實時三維超聲心動圖容積數據長軸平面法與短軸平面法測量心室容積準確性的對比研究

鄧斌華，謝明星，王新房，周陽泱

（1.湖南省郴州市第一人民醫院中心醫院超聲科，湖南 郴州 423000；2.華中科技大學同濟醫學院附屬協和醫院，湖北 武漢 430022）

近年來，對實時三維超聲心動圖測量心室容積的準確性許多學者進行了廣泛研究，其定量心室容積都是采用容積數據分析軟件中的心尖長軸平面法，該方法的基本原理是通過勾畫實時三維超聲心動圖容積數據（VD-RT3DE）一系列等角度的心尖長軸切面心室內膜，獲取心室輪廓并計算心室容積[1-2]。在VD-RT3DE中，還可以采用短軸平面法勾畫心尖到心底部等高度的短軸心室內膜，通過短軸面積結合層距計算心室容積。本研究旨在比較VD-RT3DE長軸平面法與短軸平面法測量心室容積的準確性。

1 資料與方法

1.1 研究對象

2007年12月~2008年11月本院門診或住院確診的不同疾病并致左室重構患者24例，男15例，女9例，年齡5～73歲，平均（31.19±18.22）歲。其中擴張型心肌病6例，缺血性心肌病9例，先天性心臟病4例，風濕性心臟病5例。常規超聲心動圖顯示所有患者左心或全心擴大，正常腔室形態學已發生改變。17例健康體檢者為正常對照組，男12例，女5例，年齡9～64歲，平均（30.18±16.95）歲，無心臟病、高血壓及糖尿病等病史，經體檢、心電圖、常規超聲心動圖及其他檢查均正常。

1.2 儀器與方法

1.2.1 儀器

①Philips SONOS 7500型彩色多普勒超聲診斷儀，X4矩陣容積探頭，頻率2～4MHz；②德國TomTec超聲后處理工作站，配備4D cardio-View RT軟件。③16層螺旋CT掃描儀 （SOMATOM Sensation 16；Siemens，Germany），準直器寬度16×0.75mm、床進速度2.8mm/圈、球管旋轉時間420ms/圈、時間分辨率105~210ms。④多層螺旋CT工作站（Wizard Workstation），配制Argus心室容積測量軟件。

1.2.2 三維超聲心腔容積測量方法

受檢者取左側臥位，平靜呼吸，連接心電圖，將X4探頭置于心尖部，取心尖四腔觀，心腔明顯擴大者，在胸壁與探頭之間加墊水囊，啟動 “Full Volume”功能鍵，分別采集左、右心室“金字塔”形全容積圖像，將全容積圖像導入TomTec工作站，用4D cardio-View RT軟件進行后處理分析，工作站上同時顯示3幅同一心動周期的實時（由20幀左右的靜態圖像組成）二維切面圖（2幅正交的長軸切面圖、1幅短軸切面圖）。方法1（長軸平面法）：選擇容積測量模式“volume”鍵，凍結心室腔最大的一幀圖像作為舒張末期并調節好對比度和亮度，用長軸平面法（兩相鄰平面間的夾角為22.5°，心室腔被分割成16個等角度的瓜瓣狀結構）手動勾畫2幅正交的長軸切面圖的內膜線，計算機將自動計算心室舒張末期容積，同時計算勾畫8個長軸切面心室內膜所花費時間。方法2（短軸平面法）：在其中一幅長軸切面圖上測量心內膜心尖至瓣環距離且等分為16個節段，并在長軸切面圖上定好標記，逐一移動短軸切面圖至16個節段標記處水平，手工分別勾畫16個短軸切面內膜獲取面積并計算內膜勾畫所用時間，應用數學方法計算心室舒張末期容積（V心室），V心室＝Vn＋V心尖，Vn＝Sn×h（n代表層面，Sn代表短軸切面面積，h指高度），V心尖＝2/3 S心尖×h（S心尖代表心尖橢圓體的底面積，h指高度）（圖1～3）。

1.2.3 MSCT心腔容積測量方法

首先，利用原始數據（raw data）分別重建舒張末期圖像。每組圖像重建層厚1mm，重建間隔0.5mm，矩陣512×512，視野220mm×220mm，重建卷積函數選擇中度平滑型（B30f），再分別對每組圖像沿左室長軸方向做短軸位MPR，層厚6mm，無間隔，以包括心室腔為原則。重建完成后，所有圖像傳至工作站，利用Argus軟件半自動勾畫每幅圖像心內膜輪廓，人工修正，軟件自動計算心室容積。

1.3 統計學分析

采用SPSS 11.5統計學軟件分析，所有參數均為計量資料，以±s表示，VD-RT3DE兩種方法與MSCT所測的心室容積兩兩參數比較采用配對t檢驗，相關性分析采用直線相關分析；左室重構組與正常組之間比較采用獨立樣本t檢驗；VD-RT3DE兩種方法勾畫心室內膜所用時間采用配對t檢驗。P＜0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 VD-RT3DE長軸平面法和短軸平面法與MSCT的LVEDV測值比較

在正常組和左室重構組中，長軸平面法、短軸平面法與MSCT的LVEDV測值之間均具有很好的相關性（P＜0.05），但長軸平面法的相關系數r值稍高于短軸平面法，長軸平面法和短軸平面法之間的LVEDV測值比較差異無統計學意義（P＞0.05）；左室重構組的長軸平面法和短軸平面法LVEDV測值要明顯高于正常組（P＜0.001），與MSCT的相關性低于正常組（表1，3）。

表1 RT3DE兩種方法與MSCT的LVEDV測值比較（±s）

表1 RT3DE兩種方法與MSCT的LVEDV測值比較（±s）

注：與MSCT比較，1：P＜0.05；與長軸平面法比較，2：P＞0.05；與正常組比較，3：P＜0.001。

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2.2 VD-RT3DE長軸平面法和短軸平面法與MSCT的RVEDV測值比較

在正常組和左室重構組中，長軸平面法與MSCT的RVEDV測值之間具有很好的相關性，相關系數r值明顯高于短軸平面法（P＜0.05），但長軸平面法和短軸平面法之間的RVEDV測值比較差異無統計學意義（P＞0.05）；左室重構組的長軸平面法和短軸平面法RVEDV測值要明顯高于正常組 （P＜0.01），與MSCT的相關性低于正常組（表2，3）。

圖1 長軸平面法測量心室容積。圖1a：長軸平面法勾畫心室輪廓后的鑲嵌圖；圖1b：長軸平面法勾畫心室的輪廓效果圖；圖1c：計算機重建心室模型的鑲嵌效果圖。 圖2 短軸平面法測量心室容積。圖2a：短軸平面法勾畫心室輪廓過程圖；圖2b：短軸平面法勾畫心室的輪廓效果圖。 圖3 MSCT應用Argus軟件測量心室容積。Figure 1.Measuring ventricular volume by long-axis plane method of VD-RT3DE.Figure 1a:mosaic image of ventricular contour by long-axis plane method.Figure 1b:effective image through drawing ventricular contour by long-axis plane method.Figure 1c:mosaic effective image of ventricular reconstruction. Figure 2. Measuring ventricular volume by shortaxis plane method of VD-RT3DE.Figure 2a:process image of ventricular contour by short-axis plane method.Figure 2b:effective image through drawing ventricular contour by short-axis plane method. Figure 3. Measuring ventricular volume by Argus software of MSCT.

表2 RT3DE兩種方法與MSCT的RVEDV測值比較（±s）

表2 RT3DE兩種方法與MSCT的RVEDV測值比較（±s）

注：與MSCT比較，1：P＜0.05；與長軸平面法比較，2：P＞0.05；與正常組比較，3：P＜0.01。

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表3 RT3DE兩種方法測量心室容積與MSCT之間的相關性r值

2.3 測量時間比較

在長軸平面法和短軸平面法將心室均分割成等節段前提下，短軸平面法勾畫的心室內膜平面數量是長軸平面法的2倍，長軸平面法效率高于短軸平面法，所用時間明顯少于短軸平面法且差異有統計學意義（P＜0.001）；長軸平面法和短軸平面法勾畫左心室內膜時間要明顯少于勾畫右心室（P＜0.001）（表4）。

表4 RT3DE兩種方法勾畫左、右心室內膜所用時間比較（s，±s）

表4 RT3DE兩種方法勾畫左、右心室內膜所用時間比較（s，±s）

注：與長軸平面法比較，1：P＜0.001；與LVEDV比較，2：P＜0.001。

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3 討論

VD-RT3DE是通過實時三維超聲心動圖全容積顯像模式獲得，包含了心室的立體形態及結構信息，VD-RT3DE接近于心室的真實容積，目前的容積分析軟件對VD-RT3DE測量心室容積大多采用的是長軸平面法，即勾畫等角度的若干心尖長軸切面的心室內膜，計算機自動計算出心室腔容積。較熟知的實時三維超聲心動圖容積定量軟件有GE Vivid 7的Tri-plane軟件、TomTec的 4D cardio-View RT軟件以及Philips IE33隨機的Qlab軟件等，上述軟件測量心室容積都是采用心尖長軸平面法[3-5]。本研究使用的是TomTec的4D cardio-View RT軟件，可以有心尖長軸二、四、八及十六平面法四種方法測量心室容積，既往研究證實心尖長軸平面法可以準確的測量左、右心室容積[6-7]。

短軸平面法是影像學上較多采用處理心室容積的方法，勾畫每個短軸平面的心室內膜輪廓，通過每個短軸平面面積結合層距計算心室容積，實際上該方法的原理是應用Simpson法則[8]。目前，在同一影像學檢查中將長軸平面法和短軸平面法進行比較研究的文獻鮮有報道，可能原因是計算機軟件通常采用一種數學運算模式。

本研究結果顯示VD-RT3DE長軸平面法和短軸平面法均可以準確測量心室容積，兩者之間測值并無統計學差異，但是在測量右心室容積時，長軸平面法與MSCT測值之間的相關性要明顯好于短軸平面法，其結果差異主要考慮為左、右室腔的解剖結構上的幾何形態差別所導致，右室腔解剖結構比左室腔復雜，形態極不規則，流入道和流出道不在同一水平，因此短軸平面法在界定心底部短軸內膜時可能存在偏差，主觀性更強，而長軸平面法無需界定心底部短軸內膜，其只需確定心尖至心底長軸切面內膜。心室重構是指心肌細胞喪失及心肌細胞外基質的堆積和纖維化導致心室形態結構的變化、心室容積的增加[9]，本研究中左室重構組VD-RT3DE長軸平面法和短軸平面法測量心室容積均大于正常組，符合心室重構所發生的病理學改變，左室重構組的相關性低于正常組，考慮為心室擴大造成采集VDRT3DE的困難增加及圖像分辨力降低所致。

研究結果顯示長軸平面法的另一重要優勢在于效率要明顯高于短軸平面法，勾畫內膜時間比短軸平面法要明顯縮短，主要原因有兩點可能；一是在將心室分割成等數量節段前提下，長軸平面法勾畫切面數量僅是短軸平面法的一半，長軸平面法取到事半功倍效果。其次，因為短軸平面法在界定心底部短軸內膜時存在偏差較大，主觀性更強，內膜勾畫的不確定性因素，導致在確定內膜時更費力、費時，尤其在勾畫右室底部短軸切面時更明顯。

因此，RT3DE長軸平面法較短軸平面法能更為高效地準確測量心室容積，測量右心室容積時優勢更為明顯，本研究結果還可以為臨床測量心室容積方法的選擇及計算機容積分析軟件上方法的設計提供一定的參考價值。

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