三维斑点追踪成像评价慢性肾功能不全患者左心室收缩功能

马 兰MA Lan

章 蓉1ZHANG Rong

李 文2LI Wen

李英涛1LI Yingtao

刘伟刚1LIU Weigang

三维斑点追踪成像评价慢性肾功能不全患者左心室收缩功能

马 兰1MA Lan

章 蓉1ZHANG Rong

李 文2LI Wen

李英涛1LI Yingtao

刘伟刚1LIU Weigang

作者单位
1.青岛大学附属医院心脏超声科 山东青岛266555
2.青岛大学附属医院腹部超声科 山东青岛266555

目的 应用三维斑点追踪成像（3D-STI）评价不同阶段慢性肾功能不全患者左心室心肌收缩功能变化。资料与方法 选取2015年6月－2016年6月于青岛大学附属医院西海岸医疗中心就诊的26例轻度慢性肾功能不全患者（CKD2～3期组）、20例中-重度慢性肾功能不全患者（CKD4～5期组）及20例健康志愿者（对照组）。行常规二维超声心动图测量并比较常规超声心动图指标，包括室间隔舒张末期厚度（IVSTd）和左心室舒张末期厚度（LVPWTd），同时行3D-STI分析并比较舒张末期左心室容积（LVEDV）、收缩末期左心室容积（LVESV）、左心室三维射血分数（3D-LVEF）、左心室整体纵向应变（GLS）、径向应变（GRS）、圆周应变（GCS）等指标；通过ROC曲线分析比较GLS、GCS、GRS诊断慢性肾功能不全患者左心室收缩功能异常的检验效能。结果 与对照组相比，CKD2～3期组血肌酐、三酰甘油增高（t=22.152、2.655），肾小球滤过率（GFR）、血红蛋白含量降低（t=－36.527、－19.610），IVSTd增大（t=6.035），3D-LVEF、GLS、GRS、GCS 减小（t= －2.958、－5.336、－9.552、－4.384）；与对照组相比，CKD4～5期组收缩压、血肌酐、总胆固醇、三酰甘油增高（t=15.060、29.461、8.210、6.512），GFR、血红蛋白含量降低（t=－67.557、－28.071），IVSTd增大（t=10.959），3D-LVEF、GLS、GRS、GCS减小（t=－7.315、－7.460、－17.99、－6.052）；与CKD2～3期组相比，CKD4～5期组收缩压、血肌酐、总胆固醇升高（t=14.551、28.902、8.555），GFR、血红蛋白降低（t=－18.455、－16.832），IVSTd增大（t=7.331），3D-LVEF、GRS、GCS、GLS减小（t=－4.977、－3.847、－4.929、－2.553）；以上组间比较差异均有统计学意义（P＜0.05）。ROC曲线显示，分别采用GLS、GCS、GRS判定慢性肾功能不全患者左心室收缩功能异常时，当GLS以17.80%为截断值时，其灵敏度最高（88.89%），约登指数为0.673；当GCS以14.70%为截断值时，其特异度最高（89.47%），约登指数为0.561。结论 慢性肾功能不全患者左心室收缩功能减低，且随着病情进展，心功能逐渐减低3D-STI能准确评价不同阶段慢性肾功能不全患者左心室心肌收缩功能变化。

肾功能不全，慢性；心室功能，左；超声心动描记术，三维；斑点追踪成像

心血管并发症是终末期慢性肾功能衰竭（chronic renal failure，CRF）患者死亡的重要原因[1]。慢性肾功能不全（chronic kidney disease，CKD）患者在病情进展过程中，其心脏形态结构、功能产生不同程度的损害，故早期准确评估患者左心功能变化具有重要意义。三维斑点追踪成像（three-dimensional speckle tracking imaging，3D-STI）是目前超声研究领域中的一项重要新技术，该法综合了二维斑点追踪成像（twodimensional speckle tracking imaging，2D-STI）与实时三维超声的优点，可较准确地评价左心室收缩功能变化。本研究采用左心室整体纵向应变（global longitudinal strain，GLS）、径向应变（global radial strain，GRS）、圆周应变（global circumferential strain，GCS）评价不同阶段CKD患者左心室心肌收缩功能变化，旨在了解CKD患者心肌损伤后心肌纵向、径向运动、圆周运动的变化，及早发现患者左心室收缩功能变化，为临床治疗及评估提供依据。

1 资料与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2015年6月－2016年6月于青岛大学附属医院西海岸医疗中心就诊住院慢性肾功能不全患者75例。纳入标准：①各种原因引起的肾脏结构或功能障碍超过3个月；②CKD发病前无高血压病史。排除心肌梗死、心律失常、糖尿病、冠心病等疾病引起心脏结构改变及图像质量差的患者。根据美国2002年《慢性肾脏病的临床实践指南》分为CKD 2～3 期 组，GFR 30～89 ml/min；CKD4～5 期 组，GFR＜30 ml/min。最终纳入符合要求CKD2～3 期组患者26例，其中男15例、女11例，年龄25～60岁，平均（45.6±9.7）岁；CKD4～5期组患者20例，其中男10例、女10例，年龄28～64岁，平均（48.6±8.9）岁。另选择健康体检者20例作为对照组，其中男11例、女9例，年龄24～63岁，平均（43.8±8.6）岁，常规检查未见异常。本研究中所有受检者均知情同意。

1.2 仪器与方法 采用Philips iE33超声诊断仪、S5-1探头（1～5 MHz）、X3-1 探头（1～3 MHz），配有 TOMTEC脱机定量分析软件。连接心电图，嘱受检者取左侧卧位。使用 S5-1探头，在二维超声下采用M型超声心动图于心电图QRS波形起始处测量室间隔舒张末期厚度（interventricular septum end-diastolic thickness，IVSTd）、左心室后壁舒张末期厚度（left ventricular posterior wall end-diastolic thickness，LVPETd），切换至 X3-1全容积探头，于呼气末观察心率稳定的3～5个连续心动周期。图像满意后固定探头位置于最佳心尖四腔切面，嘱患者屏气后，启动全容积成像模式，存取4个连续的心动周期图像以备分析。

1.3 图像分析 启用TOMTEC脱机定量分析软件，选取4D LV-ANALYSIS模式，导入受检者图片，描记收缩与舒张期心内膜，编辑左心室3D模型外形，自动分析测得左心室舒张末期容积（left ventricular enddiastolic volume，LVEDV）、左心室收缩末期容积（left ventricular end-systolic volume，LVESV）、左心室三维射血分数（three-dimensional left ventricular ejection fraction，3D-LVEF），同时获取GLS、GCS、GRS曲线（图1）。所有操作及图像分析由2名主治医师和1名副主任医师采用盲法完成，所得3组数值求平均值。

1.4 统计学方法 采用SPSS 19.0软件，计量资料以x±s表示，两组间比较采用独立样本t检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般参数及生化指标比较 3组患者年龄、体重指数、舒张压、高密度脂蛋白、低密度脂蛋白差异无统计学意义（P＞0.05）；与对照组比较，CKD2～3期组收缩压、总胆固醇无明显增加，血肌酐、三酰甘油增高，GFR、血红蛋白含量降低，差异有统计学意义（P＜0.05）；与对照组比较，CKD4～5期组收缩压、血肌酐、总胆固醇、三酰甘油增高，GFR、血红蛋白含量降低，差异有统计学意义（P＜0.05）；与CKD2～3期组比较，CKD 4～5期组血肌酐、总胆固醇增加，GFR、血红蛋白降低，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表1。

2.2 3D-STI参数比较 与对照组相比，CKD2～3期组IVSTd增大，3D-LVEF、GLS、GRS、GCS减小；与对照组相比，CKD4～5期组IVSTd增大，3D-LVEF、GLS、GRS、GCS减小；与CKD2～3期组相比，CKD 4～5期组IVSTd增大，3D-LVEF、GLS、GRS、GCS减小。以上差异均有统计学意义（P＜0.05）。各组间LVEDV、LVESV、LVPWTd比较，差异无统计学意义（P＞0.05）。见表2。

2.3 3D-STI对CKD患者左心室收缩功能的诊断效能ROC曲线显示，分别采用GLS、GCS、GRS判定CKD患者左心室收缩功能异常时，当GLS以17.80%为截断值时，其灵敏度最高（88.89%），约登指数为0.673；当GCS以14.70%为截断值时，其特异度最高（89.47%），约登指数为0.561。见图2、表3。

表1 CKD2～3 期组、CKD4～5 期组及对照组基本情况及生化指标比较（x±s）

表2 CKD2～3 期组、CKD4～5 期组及对照组二维超声参数及3D-STI测量参数比较（x±s）

表3 采用GLS、GCS、GRS诊断CKD患者的ROC曲线分析结果比较

3 讨论

慢性肾脏病的防治目前已成为世界各国所面临的重要公共卫生问题。本病患病率有明显上升趋势，目前我国患病率约为10.8%。包括中国在内的发展中国家病因以原发性肾小球肾炎为主，发达国家以糖尿病肾病、高血压肾小球硬化为主。肾脏与心血管系统间存在密切联系，其共同危险因素包括年龄、高血压、糖尿病、脂质代谢异常等，两者具有共同的病理生理基础，常同时存在。

心脏是一个三维的立体器官，有径向运动、纵向运动和圆周运动3种方式。径向运动是心肌在短轴方向的运动，心肌加厚时为正值，变薄时为负值；纵向运动表示在长轴方向的运动，反映心肌节段室壁伸缩，缩短时为负值，伸长时为正值；圆周运动是短轴方向的环形运动，舒张期为正值，收缩期为负值。心脏依靠上述运动的协调配合来完成心肌的活动和射血功能，通过测量不同方向的心肌应变可以准确评价左心室整体收缩功能[2]。3D-STI是在心脏三维成像的基础上，综合了2D-STI与三维超声的优点， 可通过在三维空间内追踪心肌回声斑点的运动计算心肌应变、应变率、旋转和扭转角度，摆脱了对角度及平面的局限，从而更准确、客观地评价心脏功能[3-4]。段利科等[5]应用3D-STI与2D-STI对照评价正常人左心室心肌纵向、径向和圆周应变，发现前者具有方便、快捷、可重复性强等优点。Maffessanti等[6]研究发现3D-STI能识别出2D-STI不能检出的节段性室壁运动异常。也有研究表明，3D-LVEF与“金标准”MRI获得LVEF相关性良好[7]。目前该技术已广泛应用于临床[8-9]。

图1 左心室心肌整体应变。A.对照组，A1：径向应变、A2：纵向应变、A3：圆周应变；B.CKD2～3期组，B1：径向应变、B2：纵向应变、B3：圆周应变；C.CKD4～5期组，C1：径向应变、C2：纵向应变、C3：圆周应变

本研究筛除了糖尿病肾病以及肾功能不全之前有高血压病史患者，以明确肾功能异常本身对心脏的影响。研究发现轻度CKD患者已出现生化指标异常，并随着肾功能损害程度的加重愈加明显。与对照组比较，CKD2～3期组IVSTd增厚，3D-LVEF、GRS、GCS、GLS减低，表明肾功能损害引起的水钠潴留、炎症反应、氧化应激等对心脏产生的影响。轻度肾功能损害可视为心血管疾病的一个独立危险因素[10]。既往研究显示，CKD早期，超声测量的2D-LVEF仍在正常范围内，但此时左心室收缩功能已经受损[11]。与对照组及CDK2～3期组比较，CKD4～5期组IVSTd增厚，3D-LVEF、GRS、GCS、GLS减低，这与黄琳等[12]研究结果一致，说明随着肾功能持续变差，体内代谢毒素累积、电解质代谢紊乱及神经体液等因素导致心脏容量负荷增加，进而引起心室重构，造成心腔大小、室壁厚度改变[13]。采用ROC曲线分析心肌应变参数对于CKD患者左心室收缩功能改变的诊断效能，结果显示GLS、GCS、GRS 的曲线下面积均 ＞0.70，分别为 0.806、0.756、0.747，具有一定的诊断价值。其中以GLS诊断效能最佳，与相关研究结果一致[14-15]。

总之，CKD早期即存在不同程度的心肌损伤，并且随着病情进展，心肌损害程度加重。3D-STI可以早期检测出患者左心室收缩功能的改变，为预防心脏损害提供了一种较准确、可重复的检测方法，为临床防治提供了有价值的参考。本研究仍有一定的局限性：3D-STI对图像质量要求较高，需排除大量不标准样本；未对患者心肌重构程度进行分型比较，未长期跟踪随访；且仅对患者左心室整体收缩功能进行了评价，未对左心室各节段的局部收缩功能做进一步分析，故有待进一步研究。

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（本文编辑 闻 浩）

Left Ventricular Systolic Function in Patients with Chronic Renal Insufficiency Using Threedimensional Speckle Tracking Imaging

Purpose To evaluate changes of left ventricular systolic function in patients with different-stage chronic renal insufficiency using three-dimensional speckle tracking imaging (3D-STI). Materials and Methods Twenty-six patients with mild chronic renal insufficiency (CKD2-3 group), 20 patients with moderate-severe chronic renal insufficiency(CKD4-5 group), who accepted treatment in the West Coast Medical Center, Qingdao University Affiliated Hospital from June 2015 to June 2016, and 20 healthy volunteers(control group) were enrolled. Routine two-dimensional echocardiography was carried out,and the indicators were compared, including inter-ventricular septum end-diastolic thickness (IVSTd) and left ventricular posterior wall end-diastolic thickness (LVPWTd). In addition, 3D-STI analysis was conducted, and the indicators were compared, including left ventricular end-diastolic volume (LVEDV), left ventricular end-systolic volume (LVESV),three-dimensional left ventricular ejection fraction (3D-LVEF), left ventricular global longitudinal strain (GLS), global radial strain (GRS) and global circumferential strain(GCS). The efficacy of GLS, GCS and GRS in the diagnosis of left ventricular systolic dysfunction in patients with chronic renal insufficiency was compared by ROC curve analysis. Results Compared with the control group, serum creatinine and triglyceride increased (t=22.152 and 2.655), glomerular filtration rate (GFR) and hemoglobin content decreased (t= － 36.527 and － 19.610), IVSTd increased (t=6.035), and 3D-LVEF, GLS,GRS and GCS decreased (t= － 2.958,－ 5.336, － 9.552 and － 4.384) in CKD2-3 group.Compared with the control group, systolic blood pressure, serum creatinine, total cholesterol and triglyceride increased (t=15.060, 29.461, 8.210 and 6.512), GFR and hemoglobin content decreased (t= － 67.557 and － 28.071), IVSTd increased (t=10.959), and 3D-LVEF,GLS, GRS and GCS decreased (t= － 7.315, － 7.460, － 17.99 and － 6.052) in CKD4-5 group. Compared with CKD2-3 group, systolic blood pressure, serum creatinine and total cholesterol increased (t=14.551, 28.902 and 8.555), GFR and hemoglobin content decreased (t= － 18.455 and － 16.832), IVSTd increased (t=7.331), and 3D-LVEF, GRS,GCS and GLS decreased (t= － 4.977, － 3.847, － 4.929 and － 2.553) in CKD4-5 group.All the above differences were statistically significant (P＜0.05). ROC curve showed that determining left ventricular systolic dysfunction in patients with chronic renal insufficiency using GLS, GCS and GRS, when the cutoff value of GLS was 17.80%, the sensitivity was the highest (88.89%), and the Youden index was 0.673; however, when the cutoff value of GCS was 14.70%, the specificity was the highest (89.47%), and the Youden index was 0.561. Conclusion In patients with chronic renal insufficiency, left ventricular systolic function reduces, and with the progress of the disease, the cardiac function also gradually reduces. 3D-STI can accurately assess changes of left ventricular systolic function in patients with different-stage chronic renal insufficiency.

Renal insufficiency, chronic; Ventricular function, left; Echocardiography,three-dimensional; Speckle tracking imaging

10.3969/j.issn.1005-5185.2017.09.014

章 蓉

Department of Cardiac Ultrasound, the Affiliated Hospital of Qingdao University,Qingdao 266555, China

Address Correspondence to: ZHANG Rong E-mail: szhangrong@163.com

R445.1；R541

2017-03-27

修回日期： 2017-06-19

中国医学影像学杂志

2017年 第25卷 第9期：685-689

Chinese Journal of Medical Imaging 2017 Volume 25 (9): 685-689