三維動態心臟模型評估射血分數保留的心力衰竭患者左心房容積和功能的價值

蔡雨琪，何健，林靜茹，陶瑾，趙瑩，陶佳，王浩，朱振輝，陸敏杰，吳偉春

隨著人口老齡化進程，心力衰竭（心衰）發病率逐漸增加，其中超過50%的老年心衰為射血分數保留的心衰（HFpEF），即左心室射血分數≥50%的心衰，HFpEF 在老年女性心衰患者比例尤其高[1]。2020 年中國心衰醫療質量控制報告對3.5 萬例心衰患者的研究發現，38%的中國心衰患者為HFpEF[2]。目前臨床上無單一的無創指標診斷HFpEF，2019 年歐洲心臟病學會（ESC）心衰協會發表的HFA-PEFF診斷算法通過對心臟功能、形態、標志物水平綜合判斷以明確診斷，其中左心室質量指數和左心房容積指數（LAVI）是評估心臟形態的重要參數[3]。準確測量左心房容積有助于評估LAVI，為及早診治HFpEF 患者提供參考依據。2019 年ESC 評分指南推薦使用二維超聲心動圖（2DE）或者三維超聲心動圖評估左心房容積。然而，2DE 通過Simpson 法對左心房進行幾何假設評估左心房容積，通常會低估[4]，而且測算過程繁瑣、耗時長，無法很好滿足臨床需求，而三維動態心臟模型（DHM）利用三維斑點追蹤技術、結合機器學習模型，能從多個角度一鍵式獲取左心房的三維動態容積和功能。本研究擬采用2DE、DHM 自動定量技術測量HFpEF 患者的左心房容積及功能參數，并以心臟磁共振成像（CMR）測量結果為金標準，評估DHM 在HFpEF 患者左心房容積和功能的應用價值和前景。

1 資料與方法

1.1 研究對象

前瞻性入選2020 年9 月至2021 年11 月因氣促、胸悶、乏力、運動耐量下降來中國醫學科學院阜外醫院就診的患者96 例。根據2019 年ESC 心衰協會發布的共識[5]，HFA-PEFF 評分≥5 分診斷為HFpEF，納入HFpEF 組（n=36），HFA-PEFF 評分≤4 分納入對照組（n=60）。

納入標準：年齡≥18 歲；有氣促、胸悶、乏力、運動耐量下降等可疑心衰癥狀；左心室射血分數≥50%、所有患者在進行CMR 檢查后24 h 內進行超聲心動圖檢查。

排除標準：嚴重的心臟瓣膜病、室性心律不齊、心包縮窄；聲窗質量差。對所有患者進行二維和三維超聲心動圖的采集。本研究經我院醫學倫理委員會批準（項目編號：2020-1382），所有研究對象均知情同意。

1.2 影像學檢查與方法

CMR 檢查：所有患者都在3T GE（通用電氣醫療，美國）或飛利浦（飛利浦，荷蘭)磁共振掃描儀上完成檢查，檢查序列包括穩態自由進動梯度回波電影序列（兩腔、四腔）。

CMR 圖像分析：心功能采用圖像后處理軟件CVI 42（圓心血管影像有限公司,加拿大）進行常規參數測量。雙平面面積-長度法獲取左心房最大容積（LAVmax）、左心房最小容積（LAVmin）、左心房射血分數（LAEF）[6]。

經胸超聲心動圖檢查：使用Philips EPIC 7C 彩色多普勒超聲診斷儀（飛利浦，荷蘭)，S5-1 二維探頭，頻率1～5 MHz；X5-1 三維探頭，頻率1～3 MHz。患者于平臥位測量肱動脈血壓，后取左側臥位，連接心電圖，于平靜呼吸下行常規超聲心動圖檢查，采集心尖四腔心切面、心尖二腔心切面，獲得較滿意的二維圖像后，連續采集5 個以上心動周期的圖像。切換至X5-1 探頭，獲取較滿意的心尖四腔心切面后，囑患者屏氣，啟動DHM 模式，通過調節深度和扇角寬度將頻率調節至16 Hz 及以上，連續采集5 個心動周期的圖像，將圖像儲存于硬盤。

超聲心動圖圖像分析：運用飛利浦配套分析軟件QLAB13 進行圖像分析。2DE 左心房容積分析采用Simpson 法，計算得LAVmax、LAVmin、LAEF。進入DHM 分析模式。分析單個心動周期的圖像，軟件自動追蹤心內膜和心外膜邊界，一鍵獲取DHM單個心動周期測值（DHM_s）：LAVmax、LAVmin、LAEF，選擇多心動周期，分析5 個心動周期，并取5 個心動周期的均值，獲取DHM 自動測量的多個心動周期測值的均值（DHM_ave）：LAVmax、LAVmin、LAEF，上述過程機器對心內膜輪廓自動識別，未進行手動輪廓調整（圖1）。

圖1 DHM 測量左心房容積和功能示意圖

1.3 統計學分析

應用SPSS 25.0 分析軟件進行分析，運用Shapiro-Wilk 檢驗對連續變量進行正態性檢驗，正態性連續變量以均數±標準差表示，兩組間比較采用兩獨立樣本t檢驗或配對t檢驗；非正態性資料以中位數（P25，P75）表示，兩組間比較采用 Mann-Whitney U 檢驗或Wilcoxon 符號秩檢驗；分類資料以例（%）表示，兩組間比較采用χ2檢驗或Fisher確切概率法。采用Person 或Spearman 相關系數分析2DE 與CMR 以及DHM 與CMR 測量結果的相關性，r＜0.3 為無直線相關，0.3 ≤r＜0.5 為低度相關，0.5 ≤r＜0.8 為中等程度相關，r≥0.8 為高度相關。Bland-Altman 分 析2DE 與CMR 以 及DHM 與CMR測量方法的一致性。為檢驗DHM 測量的可重復性，隨機選取15 例患者，由同一操作者對兩個不同心動周期的三維圖像進行分析，進行參數再測的重復性檢驗，以組內相關系數（ICC）表示變異程度。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組患者臨床基線資料比較（表1）

表1 兩組患者臨床基線資料比較（±s）

表1 兩組患者臨床基線資料比較（±s）

注：HFpEF：射血分數保留的心力衰竭。1 mmHg=0.133kPa

兩組患者年齡、性別、身高、體重、體表面積、體重指數、血壓、心率差異均無統計學意義（P均＞0.05）。

2.2 兩組患者2DE、DHM、CMR 所測的左心房參數的組內比較（表2）

表2 2DE 與CMR 及DHM 與CMR 測量患者左心房容積和功能的組內比較（±s）

表2 2DE 與CMR 及DHM 與CMR 測量患者左心房容積和功能的組內比較（±s）

注：DHM：動態心臟模型；HFpEF：射血分數保留的心力衰竭；CMR：心臟磁共振成像；2DE：二維超聲心動圖；DHM_s：動態心臟模型單個心動周期測值；DHM_ave：動態心臟模型自動測量的多個心動周期測值的均值；LAVmax：左心房最大容積；LAVmin：左心房最小容積；LAEF：左心房射血分數。與同組CMR 所測 LAVmax 比較*P＜0.01；與同組CMR 所測LAVmin 比較ΔP＜0.01；與同組CMR 所測LAEF 比較▲P＜0.01。#：以中位數（P25，P75）表示

2DE 與CMR 比較，HFpEF 組和對照組2DE的LAVmax、LAVmin 測值均低于同組CMR 的LAVmax、LAVmin 測值，2DE 的LAEF 測值均高于同組CMR 的LAEF 測值，差異均具有統計學意義（P均＜0.01）。DHM 與CMR 比較，HFpEF 組和對照組DHM 的LAVmin 測值均低于同組CMR 的LAVmin 測值，差異具有統計學意義（P均＜0.01），在HFpEF 組，DHM 的LAEF測值與CMR 的LAEF 測值差異無統計學意義，在對照組，DHM的LAEF 測值均高于CMR 的LAEF 測值，差異具有統計學意義（均P＜0.01）；HFpEF 組和對照組DHM 與CMR 的LAVmax 測值差異無統計學意義（P＞0.05）。

2.3 2DE、DHM 與CMR 所測左心房參數相關性與一致性的比較（表3）

表3 2DE 與CMR 以及DHM 與CMR 測量各組受試者左心房容積和功能的相關性及一致性分析

HFpEF組和對照組2DE與CMR所測的LAVmax、LAVmin 中至高度相關，r值0.631～0.893（P均＜0.01）。2DE 與CMR 所測的LAEF，在對照組無明顯相關性，r值為0.122（P＞0.05），而在HFpEF組低度相關，r值為0.469（P＜0.01）。

HFpEF組DHM與CMR所測的LAVmax、LAVmin均高度相關，r值0.834～0.914（P均＜0.01）,DHM_s 與CMR 所測的LAEF 低度相關，r值為0.408（P＜0.05），而DHM_ave 與CMR 所測的LAEF 中度相關，r值為0.546（P＜0.01）。對照組DHM 與CMR 所測的LAVmax、LAVmin 均呈中度相關，r值0.706～0.764（P均＜0.01），而所測的LAEF無相關性，r值均＜0.3。

HFpEF 組DHM_s、DHM_ave 較CMR所測的LAVmax 平均低估3.67 ml 和2.94 ml，一致性界限分別為-35.14～42.47 ml 和-33.96～39.85 ml，差異無統計學意義（P均＞0.05）；DHM_s、DHM_ave比CMR 所測的LAVmin平均低估5.25 ml和5.64 ml，一致性界限分別為-19.35～29.85 ml和-26.9～38.18 ml，差異有統計學意義（P均＜0.05）；DHM_s、DHM_ave 比CMR 所測的LAEF測值平均高估1.61%和1.42%，一致性界限分別為-29.79%～26.54%和-24.22%～21.38%，差異無統計學意義（P＞0.05）。

2.4 DHM 評估左心房功能和容積的重復性分析

DHM 圖像不同心動周期測值的重復性分析結果顯示，ICC 值為0.951～0.983（P均＜0.05）。

3 討論

左心房增大和功能障礙是預測發生不良心血管事件的因素[7]，左心房前后徑曾被用于評估左心房大小，但由于左心房的增大是不對稱的，左心房前后徑僅能識別出49%的左心房增大患者[8]，而左心房容積是評估左心房大小的更準確的指標。LAVmax 是預測發生心肌梗死、心力衰竭、腦卒中、二尖瓣反流、心房顫動等心血管事件的生物標志物[9]，左心房容積也是評估左心室舒張功能不全的重要指標[10-11]，Aldo-DHF 研究發現HFpEF 患者的LAVI 增大與高齡、女性、心房顫動、低靜息心率、左心房平均壓升高等因素顯著相關[12]。LAVmin 比LAVmax 更能反映左心室充盈壓力和肺動脈楔壓升高，具有較大的預后預測價值[13]。由于HFpEF 患者左心房后負荷增加，左心房僵硬度增大，LAEF 隨著心房的擴大而降低[10,14]，及時準確地發現患者左心房容積和功能的改變有助于盡早診治HFpEF。

二維雙平面Simpson 法和面積-長度法是指南推薦的評估左心房容積常用方法，需對左心房進行幾何假設，如左心房形狀不規則，會導致測量結果不準確。而CMR 的時空分辨率高，是評估心腔容積的金標準，但CMR 檢查成本高、檢查時間長，無法作為常規的檢查手段。DHM 能自動識別心臟周期，追蹤心內膜邊界，一鍵式自動定量左心容積和功能，無需對左心房形狀進行幾何假設，尤其對左心房形態不規則增大的患者，能更準確地評估左心房的容積。近年來國內外研究表明，三維超聲心動圖評估左心房容積具有較高準確性，Narang 等[15]發現DHM 評估左心房容積與CMR 相比具有高度相關性和一致性，但大多數研究的樣本量小，且缺乏對HFpEF 患者左心房容積和功能的研究。

本研究對有舒張功能不全臨床癥狀的患者進行研究，以驗證在HFpEF 左心房變形情況下，DHM 對左心房容積測量的準確性，共納入96 例患者，其中HFpEF 組平均LAVmax 為（92.00±33.38）ml，樣本量相對較大，且納入了左心房容積增大的病例進行研究，與以往研究相比，是一項評估DHM 技術在HFpEF 左心房容積診斷效能的較為全面的研究。

本研究DHM 與CMR 測量的LAVmax 之間的差異無統計意義，這與徐瑞等[16]的研究結果一致。超聲心動圖在各組患者中的左心房容積測值與CMR 均具有中高度相關性，而超聲心動圖測得的LAEF 值與CMR 的相關性均較弱，可能是由LAVmax、LAVmin測值復合誤差所導致的。超聲心動圖對左心房容積均存在一定程度的低估，其中DHM 對左心房容積低估程度低于2DE，其DHM_ave 的均值最接近CMR，這是因為DHM 在評估左心房容積時不基于幾何假設，更加接近CMR 測值，而通過測量DHM 自動測量的多個心動周期測值的均值，能減少DHM 技術誤差，提高測量的準確性。在HFpEF 組，DHM 測量的LAVmax、LAVmin 和LAEF 準確性好，相關性較對照組更好，說明在心房明顯增大變形的人群中，DHM 能更準確地追蹤心內膜運動，評估左心房容積和功能。表明DHM 評估左心房具有廣泛用于臨床實踐的可能性，是評估左心房容積和左心房射血功能的有效指標。

本研究的局限性：（1）本研究為一項單中心觀察性研究，樣本量相對較小，研究結果需要大樣本多中心研究驗證；（2）CMR 采用雙平面法評估左心房容積，存在對左心房的二維假設，對左心房形態不規則患者的左心房容積評估不夠準確；（3）本研究人群是可疑HFpEF 患者，DHM 技術在其他疾病患者中的應用情況還需進一步探究。

綜上所述，DHM 評估HFpEF 患者的左心房容積和功能與CMR 金標準具有較高的相關性和良好的一致性，分析多個心動周期三維圖像并取均值能提高測量的準確性，DHM 有助于臨床對HFpEF 患者的左心房容積和功能進行快速、準確的定量評估。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突