周燕翔 熊 葉 宋彎彎 楊遠(yuǎn)婷 易仁鳳 曹 省 郭瑞強(qiáng) 周 青

左室容積和射血分?jǐn)?shù)是診斷心臟疾病和評估其預(yù)后的主要參數(shù)，臨床醫(yī)師基于這些參數(shù)進(jìn)行個體化醫(yī)療決策及療效評估。目前常用來評價左室結(jié)構(gòu)及功能的方法有超聲心動圖、心臟MRI 及左室造影術(shù)，相較其他兩種方法，超聲心動圖具有操作簡便、價優(yōu)、省時、無輻射及可床邊監(jiān)測等優(yōu)點(diǎn)，但其測值的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性備受臨床醫(yī)師爭議。超聲心動圖評價左室結(jié)構(gòu)及功能主要通過M型、二維超聲心動圖（twodimensional echocardiography，2DE）及三維超聲心動圖（three-dimensional echocardiography，3DE）三種成像方式。清楚顯示心內(nèi)膜是決定測值準(zhǔn)確性的關(guān)鍵，尤其對于2DE雙平面Simpson法及3DE法，2018年美國超聲心動圖協(xié)會更新的指南［1］中明確了超聲增強(qiáng)劑在清楚顯示心內(nèi)膜，以及測量左室容積和射血分?jǐn)?shù)方面的價值。本實驗以解剖標(biāo)本測值為標(biāo)準(zhǔn)，探討經(jīng)胸超聲心動圖不同方法評估犬左室結(jié)構(gòu)及功能的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性。

材料與方法

一、實驗動物

健康雄性比格犬12只，由武漢大學(xué)人民醫(yī)院動物實驗中心提供［許可證號:SYXK（鄂）2015-0027］，體質(zhì)量7.5～10.0 kg，平均（8.63±0.74）kg。本實驗操作均經(jīng)我院動物倫理委員會審核批準(zhǔn)。

二、主要儀器及試劑

使用GE Vivid E 9 XD Clear 彩色多普勒超聲診斷儀，M5S探頭，頻率1.7～3.3 MHz，幀頻60～80幀/s；4V探頭，頻率1.5～4.3 MHz，幀頻25～40幀/s。GE Echo Pac超聲工作站進(jìn)行圖像后處理分析，配有4D LV Volume TomTec 分析軟件，可對三維全容積圖像進(jìn)行定量分析。超聲增強(qiáng)劑使用聲諾維（意大利Bracco公司）。

三、圖像采集與分析

以3%戊巴比妥鈉（30 mg/kg）對動物進(jìn)行靜脈麻醉，建立靜脈通道，備皮，同步連接心電圖，待各項指標(biāo)穩(wěn)定后開始采集圖像，所有圖像存于硬盤內(nèi)，供后續(xù)分析。

1.非增強(qiáng)模式下采集圖像:采用M5S 二維探頭獲取胸骨旁左室長軸切面腱索水平M 型圖像，獲取以左心為主的心尖四腔、三腔、兩腔切面的連續(xù)動態(tài)圖像，每個切面至少包含5 個完整心動周期的清晰二維圖像。隨后換用4V 探頭在心尖四腔切面基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)入3D模式，在單心動周期模式下，采集以左心為主連續(xù)5個心動周期的三維全容積圖像。

2.增強(qiáng)模式下采集圖像:進(jìn)入LVO模式，優(yōu)化圖像參數(shù)，將聲諾維稀釋液2 ml（1瓶中加入5 ml生理鹽水）經(jīng)靜脈緩慢勻速推注（1 ml/min），隨后注射5 ml生理鹽水沖管。當(dāng)左室顯像滿意且無聲衰減時應(yīng)用M5S二維探頭采集的連續(xù)動態(tài)圖像，包括顯示以左心為主的心尖四腔、三腔、兩腔切面，每個切面至少包含5 個完整心動周期的清晰造影圖像；隨后換用4V探頭在心尖四腔切面基礎(chǔ)上轉(zhuǎn)入3D 模式，進(jìn)入LVO 模式，調(diào)節(jié)圖像質(zhì)量，在單心動周期模式下，采集以左心為主連續(xù)5個心動周期的三維全容積圖像。根據(jù)圖像采集情況，適當(dāng)增加推注速度或繼續(xù)追加聲諾維稀釋液2 ml。

3.圖像分析:將所有圖像導(dǎo)入GE Echo Pac超聲工作站進(jìn)行分析。①心內(nèi)膜顯示效果分析:將2DE 心尖四腔、三腔、兩腔切面上的左室心內(nèi)膜面均劃分為6個節(jié)段，共18 個節(jié)段，分別為后室間隔基底段、中間段、心尖段，側(cè)壁基底段、中間段、心尖段；前室間隔基底段、中間段、心尖段，后壁基底段、中間段、心尖段；前壁基底段、中間段、心尖段，下壁基底段、中間段、心尖段。對于三維全容積圖像，在4D Views 模式下移動圖像中的三根中線以切割出標(biāo)準(zhǔn)心尖四腔、三腔、兩腔切面，然后再應(yīng)用上述方法對心內(nèi)膜面進(jìn)行節(jié)段劃分。由同一經(jīng)驗豐富的超聲醫(yī)師分別在2DE 非增強(qiáng)及增強(qiáng)模式、3DE 非增強(qiáng)及增強(qiáng)模式下判斷各個切面心內(nèi)膜顯示的節(jié)段數(shù)。②指標(biāo)測量:分別在2DE 心尖四腔切面非增強(qiáng)及增強(qiáng)模式下測量左室舒張末期長徑（left ventricular end diastolic longitudinal diameter，LVLD）；采用M型Teichholz公式、非增強(qiáng)及增強(qiáng)模式下雙平面Simpson 法測量左室舒張末期容積（left ventricular end diastolic volume，LVEDV）、左室收縮末期容積（left ventricular end systolic volume，LVESV）、左室射血分?jǐn)?shù)（left ventricular ejection fraction，LVEF）。采用TomTec 軟件對獲取的左室三維全容積圖像進(jìn)行后處理分析，勾畫出左室舒張末期與收縮末期內(nèi)膜線，儀器自動計算3DE 非增強(qiáng)及增強(qiáng)模式下LVEDV、LVESV、LVEF。

4.實驗犬心臟標(biāo)本取材:①氣管插管，呼吸機(jī)正壓通氣；②左側(cè)第5 肋間開胸，心包切開懸吊；③經(jīng)靜脈快速注入10%KCl，使心臟停搏于舒張期，遠(yuǎn)端夾閉動靜脈后，取出心臟，并用生理鹽水沖洗心臟；④剪去左、右心房，為防止心肌回彈、變形，向左、右室內(nèi)充填小塊紗布，使心臟維持基本形態(tài)、大小，浸泡于福爾馬林12 h 后取出；⑤沖洗心臟，取出心腔內(nèi)紗布，結(jié)扎肺動脈瓣口，然后從二尖瓣口注水達(dá)瓣口水平，所注水量為LVEDV 實際值，定義為解剖標(biāo)本容積測值；用游標(biāo)卡尺測量左室心尖至二尖瓣環(huán)中心點(diǎn)的距離，所測值為LVLD實際值，定義為解剖標(biāo)本長徑測值。

四、統(tǒng)計學(xué)處理

應(yīng)用SPSS 21.0及Med Calc 15.0統(tǒng)計軟件，計量資料以±s表示，不同檢查方法間測值比較采用單因素方差分析；計數(shù)資料以構(gòu)成比表示，不同檢查方法間測值比較行χ2檢驗。相關(guān)性分析采用Pearson 線性相關(guān)分析法。重復(fù)性分析采用變異系數(shù)。P<0.05 為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

結(jié) 果

一、心內(nèi)膜顯示效果分析

納入12只比格犬，評估心尖四腔、三腔、兩腔切面各72 個左室壁節(jié)段，共計216 個左室壁節(jié)段的心內(nèi)膜顯示情況。2DE及3DE增強(qiáng)模式對心尖各切面及整體左室壁節(jié)段心內(nèi)膜的顯示率均高于非增強(qiáng)模式，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P<0.05）。心尖四腔、兩腔切面及整體左室壁節(jié)段心內(nèi)膜的顯像效果優(yōu)劣順序依次為2DE增強(qiáng)模式、3DE增強(qiáng)模式、2DE非增強(qiáng)模式、3DE非增強(qiáng)模式，前三者間比較差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P<0.05），后兩者間比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義；2DE 增強(qiáng)模式下心尖三腔切面左室壁節(jié)段心內(nèi)膜顯示率與3DE 增強(qiáng)模式比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義。見表1和圖1。

表1 不同方法判斷犬心尖各切面及整體左室壁心內(nèi)膜顯示的節(jié)段數(shù)比較 個

圖1 2DE、3DE增強(qiáng)模式及非增強(qiáng)模式下犬心尖各切面觀

二、不同方法測量犬左室結(jié)構(gòu)及功能相關(guān)指標(biāo)比較

M 型的LVEDV 測值高于解剖標(biāo)本測值，LVEDV、LVESV、LVEF測值高于2DE、3DE非增強(qiáng)和增強(qiáng)模式測值，差異均有統(tǒng)計學(xué)意義（均P<0.05）；其余各方法的LVEDV、LVESV、LVEF測值比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。犬心臟解剖標(biāo)本LVLD 測值與2DE 非增強(qiáng)及增強(qiáng)模式LVLD比較差異均無統(tǒng)計學(xué)意義。見圖2和表2。

三、不同方法測量LVEDV、LVLD與解剖標(biāo)本測值的相關(guān)性分析

M 型、2DE 非增強(qiáng)及增強(qiáng)模式、3DE 非增強(qiáng)及增強(qiáng)模式的LVEDV 測值與左室解剖標(biāo)本容積測值的相關(guān)性系數(shù)分別為 0.612、0.806、0.857、0.728、0.869（均P<0.05）；2DE 非增強(qiáng)及增強(qiáng)模式LVLD 測值與左室解剖標(biāo)本容積測值的相關(guān)性系數(shù)分別為0.748、0.851（均P<0.05）。

四、不同方法測量左室結(jié)構(gòu)及功能相關(guān)指標(biāo)的可重復(fù)性分析

同一觀察者內(nèi)，以及不同觀察者間測量LVEDV、LVESV、LVEF 的變異系數(shù)由小到大的方法均依次為3DE 增強(qiáng)模式、2DE 增強(qiáng)模式、M 型、2DE 非增強(qiáng)模式、3DE 非增強(qiáng)模式。2DE、3DE 增強(qiáng)模式測量各指標(biāo)的變異系數(shù)及標(biāo)準(zhǔn)偏差均更小，以3D 增強(qiáng)模式最小。見表3。

圖2 超聲與解剖標(biāo)本測量犬LVLD對照圖

表2 不同方法測量犬左室結(jié)構(gòu)及功能相關(guān)指標(biāo)比較（±s）

表2 不同方法測量犬左室結(jié)構(gòu)及功能相關(guān)指標(biāo)比較（±s）

與M 型超聲比較，*P<0.05。LVEDV:左室舒張末期容積；LVESV:左室收縮末期容積；LVEF:左室射血分?jǐn)?shù)；LVLD:左室舒張末期長徑

LVEDV（ml）LVESV（ml）檢查方法2DE非增強(qiáng)模式增強(qiáng)模式3DE非增強(qiáng)模式增強(qiáng)模式M型解剖標(biāo)本F值P值LVEF（%）LVLD（cm）14.67±3.20*15.08±3.26*5.82±1.51*5.79±2.02*60.72±5.82*62.75±6.97*4.10±0.52 4.15±0.38---4.02±0.44 0.265 0.769 13.93±2.27*14.15±2.73*21.67±3.85 13.82±2.50*12.138 0.000 5.34±1.05*5.57±1.49*7.17±1.59-2.502 0.053 61.64±4.95*60.98±6.23*67.58±3.42-3.036 0.025

討 論

左室定量指南［2］中指出左室結(jié)構(gòu)及功能參數(shù)的測量取決于心肌致密層與左室腔界限的準(zhǔn)確識別。然而由于左室腔內(nèi)存在部分肌小梁結(jié)構(gòu)及周邊肺氣遮擋使心內(nèi)膜準(zhǔn)確描記受限。超聲增強(qiáng)劑微泡可以充填在左室腔及肌小梁之間，直至心肌致密層，使心內(nèi)膜的追蹤描記準(zhǔn)確性及可重復(fù)性得以提高。單中心及多中心研究［3-4］表明，心臟超聲增強(qiáng)成像技術(shù)可以顯著改善左室心內(nèi)膜的顯示，增加觀察者間評估左室局部及整體功能的一致性，提高左室容積及功能參數(shù)測量的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性，因此超聲增強(qiáng)劑越來越廣泛地應(yīng)用于實驗及臨床研究中。既往對不同檢查方法測量左室容積準(zhǔn)確性的研究［4-5］均是建立在橡膠水囊或離體心臟靜態(tài)模型上，并不能完全代表活體動態(tài)心臟的測值情況。而通過開胸經(jīng)左心耳注射造影劑獲取活體犬左室參數(shù)進(jìn)行準(zhǔn)確性驗證的實驗研究［6］方法并不能應(yīng)用于臨床，也不能反映心臟在胸腔內(nèi)的真實狀態(tài)。

表3 不同方法測量犬左室結(jié)構(gòu)及功能相關(guān)指標(biāo)的可重復(fù)性分析

本實驗結(jié)合超聲增強(qiáng)劑對活體犬左室經(jīng)胸2DE及3DE 進(jìn)行增強(qiáng)成像，并與解剖標(biāo)本測值進(jìn)行對比，以評價不同方法測量左室結(jié)構(gòu)和功能的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性。本實驗結(jié)果表明:M 型測值的可重復(fù)性雖優(yōu)于非增強(qiáng)模式2DE 及3DE，但易高估左室容積及射血分?jǐn)?shù)；與非增強(qiáng)模式比較，無論是2DE或3DE增強(qiáng)模式左室壁節(jié)段心內(nèi)膜的顯示率均明顯增加（均P<0.05），其測值與解剖標(biāo)本測值的相關(guān)性更佳，觀察者內(nèi)及觀察者間的變異性更低，與既往研究［4，7］結(jié)果一致。Saloux 等［8］研究發(fā)現(xiàn)，2DE 及 3DE 成像測得左室容積較MRI 偏小，而經(jīng)增強(qiáng)顯像后測值更接近MRI。本實驗發(fā)現(xiàn)，2DE 及3DE 非增強(qiáng)及增強(qiáng)模式測值稍高于解剖標(biāo)本測值，但差異無統(tǒng)計學(xué)意義，可能與標(biāo)本固定后心肌回縮致左室真實容積變小有關(guān)。

M型獲取左室容積及功能簡單易行、耗時少、重復(fù)性較好，在臨床工作中較為常用。但該方法是將左室假設(shè)為固定的幾何學(xué)形態(tài)進(jìn)行推算，并不適用于多種病理形態(tài)。2016 年中國成人超聲心動圖檢查測量指南［9］中也指出應(yīng)用M 型測量左室容積并不準(zhǔn)確，不再推薦使用。本實驗主要通過校正的Teichholz 公式進(jìn)行計算，結(jié)果發(fā)現(xiàn)M 型測量各指標(biāo)的可重復(fù)性雖優(yōu)于2DE、3DE 非增強(qiáng)模式，但其測值明顯偏高，一方面歸因于長橢球形的幾何假設(shè)本就高估真正的彈頭型左室；另一方面歸因于實驗犬的肋間隙較窄，聲束方位易偏離左室長軸，獲取的內(nèi)徑容易偏大，進(jìn)而推算的左室容積也易偏大。

2DE 雙平面Simpson 法主要是通過圓盤疊加法計算左室容積及射血分?jǐn)?shù)，即在心尖四腔和兩腔切面上分別勾畫出舒張期及收縮期心內(nèi)膜面以計算左室容積。勾畫的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性易受到圖像質(zhì)量、心內(nèi)膜面不能完全顯示肌小梁等結(jié)構(gòu)的影響。本實驗結(jié)果發(fā)現(xiàn)，2DE增強(qiáng)模式在顯示左室壁心內(nèi)膜節(jié)段方面占有明顯優(yōu)勢，整體顯示率高于3DE 增強(qiáng)模式（P<0.05），2DE 增強(qiáng)模式測量左室結(jié)構(gòu)和功能參數(shù)的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性也接近3DE增強(qiáng)模式，由此推測對于圖像質(zhì)量差且合并節(jié)段性室壁運(yùn)動異常的患者，采用2DE結(jié)合超聲造影劑評估左室結(jié)構(gòu)及功能具有一定的優(yōu)勢，一方面通過室壁節(jié)段心內(nèi)膜的顯示可以更準(zhǔn)確地評價室壁運(yùn)動情況，另一方面測量左室結(jié)構(gòu)及功能參數(shù)也相對準(zhǔn)確。

3DE 測量左室容積及功能參數(shù)不依賴于幾何假設(shè)，不受心腔透視縮短的影響，準(zhǔn)確性及重復(fù)性更好，但該方法過度依賴圖像質(zhì)量。本實驗結(jié)果顯示，3DE非增強(qiáng)模式下左室容積測值與解剖標(biāo)本測值的相關(guān)性低于2DE，可能與4V 探頭較大，在實驗犬較窄的肋間隙獲取的圖像質(zhì)量不佳有關(guān)；而在增強(qiáng)模式下，3DE測量左室容積的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性明顯改善，并高于2DE 增強(qiáng)模式，反映了3DE 也需要超聲增強(qiáng)劑改善圖像質(zhì)量進(jìn)而獲取準(zhǔn)確性及可重復(fù)性更好的參數(shù)。對于圖像質(zhì)量差但需要較精確評估左室容積的患者，采用3DE結(jié)合超聲造影劑更具有一定的優(yōu)勢。Hoffmann等［10］研究也發(fā)現(xiàn)3DE 與2DE 一樣需要結(jié)合超聲增強(qiáng)劑進(jìn)行參數(shù)評估以減少觀察者間的變異性。

本實驗的局限性:①雖使用10% KCl 使得心臟于舒張期停搏，充填紗布維持心臟形狀，但仍不能避免標(biāo)本固定后心肌回縮，心腔容積變?。虎谘芯繉ο缶鶠檎＝】当雀袢?，今后有待對病理模型左室腔不同形變進(jìn)行研究；③研究例數(shù)較少，未能根據(jù)圖像質(zhì)量進(jìn)行分組，亦有待加大樣本量進(jìn)一步細(xì)化研究。

綜上所述，經(jīng)胸2DE 和3DE 結(jié)合超聲增強(qiáng)劑均可以改善圖像質(zhì)量，提高左室結(jié)構(gòu)及功能相關(guān)參數(shù)測量的準(zhǔn)確性及可重復(fù)性，2DE 增強(qiáng)模式成像更有利于顯示節(jié)段室壁心內(nèi)膜，3DE 增強(qiáng)模式成像更有助于評估左室容積，為臨床精確評估及動態(tài)監(jiān)測左室結(jié)構(gòu)及功能提供了新方法。