Heart Model與左心聲學造影測量左心室收縮功能的對照研究*

申斌 李銳 劉曉麗 蔣演 陳瑜

(1.重慶康華眾聯心血管病醫院超聲特診科,重慶 400045；2.重慶醫科大學附屬第三醫院超聲科，重慶 400016)

左心室收縮功能是臨床上一項十分重要生理指標[1]。主要包括射血分數(EF)、左室舒張末期容積(EDV)、左室收縮末期容積(ESV)、每搏輸出量(CO)、心指數(CI)等指標。其中，EDV和ESV的測量是計算其余幾項指標的基礎[2]。目前，臨床工作中無創獲取患者左心室收縮功能的方法主要依賴超聲心動圖[3,4]。特別是近幾年興起的左心聲學造影能夠精確的測量左心室收縮功能，國內外多項研究表明其測量左心室收縮功能的準確性與心臟核磁共振具有高度的一致性[5-7]。而Heart Model(HM)是一項全自動測量左心室收縮功能的人工智能技術。本實驗利用左心聲學造影測量值作為金標準，研究Heart Model在左心功能測量中的準確性。

1 資料與方法

1.1 研究對象 收集2017年3月～12月68例于我院行左心聲學造影檢查患者超聲資料，每名患者進行左心聲學造影前采集該患者HM圖像，對比分析同一名患者左心聲學造影及HM測量左室收縮功能數據。以上患者均排除左心聲學造影禁忌癥：對本研究使用造影劑過敏者；伴有右向左分流的心臟病患者、重度肺高壓患者(肺動脈壓>90mmHg)；未得到控制的原發性高血壓患者和成人呼吸窘迫綜合征；妊娠和哺乳期婦女。患者基本資料及門診診斷，見表1。

表1 68例患者一般資料[n,(×10-2),±s]Table 1 General information

1.2 研究方法

1.2.1 儀器設備 超聲檢查儀器為EPIQ 7C(Philips Medical System，Andover，MA)，探頭為X5-1全容積三維探頭，連接心電圖。以下超聲檢查均先采集圖像后進行相應分析，圖像采集及分析由同一名具有10年超聲心動圖工作經驗醫師進行。

1.2.2 HM研究方案 HM模式是Philips基于常規超聲心動圖進行三維重建，自動識別出心尖四腔心切面、心尖三腔心切面及心尖兩腔心切面，然后自動勾畫出各切面收縮及舒張期心內膜邊界。目前，該模式只能在常規超聲心動圖模式下使用，還不能應用于LVO模式。患者取左側臥位，將探頭置于患者心尖，獲得標準的心尖四腔心切面，點擊HM按鈕采集圖像，回放圖像，進入HM模式，待自動分析圖像后，記錄數據，見圖1

1.2.3 左心聲學造影研究方案 超聲造影劑選用SonoVue(Bracco Imaging，Milan，Italy)，按照與生理鹽水1︰5比例配制。選取患者左前臂淺表靜脈穿刺，抽取2ml配制的造影劑溶液，團注0.5ml造影劑后緩慢推注剩余造影劑(每8～10秒推注0.1ml的速度維持至檢查結束，如造影劑量不夠可追加，最大用量不超過5ml)。選取Contrast LVO模式，調節參數(MI=0.3-0.4，Gain=70%)，在心尖四腔心切面觀察，根據左心室顯影情況，適當調節造影劑推注速度，待左心腔均勻顯影后，點擊xPlane，調整角度至120°，同時顯示心尖四腔心切面及心尖兩腔心切面，采集6～8個心動周期。利用Simpson法分別勾畫收縮末期、舒張末期心尖四腔心及兩腔心心內膜邊界，獲得左心室收縮功能參數[5,8]，見圖2

圖1 利用HM模式全自動測量左室收縮功能Figure 1 Automatic measurement of left ventricular systolic function by HM注：a.心尖四腔心切面左心室邊界描繪；b.心尖三腔心切面左心室邊界描繪；c.心尖兩腔心切面左心室邊界描繪；d.心臟三維重建

圖2 LVO模式下測量左室收縮功能Figure 2 Measurement of left ventricular systolic function by LVO注：a.心尖四腔心切面左心室邊界描繪；b.心尖兩腔心切面左心室邊界描繪

1.3 統計學分析 數據分析利用SPSS 24軟件進行。比較兩種檢查方法計算的EF、EDV、ESV之間差值P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 68例患者分別用兩種方法測量EDV、ESV、EF結果見(見表2)。然后分別將LVO和HM測量的EDV、ESV、EF結果進行兩兩配對t檢驗，見表3

2.2 利用LVO及HM兩種方式均可測量患者EDV、ESV及EF值，兩種配對檢驗發現兩種方法測量的EDV結果差值有統計學意義(P=0.00<0.05)，HM方法測量結果偏大，平均較LVO測量結果大3.33ml；而兩種方法測量的ESV值差異無統計學意義(P=0.07>0.05)；由于兩種測量方法EDV結果的差異，導致EF結果差異有統計學意義(P=0.00<0.05)，HM方法測量較LVO方法測量結果平均高出0.65%。

表2兩種方法測量EDV、ESV、EF結果

Table2TheresultsofEDV,ESVandEFMeasuredbythetwomethods

檢測方法個案數平均值標準差LVO法檢測 EDV68175.1814.73 ESV6875.7322.32 EF6857.1110.81HM法檢測 EDV68178.5119.30 ESV6876.1723.07 EF6857.7610.30

表3 測量結果配對T檢驗Table 3 Paired T test of results

以LVO測量結果為標準進一步分析兩種測量方法造成的差異(見圖3a)顯示，EDV取值在140～180ml之間兩種方法測量結果差異較小，無統計學意義(p>0.05)，而>180ml或≤140ml以后測量結果差值有統計學意義(P<0.05)，當EDV>190ml時測量差異尤其明顯(見圖3b)，EF值在40%以上兩種方式測量結果差值較小，差異無統計學意義(p>0.05)；而EF≤40%兩者差值明顯，差異有明顯統計學意義(P=0.00)。

圖3 EF、EDV分段研究Figure 3 Segmented research on EF and EDV

注：a.根據LVO測量EDV進行分段研究兩種測量方法差值絕對值的大小；b.根據LVO測量EF值進行分段研究兩種測量方法差值絕對值的大小

3 討論

超聲心動圖作為臨床最常用的無創測量左心室收縮功能的檢查方法，具有重要臨床價值，能夠實時動態觀測患者左心室收縮功能[9]。但是，受患者圖像質量以及檢查醫生經驗的影響，其結果存在一定誤差[10]。由于該方法不夠客觀，不同操作者測量結果差異大，所以未將常規超聲心動圖測量結果納入本研究范疇。

近年來，隨著心臟超聲造影技術的飛速發展，造影劑能夠通過肺循環使左心清晰顯影，從而有利于我們對左心室內膜面進行清晰的描繪，極大的提高了左心收縮功能測量的準確性和穩定性(不同醫生測量結果差異小)[11,12]。近年來國內外多項研究表明，LVO測量左室收縮功能，其結果與心臟核磁共振有良好的一致性[6,8,13,14]。但是，由于造影劑的使用，在臨床工作中，極大增加了左室收縮功能測量的成本及檢查的時間[15]。

因此，本研究引入Philips公司一項全新的左心室收縮功能模式-Heart Model。該測量模式是基于常規超聲心動圖檢查的基礎上，利用人工智能的特點，能夠一鍵自動測量左心室收縮功能及左心房功能。其具有以下優點：第一，極大的提高了超聲心動圖測量左心室收縮功能的效率；第二，未使用造影劑，降低了檢查成本；第三，利用了機器人工智能，分析結果只與患者圖像有關，與醫生經驗無關[16]。但是，對于HM檢查結果的準確性，國內外缺乏相關數據支撐，尤其是與左心聲學造影結果進行對照研究。

本研究發現利用LVO及HM兩種方式測量的EDV結果差值有統計學意義(P=0.00<0.05)，HM方法測量結果偏大，平均較LVO測量結果大3.33ml。并且EDV取值在140-180ml之間兩種方法測量結果差異較小，而大于180ml或小于等于140ml以后測量結果差值增加，當EDV>190ml時測量差異尤其明顯。這是由于HM方式測量左心收縮功能是基于二維超聲心動圖進行三維重建得出的結果，未能從根本上解決常規二維超聲心動圖心尖縮短及肺氣干擾導致的圖像質量誤差。所以對于心內膜邊界的描繪，特別是心尖部心內膜面的描繪存在一定誤差[17,18]。當患者心臟擴大，心尖部圓頓的時候，該檢查結果誤差較大。其測量結果僅僅較LVO測量結果大3.33ml(平均值)，相對于EDV平均值175.18ml，僅為平均值的1.90%，偏差應該在臨床可接受范圍內。

由于收縮期心尖部遠離近場，HM對心內膜面的勾畫較準確，測量ESV比較準確[19,20]，兩種方法測量的ESV值差異無統計學意義(P=0.07>0.05)。

根據EF計算公式我們可以看出，由于兩種測量方法EDV結果的差異，導致EF結果差異有統計學意義(P=0.00<0.05)，HM方法測量偏高，較LVO方法測量結果平均高出0.65%，為EF平均值的1.14%。特別是EF在40%以上時，兩種方式測量結果差值較小，而EF≤40%兩者差異較明顯。

4 結論

本文資料顯示，HM不但是一種操作簡便、費用低廉、可重復性高的測量左心收縮功能的方法。而且其測量結果具有較高的臨床價值，特別是當EDV和/或EF在一定范圍內，其準確性與LVO相差無幾。因此，HM在快速、簡便、多次重復測量左室收縮功能的應用中，有較高的臨床價值。