三維斑點追蹤技術評價系統性紅斑狼瘡患者左心室收縮功能及舒張功能

郭雪婷 秦文娟 黃 磊 董珊珊 王 忠 蘆桂林

1 石河子大學，石河子大學醫學院(石河子 832008) 2 石河子大學，石河子大學醫學院第一附屬醫院超聲醫學科(石河子 832008) 3 石河子大學，石河子大學醫學院第一附屬醫院心內二科(石河子 832008)

系統性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE),是一種,以免疫性炎癥為具體表現的,多因素的、復雜的彌漫性結締組織病,SLE,可以侵及全身各個系統，同時，能夠不分敵我的攻擊患者體內各個臟器,而其常見受累靶器官之一是：心血管系統,SLE能夠明顯影響該種患者的預后,也是該型患者重要的死亡原因之一[1]。但是,心血管病變常常多表現為隱匿性起病,在SLE早期,該病常被忽略或誤診,因早期的癥狀及體征輕微,這導致：心血管病變致狼瘡性的心血管損害情況很難以做到早期評估。因此,如果能夠及早的確定心臟受累的情況,同時，較早期評價該類患者的心肌狀態及功能,并再進行一定的干預性治療,將會具有重要的臨床意義。本文旨在：應用三維斑點追蹤(Three-di-mensional speckle-tracking imaging, 3D-STI)技術，以及三維應變顯像舒張指數(SI-DI)，對SLE 患者左心室整體心肌應變情況，進行定量分析, 該項技術能夠較為敏感地評價,SLE對左心室收縮以及舒張功能的作用[2],同時,為SLE的早期診斷可提供更為簡捷的方法,并探討該病潛在的臨床應用價值,以便為臨床提供更早的干預指標。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選擇：2017 年 9月— 2019年 7 月在石河子大學醫學院第一附屬醫院血液風濕科就診的30例 SLE 患者,該疾病診斷標準，均符合 1997 年美國風濕病學會(ACR)修訂的SLE 診斷標準,以 SLE 活動性指數(SLEDAI)對患者疾病活動情況進行評估[3]。其中：男3例，女27例，年齡范圍：25～69 歲，平均(44.9±12.1)歲。選擇同期在石河子大學醫學院第一附屬醫院體檢的 30 例健康志愿者，作為對照組,共30 例,其中男4例，女26例，年齡25～69 歲,平均(37.6±14.3)歲。SLE 患者與對照組相比,其性別、年齡比較差異均無統計學意義(均P>0.05)。檢查前,所有入選者均獲得了知情同意并且簽署知情同意書。

1 .2 病例入選標準

1.2.1 納入標準：①均符合:美國風濕風濕病學會SLE的分類標準[2]。②通過常規二維超聲心動圖檢查:病例左心室射血分數(LVEF):均>50%。③入選病例既往無心血管危險因素,且無心臟病史。④對照組:體格檢查、心電圖以及超聲心動圖各項目,均未見明顯異常。⑤患者獲得知情同意。⑥患者患病期間,規律用藥并且病情相對穩定。

1.2.2 排除標準：①其他自身免疫性疾病。②高血壓、高血脂、高膽固醇、糖尿病、冠心病、心臟瓣膜病、先天性心臟病以及腎臟疾病,還包括心房顫動、陳舊性心肌梗死以及其他嚴重性心律失常。

1.2.3 選擇標準：根據美國風濕病學會在1997 年做出的SLE診斷標準,對參與該實驗研究的30 例SLE患者進行篩選的臨床標準為：①顴部紅斑:扁平或者高于皮膚的固定性紅斑；出現光過敏皮炎以及對日光異常反應等；②盤狀紅斑:在隆起的紅斑上,明顯覆有鱗屑以及毛囊栓塞,若舊的病灶則有萎縮性瘢痕出現；③口腔潰瘍:通過臨床醫生確診:口腔或者鼻咽部有無痛性潰瘍出現；④不留瘢痕的脫發；⑤關節炎:出現非侵蝕性關節炎,同時≥2個外周關節；⑥漿膜炎:胸膜炎或心包炎；⑦腎臟病變:患者蛋白尿>0.5 g/d, 或者細胞管型；⑧神經系統病變:患者具有單發神經炎、顱神經炎、脊髓炎、癲癇發作或者精神癥狀等；⑨溶血性貧血,同時伴網織紅細胞增多；⑩血液系統異常:出現血白細胞減少,或者淋巴細胞的絕對值減少；出現血小板減少。免疫學具有以下異常值:①抗核抗體:陽性(ANA+)；②抗dsDNA(ELISA法):兩次陽性；③抗Sm 抗體:陽性；④抗磷脂抗體:陽性,狼瘡抗凝物:陽性,梅毒血清試驗:假陽性至少6個月,抗心磷脂抗體:陽性,抗b2糖蛋白1:陽性；⑤低補體:CH50，C3、C4等值低于正常；⑥無溶血性貧血者,直接 Coombs陽性。

1.3 方法

所有受檢者:常規體位采取左側臥位,在靜息狀態下, 同步使用并連接心動圖,使用儀器:GE Vivid E9 型彩色多普勒超聲診斷儀；診斷儀器條件:4V探頭,探頭頻率:1.5～4.0 MHz,具備4D Auto LVQ 在機分析軟件,準備齊全后,對受檢者行常規的超聲心動圖檢查。采用常規二維超聲切面觀察:探查心臟各房室腔的大小,以及室壁運動情況,測量左心室舒張末期內徑(LVEDd)、左心室收縮末期內徑(LVEDs)、室間隔舒張末期厚度(IVSd)、室間隔收縮末期厚度(IVSs)、左心室后壁舒張末期厚度(LVPWd)、左心室后壁收縮末期厚度(LVPWs)、左心室射血分數(LVEF)、 左心室縮短分數(LVFS)、每搏輸出量(SV)、左室舒張末期容積(EDV)、收縮末期容積(ESV)、心輸出量(CO)。每位受檢者，均需要分別采集:心尖四腔、兩腔、三腔心切面的3個完整心動周期的動態圖像,然后,將圖像信息按順序命名,保存在 Ech oPAC 7.0的內置工作站當中。

使用3D-STI分析軟件對圖像進行處理,在工作站能夠完整且清晰的顯示心尖四腔觀二維圖像后,手動轉換,進入4D模式, 同時囑咐患者,屏氣,連續采集:3個穩定的心動周期的動態、三維全容積圖像,同時進行存儲備用,幀頻≥心率的40%。使用4D-Auto LVQ軟件進行在機分析存儲圖像,在心尖四腔切面、兩腔切面以及三腔切面,手動進行選取二尖瓣環中點以及心尖處的心內膜頂點,再按照以下順序:依次按鍵為“ EDV→ESV→ Volumewaveform→LV Mass→4D Strain ROI→4D Strain Results”，根據以上次序對圖像進行分析, 該軟件通過追蹤一整個心動周期內,存在的所有幀的左心室的室壁心內膜以及心外膜的界限,同時獲得4D-STI相關參數:左心室整體縱向應變(global longitudinal strain,GLS),整體圓周應變(global circumferential strain,GCS),整體徑向應變(global radial strain,GRS),整體面積應變(global area strain,GAS)，球形指數(SPI),左室舒張末期質量(LV EDmass)、左室收縮末期質量(LV ESmass),左心室心肌的 17 節段牛眼圖以及整體應變-時間曲線圖。同時,需要測得收縮末期應變(A),手動調節應變-時間曲線至舒張期的前1/3 點,從而得出該點應變(B),計算公式:SI-DI=(A-B)/A×100%。所有數值需要測量3次,獲取平均值。

1.4 統計學處理

2 結 果

2.1 兩組常規超聲及三維超聲參數比較

實驗組與正常組相比較：左心室舒張末期內徑(LVEDd)、左心室收縮末期內徑(LVEDs)、室間隔舒張末期厚度(IVSd)、室間隔收縮末期厚度(IVSs)、左心室后壁舒張末期厚度(LVPWd)、左心室后壁收縮末期厚度(LVPWs)、收縮末期容積(ESV)、心率(HR),其差異性均無統計學意義, 本研究的實驗結果表明:實驗組SLE 組的心臟左室幾何構型已在發生改變,影響其收縮及舒張功能的變化,相關檢查數值:實驗組每搏輸出量(SV)、左室舒張末期容積(EDV)、心輸出量(CO)、尤其是SLE組患者左心室射血分數(LVEF)以及左心室縮短分數(LVFS)與正常組相比較,數值均降低,且差異有統計學意義(P<0.05),SPI:是近年來用來評價左心室幾何構型發生改變的新指標,且在對照組與SLE 組中相比較,差異亦無統計學意義(P>0.05)；本實驗研究結果還表明, LV EDmass及LV ESmass較對照組均增大,并且差異有統計學意義(P<0.05),見表1及表2。

表1兩組常規超聲比較

注:左心室舒張末期內徑(LVEDd)、左心室收縮末期內徑(LVEDs)、室間隔舒張末期厚度(IVSd)、室間隔收縮末期厚度(IVSs)、左心室后壁舒張末期厚度(LVPWd)、左心室后壁收縮末期厚度(LVPWs)、左心室縮短分數(LVFS)。

表2兩組常規超聲應變常規參數比較

注:左室舒張末期容積(EDV)、收縮末期容積(ESV)、左心室射血分數(LVEF)、心率(HR)、每搏輸出量(SV)、心輸出量(CO)、球形指數(SPI)、左室舒張末期質量(LV EDmass)、左室收縮末期質量(LV ESmass)。

2.2 兩組超聲 3D-STI 收縮期應變參數比較

SLE組整體長軸應變、徑向應變、圓周應變、面積應變的應變值與對照組相比較,均降低(P<0.05),該實驗結果提示:左心室的心肌整體的收縮功能可能已經出現受損的情況,見表3、圖1。

表3兩組超聲 3D-STI 收縮期應變參數比較(%)

注: GLS:整體縱向應變；GCS:整體圓周應變；GRS:整體徑向應變；GAS:整體面積應變

2.3 兩組超聲 3D-STI舒張期SI-DI 應變參數比較

結果顯示縱向SI-DI、面積SI-DI、徑向SI-DI 的應變值,均低于對照組的應變值(P<0.05),其三維應變參數均呈逐漸減低的趨勢,該實驗研究結果顯示:舒張期的應變值對SLE早期的診斷具有重要的臨床意義,見表4及圖2。

2.4 收縮期各個方向ROC曲線

GAS的ROC曲線下面積為0.978(P<0.05), 當臨界值為21.9時, 敏感度、特異度分別為93.3%、86.7%；GLS的ROC曲線下面積為0.971(P<0.05), 當臨界值為29.3時, 敏感度、特異度分別為80%、86.7%；GCS的ROC曲線下面積為0.842(P<0.05), 當臨界值為19.5時, 敏感度、特異度分別為66.7%、93.3%；GRS的ROC曲線下面積為0.813(P<0.05), 當臨界值為48.4時, 敏感度、特異度分別為86.7%、73.3%,見圖3。

圖1 正常人及SLE患者收縮期應變曲線及17節段牛眼圖。A～D分別為正常人GLS、GCS、GRS、GAS；E-H分別為SLE患者GLS、GCS、GRS、GAS。

圖2 正常人舒張期及SLE患者SI-DI應變曲線及17節段牛眼圖。A～D分別為正常人L-SI-DI、C-SI-DI、R-SI-DI、A-SI-DI；E-H分別為SLE患者L-SI-DI、C-SI-DI、R-SI-DI、A-SI-DI。

表4兩組超聲 3D-STI舒張期SI-DI 應變參數比較 %

注:L-SI-DI:縱向應變顯像舒張指數；C-SI-DI:圓周應變顯像舒張指數；R-SI-DI:徑向應變顯現舒張指數；A-SI-DI:面積應變顯像舒張指數。

圖3 收縮期各個方向,ROC曲線

2.5 SI-DI各個方向ROC曲線

研究應用ROC 曲線對SLE患者各方向 SI-DI 進行篩選,最終確定診斷SLE的敏感指標。L-SI-DI、C-SI-DI、R-SI-DI 及A-SI-DI 的曲線下面積分別為0.871、0.902、0.902、0.907。當C-SI-DI 以20.4為診斷SLE心肌病變的截斷值時,其敏感度最高,為 93.3%,Youden 指數最高,為 0.77，當A-SI-DI 及R-SI-DI以12.4及17.3為SLE心肌病變的截斷值時,其特異度最高,均為93.3%,Youden 指數均為0.80。

圖4 SI-DI 各個方向ROC曲線

3 討 論

系統性紅斑狼瘡(systemic lupus erythematosus,SLE)，是一種累及全身的多個臟器的自身免疫性的疾病,當SLE患者出現于免疫炎癥反應時,其受到的損傷，也就越發的嚴重[4]。近年來,SLE 合并心血管并發癥的死亡率也在逐年攀升,目前,此現象已成為 SLE 患者的主要死亡原因之一[5]。同時，有研究結果顯示:SLE 患者發生心血管疾病(cardiovascular disease,CVD) 的概率,大概是正常人群發生CVD的7倍[6]。SLE 患者出現的心臟病變主要包括以下幾個方面:冠狀動脈性心臟病,瓣膜病變,心肌病變,心包炎以及肺動脈高壓(pulmonary artery hypertension,PAH)等, 若要對其進行診斷以及評估，在大部分的情況下,多需要依賴于的影像學檢查方法。而超聲心動圖,在SLE的診斷過程中,因其具有無創、簡便等的優點,對疾病的診斷起到較為重要的作用。常規超聲心動圖檢查主要包含:①M型超聲②二維超聲③頻譜多普勒④彩色多普勒⑤組織多普勒⑥經食管超聲心動圖(transesophageal echocardiography,TEE) 等。除此之外,新近些年發展的新的項目與技術：例如：實時三維超聲心動圖(real-time three-dimensional echocardiography,RT- 3DE)以及斑點追蹤技術,這些技術也在相關的心臟疾病的診療過程中,起到關鍵性的作用。

4D Auto LVQ 技術:是一種評價心肌功能的技術的較為嶄新的研究成果,它能夠對整個心動周期中,左心室容積的變化規律進行實時的、并且有效的分析,其關鍵的核心技術為:實時三維斑點追蹤技術,此技術能夠在三維的空間內,能夠對記錄連續的心臟全容積圖像，進行有效的分析,同時能夠追蹤到心室內,各個斑點的運動軌跡,進而能夠從多個方向,對心臟的心肌進行有效的評價。最終,通過軟件計算可以得出左心室整體的以及局部的心肌應變,然后再通過數值，對心臟整體以及局部的功能，再進行有效且快速的評估。此技術能夠全方位的,同時精準的評價，心肌在三維空間的運動情況,該項技術目前是評價左心室心肌GLS、GCS、GRS、GAS的新方法,而由上述可知,4D Auto LVQ 技術,它能夠在一定程度上,較其他常規參數更具有理論上精準性以及全面性[7]。而舒張指數SI-DI：它是心臟舒張期前1/3 時相的心肌的舒張情況,該指數，能夠較為精確的評價左心室的舒張功能[8]。

本實驗研究結果表明:SLE組患者與對照組的常規超聲測量指標如下:左心室舒張末期內徑(LVEDd)、左心室收縮末期內徑(LVEDs)、室間隔舒張末期厚度(IVSd)、室間隔收縮末期厚度(IVSs)、左心室后壁舒張末期厚度(LVPWd)、左心室后壁收縮末期厚度(LVPWs)、收縮末期容積(ESV)、心率(HR),以上結果與正常組相比較,其差異性不存在統計學意義。而其他常規參數顯示: SLE組患者，其左心室射血分數(LVEF)及左心室縮短分數(LVFS)、左室舒張末期容積(EDV)、每搏輸出量(SV)、心輸出量(CO)與正常組相比較，數值均表現為降低趨勢,且差異有統計學意義(P<0.05), 表明SLE 組的心臟收縮、舒張功能，以及對左室的幾何構型已經發生明顯改變。SPI:是一種評價左心室幾何構型改變的新參數,在對照組以及SLE 組的比較中,其差異亦無統計學意義(P>0.05)；該實驗研究結果還表明:LV EDmass及LV ESmass與對照組相比較，數值均呈現增大趨勢,并且差異有統計學意義(P<0.05),SLE組GLS、GCS、GRS、GAS的應變值與對照組相比較，均呈現降低趨勢(P<0.05),以上實驗結果顯示:左室心肌整體收縮功能，可能已經出現受損的情況,而潛在的原因可能是:SLE致相關免疫復合物的沉積, 或者是在激活補體后,周圍血管發生了炎性改變,從而使得心肌出現受損情況,以上相關因素可導致:心肌間質膠原纖維能夠發生變性,進而使心肌的收縮功能受到顯著的影響[9]。另外，有實驗研究結果顯示:面積應變,可能是縱向應變以及圓周應變的有機結合,面積應變的敏感性，或許會高于其他三項應變[10]；本研究應用 RT3D-STI技術,對SLE患者所對應的三維應變舒張參數進行了有效的分析，以及積極評價,實驗結果表明:L-SI-DI、C-SI-DI、R-SI-DI、A-SI-DI 均低于對照組(P<0.05),而與對照組相比，差異均有統計學意義(P<0.05),而A-SI-DI的差異最大,表明：A-SI-DI對SLE患者心肌損害更敏感、準確、三維應變參數均呈現出逐漸降低的趨勢,這就表明,該實驗研究成果對SLE的早期診斷，可能具有重要的意義,并且能夠準確的反映出：左室心肌在舒張期的應變,而SLE患者的心肌功能損害，有可能會累及到心肌,這與SLE的心肌病理結果改變相符合,而在心內膜下,內層的心肌對缺血更加敏感[11]。因此,該組的SLE患者均屬于心臟受累早期情況,這與薛娜[12]等人的研究較為一致。

SLE 患者,若發生冠狀動脈的病變以及產生心內膜炎癥等臨床癥狀,首先會累及內層縱行的心肌,具體表現是:心肌長軸運動的功能出現減退情況。在本實驗的研究結果中,心肌應變的各變量中 GAS及GLS曲線下面積最大。此結果提示：面積應變及長軸應變,有可能作為早期對心肌損傷檢測的最敏感的指標。在四個應變中,同時有文獻數據表明:面積的變化可以表示：局部心肌的應變,同時與長軸應變,圓周應變核仁徑向應變互相關聯。因此,面積應變，有可能會相當于其他3個方向應變的綜合應變[13], 從而能夠較全面的體現心肌收縮功能產生的變化。而多項實驗研究結果顯示:SLE 心肌細胞，若發生代謝情況的異常,則會影響心肌，并導致心肌產生炎癥反應,此類情況會致使心肌長軸、圓周、徑向的運動功能逐漸的減退,從而,最終能夠影響面積應變。本實驗結果顯示: GAS的曲線下面積為0.978， 與GLS相近, 提示面積應變及長軸應變,有可能作為綜合反映心肌功能變化的指標。GAS的ROC曲線下面積為0.978(P<0.05), 當臨界值為21.9時, 敏感度、特異度分別為93.3%、86.7%；GLS的ROC曲線下面積為0.971(P<0.05), 當臨界值為29.3時, 敏感度、特異度分別為80%、86.7%；GCS的ROC曲線下面積為0.842(P<0.05), 當臨界值為19.5時, 敏感度、特異度分別為66.7%、93.3%；GRS的ROC曲線下面積為0.813(P<0.05), 當臨界值為48.4時, 敏感度、特異度分別為86.7%、73.3%。

研究應用ROC 曲線對SLE患者各方向 SI-DI 進行有效的篩選,最終確定診斷SLE的敏感指標。當C-SI-DI 以20.4為診斷SLE心肌病變的截斷值時,其敏感度最高,為 93.3%,Youden 指數最高,為 0.77，當A-SI-DI 及R-SI-DI以12.4及17.3為SLE心肌病變的截斷值時,其特異度最高,均為93.3%,Youden 指數均為0.80；該實驗結果顯示:若應用 RT3D-STI 技術對C-SI-DI、A-SI-DI 及R-SI-DI進行聯合性的對比評估,有可能會提高超聲診斷早期SLE患者的精準性。

本研究的局限性:①三維斑點追蹤技術，均要求清晰并且高質量的圖像；②在進行圖像后處理時,進行人為操作的準確性③處理的樣本量相對較小③客觀影響因素：存在患者的個體差異等。

綜上所述, 4D Auto LVQ 技術作為一種評價心肌應變的新技術,且其三維斑點追蹤技術具有快捷、全面、重復性好的優點,在日常診療工作過程中,可以更加敏感、全面的早期評估SLE 患者的心肌受損狀況。同時，對SLE患者左心室收縮及舒張功能進行有效的評價,并為臨床早期干預和積極治療疾病，提供更客觀以及更全面的診療依據。