3D心臟解剖模型成像對不同心臟疾病心臟功能的評估價值

吳偉春，蘭天，朱振輝，王洋，張冰，權欣，萬琳媛，王江濤，王浩

目前，臨床上超聲心動圖仍主要采用M型超聲和二維雙平面Simpson法[1-2]評估心臟功能，其優點是迅速評價，心臟時相分辨率高，簡單易行；主要缺點是該技術采用一條采樣線通過二維超聲引導估測心臟功能，在某些情況下是無法準確評估心臟功能的。三維超聲心動圖（三維超聲）的興起，理論上是可以較為準確地評價心臟功能，但是由于幀頻低，圖像分辨率差，分析時間長，反而造成心臟容積的估測誤差較大，無法在臨床上廣泛應用[3]。3D心臟解剖模型成像（heart model，HM）是一種最新的、基于解剖智能超聲（AIUS）模型的分割算法評價心臟功能，最大的優點是基于三維的、先驗的、成像時間快的心臟功能成像技術[4]。為了驗證該技術的準確性和可靠性，本研究采用核磁共振（MRI）作為金標準，同時采集M型超聲、二維雙平面Simpson法、心臟運動定量分析法（CMQ）及HM法計算不同心臟疾病的左心室舒張末期容積（ LVEDV）和左心室射血分數（LVEF），并對其進行對比研究。

1 資料與方法

研究對象:選取2016年7月至2016年9月期間阜外醫院住院患者18例，男性10例，女性8例，平均年齡（48.12+14.71）歲;其中心肌病7例（其中擴張性心肌病2例，圍產期心肌病1例，肥厚型心肌病4例），冠心病8例，其他疾病3例（心律失常2例，瓣膜病1例）。所有患者均在入院24 h內完成四種超聲測量心臟功能方法（M型超聲、二維雙平面Simpson法、CMQ 法、HM法）及心臟MRI檢查。

儀器與方法:EPIC7超聲儀、X5-1三維探頭，HM模式（飛利浦公司，美國）。在胸骨旁左心室長軸切面二尖瓣腱索水平留取M型超聲，采用心尖二腔、四腔心留取動態圖像、采用三維探頭留取心尖四腔心切面。留取圖像后，分別采用M型超聲Teicholz校正公式，二維雙平面Simpson法、在心尖四腔心切面進行CMQ法，即選擇感興趣區，軟件自動分析出LVEDV及LVEF值。在三維模式中進入HM模式，在心尖四腔心切面、一個心動周期內自動勾畫及測量左心室整體功能參數（主要是LVEDV和LVEF值）。如果心內膜勾畫不清楚，可以選擇手動模式，再修改不清楚的心內膜部分。MRI使用3.0 T超導MRI儀（Philips Ingenia，荷蘭），協同表面接受線圈，配備4導聯向量心電觸發裝置及呼吸門控裝置。

統計學方法：應用SPSS 20.0分析軟件進行分析。計量資料為表示。采用Pearson相關分析和兩配對樣本t檢驗。以P≤0.05為差異有統計學意義。

2 結果

四種超聲心動圖方法與MRI對左心室整體功能參數的評價（表1）：18例患者中有6例HM法需要手動調節。與MRI金標準相比，HM法測量LVEDV的相關性最好（r=0.924，P=0.000）；四種超聲方法測量的LVEF值均有較好的相關性（P均＜0.05），其中HM法相關性最好（r=0.912），M型超聲和CMQ法相關性最差（r=0.743， r=0.845）。而相對于HM方法，M型超聲對LVEDV和LVEF檢測結果與MRI結果的相關性相對較差（r=0.800、0.743和P=0.210，0.009）。

表1 四種超聲心動圖方法與MRI對LVEDV和LVEF評估的相關性分析

四種超聲心動圖方法與MRI對不同種類心臟疾病的LVEF的比較（圖1和表2）：與MRI比較，M型超聲檢測的冠心病和其他心臟病患者的LVEF均較高（P＜0.05）；二維雙平面Simpson法和CMQ法檢測心肌病和肥厚型心肌病患者的LVEF也均較高（P＜0.05）；HM法檢測不同心臟病患者的LVEF差異均無統計學意義（P＞0.05）。

表2 四種超聲心動圖方法和MRI對不同心臟疾病的LVEF的比較

表2 四種超聲心動圖方法和MRI對不同心臟疾病的LVEF的比較

注：MRI：核磁共振；CMQ：心臟運動定量分析；HM：3D心臟解剖模型成像。與MRI比較*P＜0.05

不同心臟疾病 例數左心室射血分數（%）MRI M型超聲 二維雙平面Simpson法 CMQ法 HM法心肌病 7 33.67±18.14 33.25±14.07 47.53±19.07* 47.13±16.06* 39.77±22.01肥厚型心肌病 4 54.66±18.71 57.10±19.65 60.30±11.95* 61.10±11.01* 55.55±11.02冠心病 8 46.37±18.42 57.99±13.42* 50.87±15.40 53.40±11.28 49.10±12.41其他心臟病 3 50.00±6.12 67.24±15.23* 57.60±18.11 55.40±12.41 55.10±18.23

圖1 男性冠心病患者二維、三維超聲心動圖與MRI檢測LVEF比較

3 討論

超聲心動圖是無創測量心臟功能的重要影像學方法之一，并且由于其簡便、便捷的優點，是臨床上應用最廣泛和常用的方法[5]，但是目前超聲測量心臟功能仍有很多的問題，最主要存在的問題是重復性差，主觀性強，依賴超聲操作人員的技術水平[6-7]。M型超聲是臨床最常應用于測量心臟收縮功能的方法，其測量時間短，操作簡單，準確性較高，重復性較二維雙平面Simpson法好，柴坷等[8]的研究中也是如此，M型超聲更適合常見的心臟形態，無節段性室壁運動異常的心臟。而LVEF仍然被認為是最能反映左心室泵功能的指標之一。

左心室容積的計算是LVEF計算的基礎，它比較容易從傳統M型超聲中計算獲得。常規二維超聲也可反映整個心室的平面情況，主要應用經典的二維雙平面Simpson法[9]，也稱圓面總和方法，它將左心室切割成許多小薄片，每薄片的體積疊加就是左心室體積，這樣不管左心室體積如何變化，都能較為準確地計算其體積，但缺點是需測量時間長，需要連接心電圖，準確識別心臟運動的實相，常受肥胖、肺氣腫等因素的影響使心內膜邊緣模糊，導致其在臨床上使用受限。CMQ法是一種能夠快速地提供更多有關心臟運動信息的新技術，可更好地測定左心室局部功能。與以往的定量技術比較，CMQ法可以追蹤心室壁的整體運動，而不只是心內膜的運動，測量更為準確且更接近真實情況。我們的研究結果顯示，CMQ法測量時間較快，對于冠心病患者較有優勢，而對于肥厚型心肌病差異較大（表2）。隨著三維超聲心動圖技術的問世，對心腔容積的計算取得了比二維超聲更精確的參數，以往的實時三維超聲在評價左心室收縮功能上明顯優于二維超聲，但目前仍存在一定的局限性[10-11]，易受患者呼吸及心臟的移位影響，視野較局限；其次，分辨率不及二維圖像，圖像質量有待提高。

HM應用程序是一個三維超聲測量心臟功能的新方法，這種方法采用先驗的知識（正常和異常心臟模型），使三維的方法能夠迅速地分析出不同疾病的心臟形態和容量，得到更加準確的心臟容積和收縮功能。此項技術需要連接心電圖，處理的時間與M型超聲及CMQ法相似（平均約10 s），較二維雙平面Simpson法大幅度縮短（＞1 min）。與MRI金標準比較，其相關性很高，尤其是冠心病和肥厚型心肌病患者的圖像清晰較高（圖1），對于不同心臟疾病的心臟功能的各種測量方法比較，HM法也較其他方法相對準確。此外，它還能測量左心房容積，間接反映左心室舒張功能。已有研究證明HM法獲得的LVEF值、左心房、左心室的容積與MRI的所測量的一致性較高[12]。在本研究中，HM法的缺點是如果二維超聲圖像欠佳，HM法測量也會不準確，需要手動法進行邊界調節，從而產生測量誤差。

本研究的樣本量較少，需要采用金標準MRI做對照，故對于HM的準確性還需要繼續長期的、大樣本的研究進行驗證。

總之，超聲心動圖的各種技術包括M型超聲、二維雙平面Simpson法、CMQ法及HM法等均可作為評價左心室功能的診斷方法，其各有其優點和局限性。隨著超聲技術的迅速發展，三維超聲技術必然是二維技術的前進方向。較之前的三維超聲技術，HM法的主要優點是更為方便和準確，從而使我們將三維測量心功能技術能夠真正的應用于臨床，而不是僅僅作為科研的工具，這也是我們這項研究的根本目的所在。