实时三维超声评价骨关节退变患者左心室重构指数

2017-06-01赵新鑫

中国医学影像学杂志 2017年5期

关键词：骨关节亚组左心室

赵新鑫

姜志荣JIANG Zhirong

王小凡WANG Xiaofan

吕启凤LU Qifeng

宋晓霞SONG Xiaoxia

田雨TIAN Yu

实时三维超声评价骨关节退变患者左心室重构指数

赵新鑫ZHAO Xinxin

姜志荣JIANG Zhirong

王小凡WANG Xiaofan

吕启凤LU Qifeng

宋晓霞SONG Xiaoxia

田雨TIAN Yu

目的近年来骨关节退变发病率增加，合并心血管疾病日益增多。本研究采用实时三维超声心动图（RT-3DE）准确评估左心室重构指数（LVRI），以期指导临床治疗，提高患者生存率。资料与方法回顾性分析2015年7月－2016年4月于青岛大学附属医院57例健康志愿者（正常对照组）以及67例骨关节退变患者（研究组），根据年龄各分成两个亚组。两组均行常规超声及RT-3DE检查，比较不同方法所测得的LVRI、左心室舒张末期容积指数（LVEDVI）、左心室质量指数（LVMI）、左心室收缩末期容积指数（LVESVI）、左心室射血分数（LVEF）在各组间及各组内的差异及相关性。结果研究组与正常对照组年龄差异无统计学意义（P＞0.05）；研究组LVRI、LVMI明显高于同年龄段正常对照组（P＜0.05）；M型超声和二维超声所测LVEDVI、LVMI、LVRI均高于RT-3DE，差异有统计学意义（P＜0.05）；经Bland-Altman一致性检验，RT-3DE和二维超声测量LVRI具有较好的一致性。结论骨关节退变患者出现左心室重构，RT-3DE能够较为准确地测量LVRI，且操作方便、无放射性损伤，可广泛应用于临床。

骨关节炎；超声心动描记术，三维；心室重构；心室功能，左

骨关节退变又称为退行性骨关节炎，是一种以骨关节软骨退行性变和继发周围骨质增生为特点的全身性、慢性关节疾病，临床表现为关节疼痛、肿胀、活动障碍。近年来研究发现，手部骨关节炎与心血管疾病发病率和死亡率有关[1]。骨关节退变与左心室结构改变存在相关性，且可导致左心室重构[2]。超声心动图是评估心脏的重要方法之一。常规超声心动图需事先将左心室假设为某种规则的几何形态，具有一定的局限性。本研究采用实时三维超声心动图（real-time threedimensional echocardiography，RT-3DE）技术，通过比较骨关节退变患者和健康志愿者的左心室重构指数（left ventricular remodeling index，LVRI），探讨RT-3DE评价骨关节退变患者左心室功能的临床价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象选取2015年7月—2016年4月于青岛大学附属医院就诊的57例健康志愿者（正常对照组）和67例骨关节退变患者（研究组）随着年龄增长，骨关节炎发病率不断增加，膝关节炎和髋关节炎在70～75岁发病率最高，手关节炎在60～64岁发病率最高[3]。正常对照组分为2个亚组，A亚组：25例，男10例、女15例；年龄54～65岁，平均（60.57±4.15）岁；B亚组：32例，男22例、女10例；年龄66～84岁，平均（74.33±7.39）岁。研究组分为2个亚组，C亚组：36例，男16例、女20例；年龄52～64岁，平均（58.66±4.29）岁；D亚组：31例，男18例、女13例；年龄66～76岁，平均（69.90±3.21）岁。根据中华医学会2007年骨关节炎疾病诊断指南[4]，按照患者的临床表现、X线检查及实验室检查诊断骨关节炎。纳入标准：①近1个月内反复关节疼痛；②X线片（站立或负重位）示关节间隙变窄、软骨下骨硬化和（或）囊性变、关节缘骨赘形成；③关节液（至少2次）清亮、黏稠；④年龄≥40岁。排除高血压、冠心病、先天性心脏病、心瓣膜病、心肌病等器质性心脏病及心律不齐、心脏过大、图像质量差者。全部入选者均接受RT-3DE、M型超声以及二维超声检查。

1.2 仪器与方法采用Philips iE33型彩色多普勒超声诊断仪，S5-1及X5-1探头，机器系统自带Qlab8.1定量分析软件。

1.2.1 M型及二维超声图像采集及数据处理受检者取左侧卧位，同步记录心电图，以确定心动周期时相。采用S5-1探头，选取胸骨旁左心室长轴观和心尖四腔观清晰图像，进行M型超声心动图和二维超声心动图的采集，M型超声测量舒张末期室间隔厚度（interventricular septal depth，IVSd）、左心室后壁厚度（left ventricular posterior wall depth，LVPWd）及舒张末期左心室内径（left ventri-cular internal diameter，LVIDd），并计算相对室壁厚度（即室壁厚度与左心室舒张末期内径的比值，IVSd/LVIDd，LVPWd/LVIDd），见图1。

图1 M型超声测量IVSd、LVPWd及LVIDd

1.2.2 RT-3DE数据采集和分析切换X5-1探头，将探头置于心尖部，调节声束方向，使图像达到最佳显示，嘱患者屏住呼吸，心律整齐时，连续采集4个心动周期全容积图像。采用Qlab8.1 3DQ插件分析图像，选择舒张末期和收缩末期心尖四腔心观和两腔心观，确定左心室舒张末期，分别在两观上标定二尖瓣环位置，自动勾画心内、外膜边界，局部调节使其与实际相吻合。自动测量左心室舒张末期容积（left ventricular enddiastolic volume，LVEDV）、左心室心肌质量（left ventricular mass，LVM），见图2。为降低身高、体重等因素的影响，以受检者的体表面积（body surface area，BSA）加以校正，再计算LVRI、左心室舒张末期容积指数（left ventricular end diastolic volume index，LVEDVI）、LVMI。

图2 女，63岁，退行性膝关节炎，RT-3DE勾画心内、外膜，自动测量左心室质量。左心室质量增加，LVMI增加

1.3 统计学方法采用SPSS 17.0软件，研究组和正常对照组年龄、BSA、心率、血压比较采用独立样本t检验；性别比较采用χ2检验；M型超声、二维超声和三维超声间测值比较采用配对t检验；研究组和正常对照组组间比较采用单因素方差分析；连续性变量相关性采用Pearson相关分析。采用MedCalc16.4.3统计软件，一致性检验采用Bland-Altman分析法。P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 研究组与正常对照组临床资料比较 A亚组与C亚组相比、B亚组与D亚组相比，年龄、性别、BSA、心率、收缩压及舒张压比较，差异均无统计学意义（年龄t=0.943、1.679，性别χ2=0.119、0.480，BSAt=0.706，0.385，心率t=0.294，0.410，收缩压t=1.048、0.080，舒张压t=0.692、1.062，P＞0.05）。见表1。

2.2 两组年龄、体重指数及病程长短与LVRI的相关性正常对照组、研究组年龄与LVRI相关系数分别是R2=0.568、0.711，正常对照组、研究组体重指数与LVRI相关系数分别是R2=0.620、0.787，病程长短与LVRI相关系数是R2=0.655。见图3。

表1 4组受检者临床资料比较

图3 两组年龄、体重指数、病程长短与LVRI的相关性

2.3 RT-3DE检测左心室重构参数比较骨关节退变患者与同年龄段健康志愿者相比，LVMI、LVRI大体呈增加趋势。骨关节退变患者LVMI、LVRI均大于同年龄段健康志愿者，差异有统计学意义（F=14.517、 4.318，P＜0.05）；而LVEDVI、左心室收缩末期容积指数（left ventricular end systolic volume index，LVESVI）、LVEF差异无统计学意义（F=2.156、2.150、2.070，P＞0.05）。见表2。

表2 4组RT-3DE测量指标比较（±s）

注：与C亚组相比，*P＜0.05；与D亚组相比，#P＜0.05

分组例数LVEDVI（ml/m2）LVMI（g/m2）LVRI（g/ml）LVESVI（ml/m2）LVEF（%）A亚组 2549.46±2.74#87.42±5.64*1.74±0.03*15.37±1.66#68.99±2.40#B亚组 3250.17±3.7990.35±3.58#1.75±0.03#16.08±1.9568.03±2.66 C亚组 3651.39±5.691 08.29±9.992.01±0.0617.30±2.3866.47±3.15 D亚组 3152.16±8.31125.3±10.152.05±0.0818.07±2.8865.53±3.58

2.4 3种超声方法测得的左心室重构参数 M型超声和二维超声所测LVEDVI、LVMI、LVRI均高于RT-3DE，差异有统计学意义（P＜0.05）。RT-3DE与M型超声所测得的LVEDVI、LVMI、LVRI差异均有统计学意义（t=15.024、3.126、11.376，P＜0.05）。RT-3DE与二维超声所测得的LVEDVI、LVMI、LVRI差异均有统计学意义（t=12.805、3.862、5.861，P＜0.05），见表3。

2.5 一致性检验结果 3种超声方法测量的LVRI差值均在95%一致性界限内，M型超声和RT-3DE测量LVRI的差值为（0.24±0.12） g/ml，95%CI：0.0048～0.4752 g/ml；二维超声和RT-3DE测量LVRI的差值为（0.06±0.09）g/ml，95%CI：－0.1164～0.2364 g/ml，表明RT-3DE和二维超声测量LVRI的一致性更好。见图4、5。

表3 RT-3DE与常规超声测量左心室重构参数的比较（±s）

注：与RT-3DE比较，*P＜0.05

方法LVEDVI（ml/m2）LVMI（g/m2）LVRI（g/ml）RT-3DE 51.01±6.14 105.92±23.391 .92±0.07二维超声54.67±9.49*107.13±23.69*1.99±0.08*M型超声55.79±9.79*108.48±28.20*2.16±0.11*

图4 M型超声和三维超声测量LVRI的一致性

图5 二维超声和三维超声测量LVRI的一致性

3 讨论

在60岁以上人群中，约50%影像学检查显示骨性关节炎，其中35%～50%有临床症状[5]。左心室重构指各种损伤使心脏原来存在的物质和形态发生变化，是机体适应性反应[6]。骨关节退变好发于中老年肥胖患者，随着年龄增长，骨关节软骨细胞随之衰老，细胞因子合成和分解代谢失平衡，关节软骨细胞外基质分解代谢增加将导致关节退变。中老年人主动脉顺应性下降，左心室后负荷增加导致LVMI增加；心肌细胞外基质减少，心肌胶原蛋白和富含半胱氨酸的酸性分泌蛋白增加引起LVEDVI下降，自身调节收缩功能增强维持心脏输出量，最终导致左心室重构[7]。肥胖导致关节机械负荷增加，伴随软骨和韧带破坏。脂肪组织能分泌产生脂联素、瘦素、抵抗素等脂肪因子会引起软骨退化[8]；同时肥胖激活炎症反应，释放白细胞介素-6、心房利钠肽、肿瘤坏死因子-α等炎症因子参与心肌细胞肥大、凋亡和心脏重构[9]。骨关节退变病程进展，关节疼痛加剧，活动受限，降低骨骼肌血流量和胰岛素敏感性，心肌脂肪酸摄取过度可导致脂肪酸和三酰甘油积聚于心肌细胞使心肌细胞肥大。使用非甾体类抗炎药，抑制前列腺素的合成和收缩血管作用，增加心脏负荷，引起LVMI、LVRI增加。因此，骨关节退变影响左心室重构，早期发现左心室重构对疾病诊疗和预后有重要意义。

本研究结果显示，研究组年龄、体重指数与LVRI相关性较正常对照组更好。随着年龄、体重指数增加，LVRI增大，研究组LVRI增大更显著，与Myasoedova等[2]大规模人口调查结果一致，退行性关节炎与左心室重构有关，尤其是向心性重构，其原因可能是自身免疫炎症介质介导心脏重塑。研究组病程长短与LVRI具有良好的相关性，并随着病程延长LVRI增大。既往研究显示，病程延长会激活交感神经系统和肾素-血管紧张素-醛固酮系统，心肌细胞肥厚伴有长宽比例的增加，结果导致左心室质量增加和左心室重构[10]。心肌胶原蛋白含量增加，左心室容积下降，为了维持心搏出量心脏收缩功能增强，因此LVEDVI、LVESVI和LVEF未明显下降时，左心室质量和左心室重构已经开始增大，这种左心室重构的亚临床表现可以通过实时三维超声技术简便、快速地检测出来。

以往临床常在骨关节退变患者术前行常规超声心动图进行心脏评估，而其均建立在左心室对称和假想的几何模型基础上，如Devereux校正公式假设左心室是球形，这与真实形状明显不同[11]。二维超声采用面积-长度方法，是更好的假设，因此RT-3DE与二维超声的相关性高于其与M型超声的相关性[12]。本研究还显示M型超声和二维超声测量LVMI存在不同程度的高估，与Muraru等[13]的研究一致。RT-3DE无需几何假设，能真实再现心室内、外膜轮廓，展现心室心肌的实际形状，重建左心室的整体结构，迅速获得全部左心室容积信息，直接测量左心室整体容积和功能[14]。二维超声和RT-3DE均基于心尖四腔观和两腔观，测量的LVRI一致性较好。

心脏是一个具有复杂三维形态的动态器官。在二维超声检查过程中，操作者必须从多观图像中推想其三维结构，因而具有一定的主观性。实时三维超声进行检查时，将探头放置在检查部位后，屏幕上可立即出现探查区的实时快速活动的立体超声图像。实时三维成像技术和超声声学定量技术、彩色室壁运动技术相结合，自动识别心内、外膜边缘，快速勾画心脏轮廓，即可计算心肌质量，在临床上有很大的潜在应用价值。MRI是目前公认的非创伤性测量心室容积和心肌质量的“金标准”。RT-3DE不仅与MRI测量的LVEDV和LVM非常接近，而且其观察者间一致性及观察者内的重复性较二维超声好[15-16]。RT-3DE测量左心室质量和容积，计算LVRI的临床可行性和更高的准确性具有重要临床意义。

总之，骨关节退变患者LVEDVI、LVESVI、LVEF未明显改变时，LVMI、LVRI已经增加，应用RT-3DE可以在骨关节退变患者出现心血管相关临床症状前的早期阶段发现左心室功能改变，做好充分准备，减少心血管并发症。本研究的局限性在于三维图像对图像质量要求高，而骨关节退变患者多为老年、肥胖者，图像采集时需尽量保持图像清晰，以保证结果准确。此外，本研究样本量有限，需进一步探索骨关节退变与心脏重构的关系。

[1] Haugen IK, Ramachandran VS, Misra D, et al. Hand osteoarthritis in relation to mortality and incidence of cardiovascular disease: data from the Framingham heart study. Ann Rheum Dis, 2015, 74(1): 74-81.

[2] Myasoedova E, Davis JM 3rd, Crowson CS, et al. Brief report: rheumatoid arthritis is associated with left ventricular concentric remodeling: results of a population-based cross-sectional study. Arthritis Rheum, 2013, 65(7): 1713-1718.

[3] Prieto-Alhambra D, Judge A, Javaid MK,et al. Incidence and risk factors for clinically diagnosed knee, hip and hand osteoarthritis: influences of age, gender and osteoarthritis affecting other joints. Ann Rheum Dis, 2014, 73(9): 1659-1664.

[4] 中华医学会骨科学分会. 骨关节炎诊治指南(2007年版).中华骨科杂志, 2007, 27(10): 793-796.

[5] 胥少汀, 葛宝丰, 徐印坎. 实用骨科学. 第4版. 北京: 人民军医出版社, 2012: 1676.

[6] 赵晓斌, 史蓉芳. 核医学显像在心室重构中的应用. 中国医学影像学杂志, 2013, 21(10): 798-800.

[7] Gebhard C, Stähli BE, Gebhard CE, et al. Age-and genderdependent left ventricular remodeling. Echocardiography, 2013, 30(10): 1143-1150.

[8] Trayhurn P, Wood IS. Signalling role of adipose tissue: adipokines and in fl ammation in obesity. Biochem Soc Trans, 2005, 33(Pt 5): 1078-1081.

[9] Kong P, Christia P, Frangogiannis NG. The pathogenesis of cardiac fi brosis. Cell Mol Life Sci, 2014, 71(4): 549-574.

[10] Prior JA, Jordan KP, Kadam UT. Associations between cardiovascular disease severity, osteoarthritis co-morbidity and physical health: a population-based study. Rheumatology (Oxford), 2014, 53(10): 1794-1802.

[11] Devereux RB, Alonso DR, Lutas EM, et al. Echocardiographic assessment of left ventricular hypertrophy: comparison to necropsy fi ndings. Am J Cardiol, 1986, 57(6): 450-458.

[12] Chang SA, Kim HK, Lee SC, et al. Assessment of left ventricular mass in hypertrophic cardiomyopathy by real-time threedimensional echocardiography using single-beat capture image. J Am Soc Echocardiogr, 2013, 26(4): 436-442.

[13] Muraru D, Badano LP, Peluso D, et al. Comprehensive analysis of left ventricular geometry and function by three-dimensional echocardiography in healthy adults. J Am Soc Echocardiogr, 2013, 26(6): 618-628.

[14] 田芳. 超声新技术评价急性心肌梗死后左心室重构的研究进展. 中国医学影像技术, 2012, 28(10): 1940-1943.

[15] Badano LP, Boccalini F, Muraru D, et al. Current clinical applications of transthoracic three-dimensional echocardiography. J Cardiovasc Ultrasound, 2012, 20(1): 1-22.

[16] Lang RM, Badano LP, Tsang W, et al. EAE/ASE recommendations for image acquisition and display using three-dimensional echocardiography. J Am Soc Echocardiogr, 2012, 25(1): 3-46.

（本文编辑张晓舟）

Evaluation of Left Ventricular Remodeling Index in Patients with Bone and Joint Degeneration Using Real-time Three-dimensional Echocardiography

PurposeRecently the incidence of bone and joint degeneration is increased, with the increasing of cardiovascular disease complication. This study aims to utilize realtime three-dimensional echocardiography (RT-3DE) in evaluating left ventricular remodeling index (LVRI), to guide treatment and improve the survival rate.Materials and MethodsFifty-seven cases of healthy volunteers (normal control group) and sixty-seven patients with bone and joint degeneration (research group) were respectively divided into two subgroups according to the age. Both groups underwent conventional echocardiography and RT-3DE. The LVRI, left ventricular end diastolic volume index (LVEDVI), left ventricular mass index (LVMI), left ventricular end systolic volume index (LVESVI) and left ventricular ejection fraction (LVEF) measured by different methods were analyzed, and the differences and correlations between groups and within each group were compared.ResultsThe age of normal control group and research group was not signi fi cantly different (P＞0.05). The LVMI and LVRI in research group were significantly higher than those in the normal control group with same age (P＜0.05). The LVEDVI, LVMI and LVRI measured by twodimensional echocardiography and M-mode echocardiography were higher than those measured by RT-3DE, and the difference was statistically significant (P＜0.05). Bland-Altman agreement analysis showed good agreement of measured LVRI using 2D echocardiography and RT-3DE.ConclusionPatients with bone and joint degeneration have left ventricular remodeling. RT-3DE can accurately assess LVRI with the advantages of convenience and lack of radiation, which can be widely used in clinic.

Osteoarthritis; Echocardiography, three-dimensional; Ventricular remodeling; Ventricular function, left

青岛大学附属医院心脏超声科山东青岛266000

姜志荣

Department of Cardiac Ultrasound, the Af fi liated Hospital of Qingdao University, Qingdao 266000, China

Address Correspondence to:JIANG Zhirong

E-mail: jiangzhirong2@163.com

R445.1；R541.9

2016-12-10

修回日期：2017-03-22

中国医学影像学杂志

2017年第25卷第5期：383-387

Chinese Journal of Medical Imaging