三维动态心脏模型评估射血分数保留的心力衰竭患者左心房容积和功能的价值

蔡雨琪，何健，林静茹，陶瑾，赵莹，陶佳，王浩，朱振辉，陆敏杰，吴伟春

随着人口老龄化进程，心力衰竭（心衰）发病率逐渐增加，其中超过50%的老年心衰为射血分数保留的心衰（HFpEF），即左心室射血分数≥50%的心衰，HFpEF 在老年女性心衰患者比例尤其高[1]。2020 年中国心衰医疗质量控制报告对3.5 万例心衰患者的研究发现，38%的中国心衰患者为HFpEF[2]。目前临床上无单一的无创指标诊断HFpEF，2019 年欧洲心脏病学会（ESC）心衰协会发表的HFA-PEFF诊断算法通过对心脏功能、形态、标志物水平综合判断以明确诊断，其中左心室质量指数和左心房容积指数（LAVI）是评估心脏形态的重要参数[3]。准确测量左心房容积有助于评估LAVI，为及早诊治HFpEF 患者提供参考依据。2019 年ESC 评分指南推荐使用二维超声心动图（2DE）或者三维超声心动图评估左心房容积。然而，2DE 通过Simpson 法对左心房进行几何假设评估左心房容积，通常会低估[4]，而且测算过程繁琐、耗时长，无法很好满足临床需求，而三维动态心脏模型（DHM）利用三维斑点追踪技术、结合机器学习模型，能从多个角度一键式获取左心房的三维动态容积和功能。本研究拟采用2DE、DHM 自动定量技术测量HFpEF 患者的左心房容积及功能参数，并以心脏磁共振成像（CMR）测量结果为金标准，评估DHM 在HFpEF 患者左心房容积和功能的应用价值和前景。

1 资料与方法

1.1 研究对象

前瞻性入选2020 年9 月至2021 年11 月因气促、胸闷、乏力、运动耐量下降来中国医学科学院阜外医院就诊的患者96 例。根据2019 年ESC 心衰协会发布的共识[5]，HFA-PEFF 评分≥5 分诊断为HFpEF，纳入HFpEF 组（n=36），HFA-PEFF 评分≤4 分纳入对照组（n=60）。

纳入标准：年龄≥18 岁；有气促、胸闷、乏力、运动耐量下降等可疑心衰症状；左心室射血分数≥50%、所有患者在进行CMR 检查后24 h 内进行超声心动图检查。

排除标准：严重的心脏瓣膜病、室性心律不齐、心包缩窄；声窗质量差。对所有患者进行二维和三维超声心动图的采集。本研究经我院医学伦理委员会批准（项目编号：2020-1382），所有研究对象均知情同意。

1.2 影像学检查与方法

CMR 检查：所有患者都在3T GE（通用电气医疗，美国）或飞利浦（飞利浦，荷兰)磁共振扫描仪上完成检查，检查序列包括稳态自由进动梯度回波电影序列（两腔、四腔）。

CMR 图像分析：心功能采用图像后处理软件CVI 42（圆心血管影像有限公司,加拿大）进行常规参数测量。双平面面积-长度法获取左心房最大容积（LAVmax）、左心房最小容积（LAVmin）、左心房射血分数（LAEF）[6]。

经胸超声心动图检查：使用Philips EPIC 7C 彩色多普勒超声诊断仪（飞利浦，荷兰)，S5-1 二维探头，频率1～5 MHz；X5-1 三维探头，频率1～3 MHz。患者于平卧位测量肱动脉血压，后取左侧卧位，连接心电图，于平静呼吸下行常规超声心动图检查，采集心尖四腔心切面、心尖二腔心切面，获得较满意的二维图像后，连续采集5 个以上心动周期的图像。切换至X5-1 探头，获取较满意的心尖四腔心切面后，嘱患者屏气，启动DHM 模式，通过调节深度和扇角宽度将频率调节至16 Hz 及以上，连续采集5 个心动周期的图像，将图像储存于硬盘。

超声心动图图像分析：运用飞利浦配套分析软件QLAB13 进行图像分析。2DE 左心房容积分析采用Simpson 法，计算得LAVmax、LAVmin、LAEF。进入DHM 分析模式。分析单个心动周期的图像，软件自动追踪心内膜和心外膜边界，一键获取DHM单个心动周期测值（DHM_s）：LAVmax、LAVmin、LAEF，选择多心动周期，分析5 个心动周期，并取5 个心动周期的均值，获取DHM 自动测量的多个心动周期测值的均值（DHM_ave）：LAVmax、LAVmin、LAEF，上述过程机器对心内膜轮廓自动识别，未进行手动轮廓调整（图1）。

图1 DHM 测量左心房容积和功能示意图

1.3 统计学分析

应用SPSS 25.0 分析软件进行分析，运用Shapiro-Wilk 检验对连续变量进行正态性检验，正态性连续变量以均数±标准差表示，两组间比较采用两独立样本t检验或配对t检验；非正态性资料以中位数（P25，P75）表示，两组间比较采用 Mann-Whitney U 检验或Wilcoxon 符号秩检验；分类资料以例（%）表示，两组间比较采用χ2检验或Fisher确切概率法。采用Person 或Spearman 相关系数分析2DE 与CMR 以及DHM 与CMR 测量结果的相关性，r＜0.3 为无直线相关，0.3 ≤r＜0.5 为低度相关，0.5 ≤r＜0.8 为中等程度相关，r≥0.8 为高度相关。Bland-Altman 分 析2DE 与CMR 以 及DHM 与CMR测量方法的一致性。为检验DHM 测量的可重复性，随机选取15 例患者，由同一操作者对两个不同心动周期的三维图像进行分析，进行参数再测的重复性检验，以组内相关系数（ICC）表示变异程度。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 两组患者临床基线资料比较（表1）

表1 两组患者临床基线资料比较（±s）

表1 两组患者临床基线资料比较（±s）

注：HFpEF：射血分数保留的心力衰竭。1 mmHg=0.133kPa

两组患者年龄、性别、身高、体重、体表面积、体重指数、血压、心率差异均无统计学意义（P均＞0.05）。

2.2 两组患者2DE、DHM、CMR 所测的左心房参数的组内比较（表2）

表2 2DE 与CMR 及DHM 与CMR 测量患者左心房容积和功能的组内比较（±s）

表2 2DE 与CMR 及DHM 与CMR 测量患者左心房容积和功能的组内比较（±s）

注：DHM：动态心脏模型；HFpEF：射血分数保留的心力衰竭；CMR：心脏磁共振成像；2DE：二维超声心动图；DHM_s：动态心脏模型单个心动周期测值；DHM_ave：动态心脏模型自动测量的多个心动周期测值的均值；LAVmax：左心房最大容积；LAVmin：左心房最小容积；LAEF：左心房射血分数。与同组CMR 所测 LAVmax 比较*P＜0.01；与同组CMR 所测LAVmin 比较ΔP＜0.01；与同组CMR 所测LAEF 比较▲P＜0.01。#：以中位数（P25，P75）表示

2DE 与CMR 比较，HFpEF 组和对照组2DE的LAVmax、LAVmin 测值均低于同组CMR 的LAVmax、LAVmin 测值，2DE 的LAEF 测值均高于同组CMR 的LAEF 测值，差异均具有统计学意义（P均＜0.01）。DHM 与CMR 比较，HFpEF 组和对照组DHM 的LAVmin 测值均低于同组CMR 的LAVmin 测值，差异具有统计学意义（P均＜0.01），在HFpEF 组，DHM 的LAEF测值与CMR 的LAEF 测值差异无统计学意义，在对照组，DHM的LAEF 测值均高于CMR 的LAEF 测值，差异具有统计学意义（均P＜0.01）；HFpEF 组和对照组DHM 与CMR 的LAVmax 测值差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.3 2DE、DHM 与CMR 所测左心房参数相关性与一致性的比较（表3）

表3 2DE 与CMR 以及DHM 与CMR 测量各组受试者左心房容积和功能的相关性及一致性分析

HFpEF组和对照组2DE与CMR所测的LAVmax、LAVmin 中至高度相关，r值0.631～0.893（P均＜0.01）。2DE 与CMR 所测的LAEF，在对照组无明显相关性，r值为0.122（P＞0.05），而在HFpEF组低度相关，r值为0.469（P＜0.01）。

HFpEF组DHM与CMR所测的LAVmax、LAVmin均高度相关，r值0.834～0.914（P均＜0.01）,DHM_s 与CMR 所测的LAEF 低度相关，r值为0.408（P＜0.05），而DHM_ave 与CMR 所测的LAEF 中度相关，r值为0.546（P＜0.01）。对照组DHM 与CMR 所测的LAVmax、LAVmin 均呈中度相关，r值0.706～0.764（P均＜0.01），而所测的LAEF无相关性，r值均＜0.3。

HFpEF 组DHM_s、DHM_ave 较CMR所测的LAVmax 平均低估3.67 ml 和2.94 ml，一致性界限分别为-35.14～42.47 ml 和-33.96～39.85 ml，差异无统计学意义（P均＞0.05）；DHM_s、DHM_ave比CMR 所测的LAVmin平均低估5.25 ml和5.64 ml，一致性界限分别为-19.35～29.85 ml和-26.9～38.18 ml，差异有统计学意义（P均＜0.05）；DHM_s、DHM_ave 比CMR 所测的LAEF测值平均高估1.61%和1.42%，一致性界限分别为-29.79%～26.54%和-24.22%～21.38%，差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.4 DHM 评估左心房功能和容积的重复性分析

DHM 图像不同心动周期测值的重复性分析结果显示，ICC 值为0.951～0.983（P均＜0.05）。

3 讨论

左心房增大和功能障碍是预测发生不良心血管事件的因素[7]，左心房前后径曾被用于评估左心房大小，但由于左心房的增大是不对称的，左心房前后径仅能识别出49%的左心房增大患者[8]，而左心房容积是评估左心房大小的更准确的指标。LAVmax 是预测发生心肌梗死、心力衰竭、脑卒中、二尖瓣反流、心房颤动等心血管事件的生物标志物[9]，左心房容积也是评估左心室舒张功能不全的重要指标[10-11]，Aldo-DHF 研究发现HFpEF 患者的LAVI 增大与高龄、女性、心房颤动、低静息心率、左心房平均压升高等因素显著相关[12]。LAVmin 比LAVmax 更能反映左心室充盈压力和肺动脉楔压升高，具有较大的预后预测价值[13]。由于HFpEF 患者左心房后负荷增加，左心房僵硬度增大，LAEF 随着心房的扩大而降低[10,14]，及时准确地发现患者左心房容积和功能的改变有助于尽早诊治HFpEF。

二维双平面Simpson 法和面积-长度法是指南推荐的评估左心房容积常用方法，需对左心房进行几何假设，如左心房形状不规则，会导致测量结果不准确。而CMR 的时空分辨率高，是评估心腔容积的金标准，但CMR 检查成本高、检查时间长，无法作为常规的检查手段。DHM 能自动识别心脏周期，追踪心内膜边界，一键式自动定量左心容积和功能，无需对左心房形状进行几何假设，尤其对左心房形态不规则增大的患者，能更准确地评估左心房的容积。近年来国内外研究表明，三维超声心动图评估左心房容积具有较高准确性，Narang 等[15]发现DHM 评估左心房容积与CMR 相比具有高度相关性和一致性，但大多数研究的样本量小，且缺乏对HFpEF 患者左心房容积和功能的研究。

本研究对有舒张功能不全临床症状的患者进行研究，以验证在HFpEF 左心房变形情况下，DHM 对左心房容积测量的准确性，共纳入96 例患者，其中HFpEF 组平均LAVmax 为（92.00±33.38）ml，样本量相对较大，且纳入了左心房容积增大的病例进行研究，与以往研究相比，是一项评估DHM 技术在HFpEF 左心房容积诊断效能的较为全面的研究。

本研究DHM 与CMR 测量的LAVmax 之间的差异无统计意义，这与徐瑞等[16]的研究结果一致。超声心动图在各组患者中的左心房容积测值与CMR 均具有中高度相关性，而超声心动图测得的LAEF 值与CMR 的相关性均较弱，可能是由LAVmax、LAVmin测值复合误差所导致的。超声心动图对左心房容积均存在一定程度的低估，其中DHM 对左心房容积低估程度低于2DE，其DHM_ave 的均值最接近CMR，这是因为DHM 在评估左心房容积时不基于几何假设，更加接近CMR 测值，而通过测量DHM 自动测量的多个心动周期测值的均值，能减少DHM 技术误差，提高测量的准确性。在HFpEF 组，DHM 测量的LAVmax、LAVmin 和LAEF 准确性好，相关性较对照组更好，说明在心房明显增大变形的人群中，DHM 能更准确地追踪心内膜运动，评估左心房容积和功能。表明DHM 评估左心房具有广泛用于临床实践的可能性，是评估左心房容积和左心房射血功能的有效指标。

本研究的局限性：（1）本研究为一项单中心观察性研究，样本量相对较小，研究结果需要大样本多中心研究验证；（2）CMR 采用双平面法评估左心房容积，存在对左心房的二维假设，对左心房形态不规则患者的左心房容积评估不够准确；（3）本研究人群是可疑HFpEF 患者，DHM 技术在其他疾病患者中的应用情况还需进一步探究。

综上所述，DHM 评估HFpEF 患者的左心房容积和功能与CMR 金标准具有较高的相关性和良好的一致性，分析多个心动周期三维图像并取均值能提高测量的准确性，DHM 有助于临床对HFpEF 患者的左心房容积和功能进行快速、准确的定量评估。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突