三維縱向分層應變技術定量評價冠心病回旋支狹窄程度的研究

段 娜 欒 波▲ 朱 芳 丁明巖

1.中國醫科大學人民醫院 遼寧省人民醫院心內科，遼寧沈陽 110016；2.中國醫科大學人民醫院 遼寧省人民醫院心功能科，遼寧沈陽 110016

冠狀動脈粥樣硬化性心臟病（coronary atherosclerotic heart disease，CHD）是全球范圍內發病率極高的心血管疾病，近10 年來我國CHD 的發病率及死亡率呈上升趨勢[1-2]。冠狀動脈造影術（coronary angiography，CAG）是目前臨床診斷冠狀動脈狹窄的金標準[3-4]，但是該方法無法早期發現冠狀動脈病變。普通超聲心動圖具有無創、簡便等特點，但普通超聲檢查是將左心室壁的整體為研究對象進行評價。心肌分層應變技術能夠自動將心肌分為三層進行評價，最終進行定量評價每層心肌功能的變化[5]。本研究應用心臟三維斑點追蹤技術（there-dimensional speckle tracking imaging，3D-STI）評價不同冠狀動脈LCX 狹窄患者左心室各層心肌整體和局部的縱向心肌應變指標，進而探討3D-STI對于CHD 早期診斷的臨床價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料

收集2018 年6 月～2019 年10 月在遼寧省人民醫院心內科行冠狀動脈造影提示LCX 狹窄的患者85 例。根據CAG 結果的冠狀動脈狹窄程度將患者分為三組：輕度狹窄組26 例，狹窄率≤50%；中度狹窄組31 例，50% ＜狹窄率≤75%；重度狹窄組28 例，75% ＜狹窄率≤100%。另入選同期31 例CAG 證實冠狀動脈無明顯狹窄患者作為正常組。

納入標準：冠狀動脈造影為LCX 單支病變；普通心電圖未見明顯異常；常規超聲心動圖檢查無明顯室壁節段運動異常而且左心室射血分數（left ventricular ejection fraction，LVEF）＞50%的患者。

排除標準：經冠狀動脈造影證實是兩支以上病變；既往診斷明確的心肌梗死、瓣膜病、心肌病和先天性心臟病；伴有嚴重心律失常、嚴重肝腎功能不全、嚴重缺血缺氧性疾病；體重偏大透聲條件差，超聲圖像質量欠佳無法分析。

1.2 研究方法

1.2.1 臨床資料收集 收集入選患者的年齡、性別、既往史等基本臨床資料，以及冠脈造影結果、普通心臟超聲結果和3D-STI 結果。

1.2.2 冠脈造影檢查及結果判定 所有冠脈造影患者采用Seldinger 法穿刺橈動脈/股動脈，置入動脈鞘管后，根據患者體重給予相應計量肝素，然后進行多方位、多角度選擇性冠脈造影。造影結束后，采用系統自帶軟件，應用QCA（quantitative coronary angiography）方法測量病變血管的直徑狹窄率（diameterstenosis rate）。所測指標由兩名具有高級職稱的心內科醫生測量后取平均值。

1.2.3 超聲心動圖檢查及結果判定 采用GE Vivid E9 超聲診斷儀，二維M5SC 探頭，頻率為1.7 ～3.3MHz；三維4V 探頭，頻率為1.7 ～4.0MHz，幀頻25 ～40 幀/s，后期圖像分析使用EchoPAC 工作站。

常規超聲心動圖檢查及結果分析：根據2019 年美國超聲心動圖學會（American Society of Echocardiography，ASE）成人經胸超聲心動圖檢查指南[6]測得常規二維超聲心動圖參數，其中包括：左心房收縮期二尖瓣口血流速度（A 峰），左心室舒張早期二尖瓣口血流速度（E 峰），E 峰與A 峰的比值（E/A），采用simpson 雙平面法描記心內膜邊界，勾畫出左心室收縮末期容積（left ventricular endsystolic volume，LVESV）和左心室舒張末期容積（left ventricular end-diastolic volume，LVEDV），最后算出左心室射血分數（left ejection fraction，LVEF）和左心室搏出量（left ventricular volume，LVSV）等參數。

三維斑點追蹤技術檢查及結果分析：采用二維三平面法自動構建心尖三腔圖像和心尖兩腔圖像，存儲5 個心動周期的三平面圖像。然后應用EchoPAC 工作站對留存的入組患者的3D-STI 圖像進行脫機分析，應用4D AutoLVQ 在機軟件進行圖像分析。通過主動脈瓣a的血流頻譜來確定主動脈瓣開放和關閉的時間點，應用軟件自動計算并輸出測定結果，根據美國心臟病學會建議的標準化左心室節段劃分[7]，獲得左心室17 應變牛眼圖。進而計算左心室整體平均縱向應變值（average global longitudinal strain，GLS-Avg）、左心室基底六節段平均縱向應變值（basal segment global longitudinal strain，GLS-Bas）、左心室中間六節段平均縱向應變值（middle segment global longitudinal strain，GLS-Mid）、左心室心尖五節段平均縱向應變值（apex segment global longitudinal strain，GLS-Ap），所有測量參數均取3次平均值。

1.3 統計學方法

應用SPSS22.0 統計軟件進行統計和分析，其中計量資料以（±s）表示，計量資料需符合正態分布并且方差齊，采用單因素方差分析，兩兩組間數據應用LSD-t 檢驗。計數資料采用例數表示，組間比較采用χ2檢驗。以冠脈造影為金標準，繪制預測LCX 狹窄程度的受試者工作特征曲線（receiver operating charac teristic curve，ROC 曲線），確定曲線下最大面積（the area under the ROC curve，AUC）及最佳截斷值（cut-off value），評價不同應變參數的診斷效能。P ＜0.05 為差異有統計學意義。

表1 各組基本臨床資料比較

表2 常規超聲結果比較（±s）

表2 常規超聲結果比較（±s）

注：LVESV：左心室收縮末期容積；LVEDV：左心室舒張期末容積； LVEF：左心室射血分數；LVSV：左心室搏出量；E 峰：左心室舒張早期二尖瓣口血流速度；A 峰：左心房收縮期二尖瓣口血流速度；E/A：E 峰與A 峰的比值

組別 LVESV（mL） LVEDV（mL） LVSV（mL） LVEF E峰（cm/s） A峰（cm/s） E/A正常組 32.63±5.23 88.56±10.56 55.76±7.89 0.54±0.07 73.29±11.67 91.46±14.23 0.81±0.30輕度狹窄組 33.02±6.23 87.43±8.67 54.74±8.23 0.52±0.01 71.78±9.78 90.43±12.54 0.81±0.23中度狹窄組 34.35±4.65 89.83±10.43 55.76±8.45 0.54±0.02 72.26±9.78 93.53±11.45 0.80±0.21重度狹窄組 33.81±4.87 89.34±11.67 53.65±9.56 0.51±0.04 72.91±9.84 90.66±13.24 0.79±0.29 F 0.087 0.067 0.046 0.051 0.065 0.083 0.043 P＞0.05 ＞0.05 ＞0.05 ＞0.05 ＞0.05 ＞0.05 ＞0.05

表3 各組患者不同三維縱向應變參數結果比較（±s，%）

表3 各組患者不同三維縱向應變參數結果比較（±s，%）

注：GLS-Avg：左心室整體平均縱向應變值；GLS-Bas：左心室基底六節段平均縱向應變值；GLS-Mid：左心室中間六節段平均縱向應變值；GLS-Ap：左心室心尖五節段平均縱向應變值。與正常組比較，aP ＜0.05；與輕度狹窄組比較，bP ＜0.05

組別 n GLS-Avg GLS-Bas GLS-Mid GLS-Ap正常組 31 -18.17±1.66 -13.70±1.39 -18.18±2.04 -23.01±2.28輕度狹窄組 26 -16.11±1.61a -12.78±1.34a -16.82±1.61a -21.96±1.89中度狹窄組 31 -15.60±1.36a -12.61±1.54 a -16.41±1.47 ab -20.18±1.60ab重度狹窄組 28 -15.56±2.08a -12.40±1.57 a -15.71±1.82a -19.26±2.23ab F 16.185 4.647 10.506 20.708 P＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

2 結果

2.1 一般資料

所有入選患者正常組：平均年齡（52.6±3.6)歲，男 性18 例，吸 煙 史6 例，高 血 壓12 例，糖尿病7 例、高血脂9 例；輕度狹窄組：平均年齡（50.2±4.4）歲，男性16 例，吸煙史9 例，高血壓13例，糖尿病4 例，高血脂13 例；中度狹窄組：平均年齡（53.5±4.7）歲，男性19 例，吸煙史11 例，高血壓12 例，糖尿病8 例，高血脂12 例；重度狹窄組：平均年齡（52.4±3.9）歲，男性16 例，吸煙史8 例，高血壓15 例，糖尿病5 例，高血脂8 例。各組間比較差異無統計學意義（P ＞0.05）。見表1。

2.2 常規超聲結果比較

LCX 不同狹窄程度的各組間常規超聲參數LVEDV、LVESV、LVEF、LVSV、E 峰、A 峰、E/A 之間的比較差異均無統計學意義（P ＞0.05）。見表2。

2.3 各組患者不同三維縱向應變參數結果比較

四組間的三維縱向應變參數結果中，GLS-Avg、GLS-Bas、GLS-Mid 三組應變指標的不同程度狹窄與正常組比較差異有統計學意義（P ＜0.05），而GLS-Ap 組的輕度狹窄組與正常組比較差異無統計學意義（P ＞0.05），中、重度狹窄組與正常組比較差異有統計學意義（P ＜0.05）。另外，GLS-Mid組中，輕度狹窄組與中度狹窄組比較差異有統計學意義（P ＜0.05），GLS-Ap 組中輕度狹窄組與中、重度狹窄組比較差異有統計學意義（P ＜0.05）。見表3。

2.4 不同應變參數預測冠狀動脈LCX不同狹窄程度的ROC曲線分析

根據3D-STI 所得GLS-Avg、GLS-Bas、GLS-Mid、GLS-Ap 參數繪制ROC 曲線并計算相應值（表4 ～5，圖1 ～2）。其中GLS-Ap 診斷效能最優，在診斷LCX中度狹窄（50%＜狹窄率≤75%）中，AUC 為0.817、截斷值為-21.55%、敏感度為80.6%、特異度為75.0%、正確指數為0.556；診斷LCX 重度狹窄（75%＜狹窄率≤100%）中，AUC 為0.895、截斷值為-21.45%、敏感度為82.1%、特異度為83.9%、正確指數為0.660。

表4 診斷中度狹窄ROC曲線分析值

表5 診斷重度狹窄ROC曲線分析值

圖1 診斷中度狹窄ROC 曲線圖

圖2 診斷重度狹窄ROC 曲線圖

3 討論

CHD 是因冠狀動脈粥樣硬化斑塊逐步形成并進展后，導致的冠狀動脈血管管腔狹窄甚至堵塞，或因冠狀動脈功能性改變（如痙攣等）導致冠狀動脈血流量下降，心肌血氧供與需之間不平衡而引起心肌組織缺氧、缺血、壞死等心肌損害所致的臨床癥狀。心肌細胞的缺氧、缺血、纖維化及壞死可導致心肌的舒張勢能減少和低灌注狀態，早期可以導致局部或整體心肌的順應性減退，晚期則出現左心室心肌的整體運動不協調、心肌纖維化、收縮能力下降及舒張順應性減退等改變[8-9]。

冠狀動脈主要分為左、右兩支，血管開口分別在主動脈根部的左、右冠狀動脈竇。左冠狀動脈由左冠狀動脈竇發出后稱為左主干，然后分出前降支和回旋支。回旋支從左主干發出后沿左房室溝向心室壁的左后方走行至心臟后室間溝，主要負責支配左心室的側壁、部分后壁以及左心房的供血，同時回旋支解剖差異較大，因此LCX 狹窄后出現心肌缺血的心電圖變化不明顯，加大了通過心電圖判斷LCX 狹窄的難度[10]。

CAG 目前是臨床診斷冠狀動脈狹窄的金標準，但是該方法費用高、而且是有創檢查同時還有輻射的危害，因此無法成為篩查CHD 的常規方法[11]。心肌核素顯像和心臟核磁共振顯像兩種技術雖然都能夠分析心肌灌注情況，但價格昂貴、檢查時間較長，因此臨床應用受限。而超聲檢查費用低、方便快捷、無創可重復，所以臨床應用廣泛。

常規超聲心動圖對心肌的評價多在缺血心肌的整體機械運動方面，主要包括目測法評價心臟各室壁運動情況和Simpson 雙平面法計算左心室的射血分數。但心功能損害的早期室壁整體運動可無異常，同時目測受操作者主觀影響較大，而且在部分心肌缺血和心肌梗死早期，心室壁已經出現節段性功能改變時二維超聲心動圖并不能發現明顯的室壁整體運動異常[12-13]。

超聲斑點追蹤成像（speckle tracking imaging，STI）是應用心動周期中心肌組織的斑點活動軌跡來取得心肌應變指數，并定量評價心臟收縮及舒張功能[14]。二維斑點追蹤技術（2D-STE）能夠定量的評價心肌整體和局部的收縮功能，無角度依賴性，能夠較準確、無創地反映局部及整體心肌功能對早期CHD 心肌缺血有重要的診斷價值[15-16]。三維斑點追蹤顯像（three-dimensional speckle tracking imaging，3D-STI）則是對心肌固有斑點的三維空間運動，進行追蹤成像來定量評價心肌的功能，通過這種多平面立體式的監測方法，克服了二維斑點追蹤成像不能夠在同一個心動周期內進行成像的缺點，可以更好地顯示心肌感興趣區的斑點真實的運動軌跡，進而定量檢測患者的心功能[17]。

作為一個三維立體空間，心室肌是由三層肌肉組成，包括右手螺旋方向的心內膜下心肌、環形方向的中層心肌和左手螺旋方向的心外膜下心肌，心室肌舒張和收縮運動是一個非常復雜的過程。有研究發現與心外膜下的心肌相比，心內膜下心肌能夠更敏感的反應心肌的缺血程度[18-19]，但心肌整體應變不能反映不同心肌層面的損傷。而且研究發現左室心肌長軸方向運動對左心室的收縮功能起主要作用[20]。心肌應變是指心肌在張力作用下發生的形變能力，通過3D-STI 可以測量左心室局部和整體的縱向應變（longitudinal strain，LS）、圓周應變（circumferential strain，CS）、徑向應變（radial strain，RS）、面積應變（area strain，AS）心肌收縮期的應變峰值，可以定量的反映左室心肌的形變能力，是臨床評價心臟整體和局部收縮功能的新指標。目前已有國外研究證明3D-STI 能夠準確測量心肌應變，精確客觀的評估局部和整體心臟功能[21-22]。在這些參數中，心肌縱向應變參數主要評價心內膜下心肌縱向收縮能力，而環向應變參數主要評價心肌中層的收縮能力。因為心內膜下心肌與心肌中層和外層相比，更容易感受到心室腔內的壓力改變和冠狀動脈血供改變的影響，所以出現冠狀動脈狹窄時，左心室的縱向收縮功能受到影響比較早，心肌的縱向應變變化出現的也較早，而此時心肌的圓周及徑向應變變化尚未出現[23]。目前國內外已有研究將縱向應變技術應用于CHD 的診斷，并已證實心肌縱向應變技術在一定程度上可以評價心肌的缺血程度[24-25]。

心肌分層應變技術是在二維斑點追蹤技術（two-dimensional speckle tracking imaging，2D-STI）的基礎上，自動將心肌分為三層，然后分別追蹤三層心肌的聲學斑點同時取得不同心肌層的應變參數，最后定量評價每層心肌形狀的改變和功能的改變[5]。現有研究發現心肌分層應變技術對早期評估心肌缺血有一定的臨床價值[26-27]。

因此本研究分析心肌縱向分層應變參數對LCX 的影響。通過研究發現，在常規超聲心動圖參數中，LCX 不同程度狹窄的各組間超聲指標無明顯差異。通過四組間的三維縱向應變參數結果比較發現，GLS-Avg、GLS-Bas、GLS-Mid 三組應變指標的不同程度狹窄與正常組相比較均有明顯差異，而GLS-Ap 組輕度狹窄組與正常組比較無明顯差異，中、重度狹窄組與正常組比較有明顯差異。另外，GLS-Mid 組中，輕度狹窄組與中度狹窄組比較有明顯差異， GLS-Ap 組中輕度狹窄組與中、重度狹窄組比較均有明顯差異。進一步將所得GLS-Avg、GLS-Bas、GLS-Mid、GLS-Ap 參數繪制ROC 曲線并計算相應值，發現GLS-Ap 診斷中重度狹窄效能最優。分析其原因可能因為LCX 出現＞50%狹窄的動脈硬化后，遠段細小血管更容易受到缺血、缺氧的影響，因此較其他位置更早出現運動異常。

綜上，本研究發現對于LCX 中重度狹窄的患者，早期可以應用3D-STI 進行篩查診斷，其中以GLS-Ap 診斷效能最優。