三维全自动左心容积定量技术评价左心室容积及射血分数的可行性及影响因素

李 萌，金炫佚，马春燕，王永槐，李光源，孟平平，孔凡鑫，杨 军

(中国医科大学附属第一医院心血管超声科，辽宁 沈阳 110001)

实时三维超声心动图(real-time three-dimensional echocardiography, RT3DE)可准确测量左心室容积及射血分数，优于二维超声[1-3]，但其检查步骤繁琐、耗时较长且依赖于操作者经验，临床应用具有局限性[4-5]。三维全自动左心容积定量(Heart Model，以下简称为HM)技术是一种新兴的左心容积定量技术，可快速、简便、准确地定量左心容积[6-7]，其准确率也受多种因素的影响。本研究通过与RT3DE比较，评价HM技术测定左心室容积及射血分数的准确率和可行性，并探讨手动调整和图像质量对测值的影响。

1 资料与方法

1.1 一般资料 连续纳入2017年6月—12月于我院因高血压或体检接受RT3DE检查的80例患者，男45例，女35例，年龄29～54岁，平均(43.3±6.4)岁。排除标准：①非窦性心律；②先天性心脏病、左心室室壁瘤或其他心腔形状无法被识别者；③RT3DE声像图中左心室心肌17节段中3节段以上显示不清。

1.2 仪器与方法 采用Philips Epiq 7C型彩色多普勒超声诊断仪，探头X5-1，频率1～5 MHz，配备三维HM图像采集模式。检查时嘱患者左侧卧，连接心电图，获取清晰的心尖四腔心、心尖二腔心及左心室长轴切面图像后启动HM程序，嘱患者屏气，获取4个心动周期的动态图像，存储备分析。

1.3 图像分析

1.3.1 RT3DE图像分析 采用Qlab 10.4软件，选择3DQA插件，于心尖四腔心、心尖二腔心及左心室短轴切面上手动校正平面，分别在舒张末期和收缩末期标记5个参考点(4个位于二尖瓣环，1个位于心尖)，获得左心室舒张末期容积(left ventricular end-diastolic volume， LVEDV)、左心室收缩末期容积(left ventricular end-systolic volume, LVESV)和左心室射血分数(left ventricular ejection fraction, LVEF)，见图1A。

1.3.2 HM图像分析 采用Qlab 10.4软件，HM边界值设为舒张末期60%，收缩末期40%，HM插件自动识别左心室舒张末期和收缩末期，并获得LVEDV、LVESV和LVEF(图1B)。如HM自动确定的心内膜边界不符合实际边界时进行手动调整，用HME(Heart Model edited)表示。分别计算HM和HME与RT3DE测量的差值ΔHM-RT3DE和ΔHME-RT3DE。记录HM、HME和RT3DE完成测量所用时间。按照图像质量将患者分为2组，A组为图像质量较好组，即左心室心肌17个节段显示完整，并有12个以上节段心内膜面显示清晰；不符合以上条件者图像质量较差，为B组。

图1 左心室容积及LVEF测量示意图 A.RT3DE方法； B.HM方法

测量方法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：*：与RT3DE比较，P<0.05

表2 HM和HME与RT3DE测量差值的比较(±s)

表2 HM和HME与RT3DE测量差值的比较(±s)

指标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 不同图像质量组RT3DE、HM和HME测值比较(±s)

表3 不同图像质量组RT3DE、HM和HME测值比较(±s)

测量方法LVEDV(ml)LVESV(ml)LVEF(%)A组 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组 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：*：与HM比较，P<0.05

1.4 重复性检验 随机选取20例患者，由2名有5年心脏超声诊断经验的医师分别独立以HM方法测量LVEDV、LVESV和LVEF；其中1名医师间隔2周后以相同方法再次测量。

1.5 统计学分析 采用SPSS 21.0及GraphPad Prism 7.0统计分析软件。计量资料以±s表示。采用配伍组设计的方差分析比较HM、HME与RT3DE测值及所需时间，两两比较采用Tukey法；ΔHM-RT3DE与ΔHME-RT3D比较采用配对样本t检验。A组与B组间计量资料比较采用独立样本t检验，对性别构成比较采用χ2检验。相关性及一致性分析采用Pearson相关分析及Bland-Altman一致性检验。重复性检验采用组内相关系数(intraclass correlation coefficient， ICC)表示，ICC<0.4为重复性差，0.4～0.75为重复性好，>0.75为重复性很好。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 HM、HME和RT3DE测值比较 HM、HME、RT3DE测量LVEDV、LVESV和LVEF值总体差异均有统计学意义(P均<0.05)，HM测值均大于RT3DE(P均<0.05，表1)。HM与RT3DE测量的LVEDV、LVESV和LVEF均呈正相关(r=0.93、0.96、0.84，P均<0.001)。

因HM自动确定的心内膜边界不符合实际边界，对36例(36/80，45.00%)患者进行了手动调整边界。HME测量LVEDV和LVESV均大于RT3DE(P均<0.05)，而LVEF差异无统计学意义(P>0.05，表1)。手动调整后HME与RT3DE测量的LVEDV、LVESV、LVEF呈正相关(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 图像质量对HM测值的影响 A组54例，男、女各27例，年龄(42.7±6.0)岁，体表面积(1.76±0.19)m2；B组26例，男15例，女11例，年龄(44.5±7.0)岁，体表面积(1.78±0.13)m2。2组间性别(χ2=0.42，P=0.52)、年龄(t=-1.11，P=0.27)和体表面积(t=-0.42，P=0.68)差异均无统计学意义。

A组17例(17/54，31.48%)、B组19例(19/26，73.08%)需进行手动调整，A组HME与HM测量的LVEDV、LVESV和LVEF值差异无统计学意义(P均>0.05)，B组HME测量LVEDV值小于HM测量值(P<0.05)，见表3。除LVESV的ΔHME-RT3DE，A组其他指标ΔHME-RT3DE和ΔHM-RT3DE均小于B组(P均<0.05，表4)。

2.3 测量时间比较 HM测量需(26.61±2.82)s，HME需(72.44±15.37)s，RT3DE需(177.39±19.71)s，总体差异有统计学意义(F=10 765.77，P<0.01)；两两比较，HM和HME测量所需时间均小于RT3DE(P均<0.001)。

2.4 HM、HME与RT3DE的一致性分析 HM、HME与RT3DE各测量值的一致性均良好，仅有约5%的点位于95%一致性界限外，一致性界限在临床可接受范围内；HME与RT3DE的一致性界限均小于HM与RT3DE，提示HME与RT3DE的一致性界限较HM更好(图2)。

2.5 重复性检验 同一医师不同时间HM测值与HME测值差异均无统计学意义(P均>0.05)；以HM方法测量LVEDV、LVESV和LVEF的ICC均为1.00；以HME测量LVEDV、LVESV和LVEF的ICC分别为0.96、0.94、0.92。2名医师间以HM测值与HME测值差异均无统计学意义(P均>0.05)；以HM方法测量LVEDV、LVESV和LVEF的ICC均为1.00；以HME测量LVEDV、LVESV和LVEF的ICC分别为0.94、0.92和0.92。

3 讨论

评价左心室容积和射血分数是临床工作中常规而重要的组成部分，国内外均以心脏MRI(cardiac MRI，CMRI)为金标准[8]，但CMRI耗时长、费用昂贵，且不适用于体内有金属植入物者。RT3DE方法可克服CMRI的部分缺点，是目前临床推荐的测量左心室容积和射血分数的方法[9-11]；然而由于RT3DE手动输入较多，测量步骤繁琐且耗时长，并要求检查者经过专业训练，使其应用受限[4-5]。临床上需要一种可快速、准确评价左心室容积和射血分数的方法。

HM是近年来新发展的一种三维全自动左心容积定量技术，可根据患者心脏形状选择最匹配的模型，选择最适合的左心室和左心房心内膜边界，并可自动识别舒张末期和收缩末期，计算左心室和左心房容积；必要时检查者可对心内膜边界进行整体调整或局部调整，使软件勾画的边界与实际心内膜一致。该技术减少了三维方法心腔定量过程中的手动输入，使测量步骤更加简单，且不同检查者之间测量误差更小。研究[12-13]发现HM与RT3DE、CMRI均有较高的相关性，且HM测值比RT3DE更接近CMRI测值。

表4 不同图像质量组间ΔHME-RT3DE和ΔHM-RT3DE比较(±s)

表4 不同图像质量组间ΔHME-RT3DE和ΔHM-RT3DE比较(±s)

组别ΔHM-RT3DELVEDV(ml)LVESV(ml)LVEF(%)ΔHME-RT3DELVEDV(ml)LVESV(ml)LVEF(%)A组11.77±11.515.29±7.502.70±1.777.26±5.234.41±5.572.63±1.67B组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

图2 Bland-Altman一致性检验图 A～C.分别为HM测量LVEDV(A)、LVESV(B)、LVEF(C)与RT3DE一致性检验图； D～F.分别为HME测量LVEDV(D)、LVESV(E)、LVEF(F)与RT3DE一致性检验图

本研究结果显示除LVESV，HM、HME与RT3DE测量的LVEDV、LVESV和LVEF值均具有较好的相关性和一致性，且耗时较短，提示HM可快速、准确测量左心室容积和射血分数。然而软件自动识别心内膜边界存在偏差，对部分患者、尤其图像质量较差者需要手动调整心内膜边界。既往研究[6,14]多直接排除图像质量差者，少见关于图像质量及手动调整对HM测值影响的研究[12]。本研究中，36例(36/80，45.00%)患者心内膜边界吻合欠佳，需手动调整；调整后HM与RT3DE测值的差值减小，且测量时间仍显著短于RT3DE，表明必要时适当的手动调整可以提高HM准确率。

本研究结果显示,除LVESV,图像质量较好者ΔHME-RT3DE和ΔHM-RT3DE均小于图像质量较差者(P均<0.05)，图像质量较好者的HM准确率较高，提示图像质量对HM测值有一定影响。此外，虽然图像质量较好者中31.48%(17/54)接受了手动调整，但调整前后的测值差异无统计学意义；进一步分析发现，对于图像质量好的患者，无论是否手动调整，HM测量LVEF与RT3DE差值均较小(2.70%±1.77% vs 2.63%±1.67%)；而对于图像质量较差的患者，手动调整前后LVEF与RT3DE测量的差值变化较大(8.03%±3.72% vs 5.45%±2.32%)，表明调整后更接近临床可接受的误差范围，提示为测量LVEF，对图像质量较好者可应用HM自动测定，无需手动调整，而对图像质量较差者则需通过手动调整来提高测量准确性。

本研究还发现HM测量的左心室容积和LVEF均大于RT3DE，提示现有的RT3DE正常值范围可能并不适用于HM技术，需进行多中心大样本研究，以确定HM的正常值范围。

本研究局限性在于仅纳入窦性心律的患者，结果可能不适用于非窦性心律的患者；缺乏CMRI对照；样本量较小，有待扩大样本量进一步研究。

综上所述，HM是一种可快速、准确自动评价左心室容积及射血分数的方法，具有很好的重复性与可行性；图像质量对该方法的测量准确性有一定影响，手动调整以确定精确的心内膜边界可提高HM准确性。