超聲向量血流標測技術評價Graves病患者快速射血期左心室腔內血流動力學改變*

謝苓 尹立雪 周秘 王斯佳 李益萍 徐蕓 任麗

(1. 川北醫學院，四川 南充 637000；2.四川省醫學科學院·四川省人民醫院超聲醫學研究所超聲心臟電生理學與生物力學四川省重點實驗室，四川 成都 610072；3.溫江區人民醫院，四川 成都 611130)

Graves病(GD)又稱彌漫性毒性甲狀腺腫，甲狀腺功能亢進癥80%以上是由GD引起[1]。血液循環中甲狀腺激素過多可通過分子與細胞機制作用于心血管系統[2-3]，導致心動過速、心臟排出量增加、心房顫動[1,4]、心力衰竭[5-7]以及自身免疫性心肌炎等[8-9]。本文通過運用超聲向量血流標測(Vector Flow Mapping, VFM)技術全面評價GD快速射血期左心室的高血流動力學狀態，以及HR、SBP、FT3、FT4、LVEF與血流動力學的狀態的相關性，探索相關觀測指標評價左心室收縮功能的可能性。

1 資料與方法

1.1 研究對象 病例組：收集四川省人民醫院2016年11月～2017年3月內分泌科門診初次確診或停藥后復發的GD患者83例(男性32例，女性51例)，年齡18～57歲，平均年齡(31.6±1.9)歲為病例組。并根據《黃宛臨床心電圖學》對正常心率范圍的定義將病例組分為：HT1組(40例)：HR 100次/分，平均年齡(35.2±11.0)歲；HT2組(43例)：HR≥100次/分，平均年齡(32.2±10.7)歲。對照組：選取經體格檢查、實驗室檢查、心電圖及超聲心動圖檢查無異常的健康志愿者40例(男性18例，女性22例)，年齡24～55歲，平均年齡(33.7±1.5)歲。納入標準：①高代謝癥狀；②血清激素：TSH降低，FT3、FT4升高；③甲狀腺彌漫性腫大；④凸眼或其它浸潤性眼征。確診為GD患者。排除標準：多結節性毒性甲狀腺腫、甲狀腺高功能腺瘤、橋本甲亢、高血壓、糖尿病、先天性心臟病、肺源性心臟病、瓣膜病、心律失常、腎功能不全以及肝硬化等。所有實驗對象均記錄個人一般信息(身高、體重、HR、血壓等)及甲狀腺激素水平。

1.2 儀器與方法 采用Aloka Prosound F75彩色多普勒超聲診斷儀，探頭為UST-52105相控陣探頭，頻率2～5MHz。受檢者左側臥位，平靜呼吸，同步記錄心電圖。采集左室長軸、短軸切面以及心尖四腔、三腔、兩腔的二維動態圖像，并存儲三個完整心動周期的心尖三腔彩色動態血流圖像，彩色幀頻調至66幀/秒以上，調節彩色多普勒脈沖重復頻率，盡量使其無混疊。在機測量LAD、LVDD、E、A、e ，計算出E/A以及E/e，Simpsonn雙平面法測出LVEF。

1.3 圖像分析 將圖像導入DAS-RS1工作站，選定一個完整的心動周期，逐幀勾畫心尖三腔心心內膜邊界，系統將自動對左心室內膜進行追蹤。

根據時間流量曲線(time-flow curve，T-F curve)確定快速射血期。與左心室腔基底段、中間段及心尖段分別放置三條取樣線，獲取各節段的T-F curve、血流量曲線(flow profile)、綜合向量速度曲線(vector profile，VP)，記錄各節段收縮期峰值流量( peak systolic flow，Fs)、收縮期負向總流量(total systolic negative flow, SQ)、收縮期峰值流速(peak systolic velocity,Vs)。分析組間及組內指標的變化，將各指標的均值與HR、SBP、DP、TSH、FT3、FT4、LVEF進行相關性分析。

1.4 重復性檢驗 間隔一個月同一檢查者隨機從入選對象中選擇15例重新勾畫心內膜，將各參數進行組內重復性檢驗，計算組內相關系數(intraclass correlation coefficient，ICC)及變異系數(coefficient of variation，COV)。由另一名經驗相當的醫師對入選對象再次勾畫對各參數再次計算，并進行組間重復性檢驗。

2 結果

2.1 一般資料 與對照組比較，病例組SBP、DP、TSH、FT3、FT4均高于對照組，且HT2組HR、SBP、FT4高于HT1組，差異有統計學意義(P<0.01)；年齡、BSA、BMI比較差異無統計學意義(P>0.05)，見表1。

表1 對照組與病例組一般臨床資料比較Table 1 the comparison of basic clinical data

注：與對照組比較，①P<0.01；HT2與HT1比較，②P<0.01

2.2 常規超聲心動圖 三組間LAD、LVEDD、E/A、E/e比較差異無統計學意義(P>0.05)；病例組E、A均高于對照組，HT2組LVEF、A高于HT1組與對照組，差異有統計學意義(P<0.01)，見表2。

表2 病例組與對照組常規超聲心動圖檢測指標比較Table 2 The comparison of Conventional ultrasonic measurement

注：與對照組比較，①P<0.05；與對照組比較，②P<0.01；HT2與HT1比較，③P<0.05；HT2與HT1比較，④P<0.01

2.3 快速射血期血流流量與流速變化特征

2.3.1 組內比較 病例組與對照組組內基底段、中間段、心尖段Fs、SQ、Vs均呈遞減趨勢，且差異有統計學意義(P<0.01)，見表3。

圖1 對照組各節段快速射血期時間流量曲線Figure 1 The control group of each segment of rapid ejection time flow curve

注：Fs(A)、流量曲線及SQ(B)、速度向量曲線及Vs(C)；病例組各節段快速射血期時間流量曲線及Fs(D)、流量曲線及SQ(E)、速度向量曲線及Vs(F)；病例組Fs、SQ、Vs均高于對照組。(黃線、紫線、藍線分別表示基底段、中間段、心尖段)

2.3.2 組間比較 與對照組相比，病例組基底段、中間段、心尖段的Fs、SQ、Vs均增高，差異有統計學意義(P<0.05)，且HT2組高于HT1組(P<0.05)，見表3。

表3 病例組與對照組左心室心腔內Fs、SQ、Vs比較Table 3 The comparison of Fs, SQ and Vs in left ventric

注：與對照組比較①P<0.05；與對照組比較，②P<0.01；HT2與HT1比較，③P<0.05；HT2與HT1比較，④P<0.01

2.4 相關性分析 Fs、SQ、Vs與TSH無相關性，與FT3、FT4、LVEF均呈正相關，Fs、SQ、Vs與FT3相關系數分別為0.390、0.381、0.390(P<0.01)，與FT4相關系數分別為0.421、0.484、0.470(P<0.01)，與LVEF相關系數分別為：0.385、0.416、0.464(P<0.01)，見表4，圖2。

表4 病例組 Fs、SQ、Vs與臨床資料的相關性Table 4 Correlation among Fs, SQ, Vs and clinical data in case group

圖2 病例組各指標相關性分析Figure 2 The correlation among Fs, SQ and Vs with FT3 FT4 and LVEF in case group注：A-C、FS、SQ、Vs與FT3的相關性；D-F、Fs、SQ、Vs與FT4的相關性；G-I、Fs、FQ、Vs與LVEF的相關性

2.5 重復性檢驗 同一檢查者組內重復性檢驗，ICC 0.91～0.96，COV 0.18～0.32；不同檢查者間重復性檢驗ICC 0.87～0.94，COV 0.19～0.34。檢查者內與檢查者間重復性良好，見表5。

表5 重復性檢驗結果Table 5 Repeatability test results

3 討論

以往的研究表明長期高水平FT3、FT4會引起心肌重構、心腔增大、心肌損害，甚至心衰等心臟結構與功能的改變。然而，許多GD患者無明顯心悸癥狀，或者有的患者由于長期的快心率而逐漸耐受，從而導致心率在正常范圍內時即使心率增快患者亦不會察覺。因此，怎樣評估這部分患者的血流動力學改變及心功能極其重要，以便能早期進行干預，提高患者生活質量。長期以來，精確可靠的心臟功能評價一直是心臟病學基礎和臨床研究的熱點和難點，建立具有創新價值和實用可靠的系統性流場和流體力學可視化觀察量化評價技術方法對心臟功能狀態進行更為精密準確的判斷，將為心臟疾病的類型和嚴重程度評價以及治療效果監測提供可靠的流體力學證據，為心臟疾病的精確診斷和高度選擇內外科治療提供全新可視化的技術保障[10]。常規多普勒是測量光束平行方向的速度分量，而不能獲得與光束方向垂直的速度信息，VFM技術是基于從光束方向的速度分布推斷出垂直于光束方向的速度分量，并通過復雜的血流動力學計算出血流速度、流變率(flow rate，FR)、以及流量(flow volume,FV)等詳細的流變信息，能夠讓臨床醫生更好的了解到生理和病理條件下心腔內血流流體學的特點[11]，評價左心室的能量損耗[12]，為心臟疾病的類型與嚴重程度評價以及治療效果監測提供更多的流體力學可靠證據[13]。

本臨床研究是通過VFM技術探討不同心率GD患者快速射血期左心室腔內血流動力學改變以及Fs、SQ、Vs與HR、SBP、FT3、FT4、LVEF的相關性。結果顯示，HT1組與HT2組的Fs、SQ、Vs均高于對照組(P<0.05)，表明GD患者在心率正常時已有血流動力學改變。GD患者甲狀腺激素分泌過多引起代謝亢進、機體耗氧量增加、產熱過多，血流動力學隨之發生改變以適應高代謝狀態；同時外周血管阻力降低，皮膚毛細血管擴張，全身循環血容量增加10%以上，血流速度加快[14]，GD患者由于全身總血容量增加，心肌收縮例增強，外周血管擴張，心率增快，從而到引起心輸出量增加。而快速射血期相當于整個收縮期的三分之一左右，其心室射血量卻占整個收縮期的射血量的70%以上[15]，這一系列病理生理改變是導致病例組Fs、Vs、SQ明顯高于對照組主要原因。病例組與對照組組內基底段、中間段、心尖段Fs、SQ、Vs均呈遞減趨勢，這和以往的研究結果一致[16-17]，這是由于隨著左心室室壁收縮，左心室腔內壓力增高，左心室腔內血流束由左心室基底部向主動脈方向流出導致的[18]。

Fs、SQ、Vs與FT3、FT4呈正相關，這和甲狀腺激素引起心血管系統改變的機制相符合：①靜息狀態下竇性心率增快主要與甲狀腺激素興奮竇房結肌細胞f-通道蛋白質基因的轉錄，細胞漿f-通道的電導性增加有關[19]；②甲狀腺激素直接作用于心肌收縮蛋白，發揮正性肌力的作用，并能增強心臟受體對兒茶酚胺的敏感性[1]；③甲狀腺激素導致外周血管擴張，阻力下降，心臟輸出量代償性增加[1]。此外，微小RNA將介導或調節甲狀腺激素信號，使其表達增加，從而使心肌舒張速度增快[20]。

傳統超聲心動圖可通過LVEF、左室短軸縮短率(LVFS)、左室收縮末期容積(LVESV)、SV、CO等參數反應左心室收縮功能。LVEF與Fs、SQ、Vs呈正相關，提示心功能狀態在一定程度上可通過心腔內血流動力學來評估。本研究表明：①VFM技術可直觀定量評價GD患者快速射血期左心室腔內血流動力學變化，GD患者心率正常時左心室腔內血流量與血流速度已經增快，此時應進行干預減輕心臟負荷，采用VFM技術在一定程度上能檢測GD患者左心室整體收縮功能。②GD患者血流狀態變化由FT3、FT4、LVEF共同作用引起，通過甲狀腺激素的改變可評估心臟血流動力學改變。但此實驗仍然存在很多不足之處：①樣本量相對較少；②由于GD患者心率較快，血流速度偏快，常常通過調高彩色血流速度標尺，避免混疊的產生，這將造成部分低速血流信號無法顯示；③心腔是一個三維空間結構，而目前的VFM技術觀察心腔血流流場狀態通過二維單平面的多普勒頻移信息，這是否能反應真實的三維血流流場還需要更多的實驗研究來證明；④患者起病時間不能準確獲得，無法準確評價病程對血流動力學的影響。⑤此實驗未進行心率校正，無法完全排除單純心率因素對心臟血流動力學狀態的影響。

4 結論

VFM技術可直觀定量評價GD患者快速射血期左心室腔內血流動力學變化，GD患者心率正常時左心室腔內血流量與血流速度已經增快，此時應進行干預減輕心臟容量負荷；左心室腔內血流量以及血流速度與FT3、FT4和LVEF正相關。

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