时间对齐节段应变作为慢性胸痛患者阻塞性冠状动脉疾病诊断标志物的价值研究

《Cardiovascular Ultrasound》：Time-aligned segmental strain as a diagnostic marker for obstructive coronary artery disease in patients with chronic chest pain

　　

背景：心肌应变曲线在传统峰值应变测量之外，为冠状动脉疾病（CAD）提供了有价值的见解。本研究旨在评估时间对齐的节段应变和应变率（S/SR）曲线在连续胸痛患者中识别阻塞性CAD的诊断价值。 方法：共纳入510例转诊接受冠状动脉计算机断层扫描血管造影（CCTA）的胸痛患者。以主动脉瓣关闭（AVC）和心动周期长度为参考点对节段应变曲线进行时间对齐。为18个心肌节段生成平均S/SR曲线，并以314例无CAD的慢性胸痛患者（No-CAD组）建立参考曲线。偏差的定义基于收缩期及舒张期前半段的峰值S/SR或平均S/SR曲线偏差阈值。 结果：各组间观察到显著差异，尤其是血运重建的心肌梗死（MI）、冠状动脉旁路移植术（CABG）或三支血管病变（3-vessel CAD）组与No-CAD组相比（p<0.05）。受试者工作特征（ROC）曲线分析显示CABG患者具有优异的诊断性能（曲线下面积（AUC）高达0.933），而经皮冠状动脉介入治疗（PCI）的检出率有限（AUC<0.7）。舒张早期整体纵向应变率（GLSR E）和节段峰值舒张早期应变率（SR E）显示出最高的诊断准确性。这些发现证实，时间对齐应变分析可改善显著CAD的检出，但在识别轻度病变患者方面仍存在局限性。 结论：时间对齐节段应变分析改善了对需要CABG的高级别病变的检出，但无法区分单支血管病变与非阻塞性CAD。病理性应变模式仅在晚期CAD中变得显著，表明节段静息应变分析的临床价值主要在于识别晚期CAD。

论文主体内容总结

研究人群

本研究为2016至2021年间开展的前瞻性观察性研究，纳入来自挪威北部大学医院（特罗姆瑟）心内科的510例胸痛患者及102例心肌梗死（MI）患者。胸痛组患者基于心内科医师的初步评估（包括胸痛病史、运动心电图（ECG）、家族史及相关危险因素）转诊接受冠状动脉计算机断层扫描血管造影（CCTA）。排除标准包括心房颤动（AF）、左束支传导阻滞（LBBB）、既往冠状动脉疾病（CAD）及任何结构性心脏病。根据CCTA及冠状动脉造影（CAG）结果，患者被分为无CAD（No-CAD）、非阻塞性CAD、单支、双支及三支血管病变组，或根据治疗方式分为No-CAD、非阻塞性CAD、经皮冠状动脉介入治疗（PCI）及冠状动脉旁路移植术（CABG）组。MI组患者为急性ST段抬高型心肌梗死（STEMI）或非ST段抬高型心肌梗死（NSTEMI）后1–3天接受PCI的患者。

临床特征

所有参与者完成涵盖症状及危险因素的问卷调查，并从电子病历获取血脂谱、肌酐、糖化血红蛋白（HbA1c）及空腹血糖等临床数据。超声心动图检查前测量血压、身高、体重及体质指数（BMI），并记录12导联心电图。糖尿病（DM）定义为有DM治疗史、空腹血糖>126 mg/dl（7.0 mmol/L）或HbA1c>6.5%（48 mmol/mol）。高血压（HT）定义为接受HT治疗或血压>140/90 mmHg。

超声心动图、应变及应变率分析

胸痛患者在CCTA同一天接受超声心动图检查，MI患者在PCI后1–3天接受检查。所有超声心动图均在左侧卧位下使用Vivid E9或E95超声设备（GE，Horton，挪威）配合5?1 MHz探头完成。采集胸骨旁长轴、短轴及心尖二腔、三腔、四腔切面的标准二维（2D）灰阶图像。以QRS波峰R波标记为心动周期起点以标准化节段峰值应变计算。每个心尖切面在静息状态下采集三个连续心动周期，帧率设定在45帧/秒以上。所有图像以电影循环格式数字化存储用于应变分析。

二维图像的应变分析使用EchoPac软件（GE）的Q-analyses功能离线进行。主动脉瓣关闭（AVC）被确定为收缩末期，并通过左心室流出道（LVOT）脉冲波多普勒确认主动脉瓣时相。应变及应变率（S/SR）曲线为每个切面的六个节段自动生成，通过目视检查识别并剔除伪影。

偏差节段曲线的定义

所有参与者的S/SR曲线被时间对齐至标准化心动周期长度及AVC时间。具体而言，每条曲线被重采样至固定长度（每个心动周期100个点），AVC通过对收缩期和舒张期分别插值对齐至相同相对位置（心动周期的40%）。节段参考曲线由胸痛队列中314例无冠状动脉疾病或狭窄<30%、无瓣膜病变、心肌疾病或束支传导阻滞（QRS>120 ms）的个体（No-CAD组）的时间对齐曲线平均生成，为18个心肌节段中的每一个定义参考曲线。每位参与者的节段曲线与相应参考曲线的偏差通过两种方式量化：参与者节段收缩期和舒张期峰值S/SR值与相应参考峰值值的差异，以及参与者节段曲线与参考曲线在收缩期（应变及应变率）和舒张期前三分之一（应变率）的平均差异。病理性阈值定义为No-CAD组中观察到的节段偏差的第5百分位下界。整体纵向应变（GLS）、收缩期应变率（GLSR-S）及舒张早期应变率（GLSR-E）也纳入分析。

有创冠状动脉造影

CCTA结果阳性或不确定的患者及所有MI患者接受经桡动脉或股动脉入路的有创CAG。狭窄被认为显著的条件为右冠状动脉（RCA）、左前降支（LAD）或回旋支（CX）管腔减少≥70%，或左主干（LMCA）减少≥50%。仅有显著狭窄被分类为单支、双支或三支血管病变。左主干狭窄合并至少一支血管病变被归类为三支血管病变。有显著狭窄的患者根据需要接受血运重建（PCI组），需要外科干预的患者转诊CABG。冠状动脉狭窄30–70%的患者被归类为非阻塞性CAD，而No-CAD组包括无狭窄至<30%狭窄者。

统计分析

统计分析使用SPSS软件29版（SPSS Corp.，Armonk，NY：IBM Corp，美国）进行。连续变量以均值±标准差表示，分类变量以绝对数或百分比表示。采用单因素方差分析（ANOVA）配合Bonferroni事后检验比较连续变量，卡方检验比较分类变量。ANOVA配合Bonferroni事后检验也用于比较各组间S/SR曲线偏差及偏差组间病理节段百分比。受试者工作特征（ROC）曲线分析用于确定在胸痛人群中检测需要PCI或CABG治疗患者的准确性，与No-CAD或非阻塞性CAD参与者进行比较。所有分析中p值<0.05被认为具有统计学显著性。

节段应变分析

血运重建的MI组患者在所有测试参数中均表现出显著偏差，CABG及三支血管病变组观察到类似模式。尽管CABG组规模相对较小，但与No-CAD患者相比仍观察到显著差异。值得注意的是，仅节段峰值舒张早期应变率（SR E）和整体舒张早期应变率（GLSR E）偏差在PCI或单支血管病变组与No-CAD组之间显示出显著差异。舒张早期应变率曲线在CAD严重程度各组间表现出最显著的偏差。特定特征如舒张早期峰值应变率及舒张早期双峰可能揭示当前数据分析中未纳入的额外特征。

节段与整体S/SR方法的比较

比较了两种不同参考方法：使用节段特异性参考曲线（对18个单独节段中的每一个进行时间对齐）与使用单一整体平均曲线（应用于所有节段）来识别显著偏差（>95%向较低值偏差）。值得注意的是，使用SR E且未定义节段参考时，心尖节段病理常被漏检——28.3%的MI患者使用节段参考显示病理，而使用整体正常值作为参考时仅为19.5%。中间节段对节段参考值的依赖性最小，而基底外侧和基底间隔节段在整体截断值组中被不成比例地归类为功能异常。尽管存在这些区域差异，节段校正与非校正截断值之间的病理节段总数相似。然而，基于节段的病理偏差定义似乎改善了诊断准确性，特别是在识别异常心尖节段方面。节段参考值定义的必要性在SR E参数中最为明显。

诊断性能

对所有参数进行ROC曲线分析以评估其区分PCI和CABG患者与无需血运重建的胸痛患者（No-CAD和非阻塞性CAD）的能力。检测PCI患者的诊断性能普遍较差，AUC值<0.7，表明识别需要PCI患者的能力有限。相比之下，CABG患者的检出效果极佳，AUC值达到0.933。在两项分析中，峰值SR E偏差和GLSR E在所有测试参数中成为最佳指标。补充分析显示，区分无CAD及非阻塞性CAD患者与血运重建梗死患者的AUC值明显低于CABG组（<0.8），提示部分患者因血运重建而恢复了正常整体及节段功能。值得注意的是，节段SR E明显优于GLSR E，而节段应变的表现与GLS相似。

讨论

本研究引入了一种新方法，将时间对齐的节段应变和应变率曲线定义为每个心肌节段的标准参考曲线，然后根据个体曲线与峰值或曲线选定部分的偏差进行分类。这种时间调整的节段S/SR揭示从非阻塞性疾病到单支、双支及三支血管病变的病理学减少节段应变的渐进性增加。单支血管病变CAD与非阻塞性胸痛之间的功能差异极小，仅整体和节段舒张早期应变率（GLSR E和节段SR E）显示出统计学显著差异。然而，整体应变参数，特别是GLSR E，在识别需要CABG的高危患者方面表现出良好至优异的诊断性能。这些异常在基底节段最为明显，中间节段有一定程度表现，但值得注意的是，在所有程度的慢性CAD中，偏差的心尖节段始终缺乏收缩后应变（PSS）。

所有偏差应变曲线在CAD各阶段均表现出一致模式，包括延迟收缩/缩短、收缩期缩短斜率降低及收缩后应变（PSS）。这些模式主要在基底和中间节段观察到。在No-CAD组的基底间隔节段中，PSS作为正常现象被观察到。随着CAD严重程度的增加，偏差节段的数量和程度增加，但曲线模式保持一致。在心肌梗死区域，节段表现出初始收缩期拉伸、延迟收缩及缩短斜率降低，随后出现PSS。偏差的心尖应变曲线很少显示PSS，可能由于邻近节段收缩较弱，因为心尖节段通常具有比中间节段更高的应变。

尽管GLS随CAD严重程度增加而降低，但这些变化在区分单支血管病变CAD与非阻塞性病例方面仍无统计学显著性。通过在我们的ROC分析中排除高级别CAD，研究表明即使采用优化的标准化方法，单支血管病变CAD也无法与非阻塞性病例可靠区分。节段SR E是PCI患者的唯一显著预后指标，尽管其诊断性能有限。只有严重CAD（三支血管病变或CABG病例）表现出显著降低的整体及区域功能。GLSR E被证实为识别高危CAD或CABG指征的最佳指标，优于所有其他整体及节段方法。

本研究纳入了最大规模的非选择性胸痛患者队列，具有代表性的低级别阻塞性CAD病例数。低级别CAD中观察到的有限变化提示可能存在偏向阳性结果的发表偏倚。血运重建的MI患者的纳入验证了节段时间对齐方法，证明MI与一般胸痛人群之间存在明显差异。低级别CAD的PCI患者表现出接近正常的心肌功能，而CABG和急性MI患者表现出更显著的损伤。

临床意义

时间对齐正常S/SR曲线的节段定义对于检测正常心脏中心肌功能的细微变化至关重要，特别是对于通常缺乏收缩后应变（PSS）的心尖节段。然而，即使采用这种稳健的方法和敏感的GLSR E指标，单支血管病变CAD仅表现出轻微的功能变化，在胸痛队列中可靠识别具有挑战性。不建议假设单支血管病变CAD始终导致临床可检测的功能降低。相反，高危CAD可以通过降低的GLS和GLSR E值有效识别，特别是伴随节段峰值纵向应变（PLS）和SR E降低时，为这些晚期病例提供高诊断准确性。因此，静息斑点追踪分析在识别高级别CAD患者方面具有高敏感性和特异性的价值。时间对齐方法展示了利用峰值值之外的应变和应变率信息的潜力。此外，病理曲线的分布模式、延迟的舒张早期峰值、早期心房波融合的存在以及舒张期节段双峰代表了潜在有价值的判据，可为检测病理和区分心肌功能障碍程度提供额外诊断信息。

局限性

本研究纳入因慢性胸痛转诊接受CTCA的连续患者。在纳入的485例个体中，仅12例双支血管病变、7例三支血管病变及8例转诊CABG患者。这些小组产生了具有高效应量的显著结果，但不足以得出可靠的阴性结论。相反，单支血管病变和PCI组规模足够大，可提供可靠的阴性结果。所研究的胸痛人群不能代表无危险因素的正常人群。既往研究表明高血压、肥胖和糖尿病是应变降低的已知因素，无危险因素的健康人群可能产生不同的参考应变值。本研究未计算SYNTAX评分，这可能有助于形成更全面的分组并纳入冠状动脉闭塞的影响。

结论

本研究证明，使用静息斑点追踪超声心动图无法可靠区分单支血管病变CAD与非阻塞性CAD，GLSR E可有效识别需要旁路移植术的高级别CAD。与节段S/SR参考的比较改善了区域功能障碍的检出，特别是在心尖节段。时间对齐曲线补充了传统整体应变参数，病理模式仅在晚期冠状动脉疾病中变得显著。这些发现表明，静息应变分析在识别晚期冠状动脉疾病的高危患者方面比识别轻度或单支血管病变患者具有更大的临床价值。