三維全自動左心容積定量技術(shù)評價左心室容積及射血分數(shù)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(yī)科大學附屬第一醫(yī)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(shù)，優(yōu)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(jīng)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(shù)是一種新興的左心容積定量技術(shù)，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(shù)測定左心室容積及射血分數(shù)的準確率和可行性，并探討手動調(diào)整和圖像質(zhì)量對測值的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 連續(xù)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(jié)段中3節(jié)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(cè)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(tài)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(huán)，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(shù)(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(nèi)膜邊界不符合實際邊界時進行手動調(diào)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(zhì)量將患者分為2組，A組為圖像質(zhì)量較好組，即左心室心肌17個節(jié)段顯示完整，并有12個以上節(jié)段心內(nèi)膜面顯示清晰；不符合以上條件者圖像質(zhì)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(zhì)量組RT3DE、HM和HME測值比較(±s)

表3 不同圖像質(zhì)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(jīng)驗的醫(yī)師分別獨立以HM方法測量LVEDV、LVESV和LVEF；其中1名醫(yī)師間隔2周后以相同方法再次測量。

1.5 統(tǒng)計學分析 采用SPSS 21.0及GraphPad Prism 7.0統(tǒng)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(gòu)成比較采用χ2檢驗。相關(guān)性及一致性分析采用Pearson相關(guān)分析及Bland-Altman一致性檢驗。重復性檢驗采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)(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(tǒng)計學意義。

2 結(jié)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(tǒng)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(guān)(r=0.93、0.96、0.84，P均<0.001)。

因HM自動確定的心內(nèi)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(diào)整邊界。HME測量LVEDV和LVESV均大于RT3DE(P均<0.05)，而LVEF差異無統(tǒng)計學意義(P>0.05，表1)。手動調(diào)整后HME與RT3DE測量的LVEDV、LVESV、LVEF呈正相關(guān)(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(zhì)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(tǒng)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(diào)整，A組HME與HM測量的LVEDV、LVESV和LVEF值差異無統(tǒng)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(tǒng)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(nèi)；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(yī)師不同時間HM測值與HME測值差異均無統(tǒng)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(yī)師間以HM測值與HME測值差異均無統(tǒng)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(shù)是臨床工作中常規(guī)而重要的組成部分，國內(nèi)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(nèi)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(shù)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(jīng)過專業(yè)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(shù)的方法。

HM是近年來新發(fā)展的一種三維全自動左心容積定量技術(shù)，可根據(jù)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(nèi)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(nèi)膜邊界進行整體調(diào)整或局部調(diào)整，使軟件勾畫的邊界與實際心內(nèi)膜一致。該技術(shù)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(fā)現(xiàn)HM與RT3DE、CMRI均有較高的相關(guān)性，且HM測值比RT3DE更接近CMRI測值。

表4 不同圖像質(zhì)量組間ΔHME-RT3DE和ΔHM-RT3DE比較(±s)

表4 不同圖像質(zhì)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(jié)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(guān)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(shù)。然而軟件自動識別心內(nèi)膜邊界存在偏差，對部分患者、尤其圖像質(zhì)量較差者需要手動調(diào)整心內(nèi)膜邊界。既往研究[6,14]多直接排除圖像質(zhì)量差者，少見關(guān)于圖像質(zhì)量及手動調(diào)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(nèi)膜邊界吻合欠佳，需手動調(diào)整；調(diào)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?shù)氖謩诱{(diào)整可以提高HM準確率。

本研究結(jié)果顯示,除LVESV,圖像質(zhì)量較好者ΔHME-RT3DE和ΔHM-RT3DE均小于圖像質(zhì)量較差者(P均<0.05)，圖像質(zhì)量較好者的HM準確率較高，提示圖像質(zhì)量對HM測值有一定影響。此外，雖然圖像質(zhì)量較好者中31.48%(17/54)接受了手動調(diào)整，但調(diào)整前后的測值差異無統(tǒng)計學意義；進一步分析發(fā)現(xiàn)，對于圖像質(zhì)量好的患者，無論是否手動調(diào)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(zhì)量較差的患者，手動調(diào)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(diào)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(zhì)量較好者可應用HM自動測定，無需手動調(diào)整，而對圖像質(zhì)量較差者則需通過手動調(diào)整來提高測量準確性。

本研究還發(fā)現(xiàn)HM測量的左心室容積和LVEF均大于RT3DE，提示現(xiàn)有的RT3DE正常值范圍可能并不適用于HM技術(shù)，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(jié)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(shù)的方法，具有很好的重復性與可行性；圖像質(zhì)量對該方法的測量準確性有一定影響，手動調(diào)整以確定精確的心內(nèi)膜邊界可提高HM準確性。