超声三维斑点追踪技术评估主动脉瓣狭窄患者左室功能*

伍婷　白文娟　饶莉　刘艳婷　杜薇　唐红

(四川大学华西医院心内科， 四川 成都 610041)

超声三维斑点追踪技术评估主动脉瓣狭窄患者左室功能*

伍婷白文娟饶莉刘艳婷杜薇唐红

(四川大学华西医院心内科， 四川 成都 610041)

【摘要】目的探讨超声三维斑点追踪技术评估主动脉瓣狭窄患者左室功能的临床应用价值。方法纳入33例左室射血分数正常的中、重度主动脉瓣狭窄患者和57名正常对照者。按照狭窄程度分为中度狭窄亚组15例和重度狭窄亚组18例；应用三维斑点追踪技术获得左室总体长轴应变(GLS)、总体环向应变(GCS)、总体径向应变(GRS)、面积应变、三维应变、扭转(twist)、旋转(rotation)、扭矩(torsion)；应变、位移指标十二节段(6个基底段和6个中间段)达到收缩期最小容积时间的标准差(Tmsvl2-SD)等参数。使用SPSS 17.0软件进行统计分析。结果主动脉瓣狭窄组患者GRS、GLS、三维应变较正常对照均降低(P=0.043、P<0.001、P=0.03)，左室各节段扭转值均较对照组明显增大(基底段P=0.003,中间段P=0.011,心尖段P<0.001)，心尖段旋转角度以及基底段和心尖段扭矩增加均有统计学意义(P<0.001、P=0.005、P<0.001)。症状亚组分析中，两组狭窄程度及各超声指标差异无统计学意义(P>0.05)；狭窄程度亚组分析中，重度狭窄组环向应变率低于中度狭窄组(P=0.017)，而GRS、GCS、GLS随着狭窄程度增加，均呈现出降低趋势。结论超声三维斑点追踪技术定量指标可较LVEF更早反映主动脉瓣狭窄患者左室扭转、旋转运动的变化；主动脉瓣狭窄程度与患者的心脏功能变化相关性更紧密。

【关键词】主动脉瓣狭窄； 超声三维斑点追踪技术； 左室功能

主动脉瓣疾病是目前最常见的心瓣膜疾病，主要包括风湿性、老年退行性、先天性瓣叶畸形原因等引起，是导致慢性心衰和心源性猝死的常见原因[1]。主动脉瓣狭窄(aortic stenosis， AS)导致左室压力负荷增加，随着狭窄程度的加重，机体通过左室进行性肥厚来维持左室收缩功能以及使左室壁应力最小化。然而随着疾病进一步进展，左室肥厚无法代偿，左室压力增加，导致后负荷不匹配，患者收缩功能不全，最终导致左室容量增加，左室射血分数降低[2]。左室射血分数降低的患者行主动脉瓣置换术后预后较差[3]。因此，早期发现主动脉瓣病变患者心脏功能的变化，检测左室射血分数降低之前的亚临床收缩期左室功能不全，准确评估，给予及时处理，具有非常重要的临床意义。

1资料与方法

1.1一般资料连续纳入2013年9月～12月于我院就诊且符合2013AHA/ACC瓣膜性心脏病治疗指南诊断标准[4]的中-重度AS患者42例和正常对照57例。排除左室射血分数<50%、患冠心病(冠脉造影狭窄>75%)、持续性心房颤动、严重心律不齐、中-重度主动脉瓣反流及既往有心脏手术史、心瓣膜疾病、严重肝肾疾病患者。最终病例组共纳入33例，男19例，女14例，平均年龄(61.6±13.0 )岁，平均主动脉瓣前向血流速度5.03m/s,平均跨瓣压差55.48mmHg。其中20例为退行性，13例为先天性二叶式主动脉瓣畸形所致的AS；8例合并轻度主动脉瓣反流，2例合并中度反流。纳入者均行常规二维超声心动图以及实时三维超声心动图检查，并将狭窄组按照主动脉瓣前向血流速度是否4m/s ,平均跨瓣压差是否≥40mmHg,分为中度狭窄亚组15例和重度狭窄亚组18例；按照有无胸痛、活动耐量下降分为有症状亚组16例和无症状亚组17例。

1.2检查方法

1.2.1图像采集采用东芝ARTIDA SSH-80CV彩色多普勒超声诊断仪,二维探头 PST-3OSBT,三维探头PST-25SX。病人取左侧卧位，连接心电图电极，首先行常规二维超声检查获取基本数值：左房大小(left atria diameter，LAD)、左室舒张末内径(left ventricular end-diastolic diameter,LVDd)、室间隔厚度(interventricular septal thickness,IVST)、左室后壁厚度(thickness of posterior left ventricular wall,LVPW)、主动脉瓣口前向血流速度及平均跨瓣压差，使用Devereux校正公式计算左室质量(LVM)及左室质量指数(LVMI)，具体公式如下：LVM=0.8×1.04×[(LVDd+LVST+LVPW)3-LVDd3]+0.6,LVMI=LVI/体表面积，并计算LVMI/LVEDVI比值(LVEDVI=左室舒张末期容积/体表面积)；然后使用PST-25SX探头,采集心尖四腔心切面,调节增益、成像角度等参数,嘱患者屏住呼吸，并启动4D模式,获取满意的左心室全容积图像并储存。

1.2.2数据分析使用东芝3D模式下wall motion tracking(WMT) 软件(Toshiba Medical Systems)进行图像在线分析：采用AHA左心室17节段划分法，将左室分为17节段，点击“3DT模式”按钮进行分析，系统自动追踪全心动周期心肌声学斑点运动轨迹得出心尖四腔心的三维重建图，再人为勾画出左心室内外膜曲线,保证左室心肌回声斑点位于两条曲线内,仪器自动分析得出三维容积、应变、位移、旋转指标；容积指标包括：左心室舒张末期容积(LVEDV)、左心室收缩末期容积(LVESV)、左心室射血分数(LVEF)；应变及应变率指标：总体径向应变(global radial strain, GRS)、总体长轴应变(global longitudinal strain, GLS)、总体环向应变(global circumferential strain, GCS)、面积应变(area tracking)、3D应变(3D strain)以及长轴、径向、环向应变率；位移指标: 径向位移(radial displacement)、长轴位移(longitudinal displacement)、三维位移(three dimensional displacement)；扭转(twist)、旋转(rotation)、扭矩(torsion)；通过计算得到同步性指标：上述应变、位移指标十二节段(6个基底段和6个中间段)达到收缩期最小容积时间的标准差(the time to minimal systolic volume，Tmsvl2-SD)。

2结果

2.1AS组与正常对照组基线特征比较病例组与对照组的年龄、性别、心率、体表面积、左室射血分数等基线资料差异无统计学意义(P>0.05)，见表1。

表1　两组患者基线特征比较

2.2超声指标及亚组分析

2.2.1与正常对照组相比，AS组患者左室舒张末期容积与收缩末期容积增大，左室质量指数(LVMI)及左室质量指数/左室舒张末容积指数(LVMI/LVEDVI)也明显大于对照组(179.8ml vs 108.4ml，P<0.001；1.22 vs 0.90，P<0.001)。

2.2.2三维应变参数比较中，病例组总体径向应变(GRS)、总体纵向应变(GLS)、三维应变、环向应变率均降低，差异均有统计学意义(均P<0.05)；面积应变呈减小趋势，GCS较对照组增大，但差异无统计学意义(P>0.05)。

2.2.3AS组患者左室各节段扭转值较对照组明显增大，差异有统计学意义(基底段P=0.003,中间段P=0.011,心尖段P<0.001)；狭窄组左室心尖段旋转角度、基底段及心尖段的扭矩均增大，差异均有统计学意义(P<0.001，P=0.005，P<0.001)，见表2。

表2　AS组患者与对照组间超声指标差异比较±s)

注:与对照组比较，①P<0.05

2.2.4在症状亚组未见此组分组标准及相应指标分析中，两组狭窄程度及各超声指标差异均无统计学意义(均P>0.05)；按狭窄程度分组的亚组分析中，重度狭窄组环向应变率低于中度狭窄组(P=0.017)，左室质量指数较中度狭窄增大(P=0.010)，而GRS、GCS、GLS随着狭窄程度增加，均呈降低趋势，但差异均无统计学意义(均P>0.05)，见表3。

2.3十二节段达峰时间比较左室收缩同步性分析显示，径向应变、面积应变达峰时间成延长趋势，较正常对照组差异无统计学意义(P>0.05)；病例组患者长轴应变、长轴位移、3D位移达峰时间明显延迟(P<0.001，P<0.001，P=0.001)，见表4。

2.4各指标间相关性比较LVMI与狭窄程度、GLS存在正相关(r=0.537,P=0.001;r=0.351,P=0.045)；与GCS率显示出较弱的负相关性(r=-0.366,P=0.036)；GLS与左室心尖段旋转呈负相关性(r=-0.432,P=0.012)；GCS与中间段及心尖段旋转运动之间存在负相关(r=-0.466,P=0.006;r=-0.447,P=0009)，见图 1、2。

图1左室GCS、GLS与左室质量指数的相关性

Figure 1The correlation between GLS,GCS and LVMI

图2左室GCS、GLS与左室心尖旋转运动的相关性

Figure 2The correlation between apical LV twist and GCS,GLS

3讨论

3.1心室负荷及血流动力学改变主动脉瓣狭窄患者心脏压力负荷增加，早期可通过左室纵向、径向、环向多方向运动功能改变，代偿升高的后负荷带来的影响，维持正常左室射血分数。现有研究表明，在患者左室射血分数仍维持正常情况下，左室纵向及环向运动功能已有明显下降；而左室射血分数降低常常发生

Table 3Analysis of AS subgroup

指标AS程度亚组中度(n=15)重度(n=18)AS症状亚组有症状(n=17)无症状(n=16)EDV(ml)90.2±21.7101.9±21.789.2±20.8104.4±21.4②ESV(ml)31.3±8.436.3±10.332.5±7.936.3±11.3LVMI(g/m2)158.3±44.3197.7±38.6①183.1±45.1176.2±45.7LVEDVI(ml/m2)55.6±12.0860.06±11.656.1±11.664.6±12.1LVMI/LVEDVI2.88±0.653.17±0.753.31±0.672.75±0.65GRS(×10-2)31.4±9.225.7±8.829.9±9.626.6±9.0GLS(×10-2)-14.3±3.0-12.4±3.1-13.4±2.7-13.0±3.7GCS(×10-2)-30.7±6.0-28.0±7.5-31.2±6.5-27.2±6.8AT(×10-2)-41.5±6.1-37.6±9.1-41.5±6.9-37.1±8.63DStrain(×10-2)32.5±8.626.6±8.530.7±9.027.8±8.9环向应变率(CSR,s-1)1.45±0.371.14±0.34①1.37±0.381.19±0.38Rotation(°) 基底段-3.10±2.34-3.12±2.55-3.0±2.56-3.31±2.45 中间段3.41±1.994.03±3.294.23±3.203.22±2.12 心尖段9.33±2.949.81±5.6111.1±5.508.01±2.53Twist(°) 基底段1.98±1.501.94±0.802.02±1.401.89±0.86 中间段6.55±4.065.30±2.416.02±3.736.42±2.70 心尖段12.8±4.6111.5±3.7212.7±4.3011.4±3.98Torsion(°/cm) 基底段2.03±1.851.73±0.822.05±1.731.66±0.86 中间段2.38±1.331.97±0.932.17±1.312.05±0.91 心尖段2.73±1.002.30±0.882.78±0.972.20±0.86

注:与中度比较，①P<0.05;与有症状者比较，②P<0.05

Table 4The left ventricular synchronism between AS patients and control group

AS组(n=33)对照组(n=57)PRS-SD81.53±47.5865.99±32.040.063LS-SD99.37±51.5253.80±26.50<0.001①CS-SD42.37±17.1849.82±19.860.0743D应变-SD68.75±36.3360.17±28.930.206AT-SD46.85±16.1644.96±17.220.608径向位移-SD49.98±14.4251.37±15.090.690长轴位移-SD66.21±40.1735.19±33.58<0.001①3D位移-SD46.59±16.6334.97±14.980.001①

注:与对照组比较，①P<0.05

在疾病的晚期阶段[2～5]。随着主动脉瓣膜狭窄程度加重，其余方向应变也相应发生改变，左室后负荷增加，心肌细胞相应增厚，导致室壁增厚，心室腔呈向心性肥厚；主动脉瓣狭窄患者心肌纤维缩短模式的改变更突出, 引起左室重构[6]。

3.2左室应变、扭转等心脏运动功能变化研究发现，左室心肌纵向应变反映心内膜下心肌纤维的运动，CS、RS则更多地反映心脏短轴切面的心肌收缩运动；由于内膜承受室壁应力更高，同时更易受冠脉血流影响，因此纵向应变改变比其余方向应变改变更早出现。Lafitte S等学者研究发现，在射血分数正常的重度狭窄患者中，纵向心肌功能指标GLS最先受损[3]。Donal E[5]的动物试验发现，压力负荷轻度增加时，纵向应变降低；随着压力逐渐增大，RS也开始下降。本研究结果显示，患者GRS、GLS、三维应变、环向应变率均较正常对照组明显降低，相较于之前Arnold C.T.的研究，GLS、GRS降低程度更大，可能由于本研究纳入患者平均跨瓣压差更高，左室压力负荷更大所致[7，8]； 而GCS两组间无明显差异，与之前的研究结果有较好的一致性。心脏除轴向运动外，还存在旋转和相对的扭转运动，随着二维斑点追踪技术的使用，能更直观地观察心肌组织的空间改变，并已有研究证实心脏扭转及旋转运动是评价心功能的敏感指标[9]。新的三维斑点追踪技术克服了二维斑点技术空间局限性，拥有更高的准确性，为心脏扭转的研究提供了一种更好的方法。本研究结果显示，狭窄组旋转角度明显增大，左室心尖段旋转角度、中间段及心尖段扭转以及基底段及心尖段的扭矩均增大,且差异均有统计学意义。收缩期心尖及基底旋转的增加可能是克服后负荷增加的一种代偿机制，以减少心室腔内压力增大所带来的能量损耗的增加。本研究结果显示，GCS及CLS均与心尖旋转呈负相关(r=-0.447,P=0.009；r=-0.432,P=0.012)。Meimoun P的研究显示，患者左室心尖旋转、扭转增大，舒张期心尖旋转率、扭转率增大，GLS降低，GLS与扭矩间呈负相关(r=-0.42,P<0.01)。扭转增大一定程度上代偿了左室长轴收缩功能不全，但当增大超过代偿阈值，代偿机制无法完成，导致舒张功能受损，相关症状出现[10]。van Dalen BM等的研究显示，AS患者心尖段旋转角度增大，基底段正常，收缩期扭转峰值增大，心尖旋转角度及扭转角度与狭窄程度明显相关[11]。左室旋转和扭转的改变，也是左室代偿机制的一部分[12～14]。

3.3左室收缩同步性改变维持射血分数正常的代偿机制，除了受缺血影响外，也有不可逆因素纤维化的影响。有研究提出，心室重构的结构基础是心肌细胞和细胞外基质的变化。心脏胶原沉积和纤维化，心肌僵硬度增加，造成心肌运动机械不同步，心功能进一步恶化，最终导致一系列心血管终点事件的发生。我们的研究发现，重度狭窄患者长轴应变、长轴位移、3D位移、十二节段达峰时间均明显延迟(均P<0.05)；径向应变、面积应变达峰时间亦成延长趋势。患者在长轴方向上的运动受损更加明显，重度狭窄患者左室收缩亦表现出左室各节段不同程度的失同步运动。

克里夫兰临床中心的一项3000例患者的回顾性研究显示，左室肥厚与患者主动脉瓣置换术后预后差有明显相关性，是患者术后近期死亡的主要原因之一[15]。此前报道显示，狭窄患者左室质量指数较正常对照者明显增大，行主动脉瓣换瓣术后，左室质量指数与左室舒张末容积指数之比(LVMI/LVEDVI)降低[16]。本研究结果显示，狭窄患者LVMI、LVMI/LVEDVI明显大于正常对照组(179.8 vs 108.4,3.04 vs 2.36,P<0.05)。目前的相关研究表明，左室质量指数可能是较好的评估心室重构的指标。

3.4各指标间相关性及亚组分析左室质量指数与狭窄程度、总体长轴应变存在正相关(r=0.537,P=0.001;r=0.351,P=0.045)；与总体环向应变率显示出较弱的负相关性(r=-0.366,P=0.036)。长轴应变与左室心尖段旋转呈负相关性，同时环向应变与中间段及心尖段旋转运动之间存在负相关。进一步揭示了主动脉瓣狭窄患者左室运动间的协同作用以及左室肥厚对心脏功能代偿机制的影响。

在亚组分析中，按狭窄程度亚组分析，重度狭窄组患者环向应变率低于中度狭窄组(P=0.017)，而GRS、GCS、GLS随着狭窄程度增加，均呈现降低趋势。而症状亚组分析时，两组狭窄程度及各超声指标差异无统计学意义。因此，可能按狭窄程度分组比根据症状分组更能反映患者心脏功能的变化。但由于本研究中患者人数较少，一些指标的差异没有表现出统计学意义，还需要进一步大样本研究验证。

3.5研究价值及局限性主动脉病变患者射血分数正常情况下，心脏功能变化的评估对疾病管理十分重要，而三维斑点追踪技术具有较好的时空分辨率；与心脏MRI评价心功能有良好的相关性[17，18]，且目前没有运用三维斑点追踪技术评价主动脉狭窄患者运动同步性的相关研究。同时本研究进一步阐明了主动脉瓣狭窄患者左室收缩同步性以及左心室运动功能变化情况。然而本研究仍存在纳入病例数量较少的局限性，亚组分析中没有得到较多阳性结果，部分超声指标差异未表现出统计学意义，进一步大样本研究能帮助我们取得更多有意义的结果。

4结论

超声三维斑点追踪技术能准确反映心肌生物力学特征，探查心脏各个方向的运动，从而检测出亚临床左室功能降低或收缩同步性降低[19,20]。对于主动脉瓣狭窄患者而言，长轴应变及旋转、扭转运动的改变可能更早期地反映亚临床心功不全；重度狭窄患者在左室射血分数维持正常情况下，已表现出不同节段的运动异常；本研究结果提示按狭窄程度进行患者分类评估，对疾病的管理可能更加有益。

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Assessment on the left ventricular function in aortic stenosis patient using three-dimensional speckle-tracking echocardiographyWU Ting, BAI Wenjuan, LIU Yanting,etal

(DepartmentofCardiovascular,WestChinaHospital,SichuanUniversity,Chengdu610041,China)

【Abstract】ObjectiveThe aim of this study was to compare the left ventricle function in varying degrees AS using three-dimensional speckle-tracking echocardiography.MethodsWe prospectively enrolled 33 AS patients with aortic flow velocity >3.0m/s, mean valve pressure gradient >20mmHg, 57 controls were enrolled. Further AS patients were divided into different groups according to aortic stenosis gradient. AS gradient subgroup had 15 moderate AS patients (mean gradient<40mmHg) and 18 severe AS patients (mean gradient≥40mmHg). All patients underwent two-dimensional echocardiography and three-dimensional speckle-tracking echocardiography.ResultsAortic stenosis patients had lower three-dimensional GRS, GLS and three dimensional strain than control group than control group(P=0.043,P<0.001,P=0.03,respectively).In stenosis group, left ventricular torsion of each segment significantly increased compared with the control group(basal segments P=0.003, the middle section P=0.011, apical segment P<0.001); left ventricular apical rotation angle, basal and apical segment tortion increase, the difference was statistically significant (P<0.001, P=0.005, P<0.001). According to the degree of stenosis, circumferential strain rate in severe stenosis group is lower than the moderate stenosis group (P=0.017), while GRS, GCS, GLS increases with the degree of stenosis, showed a decreasing trend, but the difference was not statistically significant.ConclusionFor the early assessment of left ventricular dysfunction in patients with aortic stenosis, the radial strain and overall technical quantitative longitudinal strain may be more sensitive indicators of three-dimensional ultrasound speckle tracking. These indicators can early reflect changes of twist and rotation in aortic stenosis patients. The early heart function are changing with different degree of aortic stenosis.

【Key words】Aortic stenosis; Three-dimensional speckle-tracking echocardiography; Left ventricle dysfunction

(收稿日期：2015-01-30； 编辑： 何兴华)

通讯作者：饶莉，E-mail：lrlz1989@163.com

基金项目：四川省科技支撑项目(2012SZ0028);成都市科技计划项目(10GGYB076SF-023)

【中图分类号】R 445.1

【文献标志码】A

doi：10.3969/j.issn.1672-3511.2015.09.034