四維斑點追蹤顯像評價糖尿病患者左心房心肌功能的臨床價值

高繼康 陳曉冰 黃文凡 張雨濛 馬芳花 何海生

糖尿病患病率近年來呈不斷升高的趨勢，糖代謝紊亂會引起心血管改變，導(dǎo)致不良心血管病事件發(fā)生[1]。糖尿病心肌病在病變早期即可表現(xiàn)為心室舒張功能明顯異常，可導(dǎo)致左心房排血阻力增加，繼而可引起心房顫動、心力衰竭、中風(fēng)及死亡等危險事件發(fā)生[2]。筆者采用四維斑點追蹤顯像觀察糖尿病患者左心房心肌功能的變化，探討該方法對左心房儲備與排血功能變化的診斷價值，旨在為減少糖尿病患者心血管并發(fā)癥的發(fā)生、監(jiān)測糖尿病治療療效提供參考。

1 對象和方法

1.1 對象 選取2021年1至12月杭州市臨平區(qū)第一人民醫(yī)院收治入院的2型糖尿病患者95例，其中男57例，女36例，年齡21～86（59.56±14.51）歲；糖尿病病史為1～600個月，中位病史為149.57（45.00，222.00）個月。排除標(biāo)準(zhǔn)：（1）慢性阻塞性肺疾病、肝硬化、血液系統(tǒng)疾病等病史患者；（2）常規(guī)心電圖檢查提示心肌梗死及房顫等嚴(yán)重心律失常；（3）腎功能不全患者（血肌酐＞130 μmol/L）。選取本院健康體檢人群65名作為正常對照組，其中男37名，女28名，年齡20～79（58.34±13.25）歲；均無高血壓、冠心病、肺心病、慢性腎病、糖尿病等病史，靜息狀態(tài)下常規(guī)心電圖檢查未見明顯心肌梗死及心律失常表現(xiàn)。糖尿病組與正常對照組體重、BMI比較差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05），其余年齡、性別、身高、體表面積（body surface area,BSA）、心率、收縮壓、舒張壓等比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05），見表1。本研究經(jīng)本院醫(yī)學(xué)倫理委員會批準(zhǔn)，所有受試者均知情同意。

表1 兩組對象一般資料的比較

1.2 方法

1.2.1 超聲心動圖檢查 采用美國GE Vivid E9型彩色多普勒超聲診斷儀，4V型心臟四維容積探頭，脫機分析采用EchoPac V203型軟件。受檢者取左側(cè)臥位，平靜呼吸，同步連接心電圖，先取胸骨旁左心室長軸切面，利用M型超聲測量左心室舒張末期內(nèi)徑（left ventricular end diastolic diameter,LVDd）、室間隔舒張末期厚度（interventricular septum end diastolic thickness,IVSd）、左心室后壁舒張末期厚度（left ventricular posterior wall end diastolic thickness,LVPWd），左心室質(zhì)量（left ventricular mass,LVM）；獲取二維心尖四腔切面后，切換進入四維模式，顯示左心房四維全容積動態(tài)圖像，選擇6個心動周期，幀頻范圍大于心率的30%，動態(tài)存儲左心房四維全容積圖像。

1.2.2 脫機分析 將存儲資料導(dǎo)入EchoPac工作站，進行脫機分析。打開左心房四維全容積動態(tài)圖像，進入測量菜單，選擇四維自動左心房定量（4D Auto LAQ）模式，軟件自動同時顯示心尖部左心室二腔、三腔、四腔切面的二維動態(tài)圖像，先微旋矯正左心室心尖二腔、三腔、四腔切面于縱向狀態(tài)；再錨定各切面的二尖瓣環(huán)中點；然后分別回顧心室舒張末期（R波頂點處）、收縮末期（T波結(jié)束點處）和心房收縮前期（P波起始點）時的左心房容積圖像，軟件自動勾畫心室舒張末期、心室收縮末期和心房收縮前期的左心房壁心內(nèi)膜線，手動微調(diào)校正各切面心內(nèi)膜線邊界位置；最后軟件自動顯示左心房舒張末期容積（left atrial end diastolic volume,LAVd）、左心房收縮末期容積（left atrial end systolic volume,LAVs）、左心房射血前期容積（left atrial pre ejection volume,LAVp）、左心房排血分?jǐn)?shù)（left atrial ejection fraction,LAEF）、左心房排血容積（left atrial ejection volume,LAEV）、左心房儲備期縱向應(yīng)變（left atrial longitudinal strain during reservoir phase,LALSr）、左心房儲備期圓周應(yīng)變（left atrial circumferential strain during reservoir phase,LACSr）（儲備期即心室舒張末期至心室收縮末期，心電圖上為R波頂點至T波結(jié)束點這一時期）；左心房管道期縱向應(yīng)變（left atrial longitudinal strain during conduit phase,LALScd）、左心房管道期圓周應(yīng) 變（left atrial circumferential strain during conduit phase,LACScd）（管道期為心室收縮末期至心房收縮前期，心電圖上為T波結(jié)束點至P波起始點處這一時期）；左心房收縮期縱向應(yīng)變（left atrial longitudinal strain during contraction phase,LALSct）、左心房收縮期圓周應(yīng)變（left atrial circumferential strain during contraction phase,LACSct）（心房收縮期為心房收縮前期至心室收縮末期，心電圖上為P波起始點處至R波頂點處這一時期）；上述參數(shù)測量3次，取平均值，見圖1-6。

圖1 左心房四維全容積四維圖及心尖二腔、三腔、四腔切面二維圖

圖2 軟件自動勾畫的心室舒張末期左心房心內(nèi)膜線

圖3 軟件自動勾畫的心室收縮末期左心房心內(nèi)膜線

圖4 軟件自動勾畫的心房收縮前期左心房心內(nèi)膜線

圖5 左心房壁四維縱向應(yīng)變曲線（箭頭所示為LALSr范圍）

圖6 左心房壁四維圓周應(yīng)變曲線（箭頭所示為LACSr范圍）

另外計算左心房收縮期末期容積指數(shù)（left atrial end systolic volume index,LAVsI）、左心房舒張末期容積指數(shù)（left atrial end diastolic volume index,LAVdI）、左心房射血前容積指數(shù)（left atrial pre ejection volume index,LAVpI）、左心房每分排血量（left atrial output per minute,LAOM）、左心房被動排血容積（left atrial passive ejection volume,LAPV）、左心房主動排血容積（left atrial active ejection volume,LAAV）、左心房被動排血分?jǐn)?shù)（left atrial passive ejection fraction,LAPEF）、左心房主動排血分?jǐn)?shù)（left atrial active ejection fraction,LAAEF）、左心房被動排空率（left atrial passive emptying rate,LAPER）、左心房主動排空率（left atrial active emptying rate,LAAEF）、左心房管道期與心房收縮期縱向應(yīng)變之比（the rate of LALScd and LALSct,LALScd/LSct）和圓周應(yīng)變之比（the rate of LACScd and LACSct,LACScd/CSct）。計算公式：LAVdI=LAVd/BSA；LAVpI=LAVp/BSA；LAVsI=LAVs/BSA；LAEV＝LAVs-LAVd；LAOM=LAEV×HR（心率）；LAPV＝LAVs-LAVp；LAAV＝LAVp-LAVd； LAEF=LAEV/LAVs； LAPEF=LAPEV/LAVs；LAAEF＝LAAV/LAVp；LAPER＝LAPEV/LAEV；LAAER＝LAAEV/LAEV。

1.3 重復(fù)性檢驗 隨機抽取30例糖尿病患者，間隔1個月后由同1位檢查者再次分析左心房四維全容積圖像，用于觀察者內(nèi)的重復(fù)性檢驗；由另1位有相同經(jīng)驗的檢查者，在不知分析結(jié)果的情況下，分析相同圖像，用于觀察者間的重復(fù)性檢驗。通過觀察者內(nèi)及觀察者間組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（intraclass correlation coefficient,ICC）檢驗測量的重復(fù)性，若ICC＞0.75，重復(fù)性較好。

1.4 統(tǒng)計學(xué)處理 采用SPSS 24.0統(tǒng)計軟件。正態(tài)分布的計量資料以表示,組間比較采用兩獨立樣本t檢驗；計數(shù)資料組間比較采用χ2檢驗。參照正常對照組，繪制左心房心肌四維應(yīng)變參數(shù)預(yù)測糖尿病患者存在左心房心肌功能不全的ROC曲線，以明確其診斷價值。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 兩組對象左心室結(jié)構(gòu)參數(shù)測值的比較 糖尿病組IVSd、LVPWd、LVM均大于正常對照組，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P＜0.05）；LVDd與正常對照組比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05），見表2。

表2 兩組對象左心室結(jié)構(gòu)參數(shù)測值的比較

2.2 兩組對象左心房容積與功能參數(shù)測值的比較糖尿病組 LAVd、LAVdI、LAVs、LAVsI、LAVp、LAVpI、LAAV、LAAER大于正常對照組，LAPV、LAEF、LAPEF、LAPER均小于正常對照組（均P＜0.05）；LAEV、LAOM、LAAEF與正常對照組差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05），見表3。

表3 兩組對象左心房容積與功能參數(shù)測值的比較

2.3 兩組對象左心房心肌四維應(yīng)變參數(shù)測值的比較糖尿病組的LALSr、LALScd、LALScd/LSct、LACSr、LACScd、LACScd/CSct均小于正常對照組（均P＜0.05）；LALSct、LACSct與正常對照組比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05），見表4。

表4 兩組對象左心房容積與功能參數(shù)測值的比較

2.4 左心房心肌四維應(yīng)變參數(shù)的診斷價值 參照正常對照組，根據(jù)ROC曲線分析不同左心房心肌四維應(yīng)變參數(shù)診斷糖尿患者存在心肌功能不全的診斷價值，見表5。心室收縮期（即儲備期）：LALSr的診斷價值較高，其AUC為0.717,當(dāng)最佳截斷值為21.50%時，其靈敏度和特異度分別為0.76和0.60，見圖7。心室舒張期（包括管道期與心房收縮期）：LALScd的診斷價值較高，其AUC為0.794,當(dāng)最佳截斷值為-11.50%時（負(fù)號代表心肌運動方向），其靈敏度和特異度分別為0.83和0.62，見圖8。

圖7 LALSr預(yù)測糖尿病患者左房心肌儲備期舒張功能不全的ROC曲線

圖8 LALScd預(yù)測糖尿病患者左房心肌管道期被動收縮功能不全的ROC曲線

表5 糖尿病患者左心房功能ROC曲線分析結(jié)果

2.5 重復(fù)性研究 左心房四維心功能參數(shù)（LAVd、LAVs、LAVp、LAEF、LAEV）的觀察者內(nèi) ICC 分別為0.88、0.94、0.94、0.74、0.90（均P＜0.05），平均 0.88±0.08；觀察者間ICC 分別為 0.92、0.96、0.95、0.83、0.93（均P＜0.05），平均0.92±0.05。

左心房心肌四維應(yīng)變參數(shù)（LALSr、LALScd、LALSct、LACSr、LACScd、LACSct）的觀察者內(nèi)ICC分別為 0.72、0.76、0.76、0.85、0.82、0.79（均P＜0.05），平均0.78±0.04；觀察者間ICC分別為0.73、0.77、0.73、0.87、0.84、0.83（均P＜0.05），平均0.79±0.06。

3 討論

四維斑點追蹤顯像是近年來超聲技術(shù)領(lǐng)域的重大進展，是實時三維超聲心動圖與斑點追蹤技術(shù)結(jié)合發(fā)展起來的一項新技術(shù)[3]。該技術(shù)可通過在心動周期內(nèi)對左心房壁上感興趣的心肌斑點回聲自動逐幀追蹤，程序運行后，通過軟件獲得心臟容積-時間改變曲線，可反映左心房在不同心動周期左心房容積動態(tài)的變化，從而計算出左心房功能參數(shù)[4]；同時通過軟件追蹤左心房不同方向上兩個斑點之間的心肌，自動計算出相應(yīng)的應(yīng)變值，其公式為S=ΔL/L(tref)×100%，S為應(yīng)變，ΔL為斑點間心肌長度變化值，L(tref)為斑點間心肌心室舒張末期線長；儲備期ΔL為心室收縮末期時刻線長減去心室舒張末期時刻線長；管道期ΔL為心房收縮前期時刻線長減去心室收縮末期時刻線長；左心房收縮期ΔL為心室舒張末期時刻線長減去心房收縮前期時刻線長，從而分別可得到左心房縱向和圓周方向儲備期、管道期和收縮期應(yīng)變。由上述公式可知，左心房儲備期應(yīng)變等于管道期和心房收縮期應(yīng)變之和，左心房應(yīng)變其實反映的是相對于心室舒張末期，心肌的膨脹與縮短程度反映的是心肌的整體收縮與舒張功能[5]。由于左心房心肌絕大多數(shù)呈斜行走行[6]，所以左心房心肌運動也具有縱向、環(huán)向和徑向運動[7]。目前縱向和圓周應(yīng)變參數(shù)通過四維斑點追趕蹤顯像追蹤左心房壁心內(nèi)膜斑點可測得；但是左心房心肌細胞小于心室肌細胞，且心肌纖維數(shù)量少于心室肌[8]，因而推測該技術(shù)不能自動準(zhǔn)確追蹤心外膜斑點，不能準(zhǔn)確測得心肌徑向應(yīng)變參數(shù)。徐麗芳等[4]認(rèn)為通過四維斑點追蹤顯像所測得的左心房容積、功能及心肌應(yīng)變值的準(zhǔn)確性與重復(fù)性較好，Ran等[9]通過應(yīng)用四維斑點追蹤顯像比較分析肥厚性梗阻性與非梗阻性心肌病左心房儲備期、管道期和心房收縮期心肌的應(yīng)變，認(rèn)為該工具能較早識別肥厚性心肌病患者的左心房功能障礙程度。

糖尿病患者的心臟病理上表現(xiàn)為心肌間質(zhì)中有大量糖蛋白沉積浸潤，心肌內(nèi)有彌漫性纖維化和肌纖維肥大，心肌細胞內(nèi)肌絲減少，大量肌原纖維蛋白消失[1]。糖尿病患者在心動周期的不同階段，左心房心肌功能可受到其前負(fù)荷、后負(fù)荷和心肌收縮特性等方面的不同程度的影響[1-10]。

儲備期，即心室收縮期，左心房起到儲備血液的作用[11]，其心肌表現(xiàn)為舒張；而心肌的舒張功能取決于前負(fù)荷——肺靜脈自舒張末期至收縮末期回流入左心房的血流量以及心肌本身的舒張?zhí)匦浴１狙芯恐刑悄虿〗M前負(fù)荷血容量以LAEV與LAOM來反映，兩者與正常對照組比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05），說明前負(fù)荷對糖尿病患者的左心房心肌舒張的促進作用是不明顯的；而糖尿病患者左心房心肌纖維化，僵硬度增高，可造成左心房心肌的舒張障礙[12]，故儲備期左心房縱向和圓周應(yīng)變（LALSr、LACSr）指標(biāo)測值減低，說明糖尿病患者左心房心肌在縱向和環(huán)向方向舒張功能存在不全。

管道期，即左心室舒張早期，此時左心房起到傳導(dǎo)血流的作用[11]，心肌表現(xiàn)為被動收縮。從前負(fù)荷來說，本研究中糖尿病組LAVsI大于正常對照組（P＞0.05），即說明糖尿病患者的左心房心肌初長度較正常對照組要長，但結(jié)果也顯示，至管道期結(jié)束，糖尿病組LAVpI也大于正常對照組（P＞0.05），說明至管道期結(jié)束，左心房的心肌長度仍然長于正常對照組，且其LAPV小于正常對照組（P＜0.05），說明了左心房心肌彈性回縮的程度小于正常對照組。因此，雖然根據(jù)Frank-Staring機制[13]，心肌初長度越長，心肌收縮力越強，但實際上心肌彈性回縮所發(fā)揮的增強作用是弱于正常人群；從后負(fù)荷來說，糖尿病患者左心室心肌間質(zhì)纖維化，僵硬度增高，可導(dǎo)致其心肌舒張障礙，左心房排血入左心室的阻力增加[14]，因此其對左心房心肌的收縮排血具有負(fù)性作用；另外左心房本身的心肌也可因糖尿病病變肌絲減少[1]，可使其自身的收縮性能也減低。故本研究糖尿病患者的管道期左心房縱向和圓周應(yīng)變（LALScd、LACScd）測值均表現(xiàn)為減低，說明糖尿病患者的左心房心肌在縱向和環(huán)向方向管道期被動收縮功能存在不全。

心房收縮期，即左心室舒張晚期，其心肌主動收縮，將心房內(nèi)血液進一步泵入左心室[11]。從前負(fù)荷來說，糖尿病組LAVpI、LAAV以及LAAER均大于正常對照組（均P＜0.05），這說明該期糖尿病患者的心肌收縮前的初長度以及其彈性收縮的長度均大于正常對照組，因此，前負(fù)荷對心肌主動收縮具有正性促進作用；從后負(fù)荷來說，心肌收縮前為管道期剛結(jié)束，房室間壓力梯度差消失，左心房與左心室的壓力相等，但隨著左心房泵血入左心室，而左心室心肌僵硬度增加，擴張性和延伸性下降，后負(fù)荷對心肌的收縮具有阻礙作用[15]；而心肌本身的收縮特性，如上所述，因糖尿病可導(dǎo)致左心房心肌其收縮性能下降。故正負(fù)作用相抵，左心房心肌收縮功能（包括縱向和環(huán)向主動收縮功能）改變不明顯。故糖尿病患者LALSct、LACSct測值與正常對照組比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（均P＞0.05）。

另外，本研究還發(fā)現(xiàn)糖尿病患者因左心房管道期應(yīng)變減低，心房收縮期應(yīng)變變化不明顯，LALScd/LSct和LACScd/CSct值均小于正常對照組（均P＜0.05），這兩個指標(biāo)也間接說明了糖尿病患者左心房心肌的被動收縮功能存在不全。

對于糖尿病患者的左心房心肌在儲備期和管道期的功能不全可定量分析，筆者初步制定了以下診斷標(biāo)準(zhǔn)，僅供參考：LALSr＜21.50%時說明儲備期縱向心肌舒張功能不全；LACSr＜40.50%時說明儲備期環(huán)向心肌舒張功能不全；當(dāng)LALScd＜-11.50%（負(fù)號代表方向）或LALScd/LSct＜0.711時，說明管道期心肌縱向被動收縮功能不全；當(dāng)LACScd＜-18.50%或LACScd/CSct＜0.873管道期心肌環(huán)向被動收縮功能不全。

本研究仍存在以下不足。首先，四維斑點追蹤顯像評價左心房還是受到聲像圖局限，對于聲窗較差患者，測量準(zhǔn)確性與重復(fù)性降低[16]；其次，本研究局限于腎功能功能正常的糖尿病患者，對于糖尿病合并腎病的患者的左心房功能情況還有待定進一步研究。

綜上所述，糖尿病患者左心房心肌儲備期舒張功能和管道期被動收縮功能存在不全，而收縮期主動收縮功能改變不明顯，且心肌功能不全的程度可定量分析。