心脏超声与心力衰竭患者冠状动脉血流储备及微循环指数的 关系研究 

【摘要】目的：探讨心脏超声与心力衰竭（HF）患者冠状动脉血流储备分数（FFR）及微循环阻力指数（IMR）的关系研究 。方法：收集2022年8月-2025年5月本中心收治的106例HF患者的临床资料，并对其进行回顾性分析。按纽约心脏协会（NYHA）心功能分级分为Ⅰ~Ⅳ级，所有患者均行心脏超声检查，通过冠状动脉造影测定FFR及IMR值。比较不同NYHA心功能分级患者的一般资料、心脏超声参数、FFR及IMR值。采用Pearson相关性分析心脏超声参数与FFR及IMR的相关性，以受试者工作特征（ROC）曲线分析心脏超声、FFR及IMR对HF患者NYHA心功能的评估效能。结果：四组间LVESD、LVEDD、LVEF、E/Ea、FFR值及IMR值比较有差异（P<0.05）。与心功能Ⅰ级组比较，心功能Ⅱ~Ⅳ级组的LVESD、LVEDD、E/Ea及IMR值更高；与心功能Ⅱ级组比较，心功能Ⅲ~Ⅳ级组LVESD、LVEDD、E/Ea及IMR值更高；与心功能Ⅲ级组比较，心功能Ⅳ级组LVESD、LVEDD、E/Ea及IMR值更高（P<0.05）。心功能Ⅱ~Ⅳ级组LVEF、FFR值低于心功能Ⅰ级组；心功能Ⅲ~Ⅳ级组LVEF、FFR值低于心功能Ⅱ级组；心功能Ⅳ级组LVEF、FFR值低于心功能Ⅲ级组（P<0.05）。Pearson相关性分析结果显示，心脏超声参数中LVESD、LVEDD及E/Ea与FFR呈显著负相关（P＜0.05）；LVEF与FFR呈显著正相关（P＜0.05）。而LVESD、LVEDD及E/Ea与IMR呈显著正相关（P＜0.05）；LVEF与IMR呈显著负相关（P＜0.05）。ROC分析结果显示，心脏超声联合参数、FFR及IMR对评估HF患者NYHA心功能的曲线下面积（AUC）95%置信区间（0.95CI）为0.682（0.585~0.769）、0.684（0.587~0.771）、0.801（0.712~0.837），联合参数为0.905（0.833~0.954），该联合参数评估效能较高。结论：HF患者心脏超声参数中LVESD、LVEDD及E/Ea与FFR呈负相关，LVEF与FFR呈正相关；而LVESD、LVEDD及E/Ea与IMR呈正相关，LVEF与IMR呈负相关；且心脏超声参数、FFR及IMR联合对HF患者NYHA心功能分级评估效能良好。

【关键词】：心脏超声；心力衰竭；冠状动脉；血流储备分数；微循环阻力指数

Study on the Relationship between Cardiac Ultrasound and Fractional flow reserve and Index of microcirculatory resistance in Patients with Heart Failure

MA Mingjing, WANG Qingkai, CHEN Hao

Department No.1 of Cardiovascular Medicine, Cangzhou Hospital of Integrated Traditional Chinese and Western Medicine, Cangzhou 061001, Hebei, China

[ Abstract ] Objective: To explore the relationship between cardiac ultrasound and fractional flow reserve (FFR) and index of microcirculatory resistance(IMR) in patients with heart failure (HF). methods: A retrospective analysis was conducted on the clinical data of 106 patients with HF admitted to the hospital from August 2022 to May 2025. They were classified into grades I to IV according to the New York Heart Association (NYHA) cardiac function classification. All patients underwent cardiac ultrasound examination, and the FFR and IMR values were determined by coronary angiography. Compare the general information, cardiac color Doppler ultrasound parameters, FFR and IMR values of patients with different NYHA cardiac function grades. Pearson correlation analysis was used to analyze the correlation between cardiac ultrasound parameters and FFR and IMR, and the receiver operating characteristic (ROC) curve was used to analyze the evaluation value of cardiac ultrasound parameters and FFR and IMR for NYHA cardiac function in HF patients. Results: There were statistically significant differences in the values of LVESD, LVEDD, LVEF, E/Ea, FFR and IMR among the four groups (P<0.05). The values of LVESD, LVEDD, E/Ea and IMR in the grade II-IV cardiac function group were higher than those in the grade I cardiac function group. The values of LVESD, LVEDD, E/Ea and IMR in the cardiac function grade Ⅲ-Ⅳ group were higher than those in the cardiac function grade Ⅱ group. The values of LVESD, LVEDD, E/Ea and IMR in the grade IV cardiac function group were higher than those in the grade III cardiac function group (P<0.05). LVEF and FFR levels were lower in patients with NYHA class II-IV cardiac function than in those with class I. Additionally, these two indices were lower in the class Ⅲ-Ⅳ group compared to the class Ⅱ group. The LVEF and FFR values in the grade IV cardiac function group were lower than those in the grade III cardiac function group (P<0.05). The results of Pearson correlation analysis showed that among the cardiac ultrasound parameters, LVESD, LVEDD and E/Ea were significantly negatively correlated with FFR (P < 0.05). LVEF was significantly positively correlated with FFR (P < 0.05). While LVESD, LVEDD and E/Ea were significantly positively correlated with IMR (P < 0.05); LVEF was significantly negatively correlated with IMR (P < 0.05). The results of ROC analysis showed that The 95% confidence intervals (0.95CI) of the area under the curve (AUC) for evaluating NYHA cardiac function in patients with HF by combining cardiac ultrasound parameters, FFR and IMR were 0.682 (0.585-0.769), 0.684 (0.587-0.771), and 0.801 (0.712-0.837), respectively. The combined parameter was 0.905 (0.833-0.954), and the evaluation efficacy of this combined parameter was relatively high. Conclusion: Among the cardiac color Doppler ultrasound parameters of HF patients, LVESD, LVEDD and E/Ea are negatively correlated with FFR, while LVEF is positively correlated with FFR. However, LVESD, LVEDD and E/Ea are positively correlated with IMR, while LVEF is negatively correlated with IMR. Moreover, the combination of cardiac ultrasound parameters, FFR and IMR has a good efficacy in the NYHA cardiac function classification assessment of HF patients.

[Key words] Cardiac ultrasound;Heart failure;Coronary artery;Fractional flow reserve; Index of microcirculatory resistance

心力衰竭（HF）是许多心脏疾病发展的严重结局或终末阶段，具有较高的死亡率，给患者家庭带来了沉重的负担[1]。尽管近年来药物和器械治疗取得了进步，但患者的再住院率和长期预后仍不理想，因此，寻找早期、无创且有效的风险评估指标，对于优化治疗方案和改善患者预后至关重要。传统有创检测手段虽测量精准，却存在操作风险高、难以重复等局限，限制了其在心脏疾患临床检测的广泛应用[2]。心肌的能量供应和功能依赖于完整的冠状动脉循环，包括心外膜冠脉和心肌内微循环；许多HF患者即使心外膜冠脉无明显狭窄，也常存在心肌微循环功能障碍，损害心肌血流调节能力，导致心肌耗氧量增加时血流无法相应增加，进而引发心肌缺血、纤维化和心室重构的恶性循环，成为HF发展的重要驱动因素[3]。

近年来，心脏超声技术在心脏瓣膜病、HF等心脏疾病检测中展现出巨大潜力，其通过直观显示冠状动脉主干及分支血流，为冠状动脉血流动力学研究提供了新途径[4]。冠状动脉血流储备（FFR）是评估冠状动脉循环整体功能的关键指标，反映了冠脉系统在最大充血状态下增加血流的能力[5]。FFR经长期基础与临床研究已成为冠脉狭窄功能性评价的公认标准，尤其在冠心病多支病变的血运重建决策中价值突出，为介入治疗提供关键参考。微循环阻力指数（IMR）能更特异地评估微循环阻力，不受心外膜血管狭窄影响[6]。IMR在急性心肌梗死等疾病的研究中应用日益广泛，不仅成为诊断冠状动脉微血管病的重要工具，还为揭示微循环障碍相关的心室重塑机制提供了关键技术支撑。因此，联合检测FFR和IMR可更精准地揭示HF患者心肌灌注异常的本质。目前，探究HF患者心脏超声与FFR及衍生的IM之间的关系，已成为心血管领域的研究热点。基于以上背景，本研究旨在系统探讨HF患者心脏超声与FFR及IMR的相关性；以期为HF患者的危险分层、个体化治疗及预后评估提供新的无创性超声影像学依据。

1  资料与方法

1.1  一般资料

本研究依据NYHA心功能Ⅲ~Ⅳ级患者在HF群体中的构成比，结合本中心历史数据及参考文献，该构成比取π=0.3，根据公式n＝μα2π(1-π)／δ2（设α＝0.05，β＝0.10，‌置信水平μα＝1.96，‌允许误差δ=0.1），计算基础样本量n＝95，考虑到10%的资料不完整病例，总样本需≥104例，最终纳入106例，满足实验需求。收集2022年8月-2025年5月本中心收治的106例HF患者的临床资料，并对其进行回顾性分析。

纳入标准：（1）符合文献[7]中心力衰竭的诊断标准；（2）年龄≥18岁；（3）临床资料完整者；（4）患者知情并同意参与研究。排除标准：（1）心肌梗死患者；（2）严重呼吸衰竭者；（3）先天性心脏病、瓣膜关闭不全、心包疾病及持续性房颤、房扑者；（4）安装心脏起搏器者；（5）合并恶性肿瘤；（6）有严重感染性疾病；（7）严重肝肾功能不全者；（8）无法进行冠脉造影检测者。研究已获得医院伦理委员会通过。

1.2  方法

1.2.1  心脏超声检测  采用迈瑞DC-26型彩色多普勒超声诊断仪，探头频率设定在2.0～5.0 MHz范围。检查时，患者取左侧卧位，保持呼吸平稳，并同步连接心电图。首先，在胸骨旁左室长轴、心尖四腔、心尖两腔及心尖左室长轴等标准切面进行扫查，利用二维超声并结合多普勒成像技术，全面观察心脏的形态结构与血流动力学情况。随后，在心尖四腔心切面测量左心室舒张末期内径（LVEDD）及收缩末期内径（LVESD），并采用双平面Simpson法，于心尖四腔心切面和心尖两腔心切面勾勒心内膜轮廓并计算左心室射血分数（LVEF）。同时，在多普勒成像模式下，对二尖瓣舒张早期瓣口血流峰值速度（E值）与二尖瓣环最大运动速度（Ea）进行测量，并计算E/Ea值。所有检查操作均由具备5年以上心脏超声诊断经验的医师完成，各项数据均取3-5个连续心动周期的平均值以确保准确性。

1.2.2  FFR及IMR检测  使用有创冠状动脉造影及压力导丝技术进行测量，采用圣犹达医疗用品（上海）有限公司的压力导丝测量系统，具体操作如下：首先将无侧孔的6F指引导管置于冠状动脉开口处，接着将压力-温度导丝送至指引导管口位置，校正调整使导丝头端所测压力与指引导管的压力保持一致，该值可近似看作主动脉平均压（Pa），此时温度则作为之后温度变化的参考。校正完成后，将导丝穿过靶病变区域，送至血管远端总长的2/3处，且保证压力传感器处在狭窄病变以远至少3 cm位置。之后向冠状动脉内给予100~200 μg硝酸甘油，以规避血管痉挛的发生。随后注入3 ml室温生理盐水，当流入冠状动脉口时，压力导丝轴记录到第1条触发温度曲线，当生理盐水流至导丝头端感受器时，会记录到第2条触发温度曲线，两条曲线触发的时间差即为Tmn，重复该操作3次，计算得出基线平均传导时间（bTmn）。以140 μg/（kg min）的速率注入腺苷，使冠状动脉达到最大充血状态，再次快速注入3 ml室温生理盐水，连续操作3次，获得充血状态下平均传导时间（hTmn）；并分别记录静息状态与最大充血状态下的冠状动脉远端压力Pd，待Pa、Pd及Pd/Pa值3条曲线平行并维持20 s，此时的Pd/Pa值即为标准FFR值。当冠状动脉轻中度狭窄且FFR>0.80时，IMR计算公式：IMR=Pd×hTmn；②若冠状动脉重度狭窄且FFR≤0.80时，则IMR计算公式为：IMR=Pa·hTmnl（Pd-Pw）/（Pa-Pw）。其中，Pw代表冠状动脉楔压（冠状动脉处于完全狭窄状态或经球囊嵌顿处理后，该病变部位远端的平均压力）。

1.2.3  心功能分级标准  依据纽约心脏病协会(NYHA)心功能分级标准进行评估[8]：I级：日常活动能力不受影响，休息或活动时不会出现心绞痛、心悸及乏力等症状；II级：活动能力呈轻度受限表现，休息时无不适，但活动时出现症状，短暂休息后可自行缓解；Ⅲ级：患者活动能力受到显著限制，静息时无异常症状，但轻微运动便会出现上述症状，需经较长时间休息症状才能缓解；IV级：患者无法进行任何活动，休息状态下也会出现上述症状，且活动时症状会进一步加重。

1.2.4  临床资料收集  收集所有患者性别、年龄、体质量指数（BMI）、吸烟史、饮酒史、合并疾病（高血压、糖尿病、高脂血症）资料。

1.3  统计学方法

采用SPSS 26.0分析数据资料。符合正态分布的计量资料用（`x±s）表示，多组间整体比较采用单因素方差分析，重复计量资料比较采用重复测量方差分析，两两比较采用LSD-t检验；计数资料用“n（%）”表示，两两比较采用χ2检验。采用Pearson相关分析心脏超声与FFR、IMR的相关性；绘制受试者工作特征（ROC）曲线分析心脏超声参数、FFR及IMR对HF患者NYHA心功能的评估价值。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2  结果

2.1 不同心功能分级患者一般资料比较

四组患者的一般资料比较无差异（P＞0.05）。见表1。

表1  不同心功能分级患者一般资料比较

2.2  不同心功能分级患者心脏超声参数、FFR及IMR比较

四组LVESD、LVEDD、LVEF、E/Ea、FFR值及IMR值均有差异（P<0.05）。与心功能Ⅰ级组比较，心功能Ⅱ~Ⅳ级组的LVESD、LVEDD、E/Ea及IMR值更高；与心功能Ⅱ级组比较，心功能Ⅲ~Ⅳ级组LVESD、LVEDD、E/Ea及IMR值更高；与心功能Ⅲ级组比较，心功能Ⅳ级组LVESD、LVEDD、E/Ea及IMR值更高（P<0.05）。而心功能Ⅱ~Ⅳ级组LVEF、FFR值低于心功能Ⅰ级组；心功能Ⅲ~Ⅳ级组LVEF、FFR值低于心功能Ⅱ级组；心功能Ⅳ级组LVEF、FFR值低于心功能Ⅲ级组（P<0.05）。见表2。

不同心功能分级患者心脏超声参数、FFR及IMR比较

2.3  心脏超声参数与FFR、IMR的相关性

根据Pearson相关性分析的结果，患者心脏超声参数中LVESD、LVEDD及E/Ea与FFR呈显著负相关（P＜0.05）；LVEF与FFR呈显著正相关（P＜0.05）。而LVESD、LVEDD及E/Ea与IMR呈显著正相关（P＜0.05）；LVEF与IMR呈显著负相关（P＜0.05）。见表3。

表3  心脏超声参数与FFR、IMR的相关性分析

2.4  心脏超声参数、FFR及IMR对HF患者NYHA心功能的评估价值

ROC分析结果显示，心脏超声参数、FFR、IMR单独及联合对评估HF患者NYHA心功能的曲线下面积（AUC）95%置信区间（95%CI）为0.682（0.585~0.769）、0.684（0.587~0.771）、0.801（0.712~0.837）、0.905（0.833~0.954），联合模型对HF患者NYHA心功能的评估效能良好。见表4、图1。

表4  心脏超声参数、FFR及IMR对HF患者NYHA心功能的评估价值

注：联合预测采用LogP模式进行拟合；*联合诊断最佳截断值依据Log（P/1-P）模型生成。

图1  心脏超声、FFR及IMR对HF患者NYHA心功能的ROC曲线

3  讨论

HF是多种心血管疾病发展的终末阶段，其核心病理生理机制为心脏泵血功能受损，心输出量无法满足机体代谢需求[9]。HF的临床表现具有高度异质性，早期症状常隐匿，患者仅在运动时出现呼吸困难、乏力或心悸；随着病情进展，静息状态下亦发生端坐呼吸、夜间阵发性呼吸困难及外周水肿；同时，其危害还涉及多个系统：急性失代偿可引发肺水肿、心源性休克，甚至猝死。因此，准确评估冠状动脉血流动力学状态对HF的早期诊断及治疗决策至关重要。孙洪洋等[10]研究表明，基于心脏超声的多个参数联合生物标志物对慢性心力衰竭患者具有较高的诊断价值。张维明等[11]研究显示，冠状动脉CT联合FFR对判断惯性病并发HF患者心功能分级和预后的临床价值较高。基于此，本研究旨在通过心脏超声技术，系统评估不同心功能分级HF患者的心脏超声与FFR及IMR差异，并揭示心脏超声参数与FFR及IMR的相关性，为心力衰竭的早期诊断与个体化治疗提供理论依据。

本研究结果显示，四组LVESD、LVEDD、LVEF、E/Ea、FFR值及IMR值差异有统计学意义；随着患者心功能分级提高，LVESD、LVEDD、E/Ea及IMR值随之升高，而LVEF、FFR值降低。LVEDD与LVESD是评估心脏结构性重塑最直观的指标；两者增大意味着心室腔扩大、室壁应力增加，标志着心肌代偿机制向失代偿状态的转变。LVEF反映左心室每次收缩时泵出血液的百分比，用于评估左心室整体收缩功能。分析其原因为，随着HF进展，肾素-血管紧张素-醛固酮等神经内分泌系统持续过度激活，直接促进心肌细胞肥大、凋亡及间质纤维化，这一过程导致左心室病理性重塑，心室腔由正常椭圆形逐渐向球形演变，心腔容积不断扩大，直接表现为超声测量的LVEDD与LVESD进行性增大[12]。同时，心室腔扩大会加剧二尖瓣反流，导致部分射出的血液反流至左心房，有效心输出量进一步下降。此外，心肌细胞自身的缺血损伤与能量代谢障碍共同削弱心肌收缩力，最终在心脏结构性重塑与功能性衰退的双重作用下，LVEF出现进行性降低[13]。E/Ea值是评估左心室充盈压的参数，能敏感识别舒张功能障碍。心功能不全不仅限于收缩期，舒张期功能障碍往往更早出现或与之并存；心肌纤维化和肥大使左心室壁僵硬度增加，主动松弛能力受损，左心房则代偿性提高压力，导致左心室充盈压升高；因此，表现为二尖瓣口舒张早期血流速度增加，而反映心肌本身松弛速度的二尖瓣环运动速度减慢，E/Ea比值显著升高[14]。IMR直接量化冠状动脉微循环阻力，准确反映微血管功能状态，评估冠状动脉微循环功能障碍。随着心功能分级提高，持续的炎症状态、氧化应激及内皮功能障碍等多种机制共同导致微循环功能障碍，引起微血管稀疏和管腔闭塞，使血液流经微血管网的阻力急剧增大，直接表现为IMR值升高[15]。FFR则主要用于评估心外膜狭窄是否引发心肌缺血。此外随着心功能恶化，大量心肌细胞纤维化或丧失功能，心肌活力下降，导致心肌在最大应激状态下所需血流量显著减少；这种心肌需求的下降改变狭窄处的血流动力学，使得原本在心肌功能尚可时不足以引发缺血的狭窄，在心肌功能严重受损时变得更为明显，从而表现为FFR的功能性降低[16]。

本研究的Spearman相关性分析结果显示，LVESD、LVEDD及E/Ea与FFR呈显著负相关，LVEF与FFR呈显著正相关；而LVESD、LVEDD及E/Ea与IMR呈显著正相关，LVEF与IMR呈显著负相关。LVESD和LVEDD的扩大反映了心脏的代偿性扩张和病理性重塑；心室容积的增加会直接导致心肌质量增加和室壁张力升高，在心脏收缩期，增高的张力会强烈挤压心肌内的微血管，显著增加微循环的血管外阻力，进而导致IMR升高[17]。同时，舒张期心内膜下区域的血管受压更为明显，影响整体冠状动脉血流储备能力，增加狭窄下方的缺血风险，这表现为与FFR的负相关。LVEF降低意味着心输出量减少，这通常会激活神经内分泌系统，引起全身和局部血管收缩；平均动脉压可能会代偿性增高以维持灌注，这种代偿在一定程度上保证了冠状动脉灌注压，从而有助于维持相对较高的FFR值[18]。然而，LVEF严重降低通常伴随着更明显的心室扩张和心肌纤维化，这会恶化微循环灌注环境，导致IMR升高。E/Ea值升高表明左心室舒张末压和左心房压力增高，升高的左心房压力会增加毛细血管静水压，可能诱发组织水肿，心肌间质水肿会额外压缩微血管管腔，增大血流阻力，是导致IMR值增高的关键驱动因素之一[19]。同时，左心室舒张末压和左心房压力增高还会引发心肌肥厚和间质纤维化，使得血管在需要增加血流时无法有效扩张，从而与FFR降低相关联。另外，本研究ROC分析结果显示，心脏超声参数、FFR及IMR对HF患者NYHA心功能分级的灵敏度分别为77.78%、80.00%、75.56%，特异度分别为60.66%、63.93%、81.97%，3者联合评估的灵敏度可提高至91.11%，特异度可提高至86.89%；这提示心脏超声、FFR及IMR值联合能够提高对HF患者NYHA心功能分级的评估效能。临床上可依据这三者的联合参数对HF患者NYHA心功能分级进行有效评估，以提高评估准确度；有助于临床制定个体化治疗方案，进一步改善患者预后。

综上所述，HF患者不同NYHA心功能分级的心脏超声参数、FFR及IMR值存在差异；同时，LVESD、LVEDD及E/Ea与FFR呈显著负相关，LVEF与FFR呈显著正相关；而LVESD、LVEDD及E/Ea与IMR呈显著正相关，LVEF与IMR呈显著负相关；且心脏超声参数、FFR及IMR联合对HF患者NYHA心功能分级评估效能良好，具有一定的临床应用价值。

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