ECToolbox软件四种公式计算左心室射血分数的比较

夏 伟 XIA Wei

倪 晶 NI Jing

庄菊花 ZHUANG Juhua

胡翠华 HU Cuihua

ECToolbox软件四种公式计算左心室射血分数的比较

夏 伟 XIA Wei

倪 晶 NI Jing

庄菊花 ZHUANG Juhua

胡翠华 HU Cuihua

目的比较ECToolbox软件四种公式（R0、R1、R2、R3）计算心电图门控心肌灌注显像（GMPS）左心室射血分数（LVEF）与平衡法心血池显像（ERNA）所得结果的相关性和一致性，并判断四种公式所得结果的诊断阈值。资料与方法选择38例心肌梗死患者和65例可疑冠心病患者，同一患者1周内完成99Tcm-甲氧异腈（MIBI）静息态GMPS和99Tcm-红细胞（RBC）ERNA，用ECToolbox软件中的R0、R1、R2、R3公式分别计算LVEF，并与ERNA结果进行对比，通过ROC曲线判断R0～R3公式的最佳诊断阈值。结果ERNA计算的平均LVEF为（54.6±17.5）%，R0～R3公式计算的平均LVEF分别为（64.1±15.7）%、（56.3±15.1）%、（69.9±17.9）%、（56.7±13.6）%。四种公式所得LVEF与ERNA所得LVEF呈显著正相关（r=0.899、0.898、0.890、0.895, P＜0.01）；四种公式计算的平均LVEF均高于ERNA计算的平均LVEF，差异有统计学意义（P＜0.05）。以ERNA计算的LVEF≥50%为正常诊断值，R0～R3公式的LVEF最佳诊断阈值分别为56.5%、51.5%、64.5%、52.5%。结论用于GMPS的ECToolbox四种公式与ERNA计算的LVEF具有显著相关性，但LVEF有显著差异，同一患者随诊过程中应采用同一种公式进行计算，用于诊断心功能时，每种公式应选用不同的阈值。

门控血池显像；体层摄影术，发射型计算机，单光子；体层摄影术，X线计算机；每搏输出量；心排血量；心室功能，左；ECToolbox软件

心肌灌注显像（myocardial perfusion imaging, MPI）在临床中的应用日益增多，已经成为诊断心脏病的重要工具，心电图门控MPS（ECG-gated myocardial perfusion SPECT, GMPS）通过一次显像可以评价左心室的心肌灌注情况，同时还可以通过软件定量分析左心室的功能。ECToolbox是计算左心室功能最常用的软件之一，ECToolbox 3.1提供了R0、R1、R2、R3四种计算公式，每种公式所得的左心室功能参数都有一个正常人的数据库，但这个数据库不是基于中国人的，用这四种公式计算中国人的左心室射血分数（LVEF）结果存在一定的差异，对于这四种公式的适用性，目前仅见汪太松等[1]关于R0、R1、R2公式的报道。本研究以平衡法心血池（equilibrium radionuclide angiography, ERNA）显像获得的LVEF为标准，比较ECToolbox软件R0、R1、R2、R3四种公式测定的LVEF，以确定R0～R3公式计算的LVEF阈值，为MPI心功能定量诊断提供参考。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2012-03～2013-01行GMPS和ERNA的103例患者，其中男59例，女44例；年龄37～84岁，平均（63.6±11.7）岁；38例有心肌梗死病史，65例为可疑冠心病患者。所有患者行GMPS和ERNA检查时间不超过1周。排除3周内有急性心肌梗死或不稳定型心绞痛、30 d内行冠状动脉重建手术、瓣膜反流者。

1.2 方法 采用GE Infinia Hawkeye双探头SPECT/CT采集图像，矩阵64×64，低能高分辨准直器。

1.2.199Tcm-甲氧异腈（MIBI）门控心肌显像 静脉注射99Tcm-MIBI 740 MBq，60 min后行静息GMPS。以心电图R波触发门电路同步采集，探头旋转180°，每3°采集1个体位，每个心动周期分为8帧，每个体位采集20 s。图像重建采用OSEM迭代法，断层图像重建采用Butterworth滤波，截止频率和陡度因子分别为0.4和10。

1.2.299Tcm-红细胞（RBC）心血池显像 静脉注射亚锡焦磷酸盐20 min后，再静脉注射99TcmO4-淋洗液740 MBq，待显像剂混合平衡后行ERNA显像。每个心动周期采集16帧，选左前斜45°计算LVEF。

1.3 图像分析 采集的图像在Xeleris 3.0工作站进行图像处理。GMPS图像计算LVEF时采用ECToolbox 3.1软件中的R0～R3四种公式分别计算，ERNA图像计算LVEF时采用Xeleris 3.0工作站提供的心血池分析程序，并且ERNA所获得的LVEF≥50%为正常。采用抽签法随机选择5例GMPS和ERNA图像，由1名医师采用盲法重复处理5次，结果用变异系数（coefficient of variation, CV）表示，以此分析ECToolbox软件的重复性。

1.4 统计学方法 采用SPSS 18.0软件，不同公式的LVEF比较采用配对t检验；四种公式计算的LVEF的相关性采用Pearson相关分析，用Bland-Altman图分析心功能诊断结果的一致性，采用ROC曲线分析获得R0～R3四种公式所得的每个LVEF的敏感度和特异度，分别计算四种公式所得LVEF的敏感度和特异度之和，以敏感度和特异度之和为最大值时的LVEF作为各公式的阈值，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 ECToolbox软件的重复性 观察者重复计算的LVEF，CV均＜5%，提示结果一致性较好，见表1。

表1 5例患者采用四种公式盲法重复计算LVEF结果比较（%）

2.2 ECToolbox软件中不同公式及ERNA计算的LVEF比较 103例患者分别采用ERNA和R0～R3公式计算的LVEF结果见表2。

以50%作为ERNA所得LVEF的界限，将103例患者将分为两组，37例ERNA计算的LVEF＜50%，其中R0、R1、R2、R3所得LVEF≥50%者分别有12例（32.4%）、2例（5.4%）、15例（40.5%）、2例（5.4%）；66例ERNA计算的LVEF≥50%，其中R0和R2所得LVEF均＞50%，R1和R3所得LVEF＜50%者分别为2例（3.0%）、1例（1.5%）。以ERNA所得LVEF的50%作为界限，分为两组，ECToolbox不同公式计算不同组别的LVEF比较见表3。

2.3 ECToolbox与ERNA计算的LVEF的相关性ECToolbox四种公式计算出的LVEF分别与ERNA所得LVEF进行相关分析，R0～R3与ERNA计算的LVEF呈显著正相关（r=0.899、0.898、0.890、0.895, P＜0.001），见图1。R0～R3四种公式计算的LVEF平均值与ERNA的LVEF比较，差异均有统计学意义（t=12.551、2.169、18.652、2.570, P＜0.05），见表4。Bland-Altman图显示，四种公式计算的LVEF与ERNA计算的LVEF差值的95% CI接近，但R1和R3与ERNA的LVEF差值的均值比R0和R2与ERNA的LVEF差值的均值更接近于0（图2）。

2.4 ECToolbox四种公式计算的LVEF的阈值评估 以ERNA的LVEF≥50%作为标准，通过ROC曲线分析，ECToolbox四种公式R0～R3的ERNA最佳阈值分别为56.5%、51.5%、64.5%、52.5%，以该最佳阈值作为LVEF的诊断参考值，其敏感度和特异度均在90%以上，每个公式获得的LVEF的ROC曲线下面积均为0.99，见表5及图3。

2.5 ECToolbox四种公式计算的LVEF比较 R0～R3四种公式计算的LVEF进行两两相关分析，结果显示四种公式计算的LVEF相关性较好（r=0.990～1.000, P＜0.01），两两比较显示差异均有统计学意义（t=2.281～106.024, P＜0.05、P＜0.001）。

表2 ECToolbox软件不同公式及ERNA计算的LVEF比较（%）

表3 LVEF＜50%及LVEF≥50%组各公式计算的LVEF比较（%）

图1 ECToolbox四种公式与ERNA计算的LVEF的相关性

表4 ECToolbox四种公式与ERNA的LVEF配对分析结果（%）

表5 ECToolbox四种公式的LVEF阈值

图2 ECToolbox四种公式与ERNA计算的LVEF的一致性

图3 以ERNA计算的LVEF ≥50%为阈值所得ECToolbox四种公式的ROC曲线

3 讨论

LVEF是最常用、最重要的左心室收缩功能指标[2]，在心脏疾病的诊断、治疗和预后中有重要价值，GMPS提供心肌血流信息和左心室功能参数，对心脏疾病的诊断、治疗和预后判断有重要意义。ECToolbox软件是计算GMPS的LVEF最常用的软件之一，它把左心室假设成一个半球和圆柱体的三维混合体，根据收缩末和舒张末的心肌最大放射性计数，利用傅里叶分析来计算室壁增厚率，并设定左心室舒张末室壁厚度为10 mm，根据室壁增厚率来计算心内外膜的半径，从而确定左心室心内外膜的边界，计算左心室的功能参数[3,4]。

Faber等[5]研究表明，ECToolbox自动勾画左心室心内外膜的成功率为96%，且其与磁共振现象和首次通过法心室造影相关性好（r=0.85, P＜0.001）。Wang等[6]对36例扩张型心肌病患者进行研究，发现ECToolbox计算LVEF与MRI结果的相关性较好（r=0.763, P＜0.001），但ECToolbox所得LVEF高于MRI所得值[（25±7）%对（19±8）%, P＜0.05]。此外，Gutberlet等[7]和Tsuboi等[8]分别对56例和34例心脏病患者进行研究，并得出相似的结果。Ballal等[9]选择109例分别进行ERNA和GMPS检查的患者，分析了ECToolbox计算的LVEF与ERNA所得LVEF的相关性，结果显示二者相关性较好（r=0.842, P＜0.001），但以ERNA所得LVEF≥50%为阈值进行ROC曲线分析，ECToolbox的对应阈值为56%，提示ECToolbox高估了LVEF。Kiratli等[10]对64例患儿进行研究，结果发现ECToolbox与心血池显像所得LVEF的相关性较好（r=0.88, P＜0.001），而ECToolbox所得的平均LVEF显著高于心血池显像所得的平均LVEF[（60.3±26.8）%对（51.8±23%）, P＜0.001]。Harisankar等[11]比较了ECToolbox和ERNA计算30例广泛性心肌缺血患者LVEF结果的一致性，结果显示两种方法计算的LVEF相关性较好（r=0.756, P＜0.001），且平均LVEF无显著差异（33%、11%～50%对33%、10%～50%）。然而，由于ECToolbox假定左心室舒张末室壁厚度为10 mm，当发生左心室室壁瘤或心肌肥厚等室壁变薄或变厚时即可能出现误差。与心脏MRI或心血池显像比较，ECToolbox均高估了LVEF[5,8-10]。本研究结果与此相似，ECToolbox软件四种公式所得的LVEF均不同程度地高于ERNA所得的LVEF。

以上研究计算LVEF所用的均为ECToolbox的原始公式R0，ECToolbox 3.1增加了R1～R3三种校正公式。ECToolbox四种公式中，R0是根据心脏模型所建立的原始公式，R1～R3分别是R0的回归等式，R1和R3是基于ECToolbox和希德-西奈定量门控SPECT（Cedars Sinai quantitative gated SPECT, QGS）程序计算的LVEF的对比而得到的，其中R1是根据每个心动周期8帧的QGS图像进行校正的，R3是根据每个心动周期16帧的QGS图像进行校正的，其计算LVEF等式分别为y=0.96x－0.53和y=0.885x+0.0173；R2是基于ECToolbox与门控心血池显像进行比较而得到的，等式为y=1.22x－0.072。在临床应用中发现这四种公式计算出的LVEF具有较大的差异。汪太松等[1]在64例冠心病或高血压患者中比较R0～R2与ERNA所得LVEF的相关性，结果显示R0～R2所得的LVEF与ERNA所得的LVEF的相关性好（r=0.905、0.905、0.903, P＜0.05），但R0～R2所得的LVEF不同程度地高于ERNA所得的LVEF，其中R1所得的LVEF与ERNA所得的LVEF差异无统计学意义（Z=1.07, P＞0.05），R0和R2所得的LVEF与ERNA所得的LVEF差异有统计学意义（Z=3.55、4.23, P＜0.05），但该研究病例数较少，且未涉及R3公式，未进一步分析R0～R2公式所得LVEF的诊断阈值。

此外，既往研究对心脏量化分析软件所得左心室功能参数与ERNA进行比较。Ballal等[9]报道ECToolbox、QGS、4D-MSPECT和Myometrix软件与ERNA所得LVEF具有强相关性，但各软件所得LVEF存在差异，在临床应用中不同软件应设定各自的阈值。Yap等[12]报道了类似的结果，发现ECToolbox和QGS与ERNA所得LVEF具有较好的相关性，但LVEF存在显著差异，各软件所得LVEF不能互换。本研究结果与此相似，ECToolbox软件四种公式与ERNA所得的LVEF具有较强的相关性，而LVEF均存在不同程度的差异。然而，以上研究未对ECToolbox软件的四种公式进行分析，本研究进一步分析了这四种公式与ERNA所得LVEF的差异，结果显示，四种公式计算的LVEF间两两比较，差异均有统计学意义（P＜0.05），说明在同一例患者的随访过程中，应使用同一个公式计算值进行比较。本研究中，以ERNA显像计算值作为评价标准，观察ECToolbox软件四种公式的适用性，结果显示Bland-Altman 95% CI宽度相似，但R0－ERNA和R2－ERNA的平均LVEF分别为（9.51±7.68）%和（15.28±8.31）%，而R1－ERNA和R3－ERNA的平均LVEF接近0，说明R0和R2显著高估了LVEF，而R1和R3与ERNA所得LVEF差异较小。为进一步验证四种公式与ERNA所得LVEF的差异，通过ROC曲线分析并以ERNA计算的LVEF≥50%为正常值，计算四种公式的最佳阈值分别为56.5%、51.5%、64.5%、52.5%。

总之，ECToolbox软件四种公式与ERNA计算的LVEF具有较强的相关性，但四种公式与ERNA所得的LVEF存在不同程度的差异，在临床应用中应根据不同的公式选用合适的诊断阈值，且在同一例患者的随访过程中，应使用同一个公式计算值进行比较。

[1] 汪太松, 赵晋华, 邢岩. ECToolbox软件计算左心室射血分数的适用性. 中国医学影像技术, 2010, 26(2): 330-332.

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[3] Garcia EV, Santana CA, Faber TL, et al. Comparison of the diagnostic performance for detection of coronary artery disease (CAD) of their program (QPS) with that of the Emory Cardiac Toolbox (ECTb) for automated quantification of myocardial perfusion. J Nucl Cardiol, 2008, 15(3): 476-478.

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（责任编辑 张春辉）

Comparison of ECToolbox Formulae for the Assessment of Left Ventricular Ejection Fraction

PurposeTo evaluate the correlation and consistency of left ventricular ejection fraction (LVEF) obtained by ECG-gated myocardial perfusion SPECT (GMPS) using four formulae (R0-R3) of ECToolbox software and findings on equilibrium radionuclide angiography (ERNA), and to determine the optimal diagnostic thresholds by using the four formulae.Results The results calculated by the formulae (R0-R3) presented a significant positive correlation with that obtained by ERNA [mean LVEF value by ERNA (54.6±17.5)%, mean LVEF value by formulae R0-R3 (64.1±15.7)%, (56.3±15.1)%, (69.9±17.9)% and (56.7±13.6)%, respectively, r=0.899, 0.898, 0.890, 0.895; P＜0.01]. All mean LVEF values calculated by the four formulae were higher than that by ERNA, and the difference was significant (P＜0.05). LVEF≥50% obtained by ERNA was considered as normal diagnostic value, the optimal diagnostic thresholds of R0-R3 were 56.5%, 51.5%, 64.5% and 52.5%, respectively.Materials and MethodsA total of 38 patients with myocardial infarction and 65 patients with suspected coronary heart disease underwent both99Tcm-MIBI rest GMPS and99Tcm-RBC ERNA within a week. The LVEF values calculated by ECToolbox R0, R1, R2 and R3 were compared with those obtained by ERNA, and compared with ERNA results, the optimal diagnostic thresholds of the four formulae (R0-R3) were assessed by receiver operating characteristic (ROC) curves.ConclusionThe results calculated by R0, R1, R2 and R3 in the ECToolbox software and that by ERNA show significant correlation and difference for the assessment of LVEF. Thus it is advisable to stick to one formula in the follow-up of each patient and select correspondent threshold in the clinical diagnosis.

Gated blood-pool imaging; Tomography, emission-computed, singlephoton; Tomography, X-ray computed; Stroke volume; Cardiac output; Ventricular function, left; ECToolbox software

上海市第七人民医院核医学科 上海200137

夏 伟

Department of Nuclear Medicine, Shanghai Seventh People's Hospital, Shanghai 200137 China

Address Correspondence to: XIA Wei

E-mail: awingxia@163.com

R541；R445.5

2013-02-07

：2013-09-02

中国医学影像学杂志

2013年 第21卷 第11期：829-833

Chinese Journal of Medical Imaging

2013 Volume 21(11): 829-833

10.3969/j.issn.1005-5185.2013.11.009