二维斑点追踪技术在保留左室射血分数尿毒症透析患者左室局部功能评价中的应用

张秉宜 周青 郭瑞强 胡波 平杰 张玲 邢博缘

1.三峡大学人民医院超声影像科，湖北宜昌443003；2.武汉大学人民医院超声影像科，湖北武汉430060

二维斑点追踪技术在保留左室射血分数尿毒症透析患者左室局部功能评价中的应用

张秉宜1周青2郭瑞强2胡波2平杰1张玲1邢博缘1

1.三峡大学人民医院超声影像科，湖北宜昌443003；2.武汉大学人民医院超声影像科，湖北武汉430060

目的应用二维斑点追踪显像（2D-STI）技术评价保留左室射血分数（PLVEF）尿毒症透析患者左室局部功能。方法选择2013年12月～2015年10月在武汉大学人民医院及三峡大学人民医院就诊的左室射血分数正常（LVEF＞49%）的尿毒症血液透析患者31例（尿毒症组），同时选取年龄、性别匹配的29例健康志愿者为正常对照组。应用2D-STI测量左室径向、环向、纵向功能，用应变、应变率（含收缩期、舒张早期、舒张晚期）测值表示，并计算舒张早期与晚期应变率的比值。比较两组常规超声及左室径向、环向、纵向功能，做LVEF与左室收缩期峰值径向、环向、纵向应变的相关性分析及线性回归分析。结果①尿毒症组LVEF较正常对照组降低［（59±6）%比（65±4）%］，差异有高度统计学意义（P＜0.01）；②尿毒症组左室收缩期峰值纵向、径向应变值及舒张早期与晚期应变率比值均低于正常对照组（P＜0.05或P＜0.01），但两组的左室收缩期峰值环向应变值及舒张早期与晚期应变率的比值比较，差异均无统计学意义（P＞0.05）。③左室收缩期峰值环向应变与LVEF间有显著相关性（r= -0.432，P＜0.05），两者间呈线性关系（β=0.231，P＜0.05）。结论规律性血液透析的尿毒症患者出现左室结构及功能的显著改变，左室的收缩及舒张功能一并出现障碍，主要表现在左室径向及纵向的局部功能上，但左室的环向局部功能却能保持正常。左室收缩期峰值环向应变是LVEF的独立预测因子。应用2D-STE能早期检测出尿毒症患者左室局部心功能的异常及评估疾病的严重程度，并可提供有用的信息以指导对PLVEF尿毒症透析患者的危险程度进行分级。

超声心动描记术；尿毒症；肾透析；心室功能；二维斑点追踪显像

尿毒症患者的心肌损害非常普遍，可引起顽固性心力衰竭或死亡。一系列代谢及病理生理失常，诸如贫血、高血压、电活动异常、容量及压力负荷过载、高甲状旁腺激素血症等共同作用，可促进和加重心肌损害，导致患者心脏功能严重受损［1］。尿毒症患者早期左室射血分数尚保持在正常范围［2］，普通二维超声心动图无法准确评估左室收缩功能。因此，如何早期准确并可靠地评价尿毒症患者的左室收缩功能成为临床所关注的重点。二维斑点追踪显像（2-dimensiona1speck-1e tracking imaging，2D-STI）技术是研究心肌运动的一项新技术，通过追踪声像图中斑点的运动而获得其运动的应变及应变率，获取心肌功能的相关指标［3］，能敏感、精确地反映左室的局部功能。本研究应用2DSTI技术对保留左室射血分数（preserved 1eft ventricu-1ar ejection fraction，PLVEF）的尿毒症患者左室局部功能进行研究，旨在早期检测出尿毒症患者亚临床阶段心功能异常，以利于指导临床针对性治疗。

1 资料与方法

1.1 一般资料

根据我国尿毒症的诊断标准［4］（血肌酐＞442μmo1/L或血尿素氮＞25 mmo1/L），选取2013年12月～2015年10月武汉大学人民医院及三峡大学人民医院尿毒症血液透析患者33例，排除非肾源性心脏病、先天性心脏病、心脏瓣膜病或心肌病患者；严重高血压［收缩压＞180 mmHg（1 mmHg=0.133kPa）和/或舒张压＞100 mmHg］患者；近期有急性心梗或心衰发作者；妊娠、哺乳期妇女；超声心动图图像不清晰者。最终纳入31例患者作为尿毒症组，其中男20例，女11例，年龄35～78岁，平均（59±11）岁，均为定期规律行血液透析患者。同时选取年龄、性别匹配的29例健康志愿者为正常对照组，其中男16例，女13例，年龄33～75岁，平均（60±8）岁，均无心脏病、肾脏病史，经体检、心电图、胸片、尿常规及超声心动图检查均正常。所有参与研究者均经相关医学伦理委员会批准，并签署知情同意书。

1.2 仪器和方法

采用GE Vivid E9彩色多普勒超声诊断仪，M5S二维心脏探头（频率1.7～3.3 MHz），扫描角度＜60°，帧频60～90帧/s。并配有EchoPac工作站，可将动态图像储存于硬盘内以备脱机分析。所有受检者均采取左侧卧位，同步心电图显示。图像采集的过程中，嘱受检者平稳呼吸，必要时屏气以保证采集图像的质量。

1.2.1 常规超声测量指标双平面面积-长度法公式计算左室舒张末期容积指数（LVDI=心尖四腔观左室舒张末期容积/体表面积）；左房容积指数（LAVI=心尖四腔观左房容积/体表面积）；室间隔舒张末期厚度（IVS）；左室后壁舒张末期厚度（LVWPD）。采用双平面Simpson法测得左室射血分数（LVEF），应用脉冲多普勒记录二尖瓣口血流频谱，测量舒张早期和晚期最大血流速度比（E/A）。全部数据均测量3个心动周期，取平均值。采集二维超声心动图图像，调节探头角度、增益、聚焦等参数，使心内膜缘显示为最佳。存储心尖四腔、二腔和三腔3个切面观以及左室乳头肌短轴观二维灰阶动态图像，每个切面观采集连续5个心动周期存储于硬盘内，以便分析。

1.2.2 图像后处理及分析将图像传输至EchoPac工作站，以Q-ana1ysis的2DS软件进行图像分析。以主动脉频谱确定主动脉瓣关闭时间点，对左室心尖四腔观动态图像进行分析，按照提示选取心内膜，软件可自动勾画出心内膜轮廓，生成感兴趣区，调节其宽度与心肌厚度一致，自动得出追踪结果。以此方法依次分析左室心尖二腔观、三腔观及乳头肌水平短轴观的动态图像，程序自动分析得出整个左室各节段的应变、应变率及其相应曲线图，系统自动得出各节段的应变牛眼图及应变值。

1.2.3 2D-STI应变及应变率测量指标测量受检者左室乳头肌水平短轴观及心尖四腔观、二腔观、三腔观的整体应变（S）及应变率（SR），包括左室收缩期峰值纵向应变（LS）、应变率（SRL），径向应变（RS）、应变率（SRR），环向应变（CS）、应变率（SRC），以及纵向、径向、环向舒张早期应变率（SRE）、舒张晚期应变率（SRA）并分别计算各自的SRE/A比值。以LS、RS、CS表示左室各节段局部收缩功能。用左室整体舒张期纵向、径向、环向SRE/A（LSRE/A、RSRE/A、CSRE/A）表示左室各节段局部舒张功能。

1.3 统计学方法

采用SPSS 16.0统计学软件进行数据分析，计量资料数据用均数±标准差（x±s）表示，两组间比较采用t检验；计数资料用率表示，组间比较采用χ2检验；采用Pearson相关性分析及线性回归分析LVEF与LS、RS、CS之间的相关性，以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组基本测量指标比较

尿毒症组左室的形态结构及功能与正常对照组明显不同，尿毒症组LVDI、LAVI、IVS、LVWPD明显高于正常对照组，差异均有统计学意义（P＜0.05或P＜0.01）。尿毒症组LVEF、E/A、A明显低于正常对照组，差异均有统计学意义（P＜0.05或P＜0.01）。见表1。

2.2 左室心肌运动应变及应变率参数的比较

两组收缩期、舒张早期、舒张晚期的LSR、RSR比较差异均有统计学意义（P＜0.05或P＜0.01）；尿毒症组左室整体纵向及径向收缩功能（LS、RS）、舒张功能（LSRE/A、RSRE/A）均较正常对照组显著降低，差异均有统计学意义（P＜0.05或P＜0.01）；两组CS及CSR比较，差异均无统计学意义（均P＞0.05）。见表2～3、图1（封四）。

表1 两组超声心动图常规结果的比较

表1 两组超声心动图常规结果的比较

注：LVDI：左室舒张末期容积指数；LAVI：左房容积指数；IVS：室间隔舒张末期厚度；LVWPD：左室后壁舒张末期厚度；E：二尖瓣口舒张早期血流速度；A：二尖瓣口舒张晚期血流速度；LVEF：左室射血分数

组别例数LVDI（mL/m2）LAVI（m L/m2）IVS（mm）LVWPD（mm）E（cm/s）A（cm/s）E/A LVEF（%）正常对照组尿毒症组t值P值29 31 38±10 45±16 2.015 0.048 24±5 34±12 4.160 0.000 8.8±1.0 11±2.0 5.331 0.000 8.6±1.0 11.0±2.0 5.815 0.000 82±16 88±22 1.201 0.234 66±13 78±19 2.835 0.006 1.3±0.4 1.1±0.3 2.200 0.031 65±4 59±6 4.524 0.000

表2 两组二维斑点追踪应变比较（%

表2 两组二维斑点追踪应变比较（%

注：LS：左室收缩期峰值纵向应变；RS：左室收缩期峰值径向应变；CS：左室收缩期峰值环向应变

组别例数LSRSCS正常对照组尿毒症组t值P值29 31 -30±2 -20±3 15.083 0.000 54±14 46±10 2.559 0.013 -18±4 -20±6 0.136 1.580

2.3 LVEF与应变指标的相关性及线性回归关系

尿毒症组LS、RS、CS与LVEF间存在显著相关性（r=-0.444、0.448、-0.432，均P＜0.05）。尿毒症组CS与LVEF间存在直线回归关系（β=0.231，P＜0.05）。见表4～5。

表3 两组二维斑点追踪应变率比较（s-1，x±s）

3 讨论

尿毒症患者心肌损害发病率高，临床表现缺乏特异性，心肌损害严重程度与患者预后密切相关。多种研究方法表明［5-7］，尿毒症患者普遍存在左室收缩功能障碍，该比例为15%～28%。左室收缩功能障碍是尿毒症患者预后不良的重要预测因素，早期检出尿毒症患者左室收缩功能异常对改善心功能具有重要的临床意义。经胸二维超声心动图是评价心脏的一种传统方法，具有非侵入性及价廉等优点，可客观评价左室的结构及功能。尿毒症早期左室即可出现肥厚，左室整体收缩功能保持或接近正常，但舒张功能已经开始出现障碍［8-10］，使用传统心脏彩超及多普勒技术可检测。然而，众多应用传统心脏彩超对尿毒症患者的研究表明［7］，该技术虽能充分显示患者在进展期心脏结构及功能的变化，却无法反映心脏功能的微小变化。由于2D-STE技术的出现，使得早期诊断尿毒症患者亚临床期心脏功能的障碍成为可能。

表4 尿毒症组LVEF与收缩期峰值应变的相关性分析

表5 尿毒症组LVEF与收缩期峰值应变的线性回归分析

2D-STE是利用斑点追踪成像原理，计算整个感兴趣区域内心肌各节段与心动周期各时相对应的应变、应变率、位移、旋转及扭转等，能准确、无创地反映左室局部及整体心肌功能。因其在二维图像上进行形变分析，不受声束方向与室壁运动方向间夹角的影响，具有无角度依赖性，可重复性好，且易于掌握等优点［11-12］，已经作为一种特殊的检查方法推荐使用，正逐步应用于临床。左室的收缩及舒张活动是一个复杂的过程，两者间协调运动由纵向、径向及环向上的心肌纤维收缩力所控制。心肌纤维的纵向收缩主要分布于心内膜及外膜下，两者共同作用于左室长轴的收缩活动。左室中间层的心肌纤维呈环向分布，其收缩产生短轴方向上心肌的运动。有研究证明左室在收缩过程中环向应变程度远大于纵向［13-14］。径向应变是指左室心肌在径向上的形变（即朝向左室腔中心的运动）。径向应变代表左室心肌在短轴方向上的增厚及变薄。由于质量守恒定律的存在，左室心肌在纵向及环向的缩短可导致径向上心肌的增厚。然而，左室壁的增厚不单是心肌细胞简单缩短，而是心肌细胞群间剪切合力的结果［15］。心肌纤维在径向上的收缩可导致心肌不同层面的运动，其程度是心内膜下高于心外膜下。因此，左室的收缩功能包含径向上的增厚运动、纵向上的收缩运动及环向上的缩短运动［11］。本研究发现尿毒症组较正常对照组，左室心肌的纵向及径向收缩功能（LS、RS）显著降低，而环向收缩功能（CS）无显著变化。尽管尿毒症组LVEF在正常值范围（＞49%），但明显低于正常对照组（P＜0.05），这表明左室在径向上室壁的增厚及纵向上心肌的扭转对LVEF起重要作用。实验研究发现［16-18］，左室心肌对于氧气的消耗具有透壁性，即心肌各层对氧气的消耗，代谢活性及冠脉血流存在差异，心内膜下高于心外膜下。尽管心内膜下心肌层距冠状动脉远，但心内膜下心肌的径向应变远高于心外膜下，其结果是心内膜下心肌收缩消耗的能量高，此处心肌更易受到低灌注的影响，最终可导致心内膜下心肌更易出现心肌缺血及钙偶联的损害。实验研究发现，心肌细胞缺血、坏死及心肌细胞纤维化的程度是由心内膜下向心外膜下延伸扩展的［19］。尿毒症患者左室径向及纵向心肌形变异常可能反映心肌肥大及心肌重排后所出现的心肌纤维化，此结论已被心内膜下心肌活检所证实。人体及动物实验研究表明［20］，尿毒症患者出现的心肌细胞纤维化不受传统心血管危险因素影响。由此，可以推测心肌细胞的纤维化可能是患者左室纵向收缩功能显著降低的原因之一。

尿毒症早期左室心内膜下心肌细胞收缩功能障碍较易影响径向及纵向上的心肌纤维，两者共同作用导致LVEF的降低及径向、纵向整体应变值的下降。本研究发现，尿毒症组左室环向收缩功能（CS）的稳定可使LVEF保持在正常范围内。左室中间层心肌纤维的收缩同左室环向应变保持线性相关，故相对于心内膜下心肌来说，左室的环向收缩期应变能更好地反映中层心肌内在的收缩力。本观点与既往的研究结果相似［21］。此外本研究还发现，左室的环向收缩功能同潜在病理状态的严重性是相关的，也同患者的左室功能级别密切相关，与LVEF亦相关。左室环向收缩期应变是LVEF独立于其他指标的一个预测值，这进一步证明了环向收缩期应变对LVEF起巨大贡献作用。本研究的局限性在于研究样本量较少，标准差变异较大，加之并未对患者进行随访研究，这均需要后续加以补充完善。

综上所述，规律透析的尿毒症患者出现左室结构及功能的显著改变。尿毒症患者左室功能障碍主要表现在径向及纵向的局部功能上。因尿毒症患者的左室环向局部功能保持不变，故左室的环向收缩期应变是LVEF的独立预测因子。2D-STE能检测尿毒症患者在疾病早期潜在的危害，并可提供有用的信息，用以预测PLVEF尿毒症患者的愈后。特别是可以通过监测左室环向收缩功能，用以评价患者心血管事件发生的危险性，可提供有用的价值。

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Evaluation of the left ventricular regional function using two-dimensional speck le tracking echocardiography in urem ia patients undergoing maintenance haemodialysisw ith preserved left ventricular ejection fraction

ZHANG Bingyi1ZHOU Qing2GUO Ruiqiang2HU Bo2PING Jie1ZHANG Ling1XING Boyuan1
1.Department of U1trasonography and Imaging，Renmin Hospita1 of the Three Gorges University，Hubei Province，Yichang 443003，China；2.Department of U1trasonography and Imaging，Renmin Hospita1ofWuhan University，Hubei Province，Wuhan 430060，China

Objective To eva1uate the 1eft ventricu1ar regiona1 function using two-dimensiona1speck1e tracking imaging（2D-STI）in uremia patients with preserved 1eft ventricu1ar ejection fraction（PLVEF）undergoing haemodia1ysis.M ethods Thirty-one uremia patientswith PLVEF（LVEF＞49%）undergoing haemodia1ysis who were treated in Renmin Hospita1ofWuhan University and Renmin Hospita1of the Three Gorges University were enro11ed in the study from December 2013 to October 2015（uremia patient group），and 29 norma1 subjects with age and sex matched were se1ected as hea1thy contro1group.The strain and strain rate（conc1uding systo1ic，ear1y diasto1ic，1ate diasto1ic）va1ues be1onging to the radia1，circum ferentia1，and 1ongtitudina1 functions of the 1eft ventricu1ar have been measured by 2D-STImethod，and the ratios between ear1y and 1ate diasto1ic strain rate were ca1cu1ated.The conventiona1u1trasound resu1ts and the 1eft ventricu1ar regiona1 functions in the radia1，circumferentia1，and 1ongtitudina1directionswere compared between two groups.The corre1ation and 1inear regression tests between the systo1ic strain va1ues in radia1，circum ferentia1，and 1ongtitudina1directions and LVEF were ana1yzed respective1y.Results①Whi1e the LVEF va1ues in the uremia patient group were found to be 1ower than that in the hea1thy contro1group［（59±6）%vs（65±4）%］，the difference was statistica11y significant（P＜0.01）.②The va1ues of systo1ic strain in the 1ongtitudina1and radia1directionswere decreased in the uremia patient group，as we11 as the va1ues of the strain rate ratio（ear1y diasto1ic/1ate diasto1ic）were 1ower than those in the contro1group（P＜0.05 or P＜0.01）.However，there was no difference observed in terms of the va1ues ofsysto1ic strain and strain rate ratio（ear1y diasto1ic/1ate diasto1ic）in circumferentia1direction（P＞0.05）.③There was a significant corre1ation between the 1eftventricu1ar systo1ic strain va1ues in circumferentia1direction and LVEF（r=-0.432，P＜0.05）.There was a1so a 1inear regression re1ationship between these two parameters（β=0.231，P＜0.05）.Conclusion Uremia patients undergoing regu1ar haemodia1ysis appeared significant changes in 1eft ventricu1ar structures and functions.The systo1ic and diasto1ic functions of 1eft ventricu1ar are both dec1ined，main1y disp1ayed in the radia1 and 1ongitudina1 regiona1 functions，whi1e the circumferentia1 regiona1 function is preserved.The circumferentia1systo1ic strain is observed as an independent predictor re1ated to the LVEF.2D-STI can be used to detect the severity and the abnorma1 1eft ventricu1ar regiona1 functions of uraemic cardiomyopathy in the ear1y stages of uremia patients and it might be used to provide usefu1information for the degree of the risk in uremia patients undergoing haemodia1ysis with PLVEF.

Echocardiography；Uremia；Haemodia1ysis；Ventricu1ar function；Two-dimensiona1speck1e tracking imaging

R445.1

A

1673-7210（2016）07（a）-0104-05

2016-03-04本文编辑：任念）

湖北省宜昌市医疗卫生科研项目（A15301-13）。