三维纵向分层应变技术定量评价冠心病回旋支狭窄程度的研究

段 娜 栾 波▲ 朱 芳 丁明岩

1.中国医科大学人民医院 辽宁省人民医院心内科，辽宁沈阳 110016；2.中国医科大学人民医院 辽宁省人民医院心功能科，辽宁沈阳 110016

冠状动脉粥样硬化性心脏病（coronary atherosclerotic heart disease，CHD）是全球范围内发病率极高的心血管疾病，近10 年来我国CHD 的发病率及死亡率呈上升趋势[1-2]。冠状动脉造影术（coronary angiography，CAG）是目前临床诊断冠状动脉狭窄的金标准[3-4]，但是该方法无法早期发现冠状动脉病变。普通超声心动图具有无创、简便等特点，但普通超声检查是将左心室壁的整体为研究对象进行评价。心肌分层应变技术能够自动将心肌分为三层进行评价，最终进行定量评价每层心肌功能的变化[5]。本研究应用心脏三维斑点追踪技术（there-dimensional speckle tracking imaging，3D-STI）评价不同冠状动脉LCX 狭窄患者左心室各层心肌整体和局部的纵向心肌应变指标，进而探讨3D-STI对于CHD 早期诊断的临床价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

收集2018 年6 月～2019 年10 月在辽宁省人民医院心内科行冠状动脉造影提示LCX 狭窄的患者85 例。根据CAG 结果的冠状动脉狭窄程度将患者分为三组：轻度狭窄组26 例，狭窄率≤50%；中度狭窄组31 例，50% ＜狭窄率≤75%；重度狭窄组28 例，75% ＜狭窄率≤100%。另入选同期31 例CAG 证实冠状动脉无明显狭窄患者作为正常组。

纳入标准：冠状动脉造影为LCX 单支病变；普通心电图未见明显异常；常规超声心动图检查无明显室壁节段运动异常而且左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）＞50%的患者。

排除标准：经冠状动脉造影证实是两支以上病变；既往诊断明确的心肌梗死、瓣膜病、心肌病和先天性心脏病；伴有严重心律失常、严重肝肾功能不全、严重缺血缺氧性疾病；体重偏大透声条件差，超声图像质量欠佳无法分析。

1.2 研究方法

1.2.1 临床资料收集 收集入选患者的年龄、性别、既往史等基本临床资料，以及冠脉造影结果、普通心脏超声结果和3D-STI 结果。

1.2.2 冠脉造影检查及结果判定 所有冠脉造影患者采用Seldinger 法穿刺桡动脉/股动脉，置入动脉鞘管后，根据患者体重给予相应计量肝素，然后进行多方位、多角度选择性冠脉造影。造影结束后，采用系统自带软件，应用QCA（quantitative coronary angiography）方法测量病变血管的直径狭窄率（diameterstenosis rate）。所测指标由两名具有高级职称的心内科医生测量后取平均值。

1.2.3 超声心动图检查及结果判定 采用GE Vivid E9 超声诊断仪，二维M5SC 探头，频率为1.7 ～3.3MHz；三维4V 探头，频率为1.7 ～4.0MHz，帧频25 ～40 帧/s，后期图像分析使用EchoPAC 工作站。

常规超声心动图检查及结果分析：根据2019 年美国超声心动图学会（American Society of Echocardiography，ASE）成人经胸超声心动图检查指南[6]测得常规二维超声心动图参数，其中包括：左心房收缩期二尖瓣口血流速度（A 峰），左心室舒张早期二尖瓣口血流速度（E 峰），E 峰与A 峰的比值（E/A），采用simpson 双平面法描记心内膜边界，勾画出左心室收缩末期容积（left ventricular endsystolic volume，LVESV）和左心室舒张末期容积（left ventricular end-diastolic volume，LVEDV），最后算出左心室射血分数（left ejection fraction，LVEF）和左心室搏出量（left ventricular volume，LVSV）等参数。

三维斑点追踪技术检查及结果分析：采用二维三平面法自动构建心尖三腔图像和心尖两腔图像，存储5 个心动周期的三平面图像。然后应用EchoPAC 工作站对留存的入组患者的3D-STI 图像进行脱机分析，应用4D AutoLVQ 在机软件进行图像分析。通过主动脉瓣a的血流频谱来确定主动脉瓣开放和关闭的时间点，应用软件自动计算并输出测定结果，根据美国心脏病学会建议的标准化左心室节段划分[7]，获得左心室17 应变牛眼图。进而计算左心室整体平均纵向应变值（average global longitudinal strain，GLS-Avg）、左心室基底六节段平均纵向应变值（basal segment global longitudinal strain，GLS-Bas）、左心室中间六节段平均纵向应变值（middle segment global longitudinal strain，GLS-Mid）、左心室心尖五节段平均纵向应变值（apex segment global longitudinal strain，GLS-Ap），所有测量参数均取3次平均值。

1.3 统计学方法

应用SPSS22.0 统计软件进行统计和分析，其中计量资料以（±s）表示，计量资料需符合正态分布并且方差齐，采用单因素方差分析，两两组间数据应用LSD-t 检验。计数资料采用例数表示，组间比较采用χ2检验。以冠脉造影为金标准，绘制预测LCX 狭窄程度的受试者工作特征曲线（receiver operating charac teristic curve，ROC 曲线），确定曲线下最大面积（the area under the ROC curve，AUC）及最佳截断值（cut-off value），评价不同应变参数的诊断效能。P ＜0.05 为差异有统计学意义。

表1 各组基本临床资料比较

表2 常规超声结果比较（±s）

表2 常规超声结果比较（±s）

注：LVESV：左心室收缩末期容积；LVEDV：左心室舒张期末容积； LVEF：左心室射血分数；LVSV：左心室搏出量；E 峰：左心室舒张早期二尖瓣口血流速度；A 峰：左心房收缩期二尖瓣口血流速度；E/A：E 峰与A 峰的比值

组别 LVESV（mL） LVEDV（mL） LVSV（mL） LVEF E峰（cm/s） A峰（cm/s） E/A正常组 32.63±5.23 88.56±10.56 55.76±7.89 0.54±0.07 73.29±11.67 91.46±14.23 0.81±0.30轻度狭窄组 33.02±6.23 87.43±8.67 54.74±8.23 0.52±0.01 71.78±9.78 90.43±12.54 0.81±0.23中度狭窄组 34.35±4.65 89.83±10.43 55.76±8.45 0.54±0.02 72.26±9.78 93.53±11.45 0.80±0.21重度狭窄组 33.81±4.87 89.34±11.67 53.65±9.56 0.51±0.04 72.91±9.84 90.66±13.24 0.79±0.29 F 0.087 0.067 0.046 0.051 0.065 0.083 0.043 P＞0.05 ＞0.05 ＞0.05 ＞0.05 ＞0.05 ＞0.05 ＞0.05

表3 各组患者不同三维纵向应变参数结果比较（±s，%）

表3 各组患者不同三维纵向应变参数结果比较（±s，%）

注：GLS-Avg：左心室整体平均纵向应变值；GLS-Bas：左心室基底六节段平均纵向应变值；GLS-Mid：左心室中间六节段平均纵向应变值；GLS-Ap：左心室心尖五节段平均纵向应变值。与正常组比较，aP ＜0.05；与轻度狭窄组比较，bP ＜0.05

组别 n GLS-Avg GLS-Bas GLS-Mid GLS-Ap正常组 31 -18.17±1.66 -13.70±1.39 -18.18±2.04 -23.01±2.28轻度狭窄组 26 -16.11±1.61a -12.78±1.34a -16.82±1.61a -21.96±1.89中度狭窄组 31 -15.60±1.36a -12.61±1.54 a -16.41±1.47 ab -20.18±1.60ab重度狭窄组 28 -15.56±2.08a -12.40±1.57 a -15.71±1.82a -19.26±2.23ab F 16.185 4.647 10.506 20.708 P＜0.05 ＜0.05 ＜0.05 ＜0.05

2 结果

2.1 一般资料

所有入选患者正常组：平均年龄（52.6±3.6)岁，男 性18 例，吸 烟 史6 例，高 血 压12 例，糖尿病7 例、高血脂9 例；轻度狭窄组：平均年龄（50.2±4.4）岁，男性16 例，吸烟史9 例，高血压13例，糖尿病4 例，高血脂13 例；中度狭窄组：平均年龄（53.5±4.7）岁，男性19 例，吸烟史11 例，高血压12 例，糖尿病8 例，高血脂12 例；重度狭窄组：平均年龄（52.4±3.9）岁，男性16 例，吸烟史8 例，高血压15 例，糖尿病5 例，高血脂8 例。各组间比较差异无统计学意义（P ＞0.05）。见表1。

2.2 常规超声结果比较

LCX 不同狭窄程度的各组间常规超声参数LVEDV、LVESV、LVEF、LVSV、E 峰、A 峰、E/A 之间的比较差异均无统计学意义（P ＞0.05）。见表2。

2.3 各组患者不同三维纵向应变参数结果比较

四组间的三维纵向应变参数结果中，GLS-Avg、GLS-Bas、GLS-Mid 三组应变指标的不同程度狭窄与正常组比较差异有统计学意义（P ＜0.05），而GLS-Ap 组的轻度狭窄组与正常组比较差异无统计学意义（P ＞0.05），中、重度狭窄组与正常组比较差异有统计学意义（P ＜0.05）。另外，GLS-Mid组中，轻度狭窄组与中度狭窄组比较差异有统计学意义（P ＜0.05），GLS-Ap 组中轻度狭窄组与中、重度狭窄组比较差异有统计学意义（P ＜0.05）。见表3。

2.4 不同应变参数预测冠状动脉LCX不同狭窄程度的ROC曲线分析

根据3D-STI 所得GLS-Avg、GLS-Bas、GLS-Mid、GLS-Ap 参数绘制ROC 曲线并计算相应值（表4 ～5，图1 ～2）。其中GLS-Ap 诊断效能最优，在诊断LCX中度狭窄（50%＜狭窄率≤75%）中，AUC 为0.817、截断值为-21.55%、敏感度为80.6%、特异度为75.0%、正确指数为0.556；诊断LCX 重度狭窄（75%＜狭窄率≤100%）中，AUC 为0.895、截断值为-21.45%、敏感度为82.1%、特异度为83.9%、正确指数为0.660。

表4 诊断中度狭窄ROC曲线分析值

表5 诊断重度狭窄ROC曲线分析值

图1 诊断中度狭窄ROC 曲线图

图2 诊断重度狭窄ROC 曲线图

3 讨论

CHD 是因冠状动脉粥样硬化斑块逐步形成并进展后，导致的冠状动脉血管管腔狭窄甚至堵塞，或因冠状动脉功能性改变（如痉挛等）导致冠状动脉血流量下降，心肌血氧供与需之间不平衡而引起心肌组织缺氧、缺血、坏死等心肌损害所致的临床症状。心肌细胞的缺氧、缺血、纤维化及坏死可导致心肌的舒张势能减少和低灌注状态，早期可以导致局部或整体心肌的顺应性减退，晚期则出现左心室心肌的整体运动不协调、心肌纤维化、收缩能力下降及舒张顺应性减退等改变[8-9]。

冠状动脉主要分为左、右两支，血管开口分别在主动脉根部的左、右冠状动脉窦。左冠状动脉由左冠状动脉窦发出后称为左主干，然后分出前降支和回旋支。回旋支从左主干发出后沿左房室沟向心室壁的左后方走行至心脏后室间沟，主要负责支配左心室的侧壁、部分后壁以及左心房的供血，同时回旋支解剖差异较大，因此LCX 狭窄后出现心肌缺血的心电图变化不明显，加大了通过心电图判断LCX 狭窄的难度[10]。

CAG 目前是临床诊断冠状动脉狭窄的金标准，但是该方法费用高、而且是有创检查同时还有辐射的危害，因此无法成为筛查CHD 的常规方法[11]。心肌核素显像和心脏核磁共振显像两种技术虽然都能够分析心肌灌注情况，但价格昂贵、检查时间较长，因此临床应用受限。而超声检查费用低、方便快捷、无创可重复，所以临床应用广泛。

常规超声心动图对心肌的评价多在缺血心肌的整体机械运动方面，主要包括目测法评价心脏各室壁运动情况和Simpson 双平面法计算左心室的射血分数。但心功能损害的早期室壁整体运动可无异常，同时目测受操作者主观影响较大，而且在部分心肌缺血和心肌梗死早期，心室壁已经出现节段性功能改变时二维超声心动图并不能发现明显的室壁整体运动异常[12-13]。

超声斑点追踪成像（speckle tracking imaging，STI）是应用心动周期中心肌组织的斑点活动轨迹来取得心肌应变指数，并定量评价心脏收缩及舒张功能[14]。二维斑点追踪技术（2D-STE）能够定量的评价心肌整体和局部的收缩功能，无角度依赖性，能够较准确、无创地反映局部及整体心肌功能对早期CHD 心肌缺血有重要的诊断价值[15-16]。三维斑点追踪显像（three-dimensional speckle tracking imaging，3D-STI）则是对心肌固有斑点的三维空间运动，进行追踪成像来定量评价心肌的功能，通过这种多平面立体式的监测方法，克服了二维斑点追踪成像不能够在同一个心动周期内进行成像的缺点，可以更好地显示心肌感兴趣区的斑点真实的运动轨迹，进而定量检测患者的心功能[17]。

作为一个三维立体空间，心室肌是由三层肌肉组成，包括右手螺旋方向的心内膜下心肌、环形方向的中层心肌和左手螺旋方向的心外膜下心肌，心室肌舒张和收缩运动是一个非常复杂的过程。有研究发现与心外膜下的心肌相比，心内膜下心肌能够更敏感的反应心肌的缺血程度[18-19]，但心肌整体应变不能反映不同心肌层面的损伤。而且研究发现左室心肌长轴方向运动对左心室的收缩功能起主要作用[20]。心肌应变是指心肌在张力作用下发生的形变能力，通过3D-STI 可以测量左心室局部和整体的纵向应变（longitudinal strain，LS）、圆周应变（circumferential strain，CS）、径向应变（radial strain，RS）、面积应变（area strain，AS）心肌收缩期的应变峰值，可以定量的反映左室心肌的形变能力，是临床评价心脏整体和局部收缩功能的新指标。目前已有国外研究证明3D-STI 能够准确测量心肌应变，精确客观的评估局部和整体心脏功能[21-22]。在这些参数中，心肌纵向应变参数主要评价心内膜下心肌纵向收缩能力，而环向应变参数主要评价心肌中层的收缩能力。因为心内膜下心肌与心肌中层和外层相比，更容易感受到心室腔内的压力改变和冠状动脉血供改变的影响，所以出现冠状动脉狭窄时，左心室的纵向收缩功能受到影响比较早，心肌的纵向应变变化出现的也较早，而此时心肌的圆周及径向应变变化尚未出现[23]。目前国内外已有研究将纵向应变技术应用于CHD 的诊断，并已证实心肌纵向应变技术在一定程度上可以评价心肌的缺血程度[24-25]。

心肌分层应变技术是在二维斑点追踪技术（two-dimensional speckle tracking imaging，2D-STI）的基础上，自动将心肌分为三层，然后分别追踪三层心肌的声学斑点同时取得不同心肌层的应变参数，最后定量评价每层心肌形状的改变和功能的改变[5]。现有研究发现心肌分层应变技术对早期评估心肌缺血有一定的临床价值[26-27]。

因此本研究分析心肌纵向分层应变参数对LCX 的影响。通过研究发现，在常规超声心动图参数中，LCX 不同程度狭窄的各组间超声指标无明显差异。通过四组间的三维纵向应变参数结果比较发现，GLS-Avg、GLS-Bas、GLS-Mid 三组应变指标的不同程度狭窄与正常组相比较均有明显差异，而GLS-Ap 组轻度狭窄组与正常组比较无明显差异，中、重度狭窄组与正常组比较有明显差异。另外，GLS-Mid 组中，轻度狭窄组与中度狭窄组比较有明显差异， GLS-Ap 组中轻度狭窄组与中、重度狭窄组比较均有明显差异。进一步将所得GLS-Avg、GLS-Bas、GLS-Mid、GLS-Ap 参数绘制ROC 曲线并计算相应值，发现GLS-Ap 诊断中重度狭窄效能最优。分析其原因可能因为LCX 出现＞50%狭窄的动脉硬化后，远段细小血管更容易受到缺血、缺氧的影响，因此较其他位置更早出现运动异常。

综上，本研究发现对于LCX 中重度狭窄的患者，早期可以应用3D-STI 进行筛查诊断，其中以GLS-Ap 诊断效能最优。