全自動(dòng)三維超聲右心室定量評(píng)價(jià)慢性肺源性心臟病患者右室收縮功能

王爽 馮艷紅

錦州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院超聲醫(yī)學(xué)科（遼寧錦州 121001）

慢性肺源性心臟病（chronic pulmonary heart disease，CPHD）是臨床常見(jiàn)病、多發(fā)病，好發(fā)于吸煙者及老年人群［1］。CPHD患者由于肺組織、肺動(dòng)脈血管結(jié)構(gòu)發(fā)生病變，導(dǎo)致肺動(dòng)脈高壓和右心室擴(kuò)大，早期右室尚可代償，隨著病情進(jìn)展，超過(guò)代償極限后則會(huì)出現(xiàn)右心衰竭［2］。因此準(zhǔn)確評(píng)估患者的右心室功能，明確患者的病情程度，對(duì)改善右心系統(tǒng)結(jié)構(gòu)、恢復(fù)心肺功能具有重要的臨床意義。由于右心室特殊的解剖結(jié)構(gòu)和復(fù)雜的幾何心腔形狀，常規(guī)二維超聲對(duì)右室功能檢測(cè)受到了限制。人工智能（AI）技術(shù)在超聲心動(dòng)圖的圖像獲取、識(shí)別和定量分析中提供了廣泛的支持［3］，近年來(lái)開發(fā)的全自動(dòng)三維超聲右心室定量（3D Auto RV）正是利用AI實(shí)現(xiàn)了全自動(dòng)、快速、準(zhǔn)確評(píng)估右室功能，并將該技術(shù)應(yīng)用于臨床工作當(dāng)中［4-5］。本研究旨在應(yīng)用3D Auto RV評(píng)價(jià)CPHD患者的右室收縮功能，為臨床評(píng)估CPHD病情程度提供新思路。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象選取2021年6月至2022年5月間就診于錦州醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院的門診或住院治療的CPHD患者88例，其中男52例，女36例，年齡34～88歲，平均（59.7±10.8）歲，均按全國(guó)第三次肺源性心臟病專業(yè)會(huì)議診斷標(biāo)準(zhǔn)確診，排除糖尿病、先天性心臟病、心瓣膜病、冠心病、嚴(yán)重心律失常的患者。依據(jù)臨床表現(xiàn)將選取的患者分為代償組和失代償組：代償組為肺、心功能代償期患者48例，其中男28例，女20例，年齡34～85歲，平均（58.12±11.80）歲，主要為慢性阻塞性肺氣腫的表現(xiàn)；失代償組為肺、心功能失代償期患者40例，其中男24例，女16例，年齡48～88歲，平均（61.90±8.87）歲，主要表現(xiàn)為呼吸衰竭或右心功能衰竭。另選取同期本院健康體檢者40例為對(duì)照組，血壓、心電圖及超聲心動(dòng)圖等常規(guī)檢查均正常。本研究已通過(guò)我院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，檢查前受試者均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法使用Philips Epiq 7C彩色多普勒超聲診斷儀，S5?1及X5?1探頭（頻率1～5 MHz），內(nèi)置heart model（HM ACQ）圖像采集模式，并配備Qlab13軟件工作站。受檢者采取左側(cè)臥位，平靜呼吸并連接心電圖。

通過(guò)雙平面Simpson法測(cè)量左室射血分?jǐn)?shù)（LVEF）；通過(guò)頻譜多普勒超聲測(cè)得三尖瓣反流峰值流速及反流壓差，依據(jù)簡(jiǎn)化后的Brenoulli方程計(jì)算肺動(dòng)脈峰值收縮壓（PASP）。應(yīng)用HM ACQ模式獲取以右心室為主的心尖四腔心切面，采集并存儲(chǔ)連續(xù)4個(gè)心動(dòng)周期圖像，導(dǎo)入Qlab13后啟動(dòng)3D Auto RV，測(cè)量右室舒張末期容積（RVEDV）、右室收縮末期容積（RVESV）、右室每搏輸出量（RVSV）、右室射血分?jǐn)?shù)（RVEF）；選擇2D按鈕測(cè)算出三尖瓣環(huán)收縮期位移（TAPSE）、右室面積變化率（RVFAC）、右室的游離壁縱向應(yīng)變（FWLS）和室間隔縱向應(yīng)變（SLS），見(jiàn)圖1。當(dāng)分析結(jié)果不準(zhǔn)確時(shí)可進(jìn)行手動(dòng)調(diào)整獲取更準(zhǔn)確的追蹤結(jié)果。所有檢查參數(shù)均由本課題組兩名對(duì)該技術(shù)操作熟練的醫(yī)師進(jìn)行測(cè)量。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法采用SPSS 25.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件。計(jì)數(shù)資料以例（%）表示，組間比較用χ2檢驗(yàn)。滿足正態(tài)分布的計(jì)量資料以（）表示，多組間比較用單因素方差分析，進(jìn)一步兩兩比較用LSD檢驗(yàn)。相關(guān)性檢驗(yàn)采用Pearson相關(guān)性分析。檢驗(yàn)效能采用繪制受試者工作特性（ROC）曲線分析。重復(fù)性檢驗(yàn)通過(guò)計(jì)算組內(nèi)相關(guān)性系數(shù)（ICC）分析，ICC>0.75為一致性好。以P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般參數(shù)比較CPHD各組心率均高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），而代償組與失代償組心率比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；失代償組收縮壓高于對(duì)照組和代償組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），但代償組與對(duì)照組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；三組間年齡、性別、舒張壓比較差異均無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），見(jiàn)表1。

表1 一般參數(shù)比較Tab.1 Comparison of General parameters±s

表1 一般參數(shù)比較Tab.1 Comparison of General parameters±s

注：與對(duì)照組比較，*P<0.05；與代償組比較，#P<0.05

組別對(duì)照組代償組失代償組F/χ2值P值例數(shù)40 48 40年齡（歲）57.52±10.69 58.12±11.80 61.90±8.87 2.04 0.135性別（男/女）22/18 28/20 24/16 0.214 0.899收縮壓（mmHg）106.00±8.35 106.88±11.72 117.00±17.23*#10.11<0.001舒張壓（mmHg）69.90±7.67 70.15±8.49 71.70±7.88 0.60 0.551心率（次/min）71.98±11.57 84.98±14.99*90.53±13.38*20.04<0.001

2.2 二維超聲參數(shù)比較CPHD各組TAPSE、RV?FAC、FWLS、SLS均低于對(duì)照組，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；失代償組TAPSE、RVFAC、FWLS較代償組均進(jìn)一步減低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），但RVSLS差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；失代償組LVEF低于對(duì)照組及代償組（P<0.05），但代償組與對(duì)照組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05）；PASP在三組間依次增高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05），見(jiàn)表2。

表2 二維超聲參數(shù)比較Tab.2 Comparison of two?dimensional ultrasonic parameters±s

表2 二維超聲參數(shù)比較Tab.2 Comparison of two?dimensional ultrasonic parameters±s

注：與對(duì)照組比較，*P<0.05；與代償組比較，#P<0.05；LVEF，左室射血分?jǐn)?shù)；PASP，肺動(dòng)脈峰值收縮壓；TAPSE，三尖瓣環(huán)收縮期位移；RVFAC，右室面積變化率；FWLS，游離壁縱向應(yīng)變；SLS，室間隔縱向應(yīng)變

組別對(duì)照組代償組失代償組F值P值例數(shù)40 48 40 LVEF（%）64.71±5.26 61.31±8.35 53.57±9.91*#20.03<0.001 PASP（mmHg）21.23±5.59 52.96±17.52*75.08±7.38*#206.52<0.001 TAPSE（cm）22.11±2.95 18.63±3.27*14.82±2.38*#62.74<0.001 RVFAC（%）50.88±5.54 42.35±6.36*34.18±4.17*#92.32<0.001 FWLS（%）-25.15±2.00-22.33±2.74*-17.0±2.82*#104.25<0.001 SLS（%）-18.10±3.75-13.34±2.90*-12.18±2.87*39.42<0.001

2.3 三維超聲參數(shù)比較CPHD各組RVEF均低于對(duì)照組，失代償組較代償組進(jìn)一步減低，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；CPHD各組RVEDV、RVESV均高于對(duì)照組，失代償組較代償組均進(jìn)一步增高，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；失代償組RVSV低于代償組與對(duì)照組（P<0.05），但代償組與對(duì)照組比較差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P>0.05），見(jiàn)表3。

表3 三維超聲參數(shù)比較Tab.3 Comparison of three?dimensional ultrasonic parameters±s

表3 三維超聲參數(shù)比較Tab.3 Comparison of three?dimensional ultrasonic parameters±s

注：與對(duì)照組比較，*P<0.05；與代償組比較，#P<0.05；RVEDV，右室舒張末容積；RVESV，右室收縮末容積；RVSV，右室每搏量；RVEF，右室射血分?jǐn)?shù)

組別對(duì)照組代償組失代償組F值P值例數(shù)40 48 40 RVEDV 54.65±12.17 62.85±11.33*86.8±14.58*#70.51<0.001 RVESV 22.72±4.51 34.04±7.75*65.5±17.03*#166.16<0.001 RVSV 31.92±8.75 29.22±5.83 21.38±5.49*#26.30<0.001 RVEF 57.91±4.88 47.36±7.99*26.13±8.83*#188.74<0.001

2.4 相關(guān)性分析TAPSE、RVFAC、FWLS、SLS與RVEF均具有相關(guān)性（P<0.001），其中FWLS與RVEF相關(guān)性最高（r=-0.721，P<0.001），見(jiàn)表4。

表4 右心室功能參數(shù)與RVEF的相關(guān)性分析Tab.4 Correlation analysis between right ventricular function parameters and RVEF

2.5 3 D Auto RV對(duì)CPHD失代償期的診斷效能運(yùn)用ROC曲線分析3D Auto RV方法測(cè)量的右心室功能參數(shù)對(duì)CPHD失代償期的診斷效能，結(jié)果表明RVEF及FWLS具有較高的預(yù)測(cè)價(jià)值。當(dāng)RVEF為41.35%（AUC=0.95，P<0.001）時(shí)，診斷效能最高，敏感度與特異度分別為80%、85%；當(dāng)FWLS為-20.5%（AUC=0.90，P<0.001）時(shí)，診斷效能較高，敏感度與特異度分別為85%、81%，見(jiàn)圖2。

2.6 重復(fù)性檢驗(yàn)隨機(jī)抽取20例患者，由兩名操作熟練的醫(yī)師通過(guò)3D Auto RV方法測(cè)量RVEF及FWLS，其中一名醫(yī)師間隔10 min進(jìn)行第2次測(cè)量。結(jié)果顯示RVEF的組內(nèi)、組間ICC值分別為0.903和0.916，F(xiàn)WLS的組內(nèi)、組間ICC值分別為0.885和0.839，見(jiàn)表5。

表5 RVEF及FWLS重復(fù)性檢驗(yàn)Tab.5 Repeatability test of RVEF and FWLS

3 討論

CPHD患者隨著肺動(dòng)脈壓力持續(xù)進(jìn)行性升高，右室收縮功能處于不斷變化的時(shí)期，當(dāng)發(fā)展到失代償期時(shí)引起右室射血分?jǐn)?shù)降低、排血量下降，最終導(dǎo)致右心功能衰竭。超聲心動(dòng)圖作為診斷CPHD的主要檢查方法，可以幫助早期診斷，防止或延緩患者發(fā)展到心功能不全的階段［6］。3D Au?to RV軟件能自動(dòng)識(shí)別初始影像并進(jìn)行自動(dòng)對(duì)齊和定位，減少繁瑣的操作步驟，可以快速、準(zhǔn)確量化右心室容積和RVEF。同時(shí)3D Auto RV具有良好的可行性與重復(fù)性，其測(cè)量值與心臟磁共振（cardiac magnetic resonance，CMR）測(cè)量值顯著相關(guān)，且兩種技術(shù)間具有較好的一致性［7-8］。該軟件采用heart model模式，通過(guò)AI檢測(cè)右室心內(nèi)膜輪廓，在整個(gè)心動(dòng)周期內(nèi)進(jìn)行斑點(diǎn)追蹤，智能節(jié)段劃分和自動(dòng)計(jì)算結(jié)果，當(dāng)圖像質(zhì)量不佳時(shí)，可以手動(dòng)修改輪廓。

三維超聲心動(dòng)圖（3DE）可以準(zhǔn)確評(píng)估不同疾病的右心室功能，為患者提供了有價(jià)值的診斷和預(yù)后信息，在既往多個(gè)研究中得以證實(shí)［9-11］。本研究發(fā)現(xiàn)，通過(guò)3D Auto RV測(cè)得的三維右心室容量參數(shù)中，CPHD各組的RVEDV及RVESV均高于對(duì)照組，且失代償組增高更顯著，但代償組RVSV與對(duì)照組相比增高不明顯，與周趙良等［12］研究結(jié)果一致，考慮由于CPHD患者右心功能處于代償階段時(shí)，部分患者右心室擴(kuò)大、容量增大后抵消了心肌收縮力的下降，維持了RVSV的穩(wěn)定。

RVEF是測(cè)定右心室收縮功能的主要指標(biāo)，對(duì)CPHD患者的診斷、病情程度變化、指導(dǎo)治療具有重要意義［13］。本研究中CPHD各組的RVEF均低于對(duì)照組，且失代償組較代償組進(jìn)一步減低，原因可能是CPHD患者長(zhǎng)期肺動(dòng)脈壓力增高，使右室壓力負(fù)荷增大，代償期患者就已經(jīng)發(fā)生了右室收縮功能減低，當(dāng)患者發(fā)展到失代償期時(shí)右室收縮功能進(jìn)一步減低，甚至發(fā)生右心衰竭。同時(shí)本研究發(fā)現(xiàn)3D?RVEF對(duì)肺心病失代償期的預(yù)測(cè)效能高于其他右室功能參數(shù)，當(dāng)RVEF為41.35%時(shí)其敏感度及特異度均較高。從而推測(cè)3D Auto RV擺脫了二維單平面條件下追蹤右室心內(nèi)膜的限制，與常規(guī)右心室功能參數(shù)和FWLS相比，3D?RVEF對(duì)右心室功能進(jìn)行了更有效的評(píng)估，既往對(duì)其他疾病的研究［14］同樣證實(shí)了這一結(jié)論。

右室心肌主要是由縱行心肌纖維組成，右室心肌壁較薄，在后負(fù)荷增加的情況下心肌形變能力降低、縱向應(yīng)變降低，從而導(dǎo)致心肌收縮力降低。已有研究［15］表明右室縱向應(yīng)變對(duì)評(píng)價(jià)右室功能尤為重要。本研究中CPHD患者的FWLS隨病情程度加重而逐漸減低，但SLS在代償組和失代償組中差別不明顯，與既往研究［16］的結(jié)論一致，這可能由于室間隔在右室收縮功能中只起到協(xié)同作用，對(duì)右室游離壁的測(cè)量能更好的評(píng)估右室縱向應(yīng)變。TAPSE、RVFAC是目前臨床工作中常用的評(píng)價(jià)右心室收縮功能的指標(biāo)，本研究中CPHD各組TAPSE、RVFAC均低于對(duì)照組，失代償組較代償組均進(jìn)一步減低，與既往研究結(jié)果一致［17］。

在RVEF與TAPSE、RVFAC、FWLS、SLS的相關(guān)性分析中，RVEF與FWLS相關(guān)性最高，同時(shí)發(fā)現(xiàn)FWLS對(duì)CPHD失代償期也有一定的評(píng)估價(jià)值。重復(fù)性檢驗(yàn)顯示RVEF與FWLS的組內(nèi)、組間ICC均大于0.75，表明3D Auto RV技術(shù)在不同操作者間具有較好的重復(fù)性。

但本研究也有一定的局限性：首先本研究為單中心研究，樣本量總體偏少，同時(shí)也缺乏與右心功能“金標(biāo)準(zhǔn)”CMR的對(duì)照，在今后的研究中應(yīng)進(jìn)行大樣本、多中心的對(duì)比；其次3D Auto RV對(duì)圖像質(zhì)量要求較高，選擇樣本時(shí)排除了聲窗差的病例，對(duì)納入研究對(duì)象可能出現(xiàn)偏倚。

綜上所述，3D Auto RV軟件能有效評(píng)估慢性肺源性心臟病患者的右室收縮功能，對(duì)CPHD失代償期有一定的預(yù)測(cè)價(jià)值，有望成為臨床評(píng)估CPHD患者病情程度的新方法。