心力衰竭早期超声影像学诊断

李嵘娟  杨  娅

首都医科大学附属北京安贞医院超声心动图一部

 

心力衰竭根据心脏受损部位分为左心衰竭、右心衰竭及全心衰竭,心衰的早期诊断仍是亟待解决的重大难题。超声心动图能够准确无创地测量心力衰竭患者血流动力学和形态学改变,并具有与侵入性检查一样的指导治疗价值。随着研究的不断深入,越来越多的指标被发掘并服务于临床,而单一指标并不能反映患者的整体心功能情况,本文对超声心动图在心衰早期诊断中的价值作一综述。

一、识别患者的结构与功能异常

评估心力衰竭患者最有用的单个诊断手段是二维超声心动图检查加上多普勒血流检查。该检查可以明确原发性异常是在心肌、瓣膜,还是在心包,是哪个心腔受累。有3个基本问题需要回答:①左心室射血分数(LVEF)代偿还是减低;②左心室结构正常还是异常;③有无其他导致临床表现的结构异常,如瓣膜、心包或右心室?这些信息可通过定量测定LVEF数值、心室腔径和(或)容积、室壁厚度和室壁运动来获得。还应评估右心室的大小与收缩功能以及左房面积和(或)容积,还应评价所有瓣膜解剖与血流异常以除外原发性瓣膜疾病,应确定瓣膜功能的继发改变,尤其是严重的二尖瓣或三尖瓣关闭不全。由超声心动图得到的非侵入性的血流动力学资料可为射血分数(EF)代偿或减低的患者提供重要的补充信息。结合二尖瓣的流入模式、肺静脉的流入模式与二尖瓣前叶的运动速度可提供左心室灌注和左心房压力方面的资料。评价三尖瓣的反流压差与下腔静脉大小及其对呼吸的反应,可估测肺动脉收缩压与中心静脉压。每搏输出量可通过左心室流出道大小测量与脉冲多普勒来确定。但在无心力衰竭时,也可表现出上述任一参数的异常,虽然其中没有一个是心力衰竭特异的,但若全部灌注模式正常则不支持临床心力衰竭。

二、左心功能评估

1.左心室收缩功能的评估指标

(1)LVEF和左心室直径:M型超声心动图定量测量的左心室舒张末期内径和容积、左心室收缩末期内径和容积、LVEF是判断左心室收缩功能的可靠指标。其中LVEF是评价左心室收缩功能最基本的指标。在左心室扩大呈球形及左心室短径大于长径的1/2时,M型超声心动图通过测量左心室短径,进而用Techholz方法计算左心室容量及LVEF显然有很大的局限性;尤其当存在节段性室壁运动异常时,M型心脏超声测量会产生明显误差,此时推荐美国超声心动图学会(American Society of Echocardiography, ASE)新指南主张采用的心尖双平面改良Simpson法测量左心室容积及LVEF。采用脉冲多普勒方法积分左心室流出道血流频谱,乘以该处截面积可得出每搏输出量,并可进一步计算出心排血量和心脏指数,这也是值得推荐的实用方法。在某些老龄、肥胖和肺气肿患者,声窗较差是影响左心室容积和EF测值准确性的主要因素,组织谐波成像提高了EF测量的准确性和可重复性。但二维超声心动图与磁共振成像(MRI)或放射性核素心室显像相比,EF和左心室容积测量的准确性仍有一定的差距。EF和左心室直径能较好地预测心衰患者的发病和死亡率及心肌梗死的预后,早期研究就发现应用血管造影和放射性核素心室造影证实急性心肌梗死幸存者EF<40%及左心室容积增大是发生心血管疾病死亡率和猝死的预测因子,最新研究也应用超声心动图发现EF和左心室容积是主要心脏不良的重要预测因素。

(2)左心室质量:在临床实践中,LV径线测量一般用于左心室收缩功能的评估,而在流行病学研究和治疗试验中,超声心动图的单项测值最大用途是估测人群中LV质量及其在抗高血压治疗中的变化。左心室质量增加与高死亡率和因心血管事件住院率有关。左心室质量的评估同样受到重复性和准确性限制。所有LV心肌质量测量法中,无论是M型、二维或三维超声心动图,均是基于将LV心外膜所勾画的容积中减去LV容量的方法得出LV心肌或壳体容积。然后将壳体容积乘以心肌密度求得LV的质量值。因此,LV心肌质量定量分析需要精确识别心脏血池与心内膜间的界面以及心外膜与心包膜间的界面。目前,大多数LV心肌质量是采用二维引导的M型径线的测值进行计算,LVmass=0.8×{1.04[(LVIDd+PWTd+SWTd)3-(LVIDd)3]}+0.6 g。

(3)心肌功能指数:心肌功能指数(Tei指数)是一个可以评估全心收缩和舒张功能的多普勒参数。Tei指数=(等容收缩时间+等容舒张时间)/射血时间,不受心率和血压影响,综合考虑了心室收缩与舒张,能够全面反映心脏整体功能,并且基本不受超声图像质量的影响,适用性广。Tei指数的预测价值最初在浸润性心肌病、肺动脉高压和扩张型心肌病患者中得到体现,随后也被证明在预测左室功能正常的老年人心衰发生的可能性,以及研究心衰患者药物治疗临床反应的价值。

 2.左心室舒张功能异常分级  通常我们见到较多的是收缩功能障碍的心力衰竭,但随着对疾病认识的深入,有相当一部分心力衰竭患者属于左心室收缩功能正常的心力衰竭,亦称舒张性心力衰竭(diastolic heart failure,DHF)。作为一种进行性疾病,从无症状到出现临床症状需历经长达十余年的心力衰竭事件链。早期识别心力衰竭危险人群,给予临床评估、药物干预,可减缓或中止心力衰竭进程,降低致残率及致死率。一项大型的流行病学研究报道,舒张功能异常的划分方案是预测全因死亡率的重要指标。舒张功能异常的分级方案为轻度或1级(松弛受损型)、中度或2级(假性正常化)、重度或3级(限制性充盈)。超声心动图可以根据二尖瓣口血流频谱、组织多普勒等参数将舒张功能异常分为以下3级(图1)。

(1)轻度舒张功能异常患者,其二尖瓣E/A比值<0.8,二尖瓣E峰减速时间(deceleration time, DT)>200 ms,等容舒张时间(isovolumic relaxation time, IVRT)≥100 ms,肺静脉血流频谱表现为收缩峰为主(S>D)、瓣环e′<8 cm/s、E/e′比值<8(室间隔和侧壁)。采用负荷试验能够检出此类患者舒张功能储备降低。血容量减少的正常人可出现二尖瓣血流E/A比值减低而二尖瓣环组织多普勒速度正常,因此E/A比值<0.8这一指标并不能普遍用于舒张功能异常的判断。多数情况下,除非存在严重的心肌松弛性异常,如长期高血压或肥厚型心肌病,否则E/A比值<0.8时,平均左心房压力一般不增高。

(2)在中度(2级)舒张功能异常的患者中,二尖瓣口E/A比值介于0. 8~1.5之间(假性正常化),瓦氏动作时E/A比值降低≥50%,E/e′比值介于9~12之间,并且e′速度<8 cm/s。其他的支持参数包括Ar>30 cm/s以及S/D比值<1。某些中度舒张功能异常的患者仅有左心室舒张末期压力升高(即左心房平均压正常),可通过Ar-A持续时间≥30 ms来识别。中度(2级)舒张功能异常表明心肌松弛性受损合并左心室充盈压轻度-中度升高。

(3)重度舒张功能异常(3级)时,左心室充盈受限,表现为E/A比值>2,DT<160 ms,IVRT≤60ms、收缩期充盈分数≤40%、二尖瓣血流A波时间短于Ar 间期、平均E/e′比值>13(或室间隔E/ e′比值>15以及侧壁E/ e′比值>12)。治疗有效的患者其左心室限制性充盈可以恢复到松弛异常的状态(3a级),治疗无效的患者则仍然维持在限制性充盈的状态(3b级)。后者为一种不良征兆,往往预示着心脏发病和死亡的高风险性。然而,3b级舒张功能异常的诊断不能仅凭一次检查,而应在最佳治疗方案后依据一系列的检查做出结论。2级和3级舒张功能异常患者左心房容积增加,而1级舒张功能异常以及亚临床病变患者的左心房容积通常在正常范围。

值得提及的是,即使在无症状患者中,1级舒张功能异常患者的3~5年死亡率比舒张功能正常者高5倍。评价舒张功能时应考虑患者的年龄和心率因素(心率加快时,二尖瓣E峰、E/A比值以及瓣环e′减低)。对无心脏病病史的老年人,诊断1级舒张功能异常时尤应谨慎。因为多数60岁以上无心脏病病史的人群也可出现E/A<1和DT>200 ms,因此在没有其他心血管病变征象(如左心室肥厚)的情况下,这类测值在这一年龄组中可视为正常。

 

 

图1  舒张功能异常分级评估示意图  (Av:均值;LA:左心房;Val:瓦氏动作)

三、右心功能评估

在以往的临床和基础研究工作中,对右心功能和右心衰竭的认识大大落后于左心,并且缺乏循证医学证据及相关指南,然而临床上右心室的功能评价对许多心肺疾病患者的诊断、治疗和预后都具有重要意义。右心室包括3个组成部分——流入道部、小梁部和流出道(漏斗)部,是一个形态既不对称又极不规则的结构,不能以简单的几何模型来描述,因此二维超声不能很好地解决右心室容积的测量问题。由于右心室形态的不规则性及随着疾病进程右心室大小、形态的不定性,超声心动图测定右心室功能的方法和数据亟须统一。美国超声心动图学会(ASE)于2010年发表了《成人右心超声心动图诊断指南》。该指南旨在以统一的标准切面获取右心图像,通过一定正常人样本量获取右心结构和功能的正常值数据库,并推荐使用本指南提供的正常值来评估右心大小和功能(表1)。

1.右心结构评估

(1)右心房大小:心尖四腔切面下,右心房长径>53 mm,短径>44 mm为异常,收缩末面积>18 cm2为异常。

(2)右心房压:通过剑突下切面测下腔静脉(IVC)内径来判断,IVC内径>2.1 cm,且吸气塌陷率<50%提示右心房压升高,取15 mmHg(范围10~20 mmHg);IVC内径≤2.1 cm,且吸气塌陷率≥50%提示右心房压正常,取3 mmHg(范围0~5 mmHg);介于两者之间的其他情况下,右心房压取中间值8 mmHg(范围5~10 mmHg)。

(3)右心室:剑突下切面或胸骨旁切面下于右心室舒张末期时测量,右心室壁厚度>5 mm,提示右心室肥厚(RVH);右心室内径,基部短径>42 mm,中部短径>35 mm,长径>86 mm为异常;右心室流出道内径,长轴切面>33 mm、短轴切面>27 mm为异常。

2.右心室收缩功能评估

(1)右心室压力上升速率(dp/dt),通过三尖瓣反流频谱测定右心室dp/dt。dp/dt<400 mmHg/s怀疑右心室功能异常,但因缺乏正常值对照,这一指标不常规推荐。

(2)右心室心肌工作指数(RIMP或Tei指数),通过右心室流入道和流出道的脉冲多普勒或三尖瓣环组织多普勒测定三尖瓣关闭-开放时间(TCO),TCO=等容收缩期(IVCT)+射血时间(ET)+等容舒张期(IVRT),RIMP(Tei)=(TCO-ET)/ET。如脉冲多普勒RIMP>0.4或组织多普勒RIMP>0.55提示右心室收缩功能不全。Tei指数是评估右心室收缩功能的独立预后指标,其不受心率、心脏几何形态或右心室前、后负荷的影响,与三尖瓣反流的严重程度也无关。

(3)三尖瓣环平面收缩期前移(TAPSE):显示右心室轴向运动,TAPSE<16 mm提示右心室收缩功能不全。

(4)右心室面积变化百分数(FAC):二维切面下测量右心室面积百分数<35%为收缩功能异常。

(5)组织多普勒三尖瓣环收缩期速度S′,如S′<10 cm/s提示右心室收缩功能不全。

3.右心室舒张功能评估

(1)脉冲多普勒测三尖瓣血流速度(E、A、E/A及DT),三尖瓣E/A<0.8为松弛受损;0.8<E/A<2.1,伴E/E′>6提示E/A为假性正常,右心室舒张功能受损;E/A>2.1伴DT<120 ms,右心室充盈受限。

(2)组织多普勒测三尖瓣环速度(E′、A′、E′/A′以及E/E′),E′/A′<1为右心室舒张功能受损;E/E′>6提示右心房压升高。

 

表1  超声心动图评价右室结构和功能的参数及参考值

参数

异常值

腔室内径

 

    右心室腔基底部内径

>4.2 cm

    剑下右心室室壁厚度

>0.5 cm

    胸骨旁短轴切面右心室流出道远端内径

>2.7 cm

    胸骨旁短轴切面右心室流出道近端内径

>3.3 cm

    右心房长径

>5.3 cm

    右心房横径

>4.4 cm

    右心房收缩末期面积

>18 cm2

收缩功能

 

    三尖瓣环收缩期运动幅度

<1.6

    组织多普勒三尖瓣环峰值速度

<10 cm/s

    脉冲多普勒心肌做功指数

>0.4

    组织多普勒心肌做功指数

>0.55

    二维面积变化分数

<35%

舒张功能

 

    E/A(二尖瓣E峰与A峰比值)

<0.8或>2.1

    E/E′(二尖瓣E峰与组织多普勒E峰比值)

>6

    E峰减速时间

<120 ms

 

 

四、心功能评估新技术

1.组织多普勒  组织多普勒成像(tissue Doppler imaging, TDI)是以低速运动的心肌组织为研究对象,运用多普勒信号处理的原理,实时、定量检测心肌本身的运动速度,弥补了其他超声技术的不足,可准确测量与多普勒声束方向呈平行运动室壁节段或瓣环的速度和加速度,这些指标可更准确地反映局部心肌收缩和舒张功能。测量指标包括:①心肌运动速度指标,即等容收缩期速度、收缩期速度、等容舒张期速度、舒张早期速度、舒张晚期速度;②心肌运动速度梯度;③二尖瓣环运动速度;④收缩时间间期。TDI已经用于日常临床实践,TDI测得收缩异常的心衰患者中有38%~52%的EF正常,故心肌收缩速度可能会比EF更准确地反映收缩功能障碍,并能提供更多的预后信息。采用TDI测量二尖瓣环位移来评价左心室收缩功能时,以二尖瓣环的运动速度<8 cm/s作为评价LVEF<50%的临界点,其敏感性94%,特异性为93%,准确性为94%。

2.应变及应变率  应变及应变率可通过组织多普勒或二维斑点追踪成像技术获得,组织多普勒对成像声束有角度依赖性,主要用于检测与超声声束平行方向上心肌的纵向应变,很难对整体心室应变(包括径向运动、圆周运动及旋转角度)进行评价。二维斑点追踪成像是在高帧频二维灰阶超声图像的基础上,追踪心肌内回声斑点的空间运动及其在每一帧图像中的位置,标测不同帧之间同一位置的心肌运动轨迹,能更准确地定量检测心肌运动速度,计算感兴趣区内各节段心肌变形程度,提供心脏复杂的空间运动信息,客观评估局部及整体的心肌功能,不受声束方向与室壁运动方向夹角的影响,对左、右室功能受损的早期变化,斑点追踪技术显示了它的高度敏感性。

3.三维超声心动图  代表了心血管超声诊断技术由“点”(A型超声)→“线”(M型超声)→“面”(二维超声)→“体”(三维超声)的发展趋势和高级阶段,建立了所谓的任意切面超声心动图。与常规超声心动图相比,对于正常和异常心血管结构的显示和检测具有明显优势,可快速进行定量分析,特别在容积测量上不依赖于形状假定,有很大的应用价值。由于三维超声心动图测定心室容积不依赖几何假设,而是从心室整体采集数据,根据心室实际几何形状测量计算容量及各项心功能参数,在评价心室整体室壁运动、心肌灌注及整体和局部心功能方面具有优越性。三维超声心动图可用于测量心衰患者二尖瓣环大小、二尖瓣反流、心房和右心室大小及功能。有研究发现在容积评估方面与金标准核磁共振相比,三维超声心动图有更高的准确性和可重复性。