自动心肌运动定量与三维定量分析技术在评估左室收缩功能中的对比研究

2020-04-01王国萍张建平

中国医学装备 2020年3期

于波左杰张成王国萍张建平*

心脏是人体重要的器官之一，早期发现心功能异常，对心脏疾病的治疗和预后判断具有重要意义[1]。左心室收缩及舒张功能是临床常用评估左心功能的指标，评估方法主要包括超声心动图、心脏磁共振成像(cardiac magnetic resonance imaging，CMRI)、双源CT、彩色多普勒技术等。超声心动图因具备操作方便、无创伤性、无辐射性、费用低等优点，是临床常用检测左心室收缩功能不全(left ventricular systolic dysfunction，LVSD)的方法[2]。超声心动图主要是通过组织斑点追踪技术和多普勒成像技术来评估心肌功能，其中多普勒成像技术主要是通过测量局部室壁的运动速度，但其角度依赖性对心肌节段收缩功能的整体评估具有一定的局限性[3]。有研究显示，斑点追踪技术则主要是通过识别心肌回声斑点追踪心肌运动轨迹，其不依赖多普勒原理，无角度依赖性，全方面评价心肌阶段的应变，反映左室的扭转及解旋运动[4]。自动心肌运动定量(automated cardiac motion quantitation，aCMQ)技术是在斑点追踪成像(speckle tracking imaging，STI)基础上发展起来的一种可对整体心肌进行自动定量评测分析的二维应变技术。通过追踪心肌运动情况分析左心室功能则采用三维定量分析(three-dimensional quantitative analysis，3DQA)技术，可较准确的评价局部心肌收缩情况及左心室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)[5]。本研究采用aCMQ和3DQA分析技术分别对接受超声心动图检查患者的左心功能相关指标进行分析，旨在探讨两种技术评估左室收缩功能的相关性。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2017年1月至2018年10在天津医科大学中新生态城医院接受超声心动图检查的266例患者，经3DQA技术检测，将LVEF＜50%的患者纳入观察组(108例)，LVEF≥50%的患者纳入对照组(158例)。观察组中男性81例，女性27例；年龄25～85岁，平均年龄(57.6±13.4)岁；平均体质量指数(body mass index，BMI)为(22.9±3.6)kg/m2。对照组中男性117例，女性41例；年龄15～88岁，平均年龄(55.2±15.9)岁；BMI为(22.7±3.4)kg/m2。两组一般资料相比无差异，具有可比性。

1.2 纳入与排除标准

(1)纳入标准：①无冠状动脉支架、起搏器植入；②对aCMQ和3DQA技术检查无禁忌症者；③患者及家属知情并签署同意书者。

(2)排除标准：①图像质量不清晰，且不符合定量分析要求者；②合并严重肝肾功能疾病者；③合并慢性呼吸系统疾病者；④肥胖患者不能自主体位者；⑤持续性房颤者。

1.3 仪器设备

采用ERIQ 7C型多普勒超声诊断仪(荷兰Philips公司)，容积探头为X5-1，频率1.0～5.0 MHz，深度约为15～17 cm，容积帧频≥29 Hz，配备Qlab10.0版本的脱机图像分析软件。

1.4 检测方法及评价指标

1.4.1 aCMQ技术的测量方法

患者左侧卧位或平卧位，连接心电图，使用X5-1探头置于心尖部，包括整个左室在图像范围内，分别采集4个心动周期的心尖四腔观(AP4)、心尖三腔观(AP3)以及心尖二腔观(AP2)动态图像进行储存，并进行脱机分析，启动aCMQ分析软件，在上述3个切面上自动勾画出左心室心内膜及心外膜轮廓，调整使其与心内膜及心外膜边界重合，计算两腔心纵向应变(AP2LS)、(AP3LS)、(AP4LS)及左心室整体纵向应变(left ventricle global longitudinal strain，LVGLS)；同时计算两组患者左心室舒张末容积(left ventricular end-diastolic volume，LVEDV)、左心室收缩末容积(left atrial end-systolic volume，LAESV)及LVEF。

1.4.2 3DQA技术的测量方法

同医师同时间段采集4个心动周期左室三维全容积图像，Qlab10.0版本的软件对储存的图像进行脱机分析。采用3D分析软件，勾画并调整左心室内膜和心外膜的轮廓，使其与心内膜和心外膜的界限一致，对观察组及对照组患者的LVEDV、LAESV及LVEF指标进行计算。

1.4.3 重复检测

从两组患者中采用随机数字表法抽取10例，由另一名医生采用两种技术重新分别测量两组患者LVEF，7 d后对储存的图像由原医师再次进行分析，重新检验所测得LVEF和LVGLS指标。

1.5 统计学方法

对本研究数据均采用SPSS19.0软件包进行统计学分析，计量资料的数值符合正态分布且方差齐，采用独立样本t检验，数据以均值±标准差()表示；计数资料以[例(%)]表示，采用x2检验；各指标间相关性采用Pearson相关分析。以P＜0.05为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 两组间各项心功能测量值比较

(1)经aCMQ技术测量后，观察组LVEF、LVEDV和LVESV水平明显低于对照组，其差异有统计学意义(t=31.059，t=13.383，t=19.077；P＜0.05)，3DQA见表1。

(2)观察组AP2LS、AP3LS、AP4LS及LVGLS绝对值均明显低于对照组，其差异具有统计学意义(t=21.136，t=17.853，t=21.929，t=16.670；P＜0.05)，见表2。

2.2 对照组aCMQ和3DQA技术测得LVEF值比较

在对照组中，aCMQ和3DQA技术分别测量的LVEDV、LAESV及LVEF呈显著正相关(r=0.73，r=0.66，r=0.61；P＜0.01)，见表3。

表3 对照组超声心动图检查患者不同技术所测LVEF值的相关性(r值)

2.3 观察组aCMQ和3DQA技术测得LVEF值比较

在观察组中，aCMQ和3DQA技术分别测量的LVEDV、LAESV及LVEF呈显著正相关(r=0.98，r=0.94，r=0.91；P＜0.05)；aCMQ测量的LVGLS与3DQA检测的LVEF呈显著负相关(r=-0.815，P＜0.05)，见表4。

表4 观察组超声心动图检查患者不同技术所测LVEF值的相关性(r值)

2.4 重复性检验结果

同一观察者采用3DQA前后检测LVEF的变异系数为2.81%，不同观察者间的变异系数为3.98%。同一观察者采用aCMQ前后检测LVEF的变异系数为5.28%，不同观察者间的变异系数为4.84%。同一观察者采用aCMQ前后检测LVGLS的变异系数为3.89%，不同观察者间的变异系数为5.97%。两种方法在不同观察者组间及同一观察者前后2次重复性检验结果见图1。

3 讨论

左右心室的功能障碍程度是影响心脏疾病治疗及预后的重要因素，心室各功能指标与心血管相关疾病的诊疗和预后密切相关[6-7]。目前临床常用的评估左心室收缩功能的指标为LVEF，是由每博输出量占心室舒张末期容积量的百分比计算而来(射血分数=(心室舒张末容积-心室收缩末容积)×100/心室舒张末容积)，正常为50%～70%。临床常采用超声心动图及CMRI等方法对LVEF进行评估，其他检查或为有创伤性、辐射性而在临床应用具有一定局限性[8-9]。而CMRI因成像耗时较长、费用较高、金属植入等弊端，无法成为常规心功能检查的方法。超声心动图因具备操作方便、无创伤性、无辐射性、费用低等优点，易被医师及患者所接受，其对左心功能的评价在临床应用中具有重要价值[10]。

表1 两组超声心动图检查患者间左心室功能参数比较()

注：表中3DQA为三维定量分析；aCMQ为自动心肌运动定量；LVEF为左心室射血分数；LVEDV为左心室舒张末容积；LVESV为左心室收缩末容积

表2 两组超声心动图检查患者间左室二腔心、四腔心、三腔心及整体纵向应变比较()

注：表中AP2LS为心尖二腔观纵向应变；AP4LS为心尖四腔观纵向应变；AP3LS为心尖三腔观纵向应变；LVGLS为整体纵向应变

图1 两种方法在不同观察者组间及同一观察者前后2次重复性检验结果散点图

心肌应变指的是在一个心动周期中，心肌在张力作用下发生极小变形的能力和程度，生物力学角度看，心肌应变和应变率可体现心肌活动长度及速度三者的关系，可较直观的反应整体心肌收缩功能[11]。aCMQ是在STI基础上发展而来的可分析整体心肌及局部力学的运动状态，其可通过自动运算感兴趣区域(region of interest，ROI)对整体的心肌情况进行评测，相关因素可能是采用斑点追踪技术在二维超声图像的室壁选取一定的ROI，分析软件能够识别二维超声图像中不同心肌组织像素的位移，并能自动绘制内膜和外膜轮廓，在操作过程中必要时还可手动调整勾画线，使其与心内、外膜更好的重合。最后软件还可自动分析ROI内各阶段心肌的应变值，进一步分析心肌收缩及舒张功能[12-13]。因此aCMQ技术在评测心肌运动方面与传统测量左室收缩功能技术相比结果准确、敏感，可重复性较高，更具有优势。

3DQA技术是由三维超声心动图及二维斑点追踪技术发展而来，国内外均有研究报道[14]。三维超声心动图(RT-3DE)测量左心室容积及心功能，可有效规避稳定性差、易出现斜切等缺陷，理论上具备较高的准确性及有效性，且与心脏MRI具有良好的相关性。故3DQA技术可在评价心功能时作为超声心动图领域的金标准[15]。aCMQ测量的LVEF值与3DQA测量的结果相关性最高，评价左心收缩功能具有较高的敏感性。本研究结果显示，LVGLS均为负值，且随着左心收缩功能的降低其绝对值逐渐降低，这提示左室收缩功能与3DQA测量的LVEF值高度相关。Sun等[16]报道，与常规超声心动图参数比较，LVGLS在分析左心功能亚临床状态更具有重要应用价值，提示aCMQ技术计算出的LVEF和LVGLS可为临床分析左室心肌运动情况提高参考价值。