三維斑點追蹤超聲心動圖評價陣發性房顫患者的左房功能及其與左室充盈壓相關性的病例對照研究

包麗雯 程 蕾 包麗蓮 沈 俊 洪尚志 施海明 黃國倩

（復旦大學附屬華山醫院心內科 上海 200040）

房顫是臨床最常見的心律失常之一，卒中/動脈血栓形成和心力衰竭是房顫最重要的臨床結局事件［1］。隨著抗凝治療理念的更新和推廣，房顫患者的卒中/動脈血栓得到顯著控制，但是針對房顫患者心力衰竭的預防、早期診斷和治療仍然十分困難。既往研究發現，左房（left atrial，LA）功能異常與心力衰竭的發生和進展密切相關，因此全面準確地評價陣發性房顫（paroxysmal atrial fibrillation，PAF）患者的左房結構和功能，并提前干預，可以為解決以上臨床問題提供技術支持。

目前臨床上最易獲得且最常用的評價左房功能的技術是二維傳統超聲技術，測量左房容積及其在心動周期不同時相的變化，獲得左房整體、主動及被動的射血分數；或運用二維斑點追蹤技術［2］，從縱向應變的角度評價左房在整個心動周期的變形能力，獲得左房的峰值應變、舒張早期應變和舒張晚期應變。上述容積及應變參數分別反映了儲器功能、管道功能和增壓泵功能。現已利用該技術預測房顫高危人群中新發房顫的概率［3］和房顫患者接受射頻消融術后房顫復發的概率［4］，調查腦梗死患者以PAF 為病因的進展情況［5］。

二維斑點追蹤技術有明顯的技術局限性［6-7］。首先，缺乏專業的左房分析軟件，而是借用了左室（left ventricular，LV）容積和應變的測量方法，左房壁與左室壁的厚度明顯不同，故左房測量會出現顯著誤差；其次，二維技術對左房的測量采圖平面有不同標準，有些建議只取四腔位參數，也有建議取兩腔位及四腔位參數的平均值；再次，以P 波為參照點和以QRS波為參照點的測量結果存在明顯差異（可達15%～20%），使各臨床研究無法互相比較。這些局限性導致不同研究者及同一研究者應用二維斑點追蹤技術進行左房測量的結果差異較大，重復性差。

三維斑點追蹤超聲心動圖規避了二維測量技術的局限性，可同步自動評估左房容積及應變在整個心動周期的變化，獲得各個時相的左房容積值、左房射血分數和左房應變，除提供傳統的左房長軸應變外，還可以獲得環向應變參數。本研究采用病例對照研究的方法，應用三維斑點追蹤技術評價PAF 患者的左房結構和功能，并觀察其與左室充盈壓的相關性。

資料和方法

研究對象及病史采集本研究為單中心、小樣本、病例-對照研究，通過復旦大學附屬華山醫院倫理委員會審批（批件號：2020-005），納入2019 年5—10 月在復旦大學附屬華山醫院房顫患者微信群及門診自愿接受三維斑點追蹤超聲心動圖檢查的PAF 患者，所有入組患者均簽署了知情同意書。由于樣本量較小，為了規避混雜效應，設定排除標準為：心力衰竭、冠心病、植入心臟起搏器、嚴重瓣膜病、特殊類型心肌病者。在心超室檢查人群中納入與入組PAF 患者年齡和性別配對的健康對照者。

一名研究者負責采集PAF 組的年齡、性別、體質指數（body mass index，BMI）、高血壓病史、糖尿病病史、冠心病史、卒中/動脈血栓病史、CHA2DS2-VASC2、房顫病史時長、紐約心功能分級、藥物使用史等資料，同時記錄配對健康對照者的年齡、性別、BMI、高血壓病史、糖尿病病史等。該研究者不參與圖像采集及圖像分析工作。

心超操作、分析流程和采集參數超聲心動圖圖像采集由高年資心超室醫師完成，該醫師不參與病史采集及圖像分析。本研究使用GE Vivid E95超聲診斷儀對研究對象進行經胸超聲心動圖檢查。所有超聲圖像采集及測量均參照現行美國超聲心動圖學會指南［8］。患者取左側臥位，連接心電圖：先使用M5S 探頭（3.5～5 MHz）以50～80 幀/s 采集標準心尖四腔切面、心尖兩腔切面及心尖三腔切面等二維圖像；再切換為經胸3V 四維探頭（2～4 MHz），囑患者屏氣，在竇性心律下采集包含1 個心動周期的三維超聲圖像，采集過程應包含完整左房，容積幀頻超過12 容積/s。所有圖像數字化存儲，供下線分析。

測量左房參數：將所采集的圖像導入專用離線分析工作站（EchoPAC 2.0 版），采用左房定量軟件（4D Auto LAQ）進行分析。軟件生成以下參數：（1）左房三維容積參數，包括左房內徑（前后徑、上下徑和左右徑）、左房最大容積（maximal LA volume，LAVmax），左 房 最 小 容 積（minimal LA volume，LAVmin）、左房收縮前容積（LA volume at the onset of atrial contraction，LAVpreA）、左房最大容積指數（maximal LA volume index，LAVImax）、左房射血分數（LA ejection fraction，LAEF）、左房射血容積（LA ejection volume，LAEV）；（2）左房縱向及環向應變參數，包括峰值左房長軸應變（peak LA longitudinal strain，LASr）、舒張早期左房長軸應變（early diastolic LA longitudinal strain，LAScd）、舒張晚期左房長軸應變（late diastolic LA longitudinal strain，LASct）、峰 值 左 房 環 向 應 變（peak LA circumferential strain，LASrc）、舒張早期左房環向應變（early diastolic LA circumferential strain，LAScdc）、舒張晚期左房環向應變（late diastolic LA circumferential strain，LASctc）。其他參數包括二維超聲心動圖記錄的左室舒張末期容積（LV enddiastolic volume，LVEDV）、左室收縮末期容積（LV end-systolic volume，LVESV）、左室舒張末期內徑（LV end-diastolic diameter，LVEDD）、雙 平 面Simpson 法評估的左室射血分數（LV ejection fraction，LVEF）。采用血流多普勒或組織多普勒評估通過二尖瓣多普勒血流早期充盈速度（E 峰）、通過二尖瓣多普勒血流晚期充盈速度（A 峰）、E 峰/A峰（E/A）、通過二尖瓣多普勒血流早期充盈速度/室間隔心肌運動速度與側壁心肌運動速度的平均值（E/e’）。由于室間隔心肌運動速度e’較側壁e’低，室間隔E/e’較側壁獲得的E/e’偏高，因此必須測量e’平均值來反應E/e’。

測量參數的可重復性評價圖像采集完成后，由另外2 名研究者在EchoPAC 工作站內對圖像數據進行分析。每名研究者對圖像進行2 次分析，以規避研究者自身的組內差異。取2 名研究者采集圖像的平均值作為最終的評價指標，以規避組間差異。若所分析的參數大于10 個標準差，則要求重新分析圖像并再次評價。

統計學分析采用STATA13.0 軟件進行統計分析。正態分布的數據以±s表示，非正態分布的數據以中位數（Q1，Q3）表示。正態分布及方差齊性的兩組資料，用t檢驗進行組間比較；非正態分布或非方差齊性的兩組資料，用秩和檢驗進行組間比較。用Pearson 相關系數或Spearman 相關系數檢測對左房結構和功能及左房與左室充盈壓進行相關性分析。P＜0.05 為差異有統計學意義。

結 果

兩組一般資料比較對來自微信平臺的234 例房顫患者及門診患者進行招募，根據入排標準，共32 例PAF 患者簽署知情同意書并接受檢查，其中9例因心力衰竭（2 例）、冠心病（3 例）、重度二尖瓣狹窄（1 例）、重度二尖瓣反流（1 例）、重度三尖瓣反流（1 例）和肥厚性心肌病（1 例）被排除。最終23 例PAF 患者和23 例年齡、性別匹配的健康對照者被納入研究（圖1）。研究者分析所得參數的自身差異及研究者間差異均無統計學意義。PAF 組平均年齡（66.2±4.3）歲，73.9%為男性，30.4%有高血壓病，4.3%有糖尿病（表1）。

表1 PAF 組和健康對照組的基線資料比較Tab 1 Baseline characteristics in PAF group and healthy control group （±s）

表1 PAF 組和健康對照組的基線資料比較Tab 1 Baseline characteristics in PAF group and healthy control group （±s）

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圖1 PAF 組和健康對照組的三維超聲圖像（包括左房的立體結構及相關參數和不同時相的容積曲線）Fig 1 LA motion tracking analysis in PAF group and healthycontrol group（containing reconstructed LA and outputparameters and LA strain/volume-time curve）

兩組左房結構和功能比較PAF 組的左房容積明顯增大，其中LAVmax［（52.1±14.1）mLvs.（45.3±11.9）mL，P=0.05］、LAVmin［（29.3±8.7）mLvs.（21.4±6.6） mL，P＜0.01］ 、LAVpreA［（43.1±12.4）mLvs.（35.3±9.2）mL，P=0.01）均顯著高于健康對照組，與E/A 顯著相關（r=0.54，P=0.02；r=0.56，P=0.01；r=0.61，P=0.01）（圖2）。PAF組LAEF（45.2%±8.8%vs.54.0%±7.0%，P＜0.01）、LASr（16.1%±5.4%vs.20.5%±6.6%，P=0.01）、LASrc（21.7%±10.1%vs.32.8%±7.6%，P＜0.01）、LAScdc（-6.9%±5.8%vs.-10.3%±5.0%，P=0.02）、LASctc （ -14.6%±9.3%vs.-22.1%±7.2%，P=0.01）均顯著低于健康對照組（表2），與E 峰、A 峰、E/A 或E/e’均不相關。PAF 組的LAVImax 高于健康對照組［（29.4±7.4）mL/m2vs.（26.0±6.6）mL/m2，P=0.09］，但差異無統計學意義，其與E 峰及E/e 相關（r=0.47，P=0.03；r=0.43，P=0.05）（圖2）。

圖2 左房容積指數與左室充盈壓相關性Fig 2 Correlation between LA volume index and LV filling pressure

表2 PAF 組和健康對照組的左房結構和功能比較Tab 2 LA structure and function in PAF group and healthy control group （±s）

表2 PAF 組和健康對照組的左房結構和功能比較Tab 2 LA structure and function in PAF group and healthy control group （±s）

LAVmin：Minimal LA volume；LAVmax：Maximal LA volume；LAVpreA：LA volume at the onset of atrial contraction；LAVImax：Maximal LA volume index；LAEV：LA ejection volume；LAEF：LA ejection fraction；LASr：Peak LA longitudinal strain；LAScd：Early diastolic LA longitudinal strain；LASct：Late diastolic LA longitudinal strain；LASrc：Peak LA circumferential strain；LAScdc：Early diastolic LA circumferential strain；LASctc：Late diastolic LA circumferential strain.

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PAF 組的LVEDD、LVEDV 和LVESV 均高于健康對照組，但兩組差異無統計學意義，用Simpson法描記的LVEF 基本相同。PAF 組的E 峰［（76.7±18.5）cm/svs.（67.8±14.3）cm/s，P=0.05）］和E/A（0.9±0.3vs.0.8±0.1，P=0.01）均顯著高于對照組，PAF 組的E/e’高于健康對照組，但兩組差異無統計學意義（表3）。

表3 PAF 組和健康對照組的左室結構及功能比較Tab 3 LV structure and function in PAF group and healthy control group

討 論

應變是心肌發生形變的能力［6］（即心肌長度的變化值占心肌原長度的百分數），應變率是心肌發生形變的速度（即心肌運動在超聲束方向上的速度梯度，即局部兩點之間的速度差除以兩點之間的距離）。斑點追蹤技術是目前超聲最常用的計算心肌應變和應變率的技術，通過分析心動周期中心肌回聲斑點的位移，經過特定處理后，將單個回聲斑點融合成核粒，核粒組成一系列超聲指紋，在心動周期中被軟件追蹤并記錄下來。在二維灰階成像條件下，系統不依賴多普勒信號，可清晰分析每個核粒的運動，計算出心肌運動速率、應變力（縱向應變、徑向應變和周向應變）、應變率以及選定心肌節段的旋轉率。斑點追蹤技術描繪的應變曲線可將同一平面的任意兩處心肌應變進行平行比較，更好地反映局部心肌的收縮力變化，反映節段性心肌運動的異常及心肌的同步化。但二維斑點追蹤僅在二維平面計算心肌的應變，忽略了心肌三維扭矩和扭力的運動模式，三維斑點追蹤技術能精確的記錄下心肌三維運動模式下的應變改變。

在一個心動周期中，左房通過儲器、管道、增壓泵［7，9］這3 個 相 互 影 響 的 自 身 功 能 來 調 節 左 室 充 盈壓和心血管整體表現：儲器功能是二尖瓣開放時，心室收縮期，左房接收來自肺靜脈血流的能力，它由心房的僵硬度和順應性決定，反映左室舒張能力，也充分反映肺毛細血管楔壓，在應變中用峰值左房長軸應變和峰值左房環向應變來表示；管道功能是儲器功能與增壓泵功能的差值，在心室舒張早期，由管道功能泵出左房的肺靜脈，促使血壓流入左室，它主要由左房順應性決定，同時與左室僵硬度密切相關，在應變中用舒張早期長軸應變和環向應變來表示；增壓泵功能是左房收縮前心室舒張晚期出現的一個平臺期的應變值，左房增壓泵可增加左室充盈，該功能由左房的收縮力及收縮時間決定，受到左房前負荷（肺靜脈回流）、左房后負荷（左室舒張末壓力）和左室收縮末期的儲備能力的影響，在應變中用舒張晚期長軸應變和環向應變來表示。

基底段心房肌呈環向排列［3］，其余心房肌呈軸向排列，并由左房后部向前插入二尖瓣環的心房肌周圍。既往研究認為左房的收縮功能主要依賴長軸心肌的縮短運動，將二尖瓣環向心房后部牽拉，因此僅評價長軸心肌作用即可。但左房功能其實也受到左房環向心房肌的影響，過去的二維斑點追蹤技術不能評價該功能，但三維斑點追蹤技術可以準確評價左房環向心肌功能改變。我們研究顯示，左房的三個環向應變功能低于健康對照組，這在既往的研究中未有報告。

高血壓病是房顫發生發展的主要病因［7］。高血壓狀態下，后負荷增加致左室腔內壓力升高，左房管道功能受損，為了給左室提供足夠的充盈灌注和心搏量，左房增壓泵功能（左房收縮力）增加，后者使得肺靜脈回流血量增加、肺靜脈壓力升高，左房前負荷亦隨之增加，左房擴大。左房增大后，心房肌排列紊亂，心房纖維化，心房出現再入電流，誘導房顫發生，由此心房功能逐漸減退，左心輸出量隨之明顯下降，左房容量負荷在惡性循環中進一步加重，左房纖維化加劇，再入電流增加，維持房顫的外力永存下來，房顫負荷不斷增加，終末演變為永久性房顫，并進一步導致心功能下降。

左房功能改變先于左房結構改變，三維斑點追蹤技術可量化評價左房功能，對房顫患者的左房功能進行評估，在預測心力衰竭發生、識別房顫負荷等［10-16］臨床研究和臨床工作中發揮重要作用。

從我們對PAF 患者的研究看，長軸應變改變中，僅峰值長軸應變一項與健康對照組有差異，而舒張早期與舒張晚期的長軸應變值，兩組比較未見明顯差異。傳統二維斑點追蹤技術中無法評價環向應變，而兩組相比儲器功能、管道功能、增壓泵功能都發現明顯差異，這是目前研究中較少關注的。目前左房功能的評估主要集中在縱向應變，尤其是代表儲器功能的左房縱向峰值應變，而對于環向應變成分研究較少，其臨床意義也不明確，是否環向應變在反映心房功能方面更加敏感，有待于進一步評估。但與之前比較不同的是，左房功能改變與左室舒張功能指標變化無明顯相關性，而左房容積變化與左室充盈壓變化顯著相關。

本文是小規模的病例對照研究分析，且僅在橫斷面對PAF 和健康對照組做左房結構和功能的比較，并探索其與左室充盈壓力的關系。我們正在進行更大規模的患者入組，并設計了前瞻性隊列研究，擬分析PAF 患者左房功能對預測卒中、心力衰竭和腦功能異常的作用。

本研究初步證實三維斑點追蹤超聲心動圖可全面評價PAF 患者左房結構和功能，對比二維斑點追蹤技術，三維斑點追蹤技術將在臨床工作中發揮更大的作用，對房顫患者的綜合管理和預后預測具有積極的推動作用。

作者貢獻聲明包麗雯 患者入組，病史采集，論文撰寫。程蕾，包麗蓮 數據平臺參數分析。沈俊 圖像采集。洪尚志 數據統計。施海明研究指導。黃國倩 研究指導，論文審閱。

利益沖突聲明所有作者均聲明不存在利益沖突。