Simpson法、基于閾值區域生長法和三維模型法評估左心室功能

孟慶超,吳潤澤,侯志輝,高 揚,韓 磊，呂 濱*

(1.中國醫學科學院 北京協和醫學院 國家心血管病中心 阜外醫院放射影像科，北京 100037；2.西門子醫療系統有限公司，上海 200126)

評估左心室收縮功能對判斷心血管疾病危險分層及其預測患者預后非常重要[1-2]，射血分數(ejection fraction, EF)為臨床最常用的評估指標[3]。心臟MRI是評價左心室EF及心室容積的金標準[4]；CT用于評價左心室功能亦已展現出良好價值[5-6]。計算心室容積的方法包括Simpson法[7]、基于閾值的區域生長法(閾值法)[8]和三維模型法(模型法)[9]，其對心室范圍的定義有所不同，或可影響心功能評估結果。本研究觀察Simpson法、閾值法和模型法評估左心室功能的差異。

1 資料與方法

1.1 一般資料 納入2008年11月—2009年12月60例中國醫學科學院阜外醫院因疑診冠狀動脈疾病而接受冠狀動脈CT血管成像(coronary CT angiography, CCTA)患者，男36例，女24例，年齡15～77歲，中位年齡50歲。排除圖像顯示不清者。檢查前患者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Siemens SOMATOM Definition雙源CT。囑患者仰臥，以高壓注射器經肘前靜脈分3期以流率5 ml/s注射碘對比劑(碘海醇，350 mgI/ml)：首先注射對比劑50～60 ml，之后按照3∶7注射對比劑和生理鹽水混合液30 ml，最后注射生理鹽水40 ml。采用團注追蹤法，將心房水平升主動脈設為ROI，其內CT值達100 HU后延遲6 s觸發圖像采集。掃描參數：采用飛焦點技術，探測器準直2.0 mm×32.0 mm×0.6 mm，轉速0.33 s/rot，管電壓120 kV，管電流215～400 mAs(自動調整)，根據心率自動調整螺距；將心電圖R-R間期35%～75%時相設為全值管電流采集；重建層厚0.75 mm，層間距0.5 mm，矩陣512×512，重建卷積核值B26。對0～95% R-R間期以5% 增量重建圖像，產生20個相位。

1.3 圖像處理 于Siemens MMWP專用工作站分析圖像。模型法(圖1)：將所有心臟CCTA導入模型法軟件包(syngo.via Cardiac Function prototype)中，自動計算各相位所示左心室體積；軟件分割左心室后，由1名具有5年以上工作經驗的放射科醫師進行核查，必要時手動調整。分別以左心室最大和最小體積為舒張末期容積(end-diastolic volume, EDV)和收縮末期容積(end-systolic volume, ESV)，并記錄其心臟相位。閾值法(圖2)：將圖像導入閾值法軟件包(Circulation)計算EDV和ESV。Simpson法(圖3)：導入心臟CCTA，采用Simpson法軟件包(Argus)，于軸位視圖中重建為8 mm厚短軸位圓盤。由2名具有5年以上工作經驗的放射科醫師采用3種算法評估左心室功能，并比較其所測EDV和ESV。

圖1 模型法 于左心室短軸切面圖(A)及斜四腔心切面圖(B)上，以主動脈瓣環和二尖瓣瓣環為邊界勾畫左心室(紅線)，主動脈瓣環(藍箭)與二尖瓣瓣環(黑箭)不在同一平面上

圖2 閾值法 A.左心室長軸切面圖示計算左心室容積時排除乳頭肌(箭)； B.左心室短軸切面圖示二尖瓣層面 (粉色表示計入心室容積部分)

圖3 Simpson法 根據四腔心切面圖(A)，以層厚和層間距均為8 mm重建短軸圖像(B)，以紅線勾畫左心室，計算心室容積時計入乳頭肌(箭)

1.4 統計學分析 采用SPSS 18.0 統計分析軟件。以Shapiro-Wilk法對計量資料進行正態性檢驗，以±s表示符合正態分布者，以中位數(上下四分位數)表示不符合正態分布者；采用Friedman檢驗進行3組間比較，采用Bonferroni法或Wilcoxon秩和檢驗進行2組間比較。采用Spearman相關系數檢驗3種算法的相關性，以|r|≥0.8為極強相關。采用組內相關系數(intra-class correlation coefficient, ICC)分析2名醫師測量結果的一致性，以ICC>0.75為一致性良好。繪制Bland-Altman圖分析3種算法的一致性。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

采用模型法、閾值法和Simpson法計算所得左心室EDV、ESV及EF差異均有統計學意義(P均<0.001)；模型法得出的EDV和ESV均明顯高于閾值法和Simpson法(P均<0.05)，而EF明顯低于閾值法(P<0.05)。見表1。

表1 以模型法、閾值法和Simpson法計算的左心室EDV、ESV和EF比較

圖4顯示，采用閾值法和Simpson法計算左心室EF的差異為(0.74±5.05)%[95%CI(-9.16%，10.65%)]，其中6個點(10.00%，6/60)位于95%CI外；以模型法和Simpson法所獲EF的差異為(-1.94±4.97)%[95%CI(-11.67%，7.80%)]，其中5個點(8.33%，5/60)位于95%CI外；模型法和閾值法計算EF的差異為(-2.68±4.23)%[95%CI(-10.98%，5.62%)]，其中4個點(6.67%，4/60)位于95%CI外。3種方法結果的一致性均較好。閾值法與Simpson法所獲左心室EDV及ESV的差值均小于模型法與Simpson法差值(Z=-6.486、-6.574，P均<0.001)。

圖4 模型法、閾值法和Simpson法計算左心室EF的Bland-Altman圖 A.閾值法與Simpson法差異； B.模型法與Simpson法差異； C.模型法與閾值法差異

以模型法與閾值法、閾值法與Simpson法及模型法與Simpson法所獲左心室EDV均呈極強相關(r=0.92、0.89、0.90，P均<0.05)，ESV(r=0.96、0.95、0.95，P均<0.05)、EF亦均呈極強相關(r=0.95、0.92、0.94，P均<0.05)。2名醫師采用模型法、閾值法和Simpson法計算左心室EDV及ESV的一致性均良好(ICC均>0.75，表2)。

表2 2名醫師采用模型法、閾值法和Simpson法計算左心室EDV及ESV結果的一致性分析

3 討論

CT采用Simpson法評估心功能系由心臟MRI演變而來。心臟MRI中，短軸電影圖像通常層厚6～8 mm、層間隔2～4 mm，二者之和為10 mm[10]；而心臟CT則采集軸位圖像，故需將薄層軸位圖像重建為厚層短軸位圖像。閾值法為半自動方法，利用CT的采集容積特性，在心肌壁和心臟瓣膜環組成的空間內，通過設定閾值區分心腔與心肌，可準確描繪心室，且重復性好[11]。模型法則為自動四腔分割方法[12]，根據心臟圖像數據，通過訓練得到左、右心室及心房模型并進行適當調整。上述3種算法處理心臟解剖細節有所不同，尤其對主動脈瓣環和二尖瓣瓣環及對乳頭肌的處理不同，導致評估心功能時存在差異。

本研究中，采用閾值法與Simpson法所獲左心室EDV及ESV的差值均小于模型法與Simpson法的差值。分析原因，主要在于模型法和Simpson法計算左心室容積時均包含乳頭肌，而閾值法不計入乳頭肌；此外，采用模型法評估心功能，主動脈瓣和二尖瓣可能不在同一平面內；將心室腔定義為主動脈瓣、二尖瓣和心室壁構成的封閉空間，并以圓柱體代表心室腔時，可致模型法與Simpson法計算的EDV及ESV產生差異。

最近研究[13]表明，根據心肌收縮儲備(負荷與靜息測試間左心室EF差異)可預測擴張型心肌病患者左心室EF改善情況，即左心室EF儲備每增加1%，1年后左心室EF增加0.4%。本研究結果顯示，采用模型法、閾值法和Simpson法計算所得左心室EF差異有統計學意義，模型法計算的EF明顯低于閾值法；且Bland-Altman圖顯示采用不同算法計算EF的差值最多可有10.00%位于95%CI之外。因此，需要多次評估心功能時，應盡可能采用同種算法；以影像學評估心功能時，除考慮不同檢查手段帶來的差異之外，還應考慮所用算法有無不同。

本研究的局限性：①樣本量小；②單中心研究；③未與“金標準”心臟MRI進行對比；④采用回顧性心電門控全心動周期掃描，管電壓設定為120 kV，輻射劑量偏高。

綜上所述，以模型法、閾值法和Simpson法計算得出的左心室EDV、ESV及EF均存在顯著差異，但其計算EF的一致性均好，且EDV、ESV及EF均呈極強相關；閾值法與Simpson法計算左心室EDV及ESV的差值均小于模型法與Simpson法的差值。