F)減低，ESV、SV、3DRVEF無明顯改變

時間點EDV(ml)ESV(ml)SV(ml)3DRVEF(%)3DGLS(F)(%)FAC(%)TAPSE(mm)潛水前83.26±20.4942.64±12.8140.62±13.3448.67±8.72-18.04±13.8236.99±9.2713.11±3.31潛水后 即刻93.80±29.65?45.91±26.4441.52±10.5046.47±9.66-13.74±11.64?32.05±8.80?12.73±4.50 1天86.13±19.7844.91±13.7041.04±13.4047.10±6.41-14.29±6.68?37.16±9.7312.52±2.76 3天84.61±21.6643.65±16.1643.97±7.9247.72±7.32-17.45±7.2237.39±7.8313.75±3.19F值8.4412.3170.4580.75317.8860.8060.284P值0.0420.0790.7120.5230.0220.0430.837

注：*：與潛水前比較，P<0.05

表3 潛水前后右心室游離壁二維縱向應變參數比較(%，±s，n=60)

表3 潛水前后右心室游離壁二維縱向應變參數比較(%，±s，n=60)

時間點LSBaseLSMidLSAp2DGLS(F)潛水前-34.66±2.33-33.75±1.95-32.89±3.31-33.93±3.42潛水后 即刻-27.26±2.98?-26.06±3.52?-24.78±4.06?-26.09±3.38? 1天-29.14±3.08?-27.55±2.66?-26.18±2.37?-27.78±3.46? 3天-33.85±4.17-32.96±3.56-31.63±2.88-32.85±4.24F值19.98246.8719.74725.192P值0.014<0.0010.0260.009

注：*：與潛水前比較，P<0.05

圖2 受試者男，26歲，右心室2DGLS(F)曲線 A.潛水前； B.潛水后即刻，2DGLS(F)顯著減低

本研究發現潛水后HR減低，與黃育敏等[11]的結果一致；RVD1、RVD3及EDV均增大，提示潛水后右心室擴大，原因可能在于潛水過程中人體在水下呼吸自攜氣體，HR下降，心肌耗氧增加，心肌缺血缺氧不可避免，心臟泵血功能受損[5-6]，且外周血管阻力增加，回心血量增多。本研究發現潛水前后ESV、RVD2差異無統計學意義，提示右心室在舒張末期和收縮末期均擴大，且以長徑和基底部橫徑擴大為主。

既往研究[12-13]認為TAPSE和RIMP是評價右心室收縮功能的重要指標。本研究潛水后FAC及3DGLS(F)明顯減低，而3DRVEF、TAPSE和RIMP無明顯變化。推測既往TAPSE多由M型超聲心動圖測得，僅評估右心室游離壁基底段的縱向運動，易受角度和心臟本身的位移影響，其準確性低于三維超聲心動圖； RIMP和3DRVEF是評估右心室整體收縮功能的重要參數，但在本研究并無明顯改變，提示潛水后右心室心肌收縮功能與左心室[6]一樣僅輕微受損。本研究采用二維斑點追蹤技術對右心室游離壁進行定量分析，發現LS數值由高到低分別為基底段、中間段、心尖段；潛水后即刻及1天2DGLS(F)明顯減低，至潛水后3天2DGLS(F)恢復至潛水前水平。分析其原因，右心室心肌缺乏中間層，室壁運動以心內膜下心肌的縱向運動為主；且縱向肌纖維在右心室收縮過程中占據主導作用[14]，一旦心內膜下冠狀動脈微血管網缺血缺氧，則心肌長軸方向上收縮功能將首先出現功能障礙。已有研究[15-16]表明，整體LS評估右心室心肌功能優于其他指標，推測右心室游離壁LS可獨立評價右心室收縮功能。本研究采用二維斑點追蹤及實時三維超聲2種方法對右心室游離壁整體LS進行定量分析，雖然3DGLS(F)較2DGLS(F)明顯偏小，但二者間存在較強正相關；FAC反映右心室心肌縱向及徑向收縮能力，右心室FAC在潛水后即刻減低，推測潛水后即刻LS不同程度減低。

圖3 2DGLS(F)與3DGLS(F)的相關性散點圖

本研究的局限性：①右心室三維容積成像對受試者圖像要求較高，工作站對右心室心內膜勾畫存在誤差，需手動調節，其可重復性有待提高；②超聲檢查于潛水現場進行，未行MR檢查對照；③未對不同潛齡研究對象進行分組比較。理論上潛水深度、溫度、時長和水下作業的強度等均可能影響結果，有待進一步證實。

綜上所述，潛水員佩戴自攜式水下呼吸器潛水后，右心室形態及收縮功能短時間內受到不同程度損害，但經短暫休息即可恢復。實時三維超聲及二維斑點追蹤技術可早期動態定量評估潛水員潛水后右心室形態及收縮功能的細微改變。