左心室心肌做功预测心脏再同步化治疗的效果

曹司琪，陈勇，李红校，杨菲，陈银花，崔瑞雪

(1大连医科大学研究生院影像医学与核医学系，辽宁 大连 116044；苏北人民医院：2功能检查科，3心血管内科，江苏 扬州225001)

心脏再同步化治疗(cardiac resynchronization therapy，CRT) 自1983年首次被提出后，对于左心室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)下降合并宽QRS的患者，是一种良好的新的治疗手段。作为治疗慢性心力衰竭的一种新方法，其临床价值也已得到医师和患者的认可[1]。但不是所有患者CRT治疗均有效果,其有效率仅为50%～70%[2]。目前尚无统一预测CRT疗效的标准。

超声心动图技术是临床上应用最广泛的无创性评价心脏收缩和舒张功能的可靠技术。多中心研究显示，常用超声技术不能预测 CRT 疗效[3]，同时国内也有研究表明，常用的 M 型超声、频谱多普勒和组织多普勒指标均不能预测 CRT 疗效[4]。非侵入性左心室心肌做功(myocardial work, MW)相关参数将作为一种新指标来评价左心室(left ventricular，LV)的收缩功能，通过结合斑点追踪成像(speckletracking inaging, STI)得到的应变数据及非侵入性方式测得的左心室压力形成的时间函数，即压力-应变曲线(pressure strain loop，PSL)，降低了心脏后负荷对传统心肌应变及LVEF 测量结果的影响[5，6]。Russell等[5，7]和Hubert等[8]最新研究表明，PSL评估心肌做功的结果与侵入性方式心导管结果显著相关。本研究应用PSL评估CRT患者手术前后的左心室心肌做功，并预测CRT疗效的临床应用价值。

1 对象与方法

1.1 研究对象

选择2017年12月至2019年10月在江苏省苏北人民医院接受CRT治疗且成功植入三腔起搏器的慢性心力衰竭患者75例，其中男性54例，女性21例,年龄43～68(61.3±7.51)岁。所有患者均符合以下标准：术前符合纽约心脏病学会心功能分级Ⅲ～Ⅳ级的慢性心力衰竭诊断标准的患者，心电图示QRS间期≥120 ms，同时满足左心室舒张末期内径(left ventricular end-diastolic dimension，LVEDD)>55 mm，LVEF≤35%。排除标准：冠心病心肌梗死发作或行冠状动脉搭桥术后、瓣膜病、先天性心脏病、高血压性心脏病等其他心血管疾病，以及图像质量较差、不能清晰描绘心内膜边界者。将CRT术后6个月较术前左心室收缩末期容积减小率(△LVESV)≥15%定义为CRT治疗有效[9]，列为有效组，反之为无效组。本研究经我院伦理委员会批准通过(批件号：2020KY-032)，所有研究对象均签署知情同意书。

1.2 仪器与方法

1.2.1 仪器 采用GE vivid E95超声诊断仪(GE Vingmed Ultrasound, 霍尔顿，挪威)，M5S心脏探头，频率为1.7～3.4 MHz，帧频40～80 Hz检查相关参数指标，并配备EchoPAC工作站。

1.2.2 图像采集 患者取左侧卧位进行超声心动图扫查，在胸骨旁长轴切面测量LVEDD、左心室收缩末期内径(left ventricular end-systolic dimension，LVESD)、左房前后径(left atrial dimension，LAD)，采用双平面Simpson法测量左心室舒张末期容积(left ventricular end-diastolic volume，LVEDV)、左心室收缩末期容积(left ventricular end-systolic volume，LVESV)及LVEF。于心尖五腔心切面采集主动脉瓣频谱多普勒血流频谱。同步连接心电图，嘱患者平静呼吸，连续采集至少5个心动周期的左心室心尖三腔、四腔、两腔切面二维动态图像，二维图像平均帧频(60±5)帧/s。收集起搏器植入术前及术后 6 个月的图像，以DICOM格式储存至硬盘以备分析，并记录患者实时上臂袖带测量所得的血压数值。

1.2.3 左心室心肌做功参数数据分析 将原始图像导入EchoPAC工作站进行图像分析。首先，选择主动脉瓣多普勒频谱图像，标记Event timing；其次，进入AFI模式，依次选取心尖三腔、四腔、两腔心切面的二维动态图像，软件自动描记出心内膜边界生成感兴趣区(region of interest，ROI)，对于心内膜自动描记不满意者可手动调整ROI宽度及心内膜边界，3个切面图像分析完成后，系统自动生成左心室整体及18个节段的心肌应变参数；点击Myocardiac Work 输入采集图像时的实时血压数值，点击Advanced即可获得左心室整体纵向应变(global longitudinal strain, GLS)、整体做功指数(global work index, GWI)、整体有用功(global constructive work, GCW)、整体无用功(global wasted work, GWW)及整体做功效率(global work efficiency, GWE；图1)。

1.3 统计学处理

图1 有效组某患者术前及术后左心室心肌做功参数Figure 1 Left ventricular myocardial work parameters of a patient in effective group before and after operation A: before operation; B: after operation.

2 结 果

将CRT术后6个月，较术前左心室收缩末期容积减小率(△LVESV)≥15%定义为CRT治疗有效组。其中49例患者治疗有效(有效组)，26例无效(无效组)，有效率为65%。CRT前后所有患者均为窦性心律，心率间差异无统计学意义[(75±13)和(73±11)次/min，P>0.05]。

2.1 常规超声心动图参数比较

与术前比较，有效组术后6个月LVEDD、LVEDV和LVESV均显著减小，LVEF明显改善(P< 0.05) ；无效组各参数比较差异均无统计学意义。有效组和无效组术前各参数比较差异均无统计学意义(表1)。

2.2 左心室心肌做功参数及GLS比较

与术前比较，有效组术后6个月GWI、GCW、GWE均增高，GWW降低(P<0.05) ；无效组各参数比较差异均无统计学意义。有效组术前GCW和GWW大于无效组(P<0.05) ；其余参数比较差异均无统计学意义(表2)。

2.3 GCW、GWW与△LVESV相关性分析

由图2可见，GCW与△LVESV呈正相关(r=0.58，P<0.05)，与LVEF呈正相关(r=0.64，P<0.05)。GWW与△LVESV、LVEF无显著相关性(P>0.05)。

2.4 超声预测CRT疗效的有效因素

由图3可见，ROC曲线显示GCW的曲线下面积为0.78；当GCW为935 mmHg%时预测CRT疗效的灵敏度和特异度分别为71.4%和69.2%。GWW的曲线下面积为0.85；当GWW为276 mmHg%时预测CRT疗效的灵敏度和特异度分别为73.5%和92.3%。

2.5 重复性检验

GLS、GWI、GCW、GWW和GWE的观察者组内和组间的差异分别为4.7%～9.6%和5.8%～13.4%。

表1 CRT有效组和无效组的常规超声参数比较

表2 CRT有效组和无效组的左心室心肌做功参数及GLS比较

图2 术前GCW与LVEF及△LVESV的相关性分析Figure 2 Analysis of correlation of GCW with LVEF or △LVESV GCW: global constructive work; LVEF: left ventricular ejection fraction; △LVESV: left ventricular end-systolic volume reduction rate.

3 讨 论

CRT又称双心室起搏，是在传统起搏基础上增加左心室起搏，通过双心室起搏的方式改善心力衰竭患者的心室收缩不同步，从而增加心输出量，改善患者的生活质量。尤其适用于心力衰竭合并宽QRS波的患者，特别是对左束支传导阻滞的患者效果更佳。然而有研究显示，仍有30%～50%的患者治疗无效[2]。考虑到CRT有较高的风险和成本，对于不太可能受益的患者避免植入三腔起搏器至关重要，因此选择合适的方法和参数来预测CRT的疗效，从而筛选更合适的患者将大大提高CRT治疗的有效率。

图3 GCW和GWW的ROC曲线Figure 3 ROC curve of GCW and GWW GCW: global constructive work; GWW: global wasted work; ROC: receiver operating characteristic.

基于二维斑点追踪技术成像得出的应变和应变率可以真实反映局部心肌的收缩和舒张活动。应变是指固体物质在被施加外力的作用下所发生的形态上的改变。但该参数仍具有负荷依赖性，后负荷增加和心肌病变均会导致应变下降[10]。非侵入性左心室心肌做功指数是一个评价左心室做功的新参数，通过联合后负荷，克服了后负荷对应变的影响，更好的反映左心室收缩同步性。整体心肌做功测量利用超声斑点追踪成像技术结合肱动脉收缩压，建立压力-应变曲线。GWI即为左心室压力-应变曲线的面积，是指从二尖瓣关闭到二尖瓣开放这段时间心肌做的总功。GCW为心肌各节段收缩期缩短及等容舒张期延长所做的功，GWW为收缩期心肌延长和等容舒张期心肌缩短造成的能量损失，GWE即所有左心室节段有效功占心脏整体做功的比值。既往应用超声评价心肌做功应用的是Tei指数，其与GWI的差异在于Tei指数的计算方法：Tei指数=(等容舒张期 + 等容收缩期/射血时间)，Tei是时间的比值，而GWI代表的是有效功占总功的比值。本研究应用心肌做功相关参数评估CRT患者手术前后的左心室心肌做功指数，并预测CRT的疗效，经研究证实了其可行性，且重复性良好。

本研究常规超声心动图显示，有效组术后LVEDV和LVESV减小， LVEF明显改善，表明术后左心室收缩功能明显改善，这与以往研究一致[9]。心肌做功参数显示GWI、GCW、GWE增高，GWW降低，这说明有效组术后心肌做功效率、做功能力显著提升，且心肌做功相关参数可有效评估CRT术后心脏收缩功能。这可能与CRT患者术前不同部位心肌收缩速率达峰的时间不同有关。正常人不同部位心肌的电和机械活动的起始时间虽然不同，但不同部位心肌收缩速率达峰的时间相同。而心力衰竭患者，尤其左束支传导阻滞的患者，其左心室后侧壁的电和机械活动病理性滞后，使该部位心肌收缩达峰时间明显延迟，CRT术后使后侧壁的心肌电和机械活动提前，收缩同步达峰，增加心肌运动协调性，减少无效功[11]。另外CRT还可以调整心室同步[12](VV间期)，已获得最佳的心室收缩功能，增加有效功。而无效组各参数比较差异均无统计学意义，其原因可能是因为起搏器植入的区域存在心肌瘢痕[13]或患者本身心肌重塑或纤维化[14]，心肌瘢痕影响左心室电极促发左心室电活动，进而影响左心室收缩，心脏再同步化治疗效果不佳。

本研究结果还显示术前GCW与△LVESV、术后LVEF呈正相关，这表明CRT患者术前GCW越高，可能术后效果越好。有效组术前GCW和GWW大于无效组，说明GCW和CWW是预测CRT疗效的有效参数，这与Galli等[15]研究结果一致。但ROC曲线下面积显示，GWW曲线下面积高于GCW，这说明GWW能更好地预测CRT的疗效，有待以后的研究中扩大样本量，继续收集患者资料进行深入研究，以计算出更标准地截断值来预测CRT的疗效。

本研究的局限性：(1)PSL未考虑到左心室几何形状、室壁厚度和张力对测量结果的影响，亦未考虑舒张期，因此GWI与真实的MW测量可能会有一定误差；(2)PSL是做功的无创替代指标，虽实验证明PSL与压力-容积环的结果呈显著相关，但其单位不是焦耳；(3)上臂袖带测压无法确定其真正测量的是手臂动脉还是心室外的主动脉血压值，这两处的血压值可能会达到25 mmHg的误差；(4)本研究样本数较少，随访时间较短，有待于扩大样本量，对CRT患者继续跟踪随访调查，以深入研究CRT术后的长期疗效。

综上所述，左心室PSL可评估CRT患者的心肌做功，从而评价左心室收缩功能，且重复性良好，可行性高，并可预测CRT患者的治疗效果，从而为心脏内科术前筛选合适的CRT患者提供了一种新方法。