血流向量成像技术评估择期经皮冠状动脉介入治疗术后患者舒张期左心室内压差

郑岸生，孙雪，秦志平，王艳，张晓光，喻红霞

郑州大学第二附属医院超声医学科，河南 郑州 450002；*通信作者 喻红霞 yhxsyjh@163.com

冠心病是世界范围内发病率最高并导致患者死亡的主要疾病之一[1]，狭窄或闭塞的冠状动脉降低心肌灌注，临床常表现为不同程度的心绞痛和不典型症状如胸闷等，严重者斑块破裂引起急性心肌梗死危及生命[2]。经皮冠状动脉介入治疗（percutaneous coronary intervention，PCI）通过血运重建，改善心功能，降低急性期患者的死亡风险并改善长期预后。左心室舒张功能障碍常发生于患有严重冠状动脉疾病的患者中，早于收缩功能障碍，可作为评估冠心病患者缺血程度的敏感指标，国外研究表明PCI术后舒张功能亦先得到改善[3]。目前舒张性心力衰竭（射血分数保留性心力衰竭）日益受到临床关注[4]，左心室舒张功能恶化是心脏不良预后的重要预测指标[5]，血运重建后左心室局部或整体收缩功能恢复的预后效果已得到证实，但左心室舒张功能的变化很少受到关注[6]。超声心动图临床应用指南[7]指出左心室舒张功能测量的“金标准”是有创心导管检查技术，而超声心动图作为间接估测方法，任何一种指标均不能准确判断舒张功能异常及其严重程度。左心室内压力差（intraventricular pressure differences，IVPD）及左心室压力梯度（intraventricular pressure gradients，IVPG）是左心室腔内不同部位之间的压力差，推动血液舒张期自左心房充盈左心室，收缩期自左心室射入主动脉，维持循环[8]。自1980年Falsetti等[9]首次使用高保真压力传感器证实左心室IVPG的存在后，相继在动物实验中发现正常的舒张期IVPG在心肌缺血时减小[10]，血运重建后，舒张早期IVPG明显恢复并与左心室舒张功能改善直接相关[11]，且该指标更灵敏可靠。因此IVPG和IVPD可体现左心室血流动力学改变，准确反映左心室舒张功能，但由于测量技术有创性的限制，IVPG并未在临床评估中广泛应用。Firstenberg[12]首次用彩色M型超声心动图实现无创测量IVPG，但仅能沿超声扫描线测量具有角度依赖性的缺陷。基于彩色多普勒和斑点追踪超声心动图相结合的血流向量成像（vector flow mapping，VFM）技术能实现心腔内二维流体空间分布的可视化，相对压成像技术（relative pressure imaging，RPI）是VFM结合流体动量方程（Navier-Stokes方程），能无创且准确地测量IVPD和IVPG的新技术，且不受角度限制，能直观地观察到压力分布[13]。本研究旨在实现率先利用RPI技术描述左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）正常的冠心病患者择期PCI术后各舒张期左心室IVPD及IVPG的变化特征，评估PCI术后疗效，并讨论其作为冠心病患者左心室舒张功能评价指标的临床价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象 前瞻性分析2022年3—6月郑州大学第二附属医院心内科择期行PCI的冠心病患者51例（PCI组），年龄54～73岁，均符合PCI手术指征[14]。纳入标准：LVEF正常、既往未行PCI及冠状动脉旁路移植术、成功施行手术、窦性心律、图像清晰且血压、血糖水平控制良好，年龄＜75岁。排除肝肾功能异常、先天性心脏病、心肌病、严重瓣膜病、陈旧性心肌梗死、心源性休克。另选择年龄、性别匹配的于本院同期健康查体志愿者46名为对照组，年龄50～71岁。记录所有研究对象的年龄、性别、体重、身高、心率、血压，是否合并高血压、糖尿病，计算体重指数和体表面积。本研究经郑州大学第二附属医院医学伦理委员会批准（2022099）。研究对象均知情同意。

1.2 仪器与方法

1.2.1 仪器 应用日立AlokaLisendo 880彩色多普勒超声仪，相控阵单晶体探头S121，探头频率1～5 MHz。

1.2.2 图像采集 受检者取左侧卧位，平静呼吸，连接心电图，根据指南[15]进行操作，用Simpson法获取左心室舒张末期容积、左心室收缩末期容积、LVEF、左心房最大容积并得到左心室整体纵向应变（global longitudinal strain，GLS），除以体表面积得到左心室舒张末期容积指数（left ventricular end-diastolic volume index，LVEDVi）、左心室收缩末期容积指数（left ventricular end-systolic volume index，LVESVi）和左心房容积指数；采用脉冲/组织多普勒技术获取E、A峰峰值速度，二尖瓣环间隔处和左心室侧壁处最大速度e'的平均值，计算E/e'、E/A。然后行RPI检查[16]，嘱受检者呼气后屏气，在心尖三腔心切面连续采集3个心动周期的动态彩色多普勒血流图像，注意血流方向与声束夹角≤20°，血流信号要饱满，增加彩色多普勒血流映射的尼奎斯特极限，以最大限度地减少混叠现象，彩色感兴趣区不仅包含血流，还要求心内膜及心内膜下心肌清晰显示。满足上述条件下，尽可能提高图像帧频（≥50 Hz)。分别于术前3 d和术后1周采集以上数据和图像。

1.2.3 数据分析 进入VFM程序，结合心电图、二尖瓣和主动脉瓣开闭及时间-流量曲线确定等容舒张期（isovolumetric relaxation period，IR）、快速充盈期（rapid filling period，RF）、减慢充盈期（slow filling period，SF）及心房收缩期（atrial contraction period，AC）4个时期，进入RPI模式，取样线置于左心室心尖至二尖瓣环中点，动态观察相对压变化，记录各期的IVPD及IVPG（图1），所有压差值均取3个心动周期平均值。

图1 心动周期划分及相对压参数获取方法。A.时间-流量曲线绘制，图中A～B为IR期，B～C为RF期，C～D为SF期，D～E为AC期；B.左心室内压差测量位置，取样线左心室心尖部（P1）至二尖瓣环中点（P2），IVPD=P2-P1，IVPG=IVPD/左心室长度

1.3 一致性分析 从对照组、PCI组术前、术后分别选择10例参与重复性测量结果对比，分别由2名主治及以上职称的超声医师对同一名受试者隔天采2次动态图，VFM分析后比较结果得到观察者内和观察者间相关系数。

1.4 统计学方法 采用SPSS 26.0软件，符合正态分布的计量资料以±s表示，组间比较采用独立样本t检验，手术前后比较，配对差值呈正态分布时采用配对样本t检验，配对差值呈偏态分布时采用Wilcoxon符号秩和检验；计数资料以例（%）表示，组间比较采用χ2检验；相关性分析采用Pearson线性相关，一致性检验用组内相关系数（ICC）。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般资料与常规超声参数比较 PCI组与对照组年龄、性别、体重、身高、心率、血压、体重指数、体表面积差异均无统计学意义（P＞0.05），PCI组高血压和糖尿病患病率高于对照组（P＜0.05），见表1。PCI组术前3 d LAVi、LVEDVi、LVESVi、A、E/e'均高于对照组（t=-17.38、-4.13、-10.65、-7.30、9.11，P均＜0.001），E、E/A、LVEF、e'及GLS绝对值均低于对照组（t=5.51、-27.36、11.23、7.82、14.86，P均＜0.001）。PCI术后1周与术前3 d比较，LAVi、E/e'减低，e'增高，差异有统计学意义（t=2.87、-6.74、2.51，P均＜0.05）；LVEDVi、LVEF（Z=-0.58、1.05，P=0.564、0.294）、LVESVi、E、A、E/A及GLS绝对值无明显变化（t=1.72、-1.18、1.67、-1.98、-0.48，P=0.093、0.245、0.102、0.054、0.631），见表2。

表1 PCI组与对照组一般资料比较

表2 PCI组与对照组常规超声参数比较（±s）

表2 PCI组与对照组常规超声参数比较（±s）

注：LVEDVi为左心室舒张末期容积指数，LVESVi为左心室收缩末期容积指数，LAVi为左心房容积指数，LVEF为左心室射血分数，GLS为整体纵向应变，E为舒张早期二尖瓣口峰值流速，A为舒张晚期二尖瓣口峰值流速，e'为二尖瓣环间隔和侧壁在舒张早期的平均速度；a与对照组比较，P＜0.001；b与PCI组术前3 d比较，P＜0.05

项目对照组PCI组（n=51）（n=46）术前3 d 术后1周LAVi（ml/m-2） 26.20±2.47 34.90±2.45a 33.52±2.88b LVEDVi（ml/m-2）53.55±4.69 58.00±5.79a 57.30±6.49 LVESVi（ml/m-2） 21.38±4.36 29.27±2.63a 28.20±3.90 LVEF（%）56.20±2.91 GLS（%） -27.21±2.53 -16.99±3.82a -17.32±2.65 63.03±3.96 55.42±2.45a E（cm/s）56.81±13.17 A（cm/s） 69.10±11.70 84.88±9.56a 80.80±14.26 66.26±11.54 54.22±9.98a 8.07±1.45b E/A 0.92±0.11 0.65±0.17a 0.74±0.13 e'（cm/s）9.23±2.19 5.74±2.20a E/e'6.78±1.04 14.23±1.60a 13.28±2.31b

2.2 各舒张期IVPD与IVPG比较 SF期相对压参数为负值，取绝对值进行比较，IR期、RF期及AC期相对压参数均为正值。IR期、RF期、SF期和AC期IVPD（t=34.79、12.45、7.88、13.69）和IVPG（t=13.03、8.18、5.64、13.01）在PCI术前3 d患者中均低于对照组（P＜0.001），术后1周各期IVPD（t=-18.03、-2.58、-5.23、-7.05，P均＜0.05）和IVPG（t=-7.14、-2.84、-2.63、-5.89，P均＜0.05）均高于术前3 d，见表3及图2。

表3 PCI组与对照组各舒张期IVPD与IVPG比较（±s）

表3 PCI组与对照组各舒张期IVPD与IVPG比较（±s）

注：IVPD为左心室内压力差，IVPG为左心室压力梯度，IR为等容舒张期，RF为快速充盈期，RF为减慢充盈期，AC为心房收缩期；1 mmHg=0.133 kPa；a与对照组比较，P＜0.001；b与PCI组术前3 d比较，P＜0.05

项目对照组PCI组（n=51）（n=46）术前3 d 术后1周IVPD（mmHg）IR 3.25±0.45 0.84±0.13a 1.70±0.34b RF 1.93±0.36 1.16±0.23a 1.33±0.37b SF -1.32±0.45-0.73±0.25a -0.96±0.22b 1.38±0.37b IVPG（mmHg/cm）AC 2.12±0.52 0.93±0.29a IR 0.45±0.15 0.15±0.05a 0.25±0.10b RF 0.33±0.11 0.18±0.06a 0.22±0.07b SF -0.18±0.08-0.10±0.05a -0.13±0.06b AC 0.28±0.07 0.12±0.05a 0.18±0.07b

图2 IR期PCI组与对照组左心室心尖-基底部相对压变化曲线。A为健康志愿者，B为PCI术前3 d患者，C为PCI术后1周患者。红色代表压力相对较高，蓝色代表压力相对较低。IR期与RF期、AC期相对压力颜色分布、压力梯度曲线趋势类似；IR期左心室流入道（心底）相对压力高于心尖，IVPD为正向单向曲线，于二尖瓣开放前达到峰值；而SF期与IR期完全相反，随着左心室内压力增加，心底相对压力低于心尖时，此时左心房内血液由于惯性作用继续进入左心室，形成负向IVPD。心室内压力分布图显示PCI组术前患者比健康志愿者颜色差别变小，术后有所恢复；压力曲线纵向梯度变差，术后有改善

2.3 各舒张期IVPD与IVPG与左心室舒张功能参数的相关性 SF期相对压参数为负值，对其取绝对值SF-IVPD和SF-IVPG进行分析。IR期IVPD和IVPG（r=0.548、0.385）、RF期IVPD和IVPG（r=0.300、0.259）、SF期IVPD和IVPG（r=0.404、0.237）、AC期IVPD和IVPG（r=0.450、0.453）分别与e'呈正相关（P均＜0.01），分别与LAVi和E/e'呈负相关（IR期：r=-0.776、-0.577、-0.797、-0.699；RF期：r=-0.524、-0.513、-0.628、-0.496；SF期：r=-0.449、-0.344、-0.548、-0.380；AC期：r=-0.614、-0.550、-0.660、-0.567；P均＜0.01），且IR期、AC期相关性较RF期和SF期好。

2.4 一致性检验 IR期、RF期、SF期、AC期IVPD（观察者内：ICC=0.942、0.941、0.909、0.955，观察者间：ICC=0.913、0.876、0.889、0.906）和IVPG（观察者内：ICC=0.916、0.923、0.900、0.903，观察者间：ICC=0.891、0.869、0.862、0.873）一致性检验结果显示，各舒张期IVPD和IVPG观察者内和观察者间重复测量一致性均较好（ICC＞0.75，P＜0.001）。

3 讨论

3.1 RPI技术可实现IVPG准确测定 心脏功能评估是所有心脏成像技术的基本问题，通常通过研究心室壁的运动、心肌形变或瓣膜口血流速度实现，本研究利用RPI这一新技术实现心室内IVPG可视化和定量测定以评价左心室舒张功能。在舒张期开始时，左心室心肌的松弛和解旋使左心室压力降低到左心房压力以下，从而形成左心房到左心室心尖部的压力梯度，有助于左心室充盈（抽吸作用）[17]。左心室舒张功能评价“金标准”为tau指数，是左心室压力下降的时间常数，是相对心率和前负荷的心室松弛的独立指数，通过心导管测量而来，国外学者发现IVPG对左心室舒张早期主动抽吸作用有重要影响，且与tau指数有良好的相关性[18]，是评价舒张功能的敏感指标[19]。刘蕊等[20]使用VFM详细对比正常人与急性心肌梗死患者舒张期心室内血流动力学状态的差异，发现异常涡流会对IVPD产生影响。本研究利用RPI无创可视化测定技术，进一步探索LVEF正常冠心病患者择期PCI前后舒张期IVPD和IVPG的差异，并探讨相关机制。

3.2 RPI技术测得舒张期IVPG可实现PCI术后疗效评估本研究中PCI组多纳入急性冠状动脉综合征患者且左心室收缩功能正常，结果显示LVEDVi、LVESVi较对照组明显升高，表明心肌缺血后左心室出现重构；LVEF、GLS绝对值明显减低，提示心肌严重缺血造成心肌运动和形变的能力下降，使左心室收缩功能减低，PCI术后1周LVEDVi、LVESVi均较术前降低，LVEF、GLS绝对值均升高，但差异无统计学意义，证实即使冠心病患者成功施行PCI术后，部分缺血的心肌在短期内收缩功能改善不明显[21]。本研究通过RPI技术显示左心室腔内心底-心尖IVPD和IVPG形成过程，最终IR期、RF期、AC期为正值，SF期为负值，分别形成正向和负向单向曲线，与刘梅等[8]研究健康人群的描述相似，本研究结果显示PCI组术前舒张期IVPD和IVPG较对照组降低，PCI术后1周舒张期IVPD和IVPG与术前相比显著改善。Guerra等[10]通过结扎标准模型动物左前降支冠状动脉和钳夹主动脉研究发现，当局部急性缺血并心室排空与后负荷升高相反时，舒张期IVPG可以减弱、完全丧失甚至逆转，本研究择期PCI患者术前舒张期IVPG减弱血运重建后改善。Mele等[17]研究发现正常心室基底-心尖轴纵向的血流动力学占主导地位，本研究PCI术前患者相对压变化曲线显示，严重冠状动脉狭窄导致局部心肌缺血，从而发生节段性室壁运动异常，破坏了严格的纵向压力梯度，但PCI术后有所恢复。Firstenberg[12]使用高保真压力传感器和彩色M型超声心动图直接测量的IVPG描述心室充盈，本研究通过应用VFM速度场的流体运动动量方程开发的可视化压力分布RPI技术同样实现了这个过程，证明通过心肌血运重建，左心室舒张功能改善会增加IVPG，左心室舒张功能改善与舒张期IVPG的恢复直接相关，“健康”的心室可以通过弹性反冲力主动“抽吸”血（即低压左心房作为贮液器），而一个“病态”的心室，具有舒张功能障碍，依赖于升高左心房压力被动充盈左心室，手术血运重建作为改善收缩功能的干预措施，可以通过增加舒张期IVPG改善左心室的“抽吸”能力，RPI技术为临床评价PCI术后疗效提供了新的指标。

3.3 IVPD和IVPG可作为评估冠心病患者左心室舒张功能障碍的新指标 本研究PCI组术前左心室舒张功能常规指标LAVi、E/e'、E较对照组升高，A、e'、E/A减小，表明舒张期左心室主动舒张和被动充盈这两个生理阶段均受到心肌缺血的影响，反映在左心室松弛性和顺应性上，松弛性减低是早期缺血性表现，顺应性减低表明心室已发生重构，心室壁僵硬度增加。PCI术后左心室舒张功能部分指标有所改善，LAVi、e'和E/e'有显著差异，国外学者研究患有稳定或不稳定冠心病且收缩功能正常的患者PCI术后48 h的研究结果与之一致[3]。RPI技术所测得IVPD与IVPG与左心室舒张功能常规指标相关分析结果显示，IR期、AC期的IVPD和IVPG与LAVi、E/e'呈负相关，与e'呈正相关，且相关性较其他时期更显著，指南推荐采用LAVi、e'、E/e'评价缺血性心脏病左心室舒张功能并能预测远期不良预后[6]。因此，推断IR期、AC期的IVPD与IVPG可评价缺血性心脏病左心室舒张功能和预测远期不良预后。赵子宁等[16]研究发现随年龄增加，健康志愿者受血管僵硬度增加和舒张早期血流充盈减少影响，IR和AC期IVPD代偿性增加作为心室功能储备，推测可能受缺血因素影响较大，可作为冠心病患者舒张功能减退的灵敏指标。Hozumi等[22]由VFM测量的心衰患者左心室舒张早期IVPG与E、e'呈正相关，与E/e'呈负相关，提示左心室舒张早期IVPG可反映心力衰竭患者左心室心肌松弛性和顺应性减低。张明鸽等[23]通过RPI技术可以精准评估不同构型高血压患者不同程度舒张功能变化，其参数IR期IVPD和IVPG可作为无创性早期诊断高血压患者舒张功能减低的潜在新指标。Crocini等[24]研究发现舒张早期IVPG与双向分子弹簧titin蛋白关联密切，该蛋白与细胞外基质、微管一起产生弹性势能在收缩期储存能量，舒张早期恢复肌节长度，舒张后期抵抗过度的肌节伸长，在舒张早期随肌节弹性回缩后伸展心肌松弛形成恢复力，进而产生舒张早期的主动抽吸力，还可作为理解心室收缩和舒张功能之间耦联关系及心室弹性回缩的关键作用指标。另外，Wakami等[25]研究发现AC期IVPG与左心室舒张末压呈显著负相关，升高的左心室舒张末压或增加的左心室僵硬度会扰乱AC期间从左心房流向左心室心尖部的血液，对舒张功能影响较大。综上，推测IR、AC期的IVPD和IVPG可作为评价缺血性心脏病左心室舒张功能和预测远期不良预后的新指标，其中IR期可作为早期心肌缺血指标同时反映收缩功能储备，AC期IVPD、IVPG减低是冠心病患者左心室舒张功能障碍的表现。

3.4 本研究的局限性 本研究样本量较少；入组多为冠状动脉多支病变病例，未纳入轻症患者，存在筛选偏倚，无法做出严重程度预测；未进行“金标准”测定，无法判断IVPG对冠心病左心室舒张功能障碍的诊断效能；尚未分析IVPG的分段空间分布，未与左心室内涡流及能量损耗共同评价；PCI术后观察期短，可进行长期观察随访做临床心血管不良事件的相关性分析。

总之，RPI技术实现了心导管技术指标IVPD和IVPG的无创化直观准确定量测定，IR、AC两个时期的IVPD和IVPG可作为评价冠心病及PCI术后患者左心室舒张功能长期监测及预防舒张性心力衰竭的新指标。