二維斑點追蹤技術在量化心血管疾病左房功能中的研究進展

黎益彤 田家瑋 杜國慶，2

(1.哈爾濱醫科大學附屬第二醫院超聲醫學科，黑龍江 哈爾濱 150086；2.廣東省人民醫院/廣東省醫學科學院超聲科，廣東 廣州 510080)

左房結構重構或功能障礙是心血管疾病發展過程中的重要一環，許多用來評估左房結構重構或功能障礙的超聲參數已被證實是心血管事件的標志物[1]，然而目前美國超聲心動圖協會指南中只納入了代表左房結構重構的參數——左房容積指數(left atrium volume index，LAVI)作為臨床預后的參考指標[2]。二維斑點追蹤成像(two-dimensional speckle tracking imaging，2D-STI)是一種可評估左房功能的新技術，它通過追蹤心動周期內心肌的運動來識別心肌的主動形變和被動運動，從而量化心肌功能，獲得左房三期應變，較傳統的組織多普勒成像技術有著半自動、無角度依賴性和負荷依賴性小等優點[3]，在幫助醫師客觀地評價左房功能的同時，提供了豐富的病理生理學信息。近年來大量學者[2-3]發現左房應變在不同心血管疾病中都表現出極高的預后價值，并且先于左房容積發生改變，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都肯定了2D-STI技術在評估左房功能中的應用價值，但對于左房應變測量中時相的選擇和正常應變參考值等問題仍存在一些爭議。因此，現主要針對左房應變參數的規范化測量、正常參考值以及其在心血管疾病中的診斷和預后價值做一綜述，以期為后續研究提供更多有價值的參考信息。

1 左房功能的意義

不同于左室，左房心肌壁薄，過去常被認為是通向左室的簡單管道結構。然而整個心動周期內左房與左室相互協調，其調節左室充盈的獨特作用受到越來越多學者的關注。左房功能共分為三個階段，即儲器、管道和收縮[5]。在收縮期和等容舒張期，左房作為一個容器，此時心房內充盈壓低，被動地接受來自肺靜脈的血流，慢慢地增加左房的容積；在舒張早期，左房作為一個管道，隨著左房-左室壓力梯度被動地排空左房內存儲的血液；在舒張晚期，左房作為一個收縮泵，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，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中起到至關重要的作用，一旦左室心肌受損導致順應性下降，為了維持足夠的心輸出量，左房就會代償性做功來補充左室充盈。長期超負荷做功會造成左房形態改變和功能下降，最終導致心房重構。

2 2D-STI在量化左房功能中的研究

2.1 2D-STI的應用原理

2D-STI依靠超聲和心肌組織相互作用生成心肌斑點圖像，隨著心肌發生形變，這些斑點的位置也隨之變化，再利用圖像處理算法在常規二維超聲心動圖圖像的特定感興趣區域內進行追蹤。在心動周期中心肌運動產生的距離變化則稱為應變，當距離減小(縮短)時，應變值為負值，當距離增大(延長)時，應變值為正值。應變率則反映了上述距離的變化速率[7]，從而對心肌功能進行全面的分析。針對心臟各腔室的不同特點，廠家們已研發相對應的軟件工具和后處理系統來適應不同的房室結構，以求更準確地評估房室功能。然而不同廠家提供的軟件在信號平滑處理、心內膜追蹤和應變測量等方面存在差異[8]。因此，應用斑點追蹤成像技術時應標注所使用的機器與軟件型號，為后續研究者提供參考。

2.2 2D-STI對左房功能的評估

2D-STI傳統上被用于分析左室心肌運動，近年來由于人們越來越關注左房的結構和功能，該技術開始用來評估左房功能[9]。但由于左房的生理結構有別于左室，未曾有統一標準。眾多學者也致力于利用2D-STI標準化評估左房功能的方法，目前爭議的熱點主要有以下兩個方面。

2.2.1 左房心肌的追蹤

由于左房獨特的結構特點，感興趣區域與左室描記略有不同，在心尖四腔心切面上以二尖瓣環一側為起點，沿著左房心內膜描記，直至對側二尖瓣環，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雙平面左房應變測量，目前大多數研究采用此方法。但最近一項納入30項研究[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)獲得的應變值發現無顯著差異(P=0.33)，證實采用單一四腔心切面測量左房應變的可行性。2018年歐洲心臟病學會的指南[11]提出應變測量采用單一四腔心切面可重復性好，雙平面法只作為一種選擇。雙平面測量法是否優于單一平面多次測量還有待進一步研究。無論采用哪個切面都應調整最佳的聲波入射角度、深度和增益來避免左房預先縮短，以獲得心動周期中完整的左房運動。建議在不顯著降低空間分辨率的基礎上采用相對較高的幀率(50～70幀/s)以優化散斑追蹤情況[1]。如果軟件需要自定義心房感興趣的心肌區域，根據心房壁的厚度，推薦調整寬度為3 mm[12]。追蹤結果應與實際左房心肌運動做動態對比觀察，尤其應關注二尖瓣環和左房頂的運動，直觀地分析跟蹤的質量，從而判斷左房應變評估的準確性。如果大于1/3的心房追蹤點脫落，應舍去該分析結果[11]。

2.2.2 應變測量參考時相的選擇

不同的時相選擇，左房應變的測量值也有所不同。目前常用的作為參考起始點的時相有兩種[11]，R波頂點(代表心房舒張末期)和P波起始點(代表心房收縮期)，兩種方法都被證實有相似的重復性。目前研究多采用R波作為參考點來定義一個左房周期，在R-R時相生成的單相應變曲線中可直觀地得到左房儲層應變(left atrial strain in the reservoir phase，LASr)，也被稱為左房最大縱向峰值應變。LASr是左房三期應變中受關注度最高和預后相關性最強的參數，同時由LASr衍生出的左房剛度指數能較好地反映左房順應性，不僅可無創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志物[14]，具有極高的臨床價值。其次以QRS波群作為參照分析時長更短[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時相法，有廣泛的適用性。而在P-P時相，左房參考起始點設于心房收縮前，生成的雙向應變曲線更加貼合左房的生理過程，更易獲得左房收縮應變(left atrial strain in the contraction phase，LASct)。Hayashi等[16]研究發現P-P時相法獲得的左房應變與三維超聲測得的左房排空分數有更好的相關性。另一個前瞻性研究[17]發現P-P時相法獲得的左房應變可很好地預測心力衰竭(心衰)患者心血管事件的發生。由此可見，不同時相的選擇都有其各自的參考價值。然而現階段以P波作為參照的研究數量相對較少，因此，不同時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果的相關性。

2.3 左房應變的正常參考值

許多研究試圖提出左房應變的標準值，但一直無統一標準。2014年Morris等[18]進行了一項國際多中心研究，納入329例健康受試者，研究報告正常的LASr值為45.5%±11.4%(EchoPAC version 113.0，GE)，發現年輕人與老年人LASr間存在顯著差異性，然而在亞洲人與歐洲人中未表現出明顯的種族差異。2017年Liao等[19]對2 812例健康個體進行了一項大型研究，提供了基于年齡和性別分層的大規模亞洲人群左房應變的正常參考值。報告顯示女性的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，有學者進行了兩項探究LASr正常值的大型meta分析，其中一項研究[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歸因于人群特點的異質性和應變測量算法的不同，同時meta分析中納入的樣本量大小也會對結果產生影響。因此，想要獲得左房應變的標準參考值，未來還需進行大量工作。首先，算法統一，不同研究應標明所用的機器和軟件包型號，具體說明應變測量的方法，以便后續分析歸類；其次，著重針對性別和不同年齡段進行分層研究。近年來，許多研究[19-21]都強調年齡與應變的獨立相關性，以及性別造成的應變差異，所以基于性別和不同年齡段分層的左房應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用價值

3.1 缺血性心臟病

缺血性心臟病影響左房結構與功能主要是左室心肌損傷的間接結果。當左室舒張時，左房腔直接暴露在左室壓力下，隨著左室順應性變差，左房需從功能和結構上發生改變以維持足量的左室充盈。此外，當支配左房肌的左回旋支缺血時也會直接影響心房功能。越來越多的證據[22]表明左房應變在急性和慢性缺血性心臟病中的價值。Lin等[13]研究發現冠心病患者與正常對照組相比，LASr和左房管道期應變(left atrial conduit strain，LAScd)均有下降，肯定了斑點追蹤技術評價冠心病患者左房功能的價值。Backhaus等[23]用心臟磁共振分析急性心肌梗死患者的左房功能，發現不同罪犯病變之間的左房應變有顯著差異，并且左室長軸應變和LASr與心肌梗死患者未來發生心血管事件獨立相關。Kim等[4]對257例心肌梗死后患者進行為期(4.4±3.8)年的隨訪，發現超聲分析的左房應變在分層LVDD程度上產生與心臟磁共振相似的結果，并提高了心肌梗死后發生房顫和充血性心衰的預測價值。Chu等[24]研究發現經皮冠狀動脈介入治療后48 h內的LASr對ST段抬高型心肌梗死患者左室不良重構(OR=0.77，P=0.003；最佳截斷值：28.9%)和6個月內不良臨床結局(OR=0.88，P=0.04；最佳截斷值：23.8%)均有獨立的預測價值。左房功能與不良結局之間的關聯機制尚未完全了解，或許左房功能的下降只是左室病情加重的標志，未來還需更深入的研究，但左房功能的準確評估有助于缺血性心臟病患者的風險分層和預后評價，這是國內外研究的共識結果，并為臨床決策提供了更大的參考價值。

3.2 房顫

房顫是最常見的心律失常，與左房結構和功能變化有密不可分的關系。左房應變可在視覺左房擴大之前檢測出左房功能的異常，從而有效地預測新發的房顫。Park等[25]研究發現LASr可預測房顫的發生風險，應變值每增加1%，未來新發房顫的可能性就減少3%(HR=0.97，95%CI0.95～0.98)，同時LASr<18%的患者較正常患者未來發生房顫的風險也提高近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行為期3年的隨訪，發現左房和左室的應變是發生房顫的獨立預測因子，超過臨床和常規超聲參數的預測價值，并提出當患者左房容積正常時，應首先參考LASct來判斷未來發生房顫的風險，而當左房容積已擴大時，則應先評估左室長軸應變。除了誘發房顫，左房功能受損也會促進血栓的形成，特別是在左心耳中。CHA2DS2-VASc評分是房顫患者評估卒中風險的有效預測模型之一，被用來常規指導臨床選擇不同的抗凝方案[27]。然而，Obokata等[28]進行了一項多中心前瞻性研究，發現左房應變提供的診斷信息要遠超過CHA2DS2-VASc評分(AUC：0.83 vs 0.64，P<0.000 1)，不僅提高了該評分預測系統性栓塞的能力，也是卒中后死亡的獨立預后因子。關于左房功能是否可指導房顫患者的抗凝選擇和預測不良結局還需大規模研究證實，但至少現有證據表明將左房功能的評估納入房顫患者的檢查是有價值的。

3.3 心臟瓣膜疾病

心臟瓣膜疾病主要通過血流動力學變化來影響左房，以二尖瓣反流為例，長期的二尖瓣反流導致左房容量超載，左房代償性擴大以維持內部壓力穩態，防止肺充血。然而在左房發生超微結構改變之前就已出現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指征患者和預測術后心血管事件的發生上發揮重要作用。Debonnaire等[29]在一項納入121例二尖瓣重度反流患者的研究中證實LASr可識別符合二尖瓣手術指征的患者(AUC=0.80，95%CI0.72～0.87)，在對手術患者進行6年(中位時間)的隨訪中發現，不論患者術前狀態如何，左房應變減低的患者(LASr<24%)生存率更低。Meimoun等[30]評估了102例主動脈瓣狹窄的患者，并進行25個月(中位時間)的隨訪發現，LASr≤17%與心衰再住院和全因死亡的復合事件獨立相關(HR=0.92，95%CI0.89～0.95)。雖然這些發現均為小樣本研究，但都肯定了左房應變在瓣膜疾病中風險分層、預測進展和優化患者選擇方面的價值。

3.4 心肌淀粉樣變

轉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，由血漿轉甲狀腺素蛋白在細胞外沉積引起，蛋白沉積導致左室結構功能障礙，浸潤左房則導致左房僵硬度顯著增加。Bandera等[31]研究發現ATTR-CM患者左房三期時相功能均有明顯損害(LASr：8.86%；LAScd：6.50%；LASct：4.00%)，左房剛度指數在校正其他混雜因素后與預后獨立相關(HR=1.23，95%CI1.03～1.49)。Huntjens等[32]采集了136例ATTR-CM患者的4個腔室應變發現，多變量分析中LASr和右室應變與生存率獨立相關，且LASr與生存率相關性最強(HR=7.53，95%CI3.87～14.65)。與心衰患者左室擴張和二尖瓣反流造成的繼發性左房重構不同，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，左房應變的降低也反映了心肌受累情況更嚴重，重視此類患者的左房功能有助于改善風險分層和指導未來的治療決策。

3.5 心衰

心衰是心血管疾病發展的最終結局，與高住院率和高死亡率密切相關，早期識別心衰是臨床及時制定治療策略的關鍵[33-34]。LAVI是當前心衰定義的診斷標準之一，然而即使左房大小未發生改變，左房功能也可能已出現了異常。已有研究證明左房應變可對射血分數保留性心衰患者進行識別并分級。Morris等[35]研究發現受損的LASr(<23%)可比增大的LAVI更早地識別出LVDD患者，并且異常的左房應變在調整了年齡、性別和LAVI后仍與2年后心衰住院風險顯著相關(OR=6.6，95%CI2.6～16.6)。Singh等[36]依據2009年美國超聲心動圖協會的指南將224例射血分數保留性心衰患者按LVDD程度分為四組，發現所有組間的LASr均表現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。而Potter等[37]則根據左房應變值對758例患者進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%)，并進行為期2年的隨訪，發現依據左房應變的新分層方法減少了傳統分級中不確定人群的數目，且不增加相關預后風險。在校正了臨床及超聲參數后，LASr≤24%的患者未來發生心衰的風險是舒張功能正常者(LASr>35%)的2倍。左房應變還與有創測量的左室舒張末期壓力顯著相關，利用LASr評估升高的左室舒張末期壓力比現有的無創方法更準確(kappa CI：0.482 vs 0.302)[38]。左房應變不僅是比LAVI更有效的評估LVDD的工具，也是心衰患者未來發生心血管事件的較強預后指標，將左房應變常規納入心衰患者的監測指標對于臨床監測病情發展以及選擇后續治療方案意義重大。

4 小結

2D-STI是評估左房功能的一個相對簡便和可靠的技術，比傳統結構參數更加敏感，可通過追蹤心動周期中左房三期時相運動來揭示常見心血管疾病的病理生理機制。左房應變的預后價值已在許多臨床研究中得到證實，包括重新定義舒張功能障礙，預測栓塞風險，甚至判斷特定患者群體的心血管死亡率等，然而在臨床中應用仍存在一些局限。未來關于左房功能的研究重點應放在：(1)標準化測量方法和供應商差異，以建立基于不同性別和不同年齡段的正常應變參考值；(2)進行大型前瞻性多中心研究，展開長期的隨訪，發掘左房應變在更多心血管疾病中的潛在價值。