孔凡鑫，李光源，王永槐，馬春燕，楊軍

（中國醫(yī)科大學(xué)附屬第一醫(yī)院心血管超聲科，遼寧省影像醫(yī)學(xué)臨床醫(yī)學(xué)研究中心，沈陽 110001）

準(zhǔn)確評價左心室容積和收縮功能可為診斷心臟疾病、評價病變程度、指導(dǎo)治療和判斷預(yù)后提供重要依據(jù)，是超聲心動圖工作中一個常規(guī)且重要的部分，對心臟病患者有重要的臨床意義［1］。與二維超聲心動圖（two-dimensional echocardiography，2DE）相比，三維超聲心動圖（three-dimensional echocardiography，3DE）分析左心室容積和收縮功能無需依賴對左心室形態(tài)的幾何學(xué)假設(shè)，具有更高的準(zhǔn)確性和臨床預(yù)后價值［2-3］，且最新指南也推薦盡可能使用3DE評估左心室容積和收縮功能［4］。

3DE具有相對較低的幀頻是限制其廣泛應(yīng)用的原因之一，可能導(dǎo)致無法獲得心動周期內(nèi)所有階段心肌運(yùn)動，造成測量結(jié)果存在一定誤差［5-6］。但不同圖像幀頻是否導(dǎo)致測量結(jié)果存在差異，目前尚不明確。臨床上現(xiàn)有多種3DE定量分析軟件，如QLAB和TomTec，可量化評估左心室容積、收縮功能和同步性，這些軟件對左心室容積和左心室射血分?jǐn)?shù)（left ventricular ejection fraction，LVEF）定量評估的準(zhǔn)確性已被廣泛驗(yàn)證。但不同軟件間是否存在差異，目前研究較少。本研究探討了2種3DE分析軟件QLAB和TomTec以及同一軟件不同圖像幀頻下測量的左心室容積、收縮功能和同步性是否存在差異。

1 材料與方法

1.1 研究對象和分組

收集2019年4月至6月于門診就診的受試者73例。其中，男43例，女30例；年齡25～74歲，平均（52.1±15.1）歲；正常人13例，高血壓患者10例，冠狀動脈粥樣硬化性心臟病患者10例，陣發(fā)性心房顫動患者9例，左束支傳導(dǎo)阻滯患者16例，擴(kuò)張型心肌病患者9例，心臟再同步化治療患者6例。本研究通過我院倫理委員會批準(zhǔn)，所有患者均簽署知情同意書。

納入標(biāo)準(zhǔn)：臨床狀態(tài)穩(wěn)定，可以配合屏氣數(shù)秒檢測者；經(jīng)胸超聲心動圖透聲清晰，可清晰顯示左心室心內(nèi)膜。排除標(biāo)準(zhǔn)：孕婦，非竇性心律者，左心室室壁瘤或其他心腔形狀無法被識別者，左心室心肌16節(jié)段中有3節(jié)段以上顯示不清者。

根據(jù)LVEF是否減低，將受試者分為2組：LVEF正常組（LVEF≥53%）和LVEF減低組（LVEF＜53%）。

1.2 儀器和方法

采用Philips iE33型超聲診斷儀，配有S5-1二維超聲探頭和X3-1三維超聲探頭，頻率分別為1～5 MHz和1～3 MHz。

1.2.1 圖像采集：每位受試者2DE和3DE圖像的采集均由同一位具有至少3年超聲心動圖診斷經(jīng)驗(yàn)的醫(yī)生獲取。檢查時受試者均取左側(cè)臥位，連接體表心電圖。

1.2.1.1 2DE圖像采集 應(yīng)用S5-1探頭留取各切面標(biāo)準(zhǔn)圖像，在機(jī)采用Simpson’s法，通過手動勾畫心尖四腔心和二腔心切面舒張末期和收縮末期心內(nèi)膜，獲取左心室舒張末期容積（left ventricular enddiastolic volume，LVEDV）、左心室收縮末期容積（left ventricular end-systolic volume，LVEDV）和LVEF。

1.2.1.2 3DE圖像采集 應(yīng)用X3-1探頭獲取心尖四腔心切面，選擇full-volume程序。在調(diào)整圖像對比度、深度和扇區(qū)大小后，囑咐患者屏氣，采集3DE圖像，注意將整個左心室包含在三維掃描體積內(nèi)。為獲取2種不同幀頻的3DE圖像，分別采集4個和6個心動周期全容積圖像，幀頻分別為（17±2）fps（低幀頻）和（22±3）fps（高幀頻）。存圖用于分析。

1.2.2 3DE圖像分析：

1.2.2.1 QLAB定量分析 應(yīng)用QLAB 13.0軟件3DQA插件對圖像脫機(jī)分析，于心尖四腔心、二腔心和左心室短軸參考切面上手動校正平面，分別在舒張末期和收縮末期標(biāo)記參考點(diǎn)，運(yùn)行程序，獲得LVEDV、LVESV、LVEF和左心室收縮不同步指數(shù)（systolic dyssynchrony index，SDI，即左心室各節(jié)段達(dá)最小容積時間的標(biāo)準(zhǔn)差）。見圖1A。

1.2.2.2 TomTec定量分析 應(yīng)用TomTec（Image-Arena 4.6）軟件對圖像脫機(jī)分析，軟件自動從3DE圖像中切割出3個心尖參考平面，利用旋轉(zhuǎn)功能使心室達(dá)到最佳顯示方位，調(diào)節(jié)對比度使心內(nèi)膜顯示最佳，軟件自動勾畫舒張末期和收縮末期左心室心內(nèi)膜，對勾畫不佳處進(jìn)行手動校正，運(yùn)行程序，獲得LVEDV、LVESV、LVEF和SDI。見圖1B。

圖1 3DE左心室容積、LVEF和同步性的測量Fig.1 3DE measurement of the left ventricular volume，LVEF，and synchronization

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 19.0軟件進(jìn)行統(tǒng)計分析。計量資料用表示，2組間比較采用t檢驗(yàn)，多組間比較采用單因素方差分析和配伍組設(shè)計方差分析。計數(shù)資料用百分?jǐn)?shù)表示，采用χ2檢驗(yàn)進(jìn)行比較。相關(guān)性分析采用Pearson相關(guān)分析；一致性分析采用Bland-Altman法，90%以上的點(diǎn)落在95%可信區(qū)間認(rèn)為一致性較高。P＜ 0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般臨床參數(shù)的比較

LVEF正常組與LVEF減低組比較，受試者的年齡、性別、體表面積、心率、QRS時限、收縮壓和舒張壓的差異均無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞ 0.05）。見表1。

表1 受試者一般臨床參數(shù)的比較Tab.1 Comparison of general clinical characteristics of the participants

2.2 同一3DE 分析軟件在2種圖像幀頻下測量結(jié)果的比較

在所有受試者中，應(yīng)用同一3DE 分析軟件（QLAB或TomTec），在低幀頻和高幀頻下測量的LVEDV、LVESV和LVEF均無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞ 0.05），但高幀頻圖像測量的SDI顯著大于低幀頻圖像（P＜0.05）。見表2。

表2 同一3DE 分析軟件2種圖像幀頻下測量結(jié)果的比較Tab.2 Comparison of 3DE data taken at two frame rates

2.3 2種3DE分析軟件測量結(jié)果的比較

因高幀頻圖像測量的SDI更高，所以本研究選取所有受試者的高幀頻圖像進(jìn)行QLAB和TomTec測量結(jié)果的比較。

在所有受試者、LVEF正常組和LVEF減低組中，QLAB和TomTec測量的LVEDV、LVESV和LVEF均無統(tǒng)計學(xué)差異（P＞ 0.05），而TomTec測量的SDI顯著大于QLAB（P＜ 0.01），所有受試者中2種軟件測量的SDI差值為（2.91±3.19）ms。2DE Simpson’s法測量的LVEDV和LVESV顯著低于2種3DE軟件，測量的LVEF高于2種3DE軟件（均P＜ 0.001）。見表3。

表3 所有受試者、LVEF正常組和LVEF減低組中2種3DE分析軟件和2DE Simpson’s法測量結(jié)果的比較Tab.3 Comparison of Simpson’s method in two-dimensional echocardiography with the two 3DE applications in all participants and in the normal and decreased LVEF groups

2.4 2種3DE分析軟件測量結(jié)果的相關(guān)性和一致性分析

QLAB和TomTec測量的LVEDV、LVESV和LVEF呈高度正相關(guān)（r=0.939，0.969，0.963，均P＜ 0.001），SDI呈中度正相關(guān)（r=0.628，P＜ 0.001）。見圖2。

圖2 QLAB和TomTec測量左心室容積、收縮功能和同步性的相關(guān)性分析Fig.2 Correlation of the left ventricular volume，systolic function，and synchrony parameter detected by QLAB and TomTec

Bland-Altman圖像顯示，QLAB與TomTec測量的LVEDV、LVESV、LVEF和SDI一致性均良好，僅約5%～7%的點(diǎn)位于95%一致性界限外，在臨床可接受范圍內(nèi)。見圖3。

圖3 QLAB和TomTec測量左心室容積、收縮功能和同步性的一致性分析Fig.3 The Bland-Altman plot showing the measurements of left ventricular volume，systolic function，and synchrony parameter detected by QLAB and TomTec

3 討論

準(zhǔn)確評價心臟血管結(jié)構(gòu)和功能對臨床診斷和治療具有重要意義，超聲心動圖是臨床首選的影像學(xué)檢查方法［1，7］，常用成像技術(shù)包括2DE和3DE。2DE受聲束方向和聲學(xué)窗口限制，且只能通過單一切面對心腔結(jié)構(gòu)進(jìn)行幾何假設(shè)，存在一定的誤差［2，8］。而3DE利用時間信息和空間特征編制信息，與常規(guī)2DE相比，能夠更準(zhǔn)確地評價心腔結(jié)構(gòu)和功能，且與MRI相關(guān)性較好，得到臨床一致認(rèn)可［8-9］，并被美國超聲心動圖學(xué)會心腔定量指南推薦測量左心室容積和LVEF［4］。此外，3DE可同時顯示左心室各心肌節(jié)段容積-時間曲線，評價左心室收縮同步性［10］。

心臟是一個不斷運(yùn)動的器官，實(shí)時顯示心臟運(yùn)動狀態(tài)是準(zhǔn)確評價心臟結(jié)構(gòu)和功能的重要前提，低幀頻可導(dǎo)致心動周期內(nèi)部分時間點(diǎn)心肌運(yùn)動信息丟失，造成測量誤差，而3DE圖像幀頻較低是其目前無法避免的局限性［11］。因此，采集3DE圖像時，在保證圖像完整性和高質(zhì)量的前提下，超聲醫(yī)生會盡可能提高幀頻，但不同幀頻是否對心臟功能和同步性測量產(chǎn)生影響，目前尚不明確。本研究在保證軟件可以分析的情況下，采集了4個和6個心動周期全容積3DE，得到幀頻分別為（17±2）fps和（22±3）fps的圖像。結(jié)果顯示，不同幀頻下同一軟件測量的左心室容積和收縮功能無統(tǒng)計學(xué)差異；而高幀頻圖像測量的收縮同步性參數(shù)SDI明顯大于低幀頻圖像。SDI是通過計算左心室各節(jié)段心肌達(dá)最小容積的時間標(biāo)準(zhǔn)差來反映收縮同步性，對軟件心內(nèi)膜緣追蹤的準(zhǔn)確性要求更高，高幀頻可以提供更多的心肌運(yùn)動時間信息，而低幀頻可能錯過某個心肌節(jié)段達(dá)到最小容積的時間點(diǎn)，造成較大誤差。

臨床現(xiàn)有多個可以測量心臟容積和功能的3DE分析軟件，它們具有多種后處理選項和不同優(yōu)點(diǎn)［12］，其中TomTec和QLAB是臨床常用軟件，二者測量方法均可結(jié)合手動標(biāo)注的特定參考點(diǎn)（心尖、二尖瓣環(huán)等），進(jìn)行心室腔三維立體構(gòu)建，自動追蹤心動周期內(nèi)心內(nèi)膜邊界變化，從而計算心室容積和射血分?jǐn)?shù)。但TomTec和QLAB的使用方法和分析存在一定差別：TomTec需要對心內(nèi)膜邊界進(jìn)行三平面手動勾畫，生成左心室?guī)缀文Ｐ?，追蹤結(jié)果不符合實(shí)際時可對每個平面逐幀進(jìn)行手動校正；而QLAB不需要手動勾畫心內(nèi)膜邊界，定義舒張末期和收縮末期幀后，只需要標(biāo)定5個參考點(diǎn)（1個心尖，4個二尖瓣環(huán)），即可識別左心室?guī)缀文Ｐ停?3-14］，但僅可在舒張末期和收縮末期手動校正心內(nèi)膜緣。本研究對所有受試者應(yīng)用TomTec和QLAB測量的左心室容積和收縮功能無顯著差異。進(jìn)一步將受試者分為LVEF正常組和LVEF減低組，結(jié)果顯示，無論LVEF是否減低，2種軟件測量的左心室容積和收縮功能亦無顯著差異，并且2種軟件測量的左心室容積和收縮功能均呈高度正相關(guān)，一致性良好。但2種軟件在測量左心室收縮同步性時，無論LVEF是否減低，TomTec測量的SDI均明顯大于QLAB。SDI測量要求軟件對心內(nèi)膜緣追蹤的準(zhǔn)確性很高，而QLAB自動識別心內(nèi)膜，僅在收縮末期和舒張末期可以手動調(diào)整，對每個節(jié)段達(dá)最小容積的時間和心內(nèi)膜緣不能實(shí)時校正，因此可能不能反映室壁實(shí)際的機(jī)械活動，尤其對于左心室收縮不同步的患者可能存在較大誤差。而TomTec可逐幀矯正心內(nèi)膜緣，對左心室各節(jié)段心肌機(jī)械收縮運(yùn)動的實(shí)時檢測更敏感。

本研究的局限性：樣本量??；未與MRI金標(biāo)準(zhǔn)對比；未納入心內(nèi)膜圖像欠清晰者。

綜上所述，不同3DE分析軟件在不同圖像幀頻下測量的左心室容積和LVEF無顯著差異，測量的左心室同步性有顯著差異，提示超聲醫(yī)生采集3DE圖像時要盡可能提高圖像幀頻，以免丟失重要信息；在分析3DE圖像時，盡可能采用同一種軟件，從而減少人為測量誤差。