二維斑點追蹤成像技術評價慢性阻塞性肺病伴不同程度肺動脈高壓患者的右心室功能變化

楊慧，曹怡，陶滿，王燕，方申存

南京醫科大學附屬南京腦科醫院(胸科院區)醫學影像二科1、呼吸科2，江蘇 南京 210029

慢性阻塞性肺病(chronic obstructive pulmonary disease，COPD)由于長期缺氧及二氧化碳的潴留常合并肺動脈高壓(pulmonary hypertension，PH)，COPD 伴PH 患者最嚴重的結局便是肺源性心臟病，甚至右心衰竭，而右心室功能的準確評估又能夠為肺動脈高壓的治療及診斷提供有用的信息[1]。但長久以來，由于右心室解剖結構復雜，形態多變不規則，為右心室的進一步研究帶來較大困難。二維斑點追蹤成像技術(2D-STI)可以用來定量評價心肌應變，反映心肌功能[2]，近年來經常被運用于右心室功能的評估，成為評價右心室功能的重要手段之一[3]。本研究探討利用二維斑點追蹤成像技術評估COPD伴不同程度PH 患者的右心室功能改變的臨床價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 選取2021 年5 月至2022 年5 月在南京醫科大學附屬南京腦科醫院(胸科院區)確診的52 例COPD 伴PH 患者作為觀察組。納入標準：所有患者均符合2007 年COPD 診治指南中COPD 臨床診斷標準，肺動脈收縮壓(sPAP)≥36 mmHg (1 mmHg=0.133 kPa)。排除標準：慢阻肺急性發作期；患有COPD以外的相關呼吸性疾病；嚴重心力衰竭；不能耐受檢查；心內膜面顯示不清者。根據sPAP的不同分為COPD伴輕度PH 組20 例(36 mmHg≤sPAP<50 mmHg，A 組)，COPD伴中度PH組16例(50 mmHg≤sPAP<70 mmHg，B 組)，COPD 伴重度PH 組16 例(sPAP≥70 mmHg，C組)。A組患者男性14 例，女性6 例；年齡47~77 歲，平均(67±9.08)歲。B 組患者男性14 例，女性2 例；年齡47~75歲，平均(65.6±10.1)歲。C組患者男性11 例，女性5 例；年齡46~77歲，平均(66.9±8.5)歲。選取同時期27例COPD不伴PH患者作為對照組，其中男性15例，女性12例；年齡43~79歲，平均(60.5±9.62)歲。本研究已通過南京醫科大學附屬南京腦科醫院(胸科院區)倫理委員會批準。所有患者入組前均被詳細告知檢查步驟、檢查方法的優缺點等信息，并簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 使用PHILIPS EPIQ7C彩色多普勒超聲診斷儀，S5-1超聲探頭，探頭頻率1~5 MHz；深度16~18 cm，配備EPIQ 超聲工作站。受檢測者取左側臥位，平靜呼吸，連接心電圖，留取常規超聲心動圖參數；再采集以右心室為中心的心尖四腔切面灰階動態圖像，幀頻>60 幀/s，存儲至少3 個心動周期圖像清楚、切面標準的灰階圖像，圖像存盤并進行2D-STI脫機分析。

1.3 數據測量

1.3.1 常規超聲心動圖參數 測量右室基底部橫徑(RV)、主肺動脈內徑(DPA)，測量并計算得出右室面積變化率(FAC)；M 型測量三尖瓣環收縮期位移(TAPSE)；啟動組織多普勒(tissue Doppler image，TDI)模式，獲得右室游離壁三尖瓣前葉瓣環運動圖像，記錄收縮期S 波，舒張早期E 波，舒張晚期A 波，測得三尖瓣環收縮期峰值流速(S')、A波結束至下一個心動周期E波開始間期時間為a，測量S波開始至結束時間為b，那么MPI=(a-b)/b，見圖1。連續多普勒(Continuous Wave Doppler，CW)模式測量獲得三尖瓣口收縮期反流峰值流速Vmax，通過簡化的伯努利方程式計算估測肺動脈收縮壓sPAP，sPAP =4×Vmax2+右心房壓力(RAP)。2015 年ASE 心腔定量指南提到右心室功能下降指標：FAC<35%，S'<9.5 cm/s，TAPSE<17 mm，MPI>0.54。

圖1 MPI 計算數據的獲取Figure 1 Acquisition of MPI data

1.3.2 2D-STI 參數測量 在EPIQ 超聲工作站中選取以右心室置于中間的心尖四腔切面灰階圖像，在右室心腔內，沿室間隔基底部、游離壁基底部、心尖部描記三個點，軟件自動得到感興趣區域，調整感興趣區域的寬度趨于右心室壁厚度，軟件自動分析獲得右室游離壁基底段縱向應變(Sb)、右室游離壁中間段縱向應變(Sm)、右室游離壁心尖段縱向應變(Sa)，右室游離壁縱向收縮期峰值應變(RVLPSS)。

1.4 統計學方法 應用SPSS25.0 統計軟件進行數據分析。計量資料采用均數±標準差()表示。組間比較采用單因素方差分析；Pearson相關性分析研究RVLPSS 與右心室功能指標的相關性；受試者工作特征(曲線ROC)預測RVLPSS評估右心室功能不同指標下降的敏感性與特異性。以P<0.05 為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 四組患者常規超聲心動圖及2D-STI測量參數比較 與對照組比較，A組患者的MPI增大，差異有統計學意義(P<0.05)，而RV、DPA 增大差異無統計學意義(P>0.05)；B組、C組中RV、DPA、MPI均增大，且隨著病情的惡化呈逐漸增大趨勢(P<0.05)。此外，與對照組比較，A組、B組、C組患者中FAC、TAPSE、S'、Sb、Sm、Sa、RVLPSS均減小，且隨著病情進展呈依次減小趨勢(P<0.05)，見表1和表2。

表1 四組患者的常規超聲心動圖及2D-STI參數比較()Table 1 Comparison of the conventional echocardiogram and the 2D-STI parameters among the four groups()

表1 四組患者的常規超聲心動圖及2D-STI參數比較()Table 1 Comparison of the conventional echocardiogram and the 2D-STI parameters among the four groups()

注：與對照組比較，aP<0.01；與A組比較，bP<0.01；與B組比較，cP<0.01。Note:Compared with the control group,aP<0.01;compared with group A,bP<0.01;compared with group B,cP<0.01.

參數RV(mm)DPA(mm)TAPSE(mm)FAC(%)MPI S'(cm/s)對照組(n=27)29.22±1.95 20.89±1.87 21.00±1.49 47.50±4.93 0.31±0.04 13.63±1.07 A組(n=20)30.25±2.49 21.40±1.64 18.75±0.97a 41.69±2.22a 0.39±0.03a 11.73±0.84a B組(n=16)35.81±4.00ab 23.69±2.36ab 17.00±0.73ab 35.14±2.58ab 0.57±0.03ab 9.80±0.47ab C組(n=16)41.75±3.89abc 24.69±2.96abc 14.75±1.06abc 31.33±1.07abc 0.69±0.03abc 8.53±0.54abc F值97.77 12.34 106.53 93.57 495.86 152.71 P值0.001 0.001 0.001 0.001 0.001 0.001

表2 四組患者的右室游離壁縱向應變參數比較()Table 2 Comparison on right ventricular longitudinal strain indexes among the four groups()

表2 四組患者的右室游離壁縱向應變參數比較()Table 2 Comparison on right ventricular longitudinal strain indexes among the four groups()

注：與對照組比較，aP<0.01；與A組比較，bP<0.01；與B組比較，cP<0.01。Note:Compared with the control group,aP<0.01;compared with group A,bP<0.01;Compared with group B,cP<0.01.

指標Sb Sm Sa RVLPSS(%)P值0.001 0.001 0.001 0.001對照組(n=27)-31.04±4.30-28.67±2.77-27.89±4.11-29.20±2.44 A組(n=20)-23.35±3.20a-23.45±4.38a-21.85±2.48a-22.88±2.80a B組(n=16)-21.13±2.70ab-19.88±1.67ab-18.75±1.48ab-19.92±0.91ab C組(n=16)-18.50±1.71ab-16.19±1.47abc-15.81±1.87abc-16.83±1.03abc F值58.44 70.31 66.25 135.01

2.2 RVLPSS 與右心室功能指標的相關性 經Pearson 相關性分析結果顯示，RVLPSS 與TAPSE(r=-0.819，P=0.000)、FAC (r=-0.856，P=0.000)、S'(r=-0.799，P=0.000)呈負相關性，與MPI呈正相關性(r=0.844，P=0.000)。

2.3 RVLPSS 預測右心室功能指標下降的價值 經ROC分析結果顯示，當RVLPSS為-19.5%時判斷TAPSE<17 mm 的敏感性為95%、特異性為87.5%，判斷FAC<35%的敏感性為86.96%、特異性為89.66%，RVLPSS判斷S'<9.5 cm/s的敏感性為94.4%、特異性為82.4%，RVLPSS判斷MPI>0.54的敏感性為73.33%、特異性為95.45%，見圖2。

圖2 RVLPSS預測右心室功能下降的ROCFigure 2 ROC of right ventricular function decline predicted by RVLPSS

3 討論

COPD 是呼吸系統常見病，以氣流受限與氣道阻塞為特征，長期缺氧會引起肺血管收縮，導致PH。PH將影響右心室結構與功能的變化，甚至導致右心室功能不全，而右心室功能又決定著COPD伴PH患者病情的嚴重程度及預后[4-5]；因此針對右心室結構與功能變化的評估具有重要的臨床意義。判斷右心室功能的可靠方式被認為是右心漂浮導管及心臟磁共振，但右心漂浮導管屬于有創檢查，無法長時間檢測，且不能對右室壁的收縮與舒張運動進行分析；心臟磁共振檢查價格高昂，需要患者配合，且體內不能安裝金屬裝置，因此以上兩種檢查方式由于自身的局限性限制了其在臨床的廣泛使用[6-7]。與之比較，超聲心動圖簡單、便捷、無創，是評估右心室功能的重要手段，可以定量分析COPD伴PH患者的右心室形態結構與功能變化[8]。國內有學者已經對COPD 不伴PH 患者的右心室功能做過研究，但對于COPD伴不同程度PH患者的右心室功能研究不多[9]。

本研究結果顯示，與對照組比較，A組患者的MPI增大，差異有統計學意義(P<0.05)，而RV、DPA增大差異無統計學意義(P>0.05)，B組、C組患者的RV、DPA、MPI 均增大，且隨著病情進展呈逐漸增大趨勢(P<0.05)；與對照組比較，A 組、B 組、C 組患者的FAC、TAPSE、S'均減小，且隨著疾病進展呈依次減小趨勢(P<0.05)；這與Koestenberger[10]等的研究結果基本相同。當COPD 合并輕度PH 時，右心室后負荷壓力增加，心室結構發生變化以對抗壓力，但輕度肺動脈高壓尚能使右心室處于代償期，因此右心室內徑及肺動脈內徑增大與對照組比較差異均無統計學意義(P>0.05)，然而隨著肺動脈壓力的逐漸增大使心肌細胞水腫，萎縮變形，結構進一步重塑，累及右心室功能，導致其功能下降，最終引起右心功能不全。本研究中也發現常規超聲心動圖對于COPD伴輕度PH 的患者時右心室的功能及容量變化的監測不夠理想。

2D-STI是近些年來評價心肌功能的新興技術，以時域程序為基礎，保留了組織多普勒成像(TDI)高時間分辨率這一優點，且不受心臟整體運動的影響，無角度依賴，能更真實、準確的反映心肌局部與整體的功能[11]，在評價心肌早期變化上表現良好。右心室壁是由心內膜下的環形心肌以及心外膜縱行心肌構成的，而心外膜的縱行心肌主導了右心室的收縮功能[12]。有相關研究證實右心室的縱向應變與評價右心功能的傳統超聲心動圖指標間相關性良好，被認為是預測PH患者不良結果的獨立因素[13]，而且在正常狀態下，室間隔受到左心室的影響更大，因此右室游離壁縱向應變是作為應用二維斑點追蹤成像評價右心室功能的主要指標之一[14]。

本研究中，2D-STI 參數Sb、Sm、Sa、RVLPSS 與對照組比較，A組、B組、C組逐漸減小。初步說明即使在COPD 患者肺動脈壓力輕度升高時，右心室游離壁心肌已經出現形變，并且隨著壓力逐漸增加，形變愈加明顯，右心室形態與功能進一步發生變化，最終導致右心衰竭。通過研究不難看出2D-STI 可以更加敏感的反映右心室游離壁局部節段與整體的縱向應變，從而可以及時準確監測右心室的功能變化。根據Pearson 相關性研究分析也發現，RVLPSS 與MPI正相關，與TAPSE、FAC、S’負相關，由此說明RVLPSS與右心室功能變化的相應指標相關性良好，能夠有效的判斷右心室功能變化。因此可以認為RVLPSS是對既往研究右心室功能指標的一種重要補充，彌補了一些既往評價指標的缺點，是右心室功能變化評價新的重要手段。

綜上所述，2D-STI與評估右心室功能指標的相關性良好，可以更加客觀有效評估COPD伴不同程度的PH 患者右心室功能變化，為COPD 伴不同程度PH 患者診療提供幫助。

但本研究仍存在以下的局限性：(1)研究過程中收集的樣本量較少，未能實現大樣本的數據分析；(2)雖然右心室的縱行心肌對右心室的收縮功能起主導作用，但如果綜合了右心室心肌的環形心肌應變研究右心室的功能，可能更加全面；(3)肺動脈壓力的測定是依賴于三尖瓣口收縮期反流峰值流速Vmax，基于伯努利方程式計算估測得到的肺動脈收縮壓，未能采用右心漂浮導管來估測。