三維全自動左心容積定量技術評價左心室容積及射血分數的可行性及影響因素

李 萌，金炫佚，馬春燕，王永槐，李光源，孟平平，孔凡鑫，楊 軍

(中國醫科大學附屬第一醫院心血管超聲科，遼寧 沈陽 110001)

實時三維超聲心動圖(real-time three-dimensional echocardiography, RT3DE)可準確測量左心室容積及射血分數，優于二維超聲[1-3]，但其檢查步驟繁瑣、耗時較長且依賴于操作者經驗，臨床應用具有局限性[4-5]。三維全自動左心容積定量(Heart Model，以下簡稱為HM)技術是一種新興的左心容積定量技術，可快速、簡便、準確地定量左心容積[6-7]，其準確率也受多種因素的影響。本研究通過與RT3DE比較，評價HM技術測定左心室容積及射血分數的準確率和可行性，并探討手動調整和圖像質量對測值的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 連續納入2017年6月—12月于我院因高血壓或體檢接受RT3DE檢查的80例患者，男45例，女35例，年齡29～54歲，平均(43.3±6.4)歲。排除標準：①非竇性心律；②先天性心臟病、左心室室壁瘤或其他心腔形狀無法被識別者；③RT3DE聲像圖中左心室心肌17節段中3節段以上顯示不清。

1.2 儀器與方法 采用Philips Epiq 7C型彩色多普勒超聲診斷儀，探頭X5-1，頻率1～5 MHz，配備三維HM圖像采集模式。檢查時囑患者左側臥，連接心電圖，獲取清晰的心尖四腔心、心尖二腔心及左心室長軸切面圖像后啟動HM程序，囑患者屏氣，獲取4個心動周期的動態圖像，存儲備分析。

1.3 圖像分析

1.3.1 RT3DE圖像分析 采用Qlab 10.4軟件，選擇3DQA插件，于心尖四腔心、心尖二腔心及左心室短軸切面上手動校正平面，分別在舒張末期和收縮末期標記5個參考點(4個位于二尖瓣環，1個位于心尖)，獲得左心室舒張末期容積(left ventricular end-diastolic volume， LVEDV)、左心室收縮末期容積(left ventricular end-systolic volume, LVESV)和左心室射血分數(left ventricular ejection fraction, LVEF)，見圖1A。

1.3.2 HM圖像分析 采用Qlab 10.4軟件，HM邊界值設為舒張末期60%，收縮末期40%，HM插件自動識別左心室舒張末期和收縮末期，并獲得LVEDV、LVESV和LVEF(圖1B)。如HM自動確定的心內膜邊界不符合實際邊界時進行手動調整，用HME(Heart Model edited)表示。分別計算HM和HME與RT3DE測量的差值ΔHM-RT3DE和ΔHME-RT3DE。記錄HM、HME和RT3DE完成測量所用時間。按照圖像質量將患者分為2組，A組為圖像質量較好組，即左心室心肌17個節段顯示完整，并有12個以上節段心內膜面顯示清晰；不符合以上條件者圖像質量較差，為B組。

圖1 左心室容積及LVEF測量示意圖 A.RT3DE方法； B.HM方法

測量方法LVEDV(ml)LVESV(ml)LVEF(%)RT3DE(n=80)108.03±33.8848.57±28.4856.91 ± 9.62HM(n=80)118.54±43.65*52.25±34.81*58.41 ± 9.77*HME(n=36)114.63±38.46*52.31±32.80*57.25 ± 10.02F值26.748.874.93P值<0.01<0.010.01

注：*：與RT3DE比較，P<0.05

表2 HM和HME與RT3DE測量差值的比較(±s)

表2 HM和HME與RT3DE測量差值的比較(±s)

指標LVEDV(ml)LVESV(ml)LVEF(%)ΔHM-RT3DE(n=80)14.98±13.496.94±9.314.43±3.58ΔHME-RT3DE(n=36)9.42±7.955.67±7.893.54±2.31t值6.172.733.24P值<0.010.01<0.01

表3 不同圖像質量組RT3DE、HM和HME測值比較(±s)

表3 不同圖像質量組RT3DE、HM和HME測值比較(±s)

測量方法LVEDV(ml)LVESV(ml)LVEF(%)A組 RT3DE(n=54)104.32±31.5143.80±21.9159.10±7.28 HM(n=54)110.63±38.7546.48±27.9559.80±7.54 HME(n=17)108.48±34.7146.44±26.6459.39±8.12 F值8.204.481.69 P值<0.010.020.20B組 RT3DE(n=26)115.72±37.8458.46±37.3652.35±12.17 HM(n=26)134.96±49.2264.23±44.1855.54±12.98 HME(n=19)127.38±43.23*64.49±40.8352.81±12.12 F值26.084.433.46 P值<0.010.030.05

注：*：與HM比較，P<0.05

1.4 重復性檢驗 隨機選取20例患者，由2名有5年心臟超聲診斷經驗的醫師分別獨立以HM方法測量LVEDV、LVESV和LVEF；其中1名醫師間隔2周后以相同方法再次測量。

1.5 統計學分析 采用SPSS 21.0及GraphPad Prism 7.0統計分析軟件。計量資料以±s表示。采用配伍組設計的方差分析比較HM、HME與RT3DE測值及所需時間，兩兩比較采用Tukey法；ΔHM-RT3DE與ΔHME-RT3D比較采用配對樣本t檢驗。A組與B組間計量資料比較采用獨立樣本t檢驗，對性別構成比較采用χ2檢驗。相關性及一致性分析采用Pearson相關分析及Bland-Altman一致性檢驗。重復性檢驗采用組內相關系數(intraclass correlation coefficient， ICC)表示，ICC<0.4為重復性差，0.4～0.75為重復性好，>0.75為重復性很好。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 HM、HME和RT3DE測值比較 HM、HME、RT3DE測量LVEDV、LVESV和LVEF值總體差異均有統計學意義(P均<0.05)，HM測值均大于RT3DE(P均<0.05，表1)。HM與RT3DE測量的LVEDV、LVESV和LVEF均呈正相關(r=0.93、0.96、0.84，P均<0.001)。

因HM自動確定的心內膜邊界不符合實際邊界，對36例(36/80，45.00%)患者進行了手動調整邊界。HME測量LVEDV和LVESV均大于RT3DE(P均<0.05)，而LVEF差異無統計學意義(P>0.05，表1)。手動調整后HME與RT3DE測量的LVEDV、LVESV、LVEF呈正相關(r=0.97、0.97、0.91，P均<0.001)。ΔHME-RT3DE均小于ΔHM-RT3DE(P均<0.05，表2)。

2.2 圖像質量對HM測值的影響 A組54例，男、女各27例，年齡(42.7±6.0)歲，體表面積(1.76±0.19)m2；B組26例，男15例，女11例，年齡(44.5±7.0)歲，體表面積(1.78±0.13)m2。2組間性別(χ2=0.42，P=0.52)、年齡(t=-1.11，P=0.27)和體表面積(t=-0.42，P=0.68)差異均無統計學意義。

A組17例(17/54，31.48%)、B組19例(19/26，73.08%)需進行手動調整，A組HME與HM測量的LVEDV、LVESV和LVEF值差異無統計學意義(P均>0.05)，B組HME測量LVEDV值小于HM測量值(P<0.05)，見表3。除LVESV的ΔHME-RT3DE，A組其他指標ΔHME-RT3DE和ΔHM-RT3DE均小于B組(P均<0.05，表4)。

2.3 測量時間比較 HM測量需(26.61±2.82)s，HME需(72.44±15.37)s，RT3DE需(177.39±19.71)s，總體差異有統計學意義(F=10 765.77，P<0.01)；兩兩比較，HM和HME測量所需時間均小于RT3DE(P均<0.001)。

2.4 HM、HME與RT3DE的一致性分析 HM、HME與RT3DE各測量值的一致性均良好，僅有約5%的點位于95%一致性界限外，一致性界限在臨床可接受范圍內；HME與RT3DE的一致性界限均小于HM與RT3DE，提示HME與RT3DE的一致性界限較HM更好(圖2)。

2.5 重復性檢驗 同一醫師不同時間HM測值與HME測值差異均無統計學意義(P均>0.05)；以HM方法測量LVEDV、LVESV和LVEF的ICC均為1.00；以HME測量LVEDV、LVESV和LVEF的ICC分別為0.96、0.94、0.92。2名醫師間以HM測值與HME測值差異均無統計學意義(P均>0.05)；以HM方法測量LVEDV、LVESV和LVEF的ICC均為1.00；以HME測量LVEDV、LVESV和LVEF的ICC分別為0.94、0.92和0.92。

3 討論

評價左心室容積和射血分數是臨床工作中常規而重要的組成部分，國內外均以心臟MRI(cardiac MRI，CMRI)為金標準[8]，但CMRI耗時長、費用昂貴，且不適用于體內有金屬植入物者。RT3DE方法可克服CMRI的部分缺點，是目前臨床推薦的測量左心室容積和射血分數的方法[9-11]；然而由于RT3DE手動輸入較多，測量步驟繁瑣且耗時長，并要求檢查者經過專業訓練，使其應用受限[4-5]。臨床上需要一種可快速、準確評價左心室容積和射血分數的方法。

HM是近年來新發展的一種三維全自動左心容積定量技術，可根據患者心臟形狀選擇最匹配的模型，選擇最適合的左心室和左心房心內膜邊界，并可自動識別舒張末期和收縮末期，計算左心室和左心房容積；必要時檢查者可對心內膜邊界進行整體調整或局部調整，使軟件勾畫的邊界與實際心內膜一致。該技術減少了三維方法心腔定量過程中的手動輸入，使測量步驟更加簡單，且不同檢查者之間測量誤差更小。研究[12-13]發現HM與RT3DE、CMRI均有較高的相關性，且HM測值比RT3DE更接近CMRI測值。

表4 不同圖像質量組間ΔHME-RT3DE和ΔHM-RT3DE比較(±s)

表4 不同圖像質量組間ΔHME-RT3DE和ΔHM-RT3DE比較(±s)

組別ΔHM-RT3DELVEDV(ml)LVESV(ml)LVEF(%)ΔHME-RT3DELVEDV(ml)LVESV(ml)LVEF(%)A組11.77±11.515.29±7.502.70±1.777.26±5.234.41±5.572.63±1.67B組21.64±2.9510.39±11.698.03±3.7213.91±10.478.28±10.905.45±2.32t值-3.24-2.34-6.93-3.01-1.71-6.21P值<0.010.02<0.010.010.10<0.01

圖2 Bland-Altman一致性檢驗圖 A～C.分別為HM測量LVEDV(A)、LVESV(B)、LVEF(C)與RT3DE一致性檢驗圖； D～F.分別為HME測量LVEDV(D)、LVESV(E)、LVEF(F)與RT3DE一致性檢驗圖

本研究結果顯示除LVESV，HM、HME與RT3DE測量的LVEDV、LVESV和LVEF值均具有較好的相關性和一致性，且耗時較短，提示HM可快速、準確測量左心室容積和射血分數。然而軟件自動識別心內膜邊界存在偏差，對部分患者、尤其圖像質量較差者需要手動調整心內膜邊界。既往研究[6,14]多直接排除圖像質量差者，少見關于圖像質量及手動調整對HM測值影響的研究[12]。本研究中，36例(36/80，45.00%)患者心內膜邊界吻合欠佳，需手動調整；調整后HM與RT3DE測值的差值減小，且測量時間仍顯著短于RT3DE，表明必要時適當的手動調整可以提高HM準確率。

本研究結果顯示,除LVESV,圖像質量較好者ΔHME-RT3DE和ΔHM-RT3DE均小于圖像質量較差者(P均<0.05)，圖像質量較好者的HM準確率較高，提示圖像質量對HM測值有一定影響。此外，雖然圖像質量較好者中31.48%(17/54)接受了手動調整，但調整前后的測值差異無統計學意義；進一步分析發現，對于圖像質量好的患者，無論是否手動調整，HM測量LVEF與RT3DE差值均較小(2.70%±1.77% vs 2.63%±1.67%)；而對于圖像質量較差的患者，手動調整前后LVEF與RT3DE測量的差值變化較大(8.03%±3.72% vs 5.45%±2.32%)，表明調整后更接近臨床可接受的誤差范圍，提示為測量LVEF，對圖像質量較好者可應用HM自動測定，無需手動調整，而對圖像質量較差者則需通過手動調整來提高測量準確性。

本研究還發現HM測量的左心室容積和LVEF均大于RT3DE，提示現有的RT3DE正常值范圍可能并不適用于HM技術，需進行多中心大樣本研究，以確定HM的正常值范圍。

本研究局限性在于僅納入竇性心律的患者，結果可能不適用于非竇性心律的患者；缺乏CMRI對照；樣本量較小，有待擴大樣本量進一步研究。

綜上所述，HM是一種可快速、準確自動評價左心室容積及射血分數的方法，具有很好的重復性與可行性；圖像質量對該方法的測量準確性有一定影響，手動調整以確定精確的心內膜邊界可提高HM準確性。