256 iCT辛普森法及自動閾值分割法在左心室功能定量評估中的對比研究

楊 全，張 翱，李雪嬌，馬 進，王興蘭

(重慶醫科大學附屬永川醫院放射科，重慶402160)

256 iCT辛普森法及自動閾值分割法在左心室功能定量評估中的對比研究

楊 全，張 翱，李雪嬌，馬 進，王興蘭

(重慶醫科大學附屬永川醫院放射科，重慶402160)

目的以辛普森算法為參考標準，利用iCT探討自動閾值分割法在左心室功能定量評估中的應用價值。方法48例行冠狀動脈CTA掃描，將掃描圖像傳至后處理工作站，分別利用Simpson法及Threshold-Based Segmentation法計算患者左心功能參數ESV、EDV、SV、EF、LVMM，將所得的結果分別行配對t檢驗、Pearson相關性分析、Bland-Altman分析。結果辛普森法及自動閾值分割法測量左心室功能具有較好的相關性，ESV、EDV、SV、EF、LVMMr值分別為0.996、0.998、0.982、0.986、0.988。Bland-Altman分析顯示Simpson法與Threshold-Based Segmentation法測量結果的均值差ESV、EDV、SV、EF、LVMM分別為1.4ml、3.2ml、1.8ml、0.0%、-10.3 g。Simpson法、Threshold-Based Segmentation法及超聲心動圖測量對比EF值＞0.05，SV值＜0.01。結論iCT測量左心室功能無創、準確、可靠，Simpson法、Threshold-Based Segmentation法測量左心功能具有較好的一致性，臨床上推薦采用Simpson法進行心臟功能評估。

X線計算機；心臟；心室功能；辛普森法；自動閾值分割法

冠心病為臨床上危害人類健康的常見病、多發病，其發病率及死亡率也有逐年上升的趨勢。多層螺旋CT具有掃描速度快、覆蓋范圍廣、時間分辨率高等優點，在心臟檢查方面的應用也日益廣泛[1]。目前多層螺旋CT在心臟的臨床應用主要集中在冠狀動脈成像方面，而對心功能分析的研究較少。本文旨在探討飛利浦256層螺旋CT評價冠心病患者左心室功能的可行性及臨床應用價值，為臨床提供更準確快速的心功能參考。并同時對比辛普森算法(Simpson)及自動閾值分割法(Automated Threshold-Based Segmentation)兩種測量方法的臨床應用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 研究對象選擇2014年5～8月在本院行256層CT冠狀動脈造影(CTA)檢查的患者，排除有碘過敏史、嚴重心率不齊、不能很好配合呼吸運動的患者，最終篩選出滿足條件的48例臨床擬診為冠心病的患者，男性25例，女性23例，年齡41～87歲，心率57～118次/min，受檢者掃描前未使用倍他樂克等降低心率的藥物。

1.2 儀器及方法 使用Philips256層螺旋CT，采用回顧性心電門控冠狀動脈掃描方案。受檢者為仰臥位，連接心電信號檢測儀，屏氣掃描，平掃定位相確定掃描范圍，掃描范圍為氣管分叉下方1cm至心臟膈面。用高壓注射器以5.0ml/s注射速率經肘靜脈分別注入非離子型對比劑碘帕醇(370mgI/ml)60～80ml和生理鹽水20ml。掃描參數：準直0.625，螺距0.2，電壓120 kV，管電流600 mAs，旋轉時間0.4 s。采用對比劑跟蹤技術觸發掃描，在主肺動脈窗層面降主動脈中心設置感興趣區(ROI)，觸發閾值120 HU，觸發延遲5 s啟動掃描，達到系統閾值后系統提示患者屏住呼吸，開始掃描，在吸氣末采集數據。掃描時同時記錄心電信號，記錄心電圖。

掃描完成后，在Philips Extended Brilliance Workspace3.5工作站上進行圖像后處理。重建實相包括0%、5%、10%、20%、30%、40%、45%、50%、60%、70%、80%、90%等12個RR間期不同時相的圖像，將重建后的12組不同時相左室短軸位圖像調入心功能分析軟件，根據血池內對比劑密度及心肌密度差異自動分割心臟各腔及冠狀動脈(見圖1a)，根據心腔容積變化取左室心腔面積最大的時相為舒張末期，面積最小的時相為收縮末期(見圖1b)。Simpson法需手動更正心尖平面及心底平面(見圖1c)，并對自動勾畫出左心室內膜面和外膜面進行手動調整(乳頭肌及肌小梁包含在血池內)(見圖1d)，根據Simpson法及Threshold-Based Segmentation算法自動計算出左室舒張末期容積(End-diastolic volume，EDV)、左室收縮末期容積(End-systolic volume，ESV)、射血分數(Ejection fraction，EF)、每搏輸出量(Stroke volume，SV)、左室舒張末期心肌質量(Left ventricular myocardial mass at end diastole，LVMM)。

1.3 統計學方法 使用SPSS22.0軟件包及Medcalc軟件包進行統計學分析。首先將Simpson法測量組數據與Segmentation測量組數據(ESV、EDV、SV、EF、LVMM)分別進行K-S檢驗，若P值＞0.05，則認為樣本數據分布類型符合正態分布，對兩個數據組的數據進行均數與標準差(±s)的描述性統計，之后對兩組數據分別進行配對T檢驗及Pearson相關性分析，若P值小于0.05，則認為兩組數據均數有統計學意義，若P值小于0.01，則認為有極顯著的統計學意義，行Pearson相關性分析時，求取相關系數r值，根據r值在[-1，1]之間的大小分布情況來判斷兩組數據的先關性。使用Medcalc軟件包進行Bland-Altman分析。對Simpson法、Segmentation法及超聲心動圖測量的EF值及SV值進行方差分析。

圖1 自動閾值分割法與Simpson法對左心室功能測定比較

2 結 果

2.1 辛普森(Simpson)法與自動閾值分割(Automated Threshold-Based Segmentation)法 兩種算法的配對t檢驗、Pearson相關性分析及Bland-Altman分析結果 利用Simpson法測量左心功能參數ESV、EDV、SV、EF、LVMM分別為(50.18±20.97)、(131.63±26.72)、(81.38±15.46)、(62.45±9.79)%、(101.16±22.01)g。利用Automated Threshold-Based Segmentation法測量左心功能參數ESV、EDV、SV、EF、LVMM分別為48.78±20.31、128.43±26.19、79.61±15.32、(62.43±9.87)%、(111.45±24.23)。兩種方法行配對t檢驗，除了EF的P值＞0.05(0.927)外，其余指標P值均＜0.01，差異具有極其顯著的統計學意義(見表1)。Pearson相關性分析顯示兩種算法獲得的ESV、EDV、SV、EF、LVMM值呈高度相關，r值分別為0.996、0.998、0.982、0.986、0.988(見表1，圖2)。根據Bland-Altman分析顯示兩種算法所得參數，Simpson法與Automated Threshold-Based Segmentation法測量結果的均值差ESV、EDV、SV、EF、LVMM分別為1.4、3.2、1.8、0.0%、-10.3 g(見表1，圖3)。提示兩種算法得出的EF值具有較高的一致性，ESV、EDV、SV一致性尚可，LVMM一致性較差。

表1 Simpson和Segmentation參數心功能參數相關性分析(±s)

表1 Simpson和Segmentation參數心功能參數相關性分析(±s)

注：所有數據均以(±s)表示，Segmentation是Threshold-Based Segmentation法的簡寫。

方法Simpson Segmentationr值t值P值LVMM(g)101.16±22.01111.45±24.230.98816.3070.000 ESV50.18±20.9748.78±20.310.996 -4.6860.000 EDV131.63±26.72128.43±26.190.998 -11.3190.000 SV81.38±15.4679.61±15.320.982 -4.0450.000 EF(%)62.45±9.7962.43±9.870.986 -0.0920.927

圖2 Simpson和Segmentation參數心功能參數person分析散點圖

圖3 A-E分別為ESV、EDV、SV、EF、LVMM各參數值Simpson法及Segmentation法的Bland-Altman分析，中間的實線代表兩種算法的均值差，虛線代表兩種算法95%一致性范圍注：1代表Simpson法；2代表Segmentation法

2.2 Simpson法、Automated Threshold-Based Segmentation法及超聲心動圖測量的EF值及SV值進行方差分析結果 三者所測量的EF值P值＞0.05 (0.814)，SV值P值＜0.01，兩種方法EF、SV測量的F值分別為0.206、16.116，見表2。

表2 Simpson法、Segmentation法、超聲心動圖測量EF、SV比較(±s)

表2 Simpson法、Segmentation法、超聲心動圖測量EF、SV比較(±s)

方法EF(%)SV Simpson法Segmentation法超聲心動圖F值P值62.45±9.7962.43±9.8763.54±8.180.2060.81481.38±15.4679.61±15.3264.38±15.6216.1160.000

3 討 論

3.1256iCT左心功能評價 左心室功能是反映心臟功能的一項客觀指標，檢測心臟功能尤其是左心室功能對冠心病患者的病情評估、診療計劃及預后估測均具有重要的臨床價值[2]。目前，臨床對左心功能的評價標準仍然采用的是1994年美國心臟病學會心功能分級標準，由于其是根據患者自覺活動能力進行劃分，具有很大的主觀性不能客觀的評價左心室功能。先進的影像學技術為左心功能的定量評估提供了強有力的技術支撐。目前左心室功能影像學檢查方法有超聲、心電門控SPECT、核素心血池掃描、MRI、經導管心室造影、多層螺旋CT(MSCT)。MSCT具有時間、空間分辨率高、掃描速度快、不受心臟幾何形態及金屬裝置植入影響因素影響，為評價心功能的重要影像學檢查方法。

3.2 Simpson法及Segmentation法對左心室功能評價對比研究分析 心室容積的測量數學算法包括面積長度法(Area-length method)、Threshold-Based Segmentation method、Simpson method。Area-length method主要用于早期超聲心動圖及心室血管造影術的心功能測量，應用幾何假設，與真實值差別較大，且對操作者經驗依賴性較高而具有一定的局限性[3]。Threshold-Based Segmentation法是基于閾值的體素分割法，利用心室腔內對比劑密度與心肌密度差異，預先設定一個閾值，從而達到區分不同密度組織的目的。Simpson法是目前認為是測定心室功能較為準確的一種測量方法，它是根據任意形狀物體的體積等于一定層厚的切面的體積之和原理，采用逐層勾畫法，不需任何形態學假設，直接計算心室容積，特別適用于心室形態不規則的病理狀態(如透壁性心肌梗死、室壁瘤等)的心功能評估，目前已廣泛應用于實時超聲心動圖、MSCT、MRI等。Henjes等[4]利用狗作為研究對象，證明Simpson法較Area-length method測量左心室功能準確性更高。較多研究結果[5-9]顯示MSCT利用Simpson法測量心功能結果與電影MRI、心電門控SPECT、經導管心室造影、超聲心動圖均具有較好的一致性。而對于Threshold-Based Segmentation法測定心功能參數的準確性研究報道相對較少[10-11]。本研究Simpson法與Threshold-Based Segmentation法測量的心功能參數結果均具有良好的相關性(r值＞0.982)，但除EF值的均值差為0外，ESV、EDV、SV、LVMM的均值差分別為1.4、3.2、1.8、-10.3 g，可以看出Simpson法較Threshold-Based Segmentation法測量的ESV、EDV、SV均較大，這也與Juergens KU使用雙源CT對比兩種方法的實驗結果有著較好的一致性[12]。其原因可能與Simpson法測量心臟容積時，心室內乳頭肌及肌小梁包括在心腔內，而Threshold-Based Segmentation法測量左心室功能時乳頭肌及肌小梁是排除在心腔容積之外導致。因此理論上Simpson法測量的ESV、EDV較Threshold-Based Segmentation法高[5-8]。眾多學者研究表明乳頭肌及肌小梁是左心室容積及重量的重要組成部分，利用MRI測量乳頭肌容積占左心室容積的5.4%～16.6%。乳頭肌及肌小梁包括在心腔內較乳頭及肌小梁不包括在心腔內其左心室容積及質量更接近實際值[13-15]。本研究Threshold-Based Segmentation法測量的LVMM值較Simpson法較大，可能與Threshold-Based Segmentation法測量時軟件預設閾值多低，自動分割錯誤導致部分右心室壁、二尖瓣環上方心肌、乳頭肌納入左心室壁范圍所致。筆者認為Simpson法及Threshold-Based Segmentation法在測量左心室功能方面具有較好的一致性，Threshold-Based Segmentation法具有快速、可重復性操作性強的優點，但因為其測量左心室功能時乳頭肌是排除在心腔容積之外所致左心室功能參數偏低。故建議使用Simpson法進行心功能測量。

3.3 Simpson法、Segmentation法及超聲心動圖EF值及SV對比研究分析 本研究對Simpson法、Threshold-Based Segmentation法及超聲心動圖測量的EF值及SV值進行方差分析結果提示：三者所測量的EF值P值＞0.05，差異無統計學意義，而SV值P值＜0.01，差異具有極其顯著的統計學意義。本研究顯示iCT所測得的EF值較超聲心動圖略低，而SV較高，分析原因可能為：①超聲心動圖評價左心室功能數學算法采用Area-length，而CT測量心功能分別采用Simpson法、Threshold-Based Segmentation法，其數學算法不同；②超聲心動圖評價左心室功能受操作者手法及經驗影響較大[2]；③本院超聲心動圖測量心功能采取M型測量，以節段性代替整體，因此在階段性室壁異常的患者中，其準確性會受到一定影響。④CT冠狀動脈成像注入對比劑及生理鹽水，造成心臟前負荷的改變，使心臟前負荷增加，根據Frank-starling定律，心縮力增強，搏出功能增大，而超聲心動圖無需注入對比劑即可完成測量，這也可能是CT測得的SV較超聲心動圖大的原因之一。

綜上所述，應用256iCT測量左心室功能無創、準確、可靠，與超聲心動圖對比對EF值的測量對比差異無統計學意義。256iCT應用Threshold-Based Segmentation法、Simpson法測量左心功能具有較好的一致性，但由于Threshold-Based Segmentation法將乳頭肌及肌小梁排除在左心室容積測量范圍之外造成一定的誤差，臨床上推薦采用Simpson法進行心臟功能評估。

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Automated threshold-based segmentation method versus Simpson method for assessment of left ventricular function with256 iCT.

YANG Quan,ZHANG Ao,LI Xue-jiao,MA Jin,WANG Xing-lan.Department of Radiology, Yongchuan Hospital of Chongqing Medical University,Chongqing402160,CHINA

ObjectiveTo evaluate the value of automated threshold-based segmentation method in comparison with Simpson method for measurement of left ventricular(LV)function in Philips256 iCT.MethodsForty eight patients with known or suspected coronary artery disease underwent coronary CT angiography.End-systolic volume (ESV),end-diastolic volume(EDV),stroke volume(SV),ejection fraction(EF)and left ventricular myocardial mass (LVMM)at end diastole were post-processed separately by Simpson method and automated threshold-based segmentation method.Statistical methods used included pairedttest,Person correlation analysis and Bland-Altman analysis.ResultsAutomated threshold-based segmentation method had significant correlation with Simpson method for measurement of left ventricular function,and thervalues of ESV,EDV,SV,EF,LVMM were0.996,0.998,0.982,0.986,0.988,respectively.Bland-Altman analysis showed that the mean difference of ESV,EDV,SV,EF,LVMM between Simpson method and automated threshold-based segmentation method were1.4ml,3.2ml,1.8ml,0.0%,-10.3 g. Comparison of Simpson method,automated threshold-based segmentation method and echocardiography showed EF value withP＞0.05 and SV value withP＜0.01.ConclusioniCT is an accurate,noninvasive,and reliable measurement to assess LV function.Automated threshold-based segmentation method has high correlation with Simpson method,and Simpson method is more recommended to assess LV function in clinical practice.

X-ray computed;Heart;Ventricular function;Simpson method;Automated threshold-based segmentation method

R54

A

1003—6350（2015）22—3321—05

2014-12-26)

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.22.1204

張 翱。E-mail：Aozhang68@sina.com