三维斑点追踪成像技术定量评价亚临床甲状腺功能亢进患者左心室收缩功能

王凌霄，蒋海波，陈恺蓓，赵颖燕，蒋 栋，金修才

(海军军医大学附属长海医院超声科，上海 200433)

亚临床甲状腺功能亢进症(subclinical hyperthyroidism， SH)指血清促甲状腺激素(thyroid stimulating hormone， TSH)水平低于0.4 mIU/L，而三碘甲状腺原氨酸(triiodothyronine，T3)及甲状腺素(thyroxine，T4)尚处于正常范围的一种特殊类型的甲状腺功能亢进症。随体内甲状腺激素水平变化，SH患者罹患多种心血管疾病的发生风险增加[1]。既往研究[2-4]采用组织多普勒成像(tissue Doppler imaging， TDI)和二维斑点追踪成像(two-dimensional speckle tracking imaging， 2D-STI)从心肌应变角度定量评估SH患者心肌功能，但受技术限制，均不能全面、有效地评价左心室壁心肌整体和局部收缩功能。三维斑点追踪成像(three-dimensional speckle tracking imaging， 3D-STI)技术是在2D-STI基础上发展而来，于三维空间逐帧追踪心肌“声学斑点”，获取其纵向、径向和圆周方向的时间-应变曲线，既可避免TDI的角度依赖性，还能避免2D-STI受追踪平面限制出现“斑点逃逸”的局限性[5-6]。另外，3D-STI技术特有的面积应变可以定量评价左心室心内膜立体结构的变化。本研究采用3D-STI技术评价SH患者左心室心肌整体和局部应变值变化，旨在早期发现其心肌收缩功能改变。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2016年3月—2017年5月经我院内分泌科确诊且未经治疗的33例SH患者(SH组)，男10例，女23例，年龄23～65岁，平均(39.0±11.6)岁。纳入标准：①血清TSH<0.4 mIU/L，T3(1.3～3.1 nmol/L)、T4(66～181 nmol/L)和游离甲状腺素(free thyroxine， FT4，13～23 pmol/L)处于正常范围，且未经任何治疗；②Simpson双平面法测量左心室射血分数(left ventricular ejection fraction， LVEF)≥60%。排除标准：①由甲状腺以外其他因素引起的TSH降低，如垂体功能障碍及药物等；②合并高血压、冠心病、糖尿病、心律失常、心内异常分流等可引起心肌应变改变的疾病；③图像质量差，无法获取局部应变值。

另选取同期年龄、性别相匹配的35名健康人为对照组，男12名，女23名，年龄17～70岁，平均(32.4±14.0)岁。本研究经我院伦理委员会审批通过，所有受检者均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法 采用GE Vivid E9彩色多普勒超声诊断仪，V4矩阵探头，频率1.5～4.0 MHz；M5Sc探头，频率2.0～4.0 MHz，配备4D Auto-LVQ图像分析软件，由同一检查者完成所有检查。嘱受检者左侧卧，连接同步心电图，采用M5Sc探头于左心室长轴切面测量左心房内径(left atrium diameter， LAD)、室间隔厚度(interventricular septum thickness， IVST)、左心室舒张末期内径(left ventricle diameter of end-diastolic， LVEDD)及左心室收缩末期内径(left ventricle diameter of end-systolic， LVEDS)，采用Simpson双平面法获取LVEF。随后切换至V4矩阵探头，于心尖部获取四腔心切面，启动4D模式，调节帧频≥心率的40%，嘱受检者深呼气后屏气，采集连续4个心动周期的三维图像。采用4D Auto-LVQ图像分析软件，自动描记上述三维图像中左心室心内膜、心外膜界线，系统自动将左心室壁分为基底段(前壁、前间隔、下间隔、下壁、下侧壁、前侧壁)、中间段(前壁、前间隔、下间隔、下壁、下侧壁、前侧壁)、心尖段(前壁、室间隔、下壁、侧壁)和心尖帽共17个节段，获取左心室整体和各节段的纵向、径向及面积峰值应变的绝对值。由同一检查者对每幅图像分析3次，取平均值。

1.3 统计学分析 采用SPSS 21.0统计分析软件。符合正态分布的计量资料以±s表示。SH组与对照组间计量资料比较采用两独立样本t检验，计数资料比较采用χ2检验。采用Pearson相关系数评价SH患者年龄、体表面积、收缩压、舒张压、TSH、T3、T4、FT4等临床指标与左心室整体面积应变间的相关性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 实验室检查及常规超声心动图检查结果 SH组与对照组TSH、T4和FT4差异有统计学意义(P均<0.05，表1)；2组间常规超声检查结果LAD、IVST、LVEDD、LVEDS及LVEF差异均无统计学意义(P均>0.05，表2)。

2.2 3D-STI结果 牛眼图显示SH组左心室各节段颜色分布不均匀，呈现红蓝相间(图1A)；对照组各节段颜色分布较均匀(图1B)。SH组与对照组间左心室中间段下侧壁、心尖段下壁的面积峰值应变，心尖段下壁及心尖帽的径向峰值应变差异均无统计学意义(P均>0.05)，心脏整体及其余各节段各峰值应变SH组均较对照组降低，差异均有统计学意义(P均<0.05，表3～5)。

2.3 相关性分析 SH患者左心室整体面积峰值应变与TSH呈正相关(r=0.82，P<0.01，图2A)，与FT4呈负相关(r=-0.67，P<0.01，图2B)。

3 讨论

左心室心肌由3层肌纤维组成，心内膜层肌纤维呈纵向，中间层呈环形，心外膜层呈斜行，心肌解剖基础决定了其复杂的空间运动。心脏在三维空间的运动形式主要包括长轴方向上的纵向运动和短轴方向上的径向、圆周运动。常规二维超声敏感度差，仅能从二维平面粗略评估SH患者左心室整体运动情况，无法早期发现左心室心肌受损。3D-STI技术不仅可以评价左心室整体收缩功能，还能定量评价其局部收缩功能[7]；尤其在LVEF正常时，通过3D-STI能较早发现SH患者左心室收缩功能下降，其特有的面积应变由纵向应变和圆周应变共同决定，能客观反映心脏收缩功能致心内膜立体结构的变化[8]。

本研究通过3D-STI技术分析SH患者左心室各节段心肌的形变能力，发现左心室不仅整体收缩功能下降，局部收缩功能也呈弥漫性下降。一方面，SH患者甲状腺激素水平发生变化导致机体出现促炎症反应状态，白介素-6(interleukin-6， IL-6)水平显著增高，促进心肌细胞发生炎症反应和心肌重构[9]；同时，亢进的甲状腺功能可直接影响左心室心肌结构蛋白合成，并增加心肌负荷，促进心肌细胞肥厚[10]。另一方面，SH患者心肌受损呈弥漫性可能与甲状腺激素受体分布有关。甲状腺激素受体包括α1、α2异形体和β1、β2异形体，在心肌细胞主要以α1异形体为主。心肌细胞主要由T3作用于α1受体发挥正性肌力作用[11]，心肌做功增多、耗氧量增加，致心肌弥漫性受损。

表1 SH组与对照组临床资料比较

表2 SH组与对照组常规超声心动图参数比较(±s)

表2 SH组与对照组常规超声心动图参数比较(±s)

组别LAD(cm)IVST(cm)LVEDD(cm)LVEDS(cm)LVEF(%)SH组(n=33)3.00±0.320.97±0.114.61±0.352.61±0.2864.64±2.60对照组(n=35)2.95±0.300.96±0.114.46±0.362.51±0.3165.27±2.34t值0.500.271.371.06-0.82P值0.620.790.180.290.42

图1 面积应变曲线及牛眼图 A.SH组患者，女，37岁； B.对照组受试者，女，35岁

表3 SH组与对照组左心室整体及各节段纵向峰值应变比较(%，±s)

组别基底段前壁前间隔下间隔下壁下侧壁前侧壁SH组(n=33)10.79±4.8210.17±3.8912.58±2.989.68±3.0610.93±3.2611.26±3.55对照组(n=35)20.54±6.7618.02±4.4617.17±4.0015.60±3.5015.99±3.2619.16±5.17t值-5.44-6.08-4.26-5.85-5.02-5.89P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01组别中间段前壁前间隔下间隔下壁下侧壁前侧壁SH组(n=33)9.18±3.8111.94±3.8714.09±4.3613.50±4.1812.36±3.4810.09±3.89对照组(n=35)16.26±3.9818.91±4.7219.92±4.8018.46±2.7416.42±4.1916.40±3.46t值-5.89-5.26-4.12-4.45-3.43-5.50P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01组别心尖段前壁室间隔下壁侧壁心尖帽整体SH组(n=33)7.90±2.2713.86±4.4515.20±4.499.96±4.128.92±5.0610.64±2.32对照组(n=35)14.86±4.1418.10±3.5120.64±6.4915.67±4.0913.81±4.5016.22±2.30t值-6.91-3.38-3.2-4.49-3.27-7.81P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01

表4 SH组与对照组左心室整体及各节段径向峰值应变比较(%，±s)

组别基底段前壁前间隔下间隔下壁下侧壁前侧壁SH组(n=33)34.74±14.8829.90±12.0328.78±10.3024.27±12.8820.13±9.8824.41±12.73对照组(n=35)55.49±18.6450.28±20.2638.34±10.0934.93±10.0433.95±8.4644.32±15.39t值-4.01-4.04-3.02-2.94-4.81-4.59P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01组别中间段前壁前间隔下间隔下壁下侧壁前侧壁SH组(n=33)23.49±12.2929.82±14.1631.01±12.1631.83±11.0327.42±9.7224.01±10.08对照组(n=35)42.68±14.3948.15±18.0540.59±11.9940.96±9.0836.04±11.7438.87±13.59t值-4.66-3.69-2.56-2.89-2.6-4.07P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01组别心尖段前壁室间隔下壁侧壁心尖帽整体SH组(n=33)16.21±6.0131.14±12.9144.13±21.4528.90±15.2824.58±17.4827.80±8.08对照组(n=35)31.15±12.6639.85±12.4052.39±21.9040.22±17.8033.86±16.9740.33±7.82t值-5.03-2.22-1.23-2.22-1.74-5.08P值<0.010.030.230.030.09<0.01

本研究结果显示，SH患者T4和FT4虽处于正常范围，但仍高于对照组，且左心室整体面积峰值应变与FT4呈负相关(r=-0.67，P<0.01)、与TSH呈正相关(r=0.82，P<0.01)。究其原因，机体内甲状腺激素的分泌受下丘脑—垂体—甲状腺轴的负反馈调节[12]，SH患者甲状腺激素水平偏高、迷走神经调节功能下降，可使心脏处于高动力循环状态，增加心肌细胞耗氧，致心肌缺氧和收缩力下降；另外，亢进的甲状腺功能会增加心肌细胞对儿茶酚胺和肾素-血管紧张素系统的敏感度，促进细胞凋亡，降低心肌收缩力[13]。心肌细胞在缺氧和凋亡的条件下可出现代偿性应激反应，即心肌重构，以维持心血管系统的稳态，但持续性代偿将诱发心肌器质性损伤。本研究发现SH组部分节段(中间段下侧壁、心尖段下壁的面积峰值应变，心尖段下壁及心尖帽的径向峰值应变)的心肌应变值较对照组降低，但差异无统计学意义，其原因可能是心肌重塑作用暂时维持了心血管系统的稳态，随着病程延长及心肌耗氧量增加，应变值将进一步下降；也可能是样本量较小所致，有待进一步研究。

表5 SH组与对照组左心室整体及各节段面积峰值应变比较(%，±s)

表5 SH组与对照组左心室整体及各节段面积峰值应变比较(%，±s)

组别基底段前壁前间隔下间隔下壁下侧壁前侧壁SH组(n=33)23.91±8.3821.71±7.2720.86±5.1617.74±6.0415.87±6.6317.69±7.63对照组(n=35)34.73±7.1831.57±8.9826.59±6.2725.46±5.0622.22±4.6730.93±9.08t值-4.44-3.93-3.25-4.43-3.51-5.15P值<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01<0.01组别中间段前壁前间隔下间隔下壁下侧壁前侧壁SH组(n=33)17.83±8.1321.52±8.4322.29±6.5222.74±6.7320.84±6.2117.63±6.04对照组(n=35)29.07±7.8931.05±8.9928.15±6.1228.26±4.3924.60±6.1125.73±7.56t值-4.52-3.54-2.98-3.07-1.97-3.86P值<0.01<0.01<0.01<0.010.06<0.01组别心尖段前壁室间隔下壁侧壁心尖帽整体SH组(n=33)12.06±5.2721.38±7.9725.77±11.0519.30±9.7415.63±9.5319.70±4.80对照组(n=35)21.44±7.1027.16±6.0332.13±9.4826.05±8.8521.52±8.2626.40±3.84t值-4.91-2.6-1.98-2.33-2.12-4.92P值<0.010.010.060.030.04<0.01

图2 SH患者左心室整体面积峰值应变与TSH(A)和FT4(B)的相关性散点图

本研究的局限性：①3D-STI技术对心内膜边界的识别要求较高，虽然软件能自动识别心内膜界线，但部分病例仍需手动微调；②样本量较小，需扩大样本量观察局部收缩功能；③甲状腺激素水平对左心室壁从基底段至心尖段变化趋势的影响有待进一步观察；④面积应变由纵向应变和圆周应变共同决定，且为3D-STI的特有指标，本研究对面积应变与临床指标行相关性分析，而纵向应变和径向应变与临床指标的相关性有待进一步研究。

总之，3D-STI技术可较早发现SH患者心肌受损情况，相比常规二维超声更敏感，具有广阔应用前景。