全身成像三维量化法定量评估不同程度主动脉瓣反流的价值分析

张冰，王涵，赵莹，李鸣瑶，牛丽莉，吴伟春，朱振辉，王浩

主动脉瓣反流（AR）是常见的心脏瓣膜疾病，严重的AR 会导致患者左心腔进行性增大，最终引发心力衰竭[1]。为了选择合适的治疗策略，需要对AR 严重程度进行准确评估[2]。然而，目前指南推荐的二维超声半定量及定量方法仍有很多的局限性[3]。已有研究显示以MRI 测量的AR 容积（ARVol）为参照，使用实时三维超声心动图（RT3DE）测量AR 有效反流口面积（EROA）与AR 速度时间积分（VTI）相乘获得的ARVol 有良好的准确性，且优于常规二维超声心动图方法[4]。近年来，超声探头和图像后处理技术的发展，使得三维超声心动图技术更加成熟，为主动脉瓣疾病的准确评估提供了更为先进的方法[5]，全身成像三维量化（GI3DQ）法可以直接测量瓣膜反流束体积，而不需要几何假设，已被证实在定量评估二尖瓣反流方面表现良好[6]。前期有研究表明，GI3DQ 法测量的ARVol 与MRI 测量结果之间有良好的相关性和一致性[7]，但未根据AR 严重程度进一步分组讨论。因此，本研究以RT3DE法计算的ARVol 为参照标准，探讨在不同程度AR患者中GI3DQ 法测量ARVol 的可行性和准确性，明确GI3DQ 法在定量评估不同程度AR 中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 研究对象

由于轻度AR 不引起左心室重构且临床预后好，缺乏临床意义，故本研究纳入2020 年11 月至2021 年4 月于我院超声科接受经胸二维超声心动图检查初步诊断为轻度以上AR 的患者共119 例，其中男性89 例，女性30 例，平均年龄（50.4±12.3）岁。排除先天性心脏病、主动脉瓣狭窄、心房颤动、频发心律失常、心率超过100 次/min 的心动过速、不能配合屏气检查及超声心动图图像质量差的患者。根据2017 年美国超声心动图学会关于无创评估瓣膜反流的指南，AR 严重程度按照ARVol进行分级可分为：轻度：ARVol＜30 ml，轻中度：ARVol 30～44 ml，中重度：ARVol 45～59 ml，重度：ARVol ≥60 ml[3]。以RT3DE 法测量的ARVol 为参照将受试者分为3 组：轻中度反流组35 例，中重度反流组41 例，重度反流组43 例。研究经本单位伦理委员会审查通过（伦理批准文号：2020-1278）并获得受试者知情同意。

1.2 仪器与方法

使用美国Philips EPIQ 7C 超声心动图诊断仪，二维图像采集使用S5-1 探头；三维图像采集使用X5-1 探头；三维图像后处理分析应用QLAB 13.0 工作站的GI3DQ 插件。

检查方法：受试者取左侧卧位，平静呼吸，同步连接心电图，使用S5-1 探头进行心脏瓣膜病相关完整经胸二维超声心动图检查[8]，通过调整远近场增益、聚焦位置、滤波等将图像调整至显示最佳，规范测量左心室舒张末期前后径、左心室射血分数等常规超声参数[9]。二维图像采集结束之后，将探头切换为X5-1，在心尖五腔心或三腔心切面清晰显示AR 二维彩色多普勒超声心动图血流图像时，嘱患者在呼气末屏气，点击“full volume”，采集由4 个心动周期拼接成的AR 全容积三维彩色多普勒超声心动图图像，调整尼奎斯特速度为50～70 cm/s，彩色增益调整为刚好在无运动区消除随机彩色斑点，彩色帧频需保证≥10 帧/s。所有全容积三维彩色多普勒超声心动图图像以DICOM 格式存储，以便脱机量化分析。

图像后处理分析：（1）GI3DQ 法测量ARVol：进入QLAB 13.0 工作站，选择需要分析的AR 全容积三维彩色多普勒超声心动图图像，进入GI3DQ 插件，并将默认切片数设置为最大值15 个，选择叠式轮廓法，在避开二尖瓣前向血流的AR 反流束最大时相，连接反流束起点和终点，软件自动将反流束切割为15 组等厚切片，在每层切片平面手动勾画反流束彩色多普勒信号轮廓，15 个切面勾画完成之后，软件自动计算出反流束体积，即ARVol，并对AR 反流束进行三维立体重建，见图1。（2）RT3DE 法测量ARVol：选择需要分析的AR 全容积三维彩色多普勒超声心动图图像；在反流束最大帧，调整矢状切面和冠状切面，使其平行经过反流束；然后调整横切面，使其垂直于反流束方向，自心尖向心底移动横切面，直至显示反流束最小横截面，手动勾画彩色多普勒信号轮廓测量其面积，即AR EROA[4]，见图2。该方法测量的ARVol=EROA×AR VTI。

图1 全身成像三维量化法直接测量主动脉瓣反流束体积并对其进行三维立体重建

图2 实时三维超声心动图法测量主动脉瓣反流有效反流口面积

观察者自身和观察者间可重复性分析：随机选取20 例患者评估观察者自身和观察者间使用GI3DQ法测量ARVol 的可重复性。为检验观察者自身的可重复性，于初次测量1 个月后由同一观察者（第一个观察者）使用GI3DQ 法再次测量ARVol。检验观察者间的可重复性由第二个观察者独立评估，该观察者与第一个观察者采用相同的全容积三维彩色多普勒数据集，使用GI3DQ 法测量ARVol。

1.3 统计学方法

应用SPSS 26.0 及MedCalc 18.2.1 软件进行统计学分析，符合正态分布定量资料采用均数±标准差表示，符合偏态分布定量资料采用中位数（P25，P75）表示，定性资料以绝对值或百分数表示。正态分布的定量资料多组比较采用方差分析，偏态分布的定量资料多组比较采用Kruskal-Wallis H 检验，定性资料多组比较采用卡方检验，定量资料及定性资料组间两两比较均采用Bonferroni 法。不同方法在不同组内测量结果差异评价采用Wilcoxon 符号秩和检验，相关性评价采用Spearman 相关性分析，一致性评价采用Bland-Altman 一致性分析。GI3DQ 对AR 严重程度分级的准确性采用一致率评价。采用组内相关系数（ICC）评价观察者自身及观察者间使用GI3DQ 法测量ARVol 的可重复性。以P＜0.05 为差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 不同程度AR 患者基本资料及超声心动图指标比较（表1）

表1 不同程度主动脉瓣反流患者基本资料及超声心动图指标比较（）

表1 不同程度主动脉瓣反流患者基本资料及超声心动图指标比较（）

注：ARVol：主动脉瓣反流容积；GI3DQ：全身成像三维量化；RT3DE：实时三维超声心动图。1 mmHg=0.133 kPa。△：用中位数（P25，P75）表示。与同组RT3DE 法测量的ARVol 比较*P＜0.05；与轻中度反流组比较▲P＜0.05；与中重度反流组比较#P＜0.05

项目 轻中度反流组 (n=35) 中重度反流组 (n=41) 重度反流组 (n=43)P 值年龄 (岁)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体重指数 (kg/m2)25.6±3.5 24.3±3.0 25.3±3.4 0.175体表面积 (m2)1.8±0.2 1.8±0.3 1.9±0.2 0.237收缩压 (mmHg)131.1±18.7 137.8±19.1 136.5±18.3 0.271舒张压 (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左心室舒张末期内径 (mm)52.8±4.2 58.9±4.7▲ 66.6±6.3▲# 0.000左心室舒张末期容积 (ml)121.4±30.9 155.7±29.3▲ 221.8±65.6▲# 0.000左心室射血分数 (%)64.1±3.9 62.1±5.8 59.2±7.4▲ 0.001 GI3DQ 法测量的ARVol (ml)△ 31.4 (21.3，39.4)* 53.3 (47.5，58.0)▲ 75.5 (65.8，91.5)▲# 0.000 RT3DE 法测量的ARVol (ml)39.0±3.1 53.4±3.4▲ 74.6 (68.6，86.6)△▲# 0.000

入选的119 例患者中包括主动脉瓣退行性变42例、风湿性瓣膜病2 例、主动脉根部扩张15 例、主动脉瓣脱垂27 例、二叶式主动脉瓣30 例、四叶式主动脉瓣3 例。重度反流组男性所占比例显著高于轻中度反流组；重度及中重度反流组中心性反流占比均显著低于轻中度反流组；重度反流组舒张压显著低于轻中度及中重度反流组；重度反流组左心室舒张末期内径、容积、GI3DQ 法及RT3DE 法测量的ARVol 均显著高于轻中度及中重度反流组，中重度反流组也均显著高于轻中度反流组；重度反流组左心室射血分数显著低于轻中度反流组；轻中度反流组GI3DQ 法测量的ARVol 显著低于同组RT3DE法测量的ARVol（P均＜0.05）。其他指标三组间差异均无统计学意义（P均＞0.05）。

2.2 GI3DQ 法与RT3DE 法测量的ARVol 之间Spearman 相关性和Bland-Altman 一致性分析

GI3DQ 及RT3DE 法在所有纳入患者中均可行，三维彩色多普勒图像帧频为17～34 帧/s。

轻中度反流组：GI3DQ 法和RT3DE 法测量的ARVol 之间呈正相关（r=0.39，P=0.0223）；Bland-Altman 一致性分析：GI3DQ 法 较RT3DE 法测量的ARVol 平均低估8.62 ml，95%一致性界限：-27.74～10.50 ml，差异有统计学意义（P＜0.01），见图3A、3B。GI3DQ 法对14 例患者做出了错误分级，低估反流程度为轻度反流，两种方法分级结果一致率仅为60.0%。

中重度反流组：GI3DQ 法和RT3DE 法测量的ARVol 之间呈正相关（r=0.79，P＜0.0001）；Bland-Altman 一致性分析：GI3DQ 法 较RT3DE 法测量的ARVol 平均低估1.75 ml，95%一致性界限：-12.82～9.33 ml，差异无统计学意义（P=0.055），见图3C、3D。GI3DQ 法对6 例患者做出了错误分级，低估反流程度为轻中度反流，两种方法分级结果一致率为85.4%。

重度反流组：GI3DQ 法和RT3DE 法测量的ARVol 之间呈正相关（r=0.87，P＜0.0001）；Bland-Altman 一致性分析：GI3DQ 法 较RT3DE 法测量的ARVol 平均低估1.33 ml，95% 一致性界限：-17.08～14.43 ml，差异无统计学意义（P=0.286），见图3E、3F。GI3DQ 法仅对2 例患者做出了错误分级，低估反流程度为轻中度反流，两种方法分级结果一致率为95.3%。

图3 GI3DQ 法与RT3DE 法测量的ARVol 之间Spearman 相关性散点图和Bland-Altman 一致性分析散点图

2.3 GI3DQ 法与RT3DE 法对AR 患者严重程度分级的一致率评价

在轻中度、中重度及重度反流组，GI3DQ 法和RT3DE 法分级的一致率分别为60.0%、85.4%和95.3%，中重度及重度反流组显著优于轻中度反流组（P均＜0.05），中重度和重度反流组之间差异无统计学意义（P＞0.05）。

2.4 观察者自身和观察者间可重复性

不同时段同一观察者和不同观察者使用GI3DQ法测量ARVol 的一致性均良好：组内相关系数分别为0.92、0.91（P均＜0.05）。

3 讨论

本研究团队前期探讨了GI3DQ 法在定量评估二尖瓣反流严重程度中的应用价值[10-11]，取得一定研究成果，在此基础上，本次研究对GI3DQ 法在测量ARVol 中的可行性和准确性进行了探讨。据我们所知，本研究是第一个以RT3DE 法为参照方法，探讨GI3DQ 法在定量评估不同程度AR 患者中应用价值的研究。本研究的主要发现有以下几点：（1）对于轻度以上AR 患者，使用GI3DQ 法直接测量ARVol是可行且可重复的；（2）对于中重度及重度AR 患者，GI3DQ 法所测量的ARVol 与参照方法RT3DE 法测量结果之间有良好的相关性和一致性；（3）对于轻中度AR 患者，GI3DQ 法测量的ARVol 与RT3DE 测量结果之间相关性较弱且GI3DQ 法出现了明显低估；（4）GI3DQ 法能够对轻中度以上AR 患者严重程度进行相对准确的分级，尤其是重度AR。

本研究结果发现GI3DQ 法虽然对轻中度AR 患者的ARVol 出现了明显低估，但对于中重度及重度AR 患者测量的ARVol 与参照方法有良好的相关性和一致性。这表明尽管GI3DQ 法测量的并非真正的ARVol，而是AR 最大反流束体积，GI3DQ 法对于定量评估中重度及重度AR 仍有良好的准确性，对于临床有很好的实用价值，可以应用到初步诊断为轻中度以上AR 患者的准确定量和分级中。与朱延波等[12]发现以近端等速表面（PISA）法为参照，GI3DQ法会低估偏心性反流ARVol 的研究结果有所不同，本研究中，中重度及重度AR 虽然以偏心性反流为主，但并未出现明显低估，原因可能是随着实时三维超声心动图技术的发展，现阶段超声仪器可获得较前更大角度的三维数据库成角[12]，从而完整包括整个反流束，避免了因反流束包括不完全导致的低估；其次，三维彩色多普勒超声的帧频较以往也有所提高[13]，较高的帧频能够更好的显示主动脉瓣反流束，也更有可能捕捉到反流束最大帧，避免了较低帧频无法捕捉反流束最大帧而导致的低估。此外，左心室容积比左心房容积要大，更有利于偏心性反流束的展开，这可能部分解释了既往研究发现GI3DQ 一定程度低估偏心性二尖瓣反流程度[10]，但本研究未出现对以偏心性反流为主的中重度及重度AR 明显低估的情况。

此外，本研究GI3DQ 法明显低估了轻中度AR反流容积的原因可能包括：首先，本研究采用的参照方法与唐海霞等[7]研究所采用的MRI 不同，虽然既往研究显示RT3DE 法测量的ARVol 与MRI 测量结果相比有较好的相关性和一致性，且较传统二维超声心动图方法更为准确，但其并非定量评估AR的金标准，且有研究发现RT3DE 法较心脏MRI 一定程度高估ARVol，原因可能是低脉冲重复频率的RT3DE 无法分离出AR 反流颈的高速核心，在测量EROA 时将高速核心周围夹带的低速血流也进行了描记，因此高估了EROA[14]，而这种高估可能对程度较轻的AR 影响更甚，从而导致了本次与RT3DE法测量的ARVol 相比，GI3DQ 法在轻中度反流组测量的ARVol 出现明显低估的研究结果；这也能解释唐海霞等[7]GI3DQ 法测量的ARVol 与MRI 测量结果相关性和一致性均较好的研究结论，但仍需要相关研究进一步证实。其次，由于GI3DQ 法原理是测量AR 反流束体积，因此无论在中心性反流还是偏心性反流均需避开二尖瓣前向血流对AR 反流束进行描记，以避免将二尖瓣前向血流同时描记而出现对ARVol 高估，笔者推测GI3DQ 法明显低估轻中度反流的原因可能包括为避开二尖瓣前向血流，测量帧并非AR 反流束最大帧，但此假设仍需进一步研究验证。

本研究有一定局限性：首先这项研究可能无法推广到所有AR 患者，因为我们选择了声窗好的患者，且本研究所采用的GI3DQ 法同PISA 法一样不适用于多束反流患者的定量评估；其次，参照方法RT3DE 法本身存在局限性，并非定量评估AR 严重程度的金标准；第三，本研究未能明确GI3DQ 法低估轻中度ARVol 的具体原因，需要进一步的研究探讨其机制；第四，本研究与既往其他相关研究所采用的参照方法不同，研究结果不具备可比性，未来需要采用相同参照方法的多中心研究对GI3DQ 法定量评估AR 程度的应用价值进行进一步探讨。

综上所述，对于轻中度AR 患者，GI3DQ 法测量的ARVol 出现了明显低估，但在中重度及重度AR 患者中，GI3DQ 法与RT3DE 法测量的ARVol 之间有良好的相关性和一致性。因此，GI3DQ 法在对初步诊断为轻中度以上的AR 患者进行准确定量评估和分级方面有着重要的应用价值。

利益冲突：所有作者均声明不存在利益冲突