全身成像三維量化法定量評估不同程度主動脈瓣反流的價值分析

張冰，王涵，趙瑩，李鳴瑤，牛麗莉，吳偉春，朱振輝，王浩

主動脈瓣反流（AR）是常見的心臟瓣膜疾病，嚴重的AR 會導致患者左心腔進行性增大，最終引發心力衰竭[1]。為了選擇合適的治療策略，需要對AR 嚴重程度進行準確評估[2]。然而，目前指南推薦的二維超聲半定量及定量方法仍有很多的局限性[3]。已有研究顯示以MRI 測量的AR 容積（ARVol）為參照，使用實時三維超聲心動圖（RT3DE）測量AR 有效反流口面積（EROA）與AR 速度時間積分（VTI）相乘獲得的ARVol 有良好的準確性，且優于常規二維超聲心動圖方法[4]。近年來，超聲探頭和圖像后處理技術的發展，使得三維超聲心動圖技術更加成熟，為主動脈瓣疾病的準確評估提供了更為先進的方法[5]，全身成像三維量化（GI3DQ）法可以直接測量瓣膜反流束體積，而不需要幾何假設，已被證實在定量評估二尖瓣反流方面表現良好[6]。前期有研究表明，GI3DQ 法測量的ARVol 與MRI 測量結果之間有良好的相關性和一致性[7]，但未根據AR 嚴重程度進一步分組討論。因此，本研究以RT3DE法計算的ARVol 為參照標準，探討在不同程度AR患者中GI3DQ 法測量ARVol 的可行性和準確性，明確GI3DQ 法在定量評估不同程度AR 中的應用價值。

1 資料與方法

1.1 研究對象

由于輕度AR 不引起左心室重構且臨床預后好，缺乏臨床意義，故本研究納入2020 年11 月至2021 年4 月于我院超聲科接受經胸二維超聲心動圖檢查初步診斷為輕度以上AR 的患者共119 例，其中男性89 例，女性30 例，平均年齡（50.4±12.3）歲。排除先天性心臟病、主動脈瓣狹窄、心房顫動、頻發心律失常、心率超過100 次/min 的心動過速、不能配合屏氣檢查及超聲心動圖圖像質量差的患者。根據2017 年美國超聲心動圖學會關于無創評估瓣膜反流的指南，AR 嚴重程度按照ARVol進行分級可分為：輕度：ARVol＜30 ml，輕中度：ARVol 30～44 ml，中重度：ARVol 45～59 ml，重度：ARVol ≥60 ml[3]。以RT3DE 法測量的ARVol 為參照將受試者分為3 組：輕中度反流組35 例，中重度反流組41 例，重度反流組43 例。研究經本單位倫理委員會審查通過（倫理批準文號：2020-1278）并獲得受試者知情同意。

1.2 儀器與方法

使用美國Philips EPIQ 7C 超聲心動圖診斷儀，二維圖像采集使用S5-1 探頭；三維圖像采集使用X5-1 探頭；三維圖像后處理分析應用QLAB 13.0 工作站的GI3DQ 插件。

檢查方法：受試者取左側臥位，平靜呼吸，同步連接心電圖，使用S5-1 探頭進行心臟瓣膜病相關完整經胸二維超聲心動圖檢查[8]，通過調整遠近場增益、聚焦位置、濾波等將圖像調整至顯示最佳，規范測量左心室舒張末期前后徑、左心室射血分數等常規超聲參數[9]。二維圖像采集結束之后，將探頭切換為X5-1，在心尖五腔心或三腔心切面清晰顯示AR 二維彩色多普勒超聲心動圖血流圖像時，囑患者在呼氣末屏氣，點擊“full volume”，采集由4 個心動周期拼接成的AR 全容積三維彩色多普勒超聲心動圖圖像，調整尼奎斯特速度為50～70 cm/s，彩色增益調整為剛好在無運動區消除隨機彩色斑點，彩色幀頻需保證≥10 幀/s。所有全容積三維彩色多普勒超聲心動圖圖像以DICOM 格式存儲，以便脫機量化分析。

圖像后處理分析：（1）GI3DQ 法測量ARVol：進入QLAB 13.0 工作站，選擇需要分析的AR 全容積三維彩色多普勒超聲心動圖圖像，進入GI3DQ 插件，并將默認切片數設置為最大值15 個，選擇疊式輪廓法，在避開二尖瓣前向血流的AR 反流束最大時相，連接反流束起點和終點，軟件自動將反流束切割為15 組等厚切片，在每層切片平面手動勾畫反流束彩色多普勒信號輪廓，15 個切面勾畫完成之后，軟件自動計算出反流束體積，即ARVol，并對AR 反流束進行三維立體重建，見圖1。（2）RT3DE 法測量ARVol：選擇需要分析的AR 全容積三維彩色多普勒超聲心動圖圖像；在反流束最大幀，調整矢狀切面和冠狀切面，使其平行經過反流束；然后調整橫切面，使其垂直于反流束方向，自心尖向心底移動橫切面，直至顯示反流束最小橫截面，手動勾畫彩色多普勒信號輪廓測量其面積，即AR EROA[4]，見圖2。該方法測量的ARVol=EROA×AR VTI。

圖1 全身成像三維量化法直接測量主動脈瓣反流束體積并對其進行三維立體重建

圖2 實時三維超聲心動圖法測量主動脈瓣反流有效反流口面積

觀察者自身和觀察者間可重復性分析：隨機選取20 例患者評估觀察者自身和觀察者間使用GI3DQ法測量ARVol 的可重復性。為檢驗觀察者自身的可重復性，于初次測量1 個月后由同一觀察者（第一個觀察者）使用GI3DQ 法再次測量ARVol。檢驗觀察者間的可重復性由第二個觀察者獨立評估，該觀察者與第一個觀察者采用相同的全容積三維彩色多普勒數據集，使用GI3DQ 法測量ARVol。

1.3 統計學方法

應用SPSS 26.0 及MedCalc 18.2.1 軟件進行統計學分析，符合正態分布定量資料采用均數±標準差表示，符合偏態分布定量資料采用中位數（P25，P75）表示，定性資料以絕對值或百分數表示。正態分布的定量資料多組比較采用方差分析，偏態分布的定量資料多組比較采用Kruskal-Wallis H 檢驗，定性資料多組比較采用卡方檢驗，定量資料及定性資料組間兩兩比較均采用Bonferroni 法。不同方法在不同組內測量結果差異評價采用Wilcoxon 符號秩和檢驗，相關性評價采用Spearman 相關性分析，一致性評價采用Bland-Altman 一致性分析。GI3DQ 對AR 嚴重程度分級的準確性采用一致率評價。采用組內相關系數（ICC）評價觀察者自身及觀察者間使用GI3DQ 法測量ARVol 的可重復性。以P＜0.05 為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 不同程度AR 患者基本資料及超聲心動圖指標比較（表1）

表1 不同程度主動脈瓣反流患者基本資料及超聲心動圖指標比較（）

表1 不同程度主動脈瓣反流患者基本資料及超聲心動圖指標比較（）

注：ARVol：主動脈瓣反流容積；GI3DQ：全身成像三維量化；RT3DE：實時三維超聲心動圖。1 mmHg=0.133 kPa?！鳎河弥形粩担≒25，P75）表示。與同組RT3DE 法測量的ARVol 比較*P＜0.05；與輕中度反流組比較▲P＜0.05；與中重度反流組比較#P＜0.05

項目 輕中度反流組 (n=35) 中重度反流組 (n=41) 重度反流組 (n=43)P 值年齡 (歲)51.6±11.9 50.7±13.9 49±11.1 0.630男[ 例(%)] 19 (54.3)31 (75.6)39 (90.7)▲ 0.001中心性反流 [例(%)] 28 (80.0)18 (43.9)▲ 10 (23.3)▲ 0.000體重指數 (kg/m2)25.6±3.5 24.3±3.0 25.3±3.4 0.175體表面積 (m2)1.8±0.2 1.8±0.3 1.9±0.2 0.237收縮壓 (mmHg)131.1±18.7 137.8±19.1 136.5±18.3 0.271舒張壓 (mmHg)74.8±9.8 74.2±10.3 66.4±10.0▲# 0.000心率 (次/min)64.7±7.2 69.2±11.5 66.9±9.2 0.100左心室舒張末期內徑 (mm)52.8±4.2 58.9±4.7▲ 66.6±6.3▲# 0.000左心室舒張末期容積 (ml)121.4±30.9 155.7±29.3▲ 221.8±65.6▲# 0.000左心室射血分數 (%)64.1±3.9 62.1±5.8 59.2±7.4▲ 0.001 GI3DQ 法測量的ARVol (ml)△ 31.4 (21.3，39.4)* 53.3 (47.5，58.0)▲ 75.5 (65.8，91.5)▲# 0.000 RT3DE 法測量的ARVol (ml)39.0±3.1 53.4±3.4▲ 74.6 (68.6，86.6)△▲# 0.000

入選的119 例患者中包括主動脈瓣退行性變42例、風濕性瓣膜病2 例、主動脈根部擴張15 例、主動脈瓣脫垂27 例、二葉式主動脈瓣30 例、四葉式主動脈瓣3 例。重度反流組男性所占比例顯著高于輕中度反流組；重度及中重度反流組中心性反流占比均顯著低于輕中度反流組；重度反流組舒張壓顯著低于輕中度及中重度反流組；重度反流組左心室舒張末期內徑、容積、GI3DQ 法及RT3DE 法測量的ARVol 均顯著高于輕中度及中重度反流組，中重度反流組也均顯著高于輕中度反流組；重度反流組左心室射血分數顯著低于輕中度反流組；輕中度反流組GI3DQ 法測量的ARVol 顯著低于同組RT3DE法測量的ARVol（P均＜0.05）。其他指標三組間差異均無統計學意義（P均＞0.05）。

2.2 GI3DQ 法與RT3DE 法測量的ARVol 之間Spearman 相關性和Bland-Altman 一致性分析

GI3DQ 及RT3DE 法在所有納入患者中均可行，三維彩色多普勒圖像幀頻為17～34 幀/s。

輕中度反流組：GI3DQ 法和RT3DE 法測量的ARVol 之間呈正相關（r=0.39，P=0.0223）；Bland-Altman 一致性分析：GI3DQ 法 較RT3DE 法測量的ARVol 平均低估8.62 ml，95%一致性界限：-27.74～10.50 ml，差異有統計學意義（P＜0.01），見圖3A、3B。GI3DQ 法對14 例患者做出了錯誤分級，低估反流程度為輕度反流，兩種方法分級結果一致率僅為60.0%。

中重度反流組：GI3DQ 法和RT3DE 法測量的ARVol 之間呈正相關（r=0.79，P＜0.0001）；Bland-Altman 一致性分析：GI3DQ 法 較RT3DE 法測量的ARVol 平均低估1.75 ml，95%一致性界限：-12.82～9.33 ml，差異無統計學意義（P=0.055），見圖3C、3D。GI3DQ 法對6 例患者做出了錯誤分級，低估反流程度為輕中度反流，兩種方法分級結果一致率為85.4%。

重度反流組：GI3DQ 法和RT3DE 法測量的ARVol 之間呈正相關（r=0.87，P＜0.0001）；Bland-Altman 一致性分析：GI3DQ 法 較RT3DE 法測量的ARVol 平均低估1.33 ml，95% 一致性界限：-17.08～14.43 ml，差異無統計學意義（P=0.286），見圖3E、3F。GI3DQ 法僅對2 例患者做出了錯誤分級，低估反流程度為輕中度反流，兩種方法分級結果一致率為95.3%。

圖3 GI3DQ 法與RT3DE 法測量的ARVol 之間Spearman 相關性散點圖和Bland-Altman 一致性分析散點圖

2.3 GI3DQ 法與RT3DE 法對AR 患者嚴重程度分級的一致率評價

在輕中度、中重度及重度反流組，GI3DQ 法和RT3DE 法分級的一致率分別為60.0%、85.4%和95.3%，中重度及重度反流組顯著優于輕中度反流組（P均＜0.05），中重度和重度反流組之間差異無統計學意義（P＞0.05）。

2.4 觀察者自身和觀察者間可重復性

不同時段同一觀察者和不同觀察者使用GI3DQ法測量ARVol 的一致性均良好：組內相關系數分別為0.92、0.91（P均＜0.05）。

3 討論

本研究團隊前期探討了GI3DQ 法在定量評估二尖瓣反流嚴重程度中的應用價值[10-11]，取得一定研究成果，在此基礎上，本次研究對GI3DQ 法在測量ARVol 中的可行性和準確性進行了探討。據我們所知，本研究是第一個以RT3DE 法為參照方法，探討GI3DQ 法在定量評估不同程度AR 患者中應用價值的研究。本研究的主要發現有以下幾點：（1）對于輕度以上AR 患者，使用GI3DQ 法直接測量ARVol是可行且可重復的；（2）對于中重度及重度AR 患者，GI3DQ 法所測量的ARVol 與參照方法RT3DE 法測量結果之間有良好的相關性和一致性；（3）對于輕中度AR 患者，GI3DQ 法測量的ARVol 與RT3DE 測量結果之間相關性較弱且GI3DQ 法出現了明顯低估；（4）GI3DQ 法能夠對輕中度以上AR 患者嚴重程度進行相對準確的分級，尤其是重度AR。

本研究結果發現GI3DQ 法雖然對輕中度AR 患者的ARVol 出現了明顯低估，但對于中重度及重度AR 患者測量的ARVol 與參照方法有良好的相關性和一致性。這表明盡管GI3DQ 法測量的并非真正的ARVol，而是AR 最大反流束體積，GI3DQ 法對于定量評估中重度及重度AR 仍有良好的準確性，對于臨床有很好的實用價值，可以應用到初步診斷為輕中度以上AR 患者的準確定量和分級中。與朱延波等[12]發現以近端等速表面（PISA）法為參照，GI3DQ法會低估偏心性反流ARVol 的研究結果有所不同，本研究中，中重度及重度AR 雖然以偏心性反流為主，但并未出現明顯低估，原因可能是隨著實時三維超聲心動圖技術的發展，現階段超聲儀器可獲得較前更大角度的三維數據庫成角[12]，從而完整包括整個反流束，避免了因反流束包括不完全導致的低估；其次，三維彩色多普勒超聲的幀頻較以往也有所提高[13]，較高的幀頻能夠更好的顯示主動脈瓣反流束，也更有可能捕捉到反流束最大幀，避免了較低幀頻無法捕捉反流束最大幀而導致的低估。此外，左心室容積比左心房容積要大，更有利于偏心性反流束的展開，這可能部分解釋了既往研究發現GI3DQ 一定程度低估偏心性二尖瓣反流程度[10]，但本研究未出現對以偏心性反流為主的中重度及重度AR 明顯低估的情況。

此外，本研究GI3DQ 法明顯低估了輕中度AR反流容積的原因可能包括：首先，本研究采用的參照方法與唐海霞等[7]研究所采用的MRI 不同，雖然既往研究顯示RT3DE 法測量的ARVol 與MRI 測量結果相比有較好的相關性和一致性，且較傳統二維超聲心動圖方法更為準確，但其并非定量評估AR的金標準，且有研究發現RT3DE 法較心臟MRI 一定程度高估ARVol，原因可能是低脈沖重復頻率的RT3DE 無法分離出AR 反流頸的高速核心，在測量EROA 時將高速核心周圍夾帶的低速血流也進行了描記，因此高估了EROA[14]，而這種高估可能對程度較輕的AR 影響更甚，從而導致了本次與RT3DE法測量的ARVol 相比，GI3DQ 法在輕中度反流組測量的ARVol 出現明顯低估的研究結果；這也能解釋唐海霞等[7]GI3DQ 法測量的ARVol 與MRI 測量結果相關性和一致性均較好的研究結論，但仍需要相關研究進一步證實。其次，由于GI3DQ 法原理是測量AR 反流束體積，因此無論在中心性反流還是偏心性反流均需避開二尖瓣前向血流對AR 反流束進行描記，以避免將二尖瓣前向血流同時描記而出現對ARVol 高估，筆者推測GI3DQ 法明顯低估輕中度反流的原因可能包括為避開二尖瓣前向血流，測量幀并非AR 反流束最大幀，但此假設仍需進一步研究驗證。

本研究有一定局限性：首先這項研究可能無法推廣到所有AR 患者，因為我們選擇了聲窗好的患者，且本研究所采用的GI3DQ 法同PISA 法一樣不適用于多束反流患者的定量評估；其次，參照方法RT3DE 法本身存在局限性，并非定量評估AR 嚴重程度的金標準；第三，本研究未能明確GI3DQ 法低估輕中度ARVol 的具體原因，需要進一步的研究探討其機制；第四，本研究與既往其他相關研究所采用的參照方法不同，研究結果不具備可比性，未來需要采用相同參照方法的多中心研究對GI3DQ 法定量評估AR 程度的應用價值進行進一步探討。

綜上所述，對于輕中度AR 患者，GI3DQ 法測量的ARVol 出現了明顯低估，但在中重度及重度AR 患者中，GI3DQ 法與RT3DE 法測量的ARVol 之間有良好的相關性和一致性。因此，GI3DQ 法在對初步診斷為輕中度以上的AR 患者進行準確定量評估和分級方面有著重要的應用價值。

利益沖突：所有作者均聲明不存在利益沖突