實時三維超聲心動圖自動定量評價慢性腎衰竭心臟功能的研究進展

薛曉軒，楊玲，陳輝，劉艷，王朝歆，王超，李文華，苑舒淇，陸崢

(1.北京中醫藥大學東方醫院功能檢查科，北京 100078； 2.首都醫科大學附屬北京安貞醫院心內六科，北京 100029)

心臟損害是終末期腎病的嚴重并發癥之一，同時也是慢性腎衰竭患者死亡的主要原因之一[1]。慢性腎衰竭可引起腎性高血壓、高鉀血癥、酸中毒等疾病，而這些疾病又可導致心臟受損，使左心負荷增加，心肌細胞纖維化、凋亡，進而發生心律失常、心肌炎、心力衰竭等，致使心臟結構、功能出現器質性病變[2]。因此，早期診斷慢性腎衰竭患者心臟損害情況，有助于指導臨床治療方案的制訂，并為判斷患者預后提供影像學依據[3]。超聲心動圖是臨床診斷心臟疾病，觀察患者心臟形態結構、功能的首選影像學手段，但常規二維超聲易受影像科醫師主觀目測等因素影響，對診斷的準確性有較大影響。近年來，實時三維超聲心動圖(real-time three-dimensional echocardiography,RT-3DE)自動定量檢查因具有操作簡單、診斷快速、無創等優點，為客觀定量評價心臟疾病提供了可能[4]。實時三維超聲能夠從多方位、多角度對心臟進行立體成像，可清晰顯示各心腔大小、室壁運動狀況、相關心血管位置以及各瓣膜實時運動狀況，尤其是能夠將二維超聲無法顯示的三尖瓣口、肺動脈瓣口、室間隔及房間隔的情況顯示出來，為診斷提供更為豐富的臨床信息[5-6]。現就RT-3DE評價慢性腎衰竭心功能的研究進展予以綜述。

1 RT-3DE檢查的工作原理

RT-3DE主要由三維空間定位系統、高通量數據處理系統以及陣列換能器組成[7]。其中，換能器至少由3 600個微小體元構成，依照16∶1的比例并行處理，使其能夠同時發射出多個聲束，而聲束根據相控陣的形式沿著預定的X軸由近至遠形成掃描線，然后，該條掃描線沿Y軸方向變動形成二維圖像，二維圖像再沿Z軸進行仰角轉向就會形成類似于“金字塔”的三維圖像[8-10]。最后，應用系統的切割功能將獲得的三維圖像沿X、Y、Z軸任意切割，動態獲取任意一個切面的心臟結構進行定量分析。

2 RT-3DE檢查在慢性腎衰竭心功能評價中的臨床應用

2.1RT-3DE評價左心室舒張功能 相關文獻報道，慢性腎衰竭患者左心室舒張功能障礙是其心肌損害的早期標志[11-12]。目前，臨床上評價患者左心室舒張功能的超聲指標主要來源于二維圖像以及多普勒成像測定，但所獲得的參數均會不同程度地受心臟前后負荷、左心室結構等因素影響，具有一定的局限性。近年已有研究證實，RT-3DE評價左心室舒張功能具有較高的臨床價值[13]。RT-3DE通過手動或自動的方式描記出患者的心內膜，快速準確地獲取心動周期中左心室容積的動態變化，進而能夠準確地反映左心室舒張功能變化情況。楊麗等[14]研究報道，采用RT-3DE檢查能夠快速取得左心室容積相關圖像資料，使心室容積在整個心動周期中的連續變化可隨時顯示出來，且與磁共振成像(magnetic resonance imaging，MRI)心臟檢查相比具有較好的相關性。滕花等[15]研究表明，RT-3DE能夠評估早期左心室舒張功能，在非選擇性連續患者中成功率更高，對于不同圖像質量的患者，RT-3DE更容易識別圖像質量較好患者的心內膜小梁，能夠更加快速、準確地評價其左心室舒張功能，為臨床提供一種快速、無創、準確性高的新型評價手段。朱法望等[16]應用RT-3DE，并根據不同腎功能水平進行分組檢查分析，結果發現，RT-3DE所獲得的心臟舒張功能參數能夠有效區分不同腎功能水平患者舒張功能受損程度。文童等[17]對尚未接受透析的尿毒癥患者進行RT-3DE檢查，發現RT-3DE能夠準確評估患者的左心室舒張功能，可以為臨床評價尿毒癥型心臟損害患者左心室舒張功能及同步性提供一個快速、簡便、準確的新方法。由此可見，臨床采用RT-3DE評價人體左心室舒張功能具有較高的價值。

2.2RT-3DE評價左心室容積及收縮功能 現代醫學認為，心血管系統并發癥是晚期慢性腎衰竭患者的死因之一，晚期腎衰竭患者常并發心力衰竭、心絞痛，嚴重者可并發心肌梗死[18]。晚期腎衰竭患者合并心臟病變后，患者的左心室負荷壓力顯著增加、左心室室壁增厚，導致心肌收縮力降低；另外，慢性腎衰竭患者機體長時間處于尿毒毒素環境中，也會對心臟結構、心功能產生不同程度的損傷，進而引起左心室收縮不同步的現象[19]。因此，及時、準確評估慢性腎衰竭患者的左心室收縮功能對于病情診斷、預后判斷均具有重要意義。雖然MRI、心血管造影等均可準確測得人體心臟收縮功能，但具有檢查費用高、可重復性差、有創等缺點，不適合普及應用。而超聲心動圖具有無創、操作簡單、可重復性高、診斷準確率較高等優點，而且臨床上評價左心室整體收縮功能的相關超聲指標(如心排血量、每搏量、左心室舒張末期容積、左心室收縮期末起容積、左心室射血分數)均是在心室容積的基礎上測量的。但常規二維超聲仍有不足之處，如二維超聲是基于左心室心腔幾何結構進行的假設測量，當受檢者存有節段性室壁運動異常、左心室形態異常時，其檢查結果的準確率較低[20]。張琪等[21]應用實時全容積三維超聲心動圖評價尿毒癥患者透析治療前后的左心室容積及收縮功能的變化情況，結果提示，RT-3DE可為尿毒癥透析治療患者提供更多有意義的新指標，使其能夠更加準確地判斷療效以及預測患者的預后轉歸，具有較高的臨床價值。張群英等[22]對61例尿毒癥患者和31例正常對照者實施RT-3DE和MRI，檢測左心室射血分數、左心室局部容量并進行組間對比，結果發現，RT-3DE能夠早期發現慢性腎衰竭晚期血液透析患者的左心室整體和各個短軸水平內心肌運動的同步性特征，能夠更加客觀、準確地評價受檢者的左心室容積及心室功能，為臨床早期、無創且準確評估左心室整體、局部收縮功能提供了一種定性、定量的方法。由此可見，RT-3DE能夠打破傳統超聲心動圖的局限，快速獲得整個左心室的容積數據，而且無須在心臟幾何結構假設下即可直接測量得到真實的受檢者左心室容積、收縮功能數據，其準確性和可行性已得到大量實驗研究及臨床實踐的證實。

2.3RT-3DE評價左心房功能 相關研究報道，左心房功能包括管道功能、儲備功能以及助力泵功能，左心房結構和功能的改變與左心房的前、后負荷相關，其根本原因在于左心房功能受左心室功能的直接影響；終末期腎衰竭患者心臟功能早期病變表現為心室舒張功能受損，且左心房功能的變化可較敏感地反映心室舒張功能的損害情況[23]。左心房的結構大小、功能均可直接反映心腔房室壓力差變化，同時也是左心房前、后負荷變化的直接體現，即在左心室舒張功能異常早期，左心房能夠代償性做功以使心室充盈量增加。因此，對終末期腎衰竭患者進行左心房功能評價，可及早發現其心臟損害情況，便于臨床干預。目前，臨床上常應用二維心臟彩色超聲進行心房功能檢測，但人體左心房的解剖結構大多不規則，傳統應用幾何模型測量計算心房容積具有一定的局限性。而RT-3DE能夠手動、自動描繪出心內膜，取得心房容積-時間曲線，進而能夠動態顯示每個心動周期中不同時間點左心房容積變化情況，一般將其作為二維彩色超聲的補充和擴展，且RT-3DE檢查不需要依靠幾何形體的假設進行測定，而是采用三維容積測定，可真實檢測出左心房容積大小[24]。RT-3DE應用三維容積測定的方法，能夠將左心房形態重構，動態、準確地反映整個心動周期不同時相下左心房的動態變化。談君等[25]分別應用RT-3DE和二維斑點追蹤顯像技術評價慢性腎衰竭患者的左心房功能，結果顯示，慢性腎臟病患者的左心房功能較正常人顯著減退，二維斑點追蹤技術在獲取心房應變以及應變率參數方面具有優勢，而RT-3DE則在獲取心房容積變化參數方面更具優勢。孔雙雙等[26]應用RT-3DE檢查慢性腎臟病患者的左心房容積及功能，結果顯示，RT-3DE不依賴于幾何形態的假設，可實時獲得左心房立體形態及結構的信息，利于評估腎病患者左心房結構和功能的改變。因此，RT-3DE能夠無創、準確地評價左心房功能，而且較二維心動圖有更好的可重復性。

2.4RT-3DE評價右心功能 終末期腎衰竭患者機體慢性容量長時間負荷過度，再加上繼發性的肺動脈高壓，均有可能導致慢性壓力負荷過重而引發右心衰竭，因此，及早發現、定量評價慢性腎衰竭患者的右心功能對指導臨床治療和患者預后轉歸至關重要[27]。但右心腔的形態較為特異，為非對稱的新月形，在實際檢查中較難通過某一徑線、面積測定右心室的容積，是影像學診斷技術的難題之一。以往臨床極少應用二維超聲、M超聲模式測定右心容積和右心功能，而實時三維超聲的出現實現了這一大突破。RT-3DE能夠重建結構完整、心內膜清晰度高、形態逼真的左右心室圖像結構，便于臨床準確測量心腔容積，特別是對于形態不規則的右心室容積的檢查意義更大。顏紫寧等[28]對比單光子發射計算機斷層掃描儀、MRI、RT-3DE評估右心功能的效果，結果顯示，RT-3DE能夠準確、可靠地評價右心功能。孫敏敏等[29]用RT-3DE評價慢性終末期腎衰竭患者右心室整體及節段收縮功能的變化，并結合分析軟件測定患者右心室舒張末期和收縮末期內徑，計算出右心室的每搏量，結果發現，RT-3DE評價右心室整體及節段收縮功能準確可靠。RT-3DE能夠快速顯示右心室三維立體結構，為臨床測量右心室容積提供準確、可靠的手段，進而更精準地評價右心功能。

3 RT-3DE的優點及局限性

3.1RT-3DE的優點 RT-3DE的優點包括：①能夠實時、快速地成像；②不局限于單一平面，無角度依賴性，能夠從多個方位、多個角度觀察二維超聲不易顯示的解剖結構，從而更準確、全面地評價心肌整體和局部的運動情況；③空間分辨率高，可以實時獲得三維空間下的心臟運動信息，且圖像更加直觀、全面；④操作簡單且無創，可重復性高；⑤能夠準確顯示病變部位與周圍重要臟器結構的位置關系，且圖像質量較高；因此，RT-3DE能夠幫助臨床醫師準確判斷慢性腎衰竭患者的心臟功能，對于指導臨床制定治療方案有潛在價值[30-32]。

3.2RT-3DE的局限性 RT-3DE的局限性包括：①三維超聲的全容積成像由4個心動周期連續采集圖像重疊制得，并不是100%實時，故受檢者在RT-3DE檢查過程中有可能因體位變動、深呼吸等因素造成超聲圖像重組錯位；②RT-3DE在左心室功能評價方面主要局限于左心室整體“泵血功能”，因此不能早期對左心功能變化進行全面、客觀的評價；③RT-3DE圖像質量易受二維超聲圖像質量、透聲條件等影響，檢查時若透聲條件較差則診斷誤差風險隨之增加；④由于RT-3DE檢查采用的“金字塔樣”寬角模式，其全容積扇角60°×60°，因此部分心腔顯著增大的受檢者在進行檢查時可能會出現部分室壁殘缺的情況，影響臨床診斷[33-34]。

4 小 結

隨著計算機技術的不斷發展以及三維超聲研究經驗的積累，在三維超聲以及二維斑點追蹤技術基礎上發展而來的三維斑點追蹤技術有望使慢性腎衰竭患者的心臟功能評價進入到一個新的認知水平。RT-3DE能夠從三維空間通過連續追蹤心肌的真實運動軌跡，計算出心肌的運動和形變信息，為慢性腎衰竭患者心肌功能早期監測提供指導性依據。此外，RT-3DE也可以與其他超聲技術相結合，如經過改良的矩陣型經食管三維超聲心動圖，由于不受肺氣干擾、胸廓畸形、肋間隙狹窄、肥胖等因素的影響，可近距離顯示心臟各個房室結構的立體圖像，因此診斷的準確率顯著提高，使患者能夠及時得到有效治療，改善臨床結局。