自動心肌運動定量與三維定量分析技術在評估左室收縮功能中的對比研究

于 波 左 杰 張 成 王國萍 張建平*

心臟是人體重要的器官之一，早期發現心功能異常，對心臟疾病的治療和預后判斷具有重要意義[1]。左心室收縮及舒張功能是臨床常用評估左心功能的指標，評估方法主要包括超聲心動圖、心臟磁共振成像(cardiac magnetic resonance imaging，CMRI)、雙源CT、彩色多普勒技術等。超聲心動圖因具備操作方便、無創傷性、無輻射性、費用低等優點，是臨床常用檢測左心室收縮功能不全(left ventricular systolic dysfunction，LVSD)的方法[2]。超聲心動圖主要是通過組織斑點追蹤技術和多普勒成像技術來評估心肌功能，其中多普勒成像技術主要是通過測量局部室壁的運動速度，但其角度依賴性對心肌節段收縮功能的整體評估具有一定的局限性[3]。有研究顯示，斑點追蹤技術則主要是通過識別心肌回聲斑點追蹤心肌運動軌跡，其不依賴多普勒原理，無角度依賴性，全方面評價心肌階段的應變，反映左室的扭轉及解旋運動[4]。自動心肌運動定量(automated cardiac motion quantitation，aCMQ)技術是在斑點追蹤成像(speckle tracking imaging，STI)基礎上發展起來的一種可對整體心肌進行自動定量評測分析的二維應變技術。通過追蹤心肌運動情況分析左心室功能則采用三維定量分析(three-dimensional quantitative analysis，3DQA)技術，可較準確的評價局部心肌收縮情況及左心室射血分數(left ventricular ejection fraction，LVEF)[5]。本研究采用aCMQ和3DQA分析技術分別對接受超聲心動圖檢查患者的左心功能相關指標進行分析，旨在探討兩種技術評估左室收縮功能的相關性。

1 資料與方法

1.1 一般資料

選取2017年1月至2018年10在天津醫科大學中新生態城醫院接受超聲心動圖檢查的266例患者，經3DQA技術檢測，將LVEF＜50%的患者納入觀察組(108例)，LVEF≥50%的患者納入對照組(158例)。觀察組中男性81例，女性27例；年齡25～85歲，平均年齡(57.6±13.4)歲；平均體質量指數(body mass index，BMI)為(22.9±3.6)kg/m2。對照組中男性117例，女性41例；年齡15～88歲，平均年齡(55.2±15.9)歲；BMI為(22.7±3.4)kg/m2。兩組一般資料相比無差異，具有可比性。

1.2 納入與排除標準

(1)納入標準：①無冠狀動脈支架、起搏器植入；②對aCMQ和3DQA技術檢查無禁忌癥者；③患者及家屬知情并簽署同意書者。

(2)排除標準：①圖像質量不清晰，且不符合定量分析要求者；②合并嚴重肝腎功能疾病者；③合并慢性呼吸系統疾病者；④肥胖患者不能自主體位者；⑤持續性房顫者。

1.3 儀器設備

采用ERIQ 7C型多普勒超聲診斷儀(荷蘭Philips公司)，容積探頭為X5-1，頻率1.0～5.0 MHz，深度約為15～17 cm，容積幀頻≥29 Hz，配備Qlab10.0版本的脫機圖像分析軟件。

1.4 檢測方法及評價指標

1.4.1 aCMQ技術的測量方法

患者左側臥位或平臥位，連接心電圖，使用X5-1探頭置于心尖部，包括整個左室在圖像范圍內，分別采集4個心動周期的心尖四腔觀(AP4)、心尖三腔觀(AP3)以及心尖二腔觀(AP2)動態圖像進行儲存，并進行脫機分析，啟動aCMQ分析軟件，在上述3個切面上自動勾畫出左心室心內膜及心外膜輪廓，調整使其與心內膜及心外膜邊界重合，計算兩腔心縱向應變(AP2LS)、(AP3LS)、(AP4LS)及左心室整體縱向應變(left ventricle global longitudinal strain，LVGLS)；同時計算兩組患者左心室舒張末容積(left ventricular end-diastolic volume，LVEDV)、左心室收縮末容積(left atrial end-systolic volume，LAESV)及LVEF。

1.4.2 3DQA技術的測量方法

同醫師同時間段采集4個心動周期左室三維全容積圖像，Qlab10.0版本的軟件對儲存的圖像進行脫機分析。采用3D分析軟件，勾畫并調整左心室內膜和心外膜的輪廓，使其與心內膜和心外膜的界限一致，對觀察組及對照組患者的LVEDV、LAESV及LVEF指標進行計算。

1.4.3 重復檢測

從兩組患者中采用隨機數字表法抽取10例，由另一名醫生采用兩種技術重新分別測量兩組患者LVEF，7 d后對儲存的圖像由原醫師再次進行分析，重新檢驗所測得LVEF和LVGLS指標。

1.5 統計學方法

對本研究數據均采用SPSS19.0軟件包進行統計學分析，計量資料的數值符合正態分布且方差齊，采用獨立樣本t檢驗，數據以均值±標準差()表示；計數資料以[例(%)]表示，采用x2檢驗；各指標間相關性采用Pearson相關分析。以P＜0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 兩組間各項心功能測量值比較

(1)經aCMQ技術測量后，觀察組LVEF、LVEDV和LVESV水平明顯低于對照組，其差異有統計學意義(t=31.059，t=13.383，t=19.077；P＜0.05)，3DQA見表1。

(2)觀察組AP2LS、AP3LS、AP4LS及LVGLS絕對值均明顯低于對照組，其差異具有統計學意義(t=21.136，t=17.853，t=21.929，t=16.670；P＜0.05)，見表2。

2.2 對照組aCMQ和3DQA技術測得LVEF值比較

在對照組中，aCMQ和3DQA技術分別測量的LVEDV、LAESV及LVEF呈顯著正相關(r=0.73，r=0.66，r=0.61；P＜0.01)，見表3。

表3 對照組超聲心動圖檢查患者不同技術所測LVEF值的相關性(r值)

2.3 觀察組aCMQ和3DQA技術測得LVEF值比較

在觀察組中，aCMQ和3DQA技術分別測量的LVEDV、LAESV及LVEF呈顯著正相關(r=0.98，r=0.94，r=0.91；P＜0.05)；aCMQ測量的LVGLS與3DQA檢測的LVEF呈顯著負相關(r=-0.815，P＜0.05)，見表4。

表4 觀察組超聲心動圖檢查患者不同技術所測LVEF值的相關性(r值)

2.4 重復性檢驗結果

同一觀察者采用3DQA前后檢測LVEF的變異系數為2.81%，不同觀察者間的變異系數為3.98%。同一觀察者采用aCMQ前后檢測LVEF的變異系數為5.28%，不同觀察者間的變異系數為4.84%。同一觀察者采用aCMQ前后檢測LVGLS的變異系數為3.89%，不同觀察者間的變異系數為5.97%。兩種方法在不同觀察者組間及同一觀察者前后2次重復性檢驗結果見圖1。

3 討論

左右心室的功能障礙程度是影響心臟疾病治療及預后的重要因素，心室各功能指標與心血管相關疾病的診療和預后密切相關[6-7]。目前臨床常用的評估左心室收縮功能的指標為LVEF，是由每博輸出量占心室舒張末期容積量的百分比計算而來(射血分數=(心室舒張末容積-心室收縮末容積)×100/心室舒張末容積)，正常為50%～70%。臨床常采用超聲心動圖及CMRI等方法對LVEF進行評估，其他檢查或為有創傷性、輻射性而在臨床應用具有一定局限性[8-9]。而CMRI因成像耗時較長、費用較高、金屬植入等弊端，無法成為常規心功能檢查的方法。超聲心動圖因具備操作方便、無創傷性、無輻射性、費用低等優點，易被醫師及患者所接受，其對左心功能的評價在臨床應用中具有重要價值[10]。

表1 兩組超聲心動圖檢查患者間左心室功能參數比較()

表1 兩組超聲心動圖檢查患者間左心室功能參數比較()

注：表中3DQA為三維定量分析；aCMQ為自動心肌運動定量；LVEF為左心室射血分數；LVEDV為左心室舒張末容積；LVESV為左心室收縮末容積

表2 兩組超聲心動圖檢查患者間左室二腔心、四腔心、三腔心及整體縱向應變比較()

表2 兩組超聲心動圖檢查患者間左室二腔心、四腔心、三腔心及整體縱向應變比較()

注：表中AP2LS為心尖二腔觀縱向應變；AP4LS為心尖四腔觀縱向應變；AP3LS為心尖三腔觀縱向應變；LVGLS為整體縱向應變

圖1 兩種方法在不同觀察者組間及同一觀察者前后2次重復性檢驗結果散點圖

心肌應變指的是在一個心動周期中，心肌在張力作用下發生極小變形的能力和程度，生物力學角度看，心肌應變和應變率可體現心肌活動長度及速度三者的關系，可較直觀的反應整體心肌收縮功能[11]。aCMQ是在STI基礎上發展而來的可分析整體心肌及局部力學的運動狀態，其可通過自動運算感興趣區域(region of interest，ROI)對整體的心肌情況進行評測，相關因素可能是采用斑點追蹤技術在二維超聲圖像的室壁選取一定的ROI，分析軟件能夠識別二維超聲圖像中不同心肌組織像素的位移，并能自動繪制內膜和外膜輪廓，在操作過程中必要時還可手動調整勾畫線，使其與心內、外膜更好的重合。最后軟件還可自動分析ROI內各階段心肌的應變值，進一步分析心肌收縮及舒張功能[12-13]。因此aCMQ技術在評測心肌運動方面與傳統測量左室收縮功能技術相比結果準確、敏感，可重復性較高，更具有優勢。

3DQA技術是由三維超聲心動圖及二維斑點追蹤技術發展而來，國內外均有研究報道[14]。三維超聲心動圖(RT-3DE)測量左心室容積及心功能，可有效規避穩定性差、易出現斜切等缺陷，理論上具備較高的準確性及有效性，且與心臟MRI具有良好的相關性。故3DQA技術可在評價心功能時作為超聲心動圖領域的金標準[15]。aCMQ測量的LVEF值與3DQA測量的結果相關性最高，評價左心收縮功能具有較高的敏感性。本研究結果顯示，LVGLS均為負值，且隨著左心收縮功能的降低其絕對值逐漸降低，這提示左室收縮功能與3DQA測量的LVEF值高度相關。Sun等[16]報道，與常規超聲心動圖參數比較，LVGLS在分析左心功能亞臨床狀態更具有重要應用價值，提示aCMQ技術計算出的LVEF和LVGLS可為臨床分析左室心肌運動情況提高參考價值。

4 結論

本研究重復性檢驗結果顯示，aCMQ和3DQA兩種方法均具有自動計算心功能的能力，且具備較好的重復性，因此測量所得左心室容量和功能較手動測量更為準確。

aCMQ技術可重復性較高，其測量的LVEF值及LVGLS值與3DQA技術檢測的結果具有顯著相關性，可作為臨床評估左心收縮功能的新方法。