三维斑点追踪技术评估心肾综合征患者心肌运动的应用进展*

张华， 陈锐， 邱少东， 陈菲

广州医科大学附属第二医院医学超声科(广东广州 510260)

肾功能不全患者常合并有心功能不全，临床上统称为心肾综合征(CRS)[1]，发病率逐年上升，由于心肾联合机制复杂，容易对冠状动脉造成损伤引起心肌缺血表现，评价冠状动脉功能的金标准是冠状动脉造影检查，但该类患者因易造成造影剂肾病而不能耐受该项检查，故无法对他们进行完整的心肌功能评估。三维斑点追踪技术(3D-STE)是近年来许多研究[2-4]一直推荐的评价心肌活动的良好指标，因其可立体实时评估各腔室心肌运动，且不具有创伤性，方便动态观察，尤其适用于CRS的心肌损害评估。本文主要对3D-STE在CRS患者心肌运动的应用进展进行综述。

1 CRS的流行病学情况

CRS于2008年由美国急性透析质量指导组正式命名， 即在心、肾功能紊乱的病理情况下，无论心、肾出现急、慢性功能损伤都会引起另一个器官出现急、慢性功能受损[1]，根据临床表现分为5型：1 型为急性心肾综合征；2型为慢性心肾综合征；3型为急性肾心综合征；4型为慢性肾心综合征；5型为继发性心肾综合征。

CRS在临床中并不少见，严重影响患者的工作和生活，而且发病率逐年上升，机制复杂，预后欠佳，极大地加重医疗资源负担。美国心力衰竭(心衰)登记系统统计，心衰住院的患者中有30%合并有肾功能不全[5]。50%以上心衰患者血肌酐清除率低于60 mL/(min·1.73 m2)[6]。1型CRS中有25%～33%患者合并有急性失代偿性心衰[7-8]。Bagshaw等[9]研究发现急性冠脉综合征和急性心衰中肾功能恶化发生率高达9%～19%和24%～45%。肾功能恶化严重影响心衰患者的病死率，且血肌酐越高则患者预后越差[10]。急性肾损伤(AKI)可增加急性心肌梗死和急性心衰患者的短期和长期心血管及全因死亡风险[11]。近年来我国也有不少统计CRS流行情况的研究，心脏手术、急性心力衰竭、急性心肌梗死、冠脉造影合并AKI的发生率分别为40.2%、32.2%、14.7%和4.5%[12]，且合并1型CRS时病死率明显升高[13]。

慢性肾功能不全(CRF)合并慢性心力衰竭时属4型CRS，发生率可高达45%～63%[14]，其中包括1型CRS迁延不愈的患者。在4型CRS中，心血管疾病(CVD)可增加CRF发展为终末期肾病的风险和全因死亡率[15]，透析患者CVD相关死亡率比正常人群高10～30倍。败血症为5型CRS中最常见的疾病[16]，AKI的发生率为11%～64%[9]。有研究发现30%～80%的败血症患者血清肌钙蛋白升高提示合并心肌损害[17]。所以临床上对于所有类型的CRS患者都必须高度重视，其诊断与治疗也一直是备受关注。

2 CRS心肌运动的常用评估手段

炎症、缺血、肥厚等任何心肌疾病都会影响心肌运动。心肾之间存在着复杂的神经体液激素等反馈机制，当心肾功能正常时，两者间互为支持；当心肾功能不全时，两者也互相影响。CRS患者心肌既受到肾功能不全体内积存的过量毒素影响心肌收缩力，也可以因心功能不全导致血管痉挛诱发心肌缺血，继发的全身炎症反应也会引起血管粥样硬化，严重时甚至引起心肌梗死。心肌运动的常用评估手段包括：心肌核素显像(MPI)、心脏核磁共振(MRI)、心脏计算机断层扫描(CT)、数字减影血管造影技术(DSA)及心脏超声(ECG)。

MPI可分为两类，一类是灌注显像，通过判断核素被心肌细胞摄取情况判断梗死与缺血心肌，可作为选择治疗方案及评价手术疗效，并估测冠心病患者的预后，另一类是心室造影术，可评价心室功能及心室壁运动，但对于急性发作期患者不适用。心脏MRI可无创性地从不同切面观察心脏，已成为心肌病、心脏大血管疾病诊断的“金标准”，但不能用于心力衰竭及体内有金属患者，且价格比较昂贵。心脏CT利用静脉注射造影剂显示心脏结构和冠脉情况，主要用于复杂性先天性心脏病、冠心病、主动脉疾病等，但对碘过敏或者心肾功能不全者禁用。DSA检查最受临床医师欢迎，因为可明确诊断冠脉疾病并予以治疗，但属于有创性检查，且肾功能不全者容易造成造影剂肾病，加速恶化甚至无尿。

心脏超声用于评价心肌运动由来已久。因其无创性、重复性好，临床常用M型或二维超声实时观察心室壁运动情况，但容易受观察者经验及主观因素影响，且冠心病非发作期及多支冠脉病变时检出率偏低。组织多普勒技术(TDI)通过滤波技术识别心肌运动频率，直接评价心肌运动速度，但具有角度依赖性且受组织多普勒频移影响。其后衍生出二维斑点追踪技术(2D-STE)，优点相对于TDI没有角度依赖性，不受组织多普勒频移影响，而且局部噪声敏感度较小，可更全面准确评价心肌功能，但仅能观察某一平面内心肌形变情况，无法在同一心动周期内对全部心肌进行立体空间的斑点追踪。最新的3D-STE可以利用三维探头技术在同一心动周期分析局部或整体心肌运动各个方向的速度、应变情况，实现真正的实时、全面、立体分析心室壁运动及心功能情况，且不受心肾功能不全影响，尤其适用于CRS患者心肌运动评价，

3 3D-STI技术的原理及其评价指标

入射超声透过心肌细胞后会产生散射现象并形成散射斑点，通过追踪这些斑点在心动周期中的运动轨迹，便可得到“斑点”所对应心肌的形变，从而获得目的心肌的运动速度、应变以及扭转等变形信息。3D-STE利用计算机分析心脏全容积图像数据，可以达到三维空间内心肌声学斑点的运动分析，从真正意义上实现实时定量评价心肌组织的运动情况[18]。

3D-STE常用的评价心肌形变的指标有应变(strain)、应变率(strain rate)、旋转(rotation)及扭转运动(twist)。心肌应变一般分为两大类：法向应变(normal strain)和剪切应变(shear strain)。法向应变指心肌收缩时产生的长度变化，可将心肌运动的综合向量分解为径向、纵向和圆周3个方位的分向量。正常心肌收缩时会出现长轴缩短、短轴增厚及圆周减小的立体运动，因此圆周应变(CS)和纵向应变(LS)均为负值，径向应变(RS)为正值。另外，3D-STE还有独特的新参数——心内膜表面积的变化率(AS)，不但可以减少心肌斑点追踪误差又能突出纵向及环向运动的协同效应，因此具有更高的心肌运动评估价值。剪切应变指在剪切力作用下心肌形状变化时产生的角度改变，正常收缩时心底部顺时针旋转为正值，心尖部逆时针旋转为负值，两者间旋转角度之和即为心室扭转角度，而扭矩(torsion)即扭转两节段间距离。

4 3D-STE技术评估心肌运动的价值

4.1 3D-STE技术评估心肌缺血的应用 近年来发现心肌缺血最早可体现在心肌的形变上，早于心电图及心肌酶谱的出现。3D-STE可在三维空间里追踪心肌斑点运动轨迹评价心肌形变，从力学的角度立体全面地评价心肌运动功能。Ternacle等[19]研究发现患者接受经皮冠脉介入治疗时，3D-STE能分辨心肌缺血及其周边心肌节段的早期形变特点，优于二维能分辨的室壁运动异常。Hayat等[20]研究认为3D-STE中的AS较普通LS和RS能更好地辨别非透壁性心肌梗死的范围。李丹等[21]发现AS可识别中度以上冠脉狭窄的心肌节段形变异常，除BA外轻度狭窄的各节段心肌AS也显著降低，提示AS的敏感性高于其他应变参数，因此可用于检测早期心肌缺血及不同程度冠脉狭窄的心肌形变，具有重要临床意义。

4.2 3D-STE技术评估心肌运动功能的应用 美国心脏病协会指出，超声心动图能够独立对心衰作出诊断，评价预后[22]，已被许多临床医师采纳成为评价患者心功能的首选方法，常规超声主要对心脏泵功能进行评价，但依赖血流动力学状态，有一定局限性。3D-STE追踪心肌斑点回声的三维空间运动轨迹，对角度无依赖性，可多方向评价心肌节段应变情况，并定量评价心室局部或整体功能[23]，优于二维应变更能准确评价心肌功能。陈敏等[24]研究无室壁运动异常但冠脉确诊冠心病的患者，应用3D-STE、M型Teichholz法及二维双平面Simpson法分别测量左室舒张末期及收缩末期容积、左室射血分数，3种方法测值比较均有显著性差异；经冠状动脉造影检出的缺血节段其相应的LS、CS、RS及AS均低于正常对照组。3D-STE还可检测出肥厚型心肌病[25]、原发性高血压[26]、2型糖尿病[27]及化疗药物[28]早期左室心功能损害。除了评价左室心肌运动外，利用3D-STE还可以评价左房[29]、右房[30]、右室[31]等心肌运动功能情况。这些研究都将为3D-STE应用于早期心功能受损筛查提供理论依据。

5 3D-STE技术评估CRS患者心肌运动的价值

心肌损害和动脉硬化在CRS患者中普遍存在，其严重程度与CRS患者病情轻重及病程长短呈正相关，由于CRS患者进行冠脉造影时容易出现造影剂肾病，限制了对该类患者冠脉硬化的评估；急性肾衰患者多合并急性心力衰竭，呼吸急促且不能平卧，也无法进行核磁共振心功能检查。有研究[32]显示部分CRF患者即便出现心衰症状和体征，但左室射血分数仍可表现为正常。赵冰冰等[33]进行早晚期CRF患者局部心肌运动比较，发现晚期较早期CRF患者前间隔中间段、下壁心尖段、心尖部应变值在SLS、SRS、SCS及SAS中显著减低，提示3D-STE能敏感地反映CRF患者局部心肌功能的改变。刘开薇等[34]观察CRF2期和3期且左室射血分数正常的患者，发现左室整体LS明显减低正常对照组。Sun等[35]通过3D-STE技术发现维持透析组左室整体LS和RS明显减低，左室整体LS可作为CRF透析患者心血管不良事件的独立预测因素。

6 3D-STE的局限性

由于CRS患者往往自身并发症较多，所以对于3D-STE技术应用有一定的局限性：(1)患者往往年纪比较大，皮下脂肪层较厚，或者合并肺炎、肺气肿均可影响心脏观察透声窗不清晰，导致心内膜边界辨别欠佳，准确性下降；(2)受检者心脏增大，导致心尖部部分心肌超出探头检测范围未能追踪分析；(3)如果合并心律失常，或者患者呼吸动度较大，也会影响斑点追踪结果分析；(4)当图像帧频较低时容易出现3D拼接错位，操作者的人为误差有时也会对图像分析结果造成一定的干扰。

7 展望

3D-STE作为无创的新型心功能评价手段，能全面、立体分析心肌三维空间的运动情况，对于识别早期心肌缺血也有独特的价值，目前国内外利用3D-STE评价不同类型的CRS患者研究仍较欠缺，不同类型CRS患者会否心肌活动情况不同尚未得到证实，但随着3D-STE技术创新不断完善，相关的临床研究一定会应用日益广泛，为临床评价CRS患者心肌运动及心功能情况提供了实时、便捷地重要检测手段。