256 iCT辛普森法及自動閾值分割法在左心室功能定量評估中的對比研究

楊 全，張 翱，李雪嬌，馬 進，王興蘭

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬永川醫(yī)院放射科，重慶402160)

256 iCT辛普森法及自動閾值分割法在左心室功能定量評估中的對比研究

楊 全，張 翱，李雪嬌，馬 進，王興蘭

(重慶醫(yī)科大學(xué)附屬永川醫(yī)院放射科，重慶402160)

目的以辛普森算法為參考標(biāo)準(zhǔn)，利用iCT探討自動閾值分割法在左心室功能定量評估中的應(yīng)用價值。方法48例行冠狀動脈CTA掃描，將掃描圖像傳至后處理工作站，分別利用Simpson法及Threshold-Based Segmentation法計算患者左心功能參數(shù)ESV、EDV、SV、EF、LVMM，將所得的結(jié)果分別行配對t檢驗、Pearson相關(guān)性分析、Bland-Altman分析。結(jié)果辛普森法及自動閾值分割法測量左心室功能具有較好的相關(guān)性，ESV、EDV、SV、EF、LVMMr值分別為0.996、0.998、0.982、0.986、0.988。Bland-Altman分析顯示Simpson法與Threshold-Based Segmentation法測量結(jié)果的均值差ESV、EDV、SV、EF、LVMM分別為1.4ml、3.2ml、1.8ml、0.0%、-10.3 g。Simpson法、Threshold-Based Segmentation法及超聲心動圖測量對比EF值＞0.05，SV值＜0.01。結(jié)論iCT測量左心室功能無創(chuàng)、準(zhǔn)確、可靠，Simpson法、Threshold-Based Segmentation法測量左心功能具有較好的一致性，臨床上推薦采用Simpson法進行心臟功能評估。

X線計算機；心臟；心室功能；辛普森法；自動閾值分割法

冠心病為臨床上危害人類健康的常見病、多發(fā)病，其發(fā)病率及死亡率也有逐年上升的趨勢。多層螺旋CT具有掃描速度快、覆蓋范圍廣、時間分辨率高等優(yōu)點，在心臟檢查方面的應(yīng)用也日益廣泛[1]。目前多層螺旋CT在心臟的臨床應(yīng)用主要集中在冠狀動脈成像方面，而對心功能分析的研究較少。本文旨在探討飛利浦256層螺旋CT評價冠心病患者左心室功能的可行性及臨床應(yīng)用價值，為臨床提供更準(zhǔn)確快速的心功能參考。并同時對比辛普森算法(Simpson)及自動閾值分割法(Automated Threshold-Based Segmentation)兩種測量方法的臨床應(yīng)用價值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 研究對象選擇2014年5～8月在本院行256層CT冠狀動脈造影(CTA)檢查的患者，排除有碘過敏史、嚴(yán)重心率不齊、不能很好配合呼吸運動的患者，最終篩選出滿足條件的48例臨床擬診為冠心病的患者，男性25例，女性23例，年齡41～87歲，心率57～118次/min，受檢者掃描前未使用倍他樂克等降低心率的藥物。

1.2 儀器及方法 使用Philips256層螺旋CT，采用回顧性心電門控冠狀動脈掃描方案。受檢者為仰臥位，連接心電信號檢測儀，屏氣掃描，平掃定位相確定掃描范圍，掃描范圍為氣管分叉下方1cm至心臟膈面。用高壓注射器以5.0ml/s注射速率經(jīng)肘靜脈分別注入非離子型對比劑碘帕醇(370mgI/ml)60～80ml和生理鹽水20ml。掃描參數(shù)：準(zhǔn)直0.625，螺距0.2，電壓120 kV，管電流600 mAs，旋轉(zhuǎn)時間0.4 s。采用對比劑跟蹤技術(shù)觸發(fā)掃描，在主肺動脈窗層面降主動脈中心設(shè)置感興趣區(qū)(ROI)，觸發(fā)閾值120 HU，觸發(fā)延遲5 s啟動掃描，達到系統(tǒng)閾值后系統(tǒng)提示患者屏住呼吸，開始掃描，在吸氣末采集數(shù)據(jù)。掃描時同時記錄心電信號，記錄心電圖。

掃描完成后，在Philips Extended Brilliance Workspace3.5工作站上進行圖像后處理。重建實相包括0%、5%、10%、20%、30%、40%、45%、50%、60%、70%、80%、90%等12個RR間期不同時相的圖像，將重建后的12組不同時相左室短軸位圖像調(diào)入心功能分析軟件，根據(jù)血池內(nèi)對比劑密度及心肌密度差異自動分割心臟各腔及冠狀動脈(見圖1a)，根據(jù)心腔容積變化取左室心腔面積最大的時相為舒張末期，面積最小的時相為收縮末期(見圖1b)。Simpson法需手動更正心尖平面及心底平面(見圖1c)，并對自動勾畫出左心室內(nèi)膜面和外膜面進行手動調(diào)整(乳頭肌及肌小梁包含在血池內(nèi))(見圖1d)，根據(jù)Simpson法及Threshold-Based Segmentation算法自動計算出左室舒張末期容積(End-diastolic volume，EDV)、左室收縮末期容積(End-systolic volume，ESV)、射血分?jǐn)?shù)(Ejection fraction，EF)、每搏輸出量(Stroke volume，SV)、左室舒張末期心肌質(zhì)量(Left ventricular myocardial mass at end diastole，LVMM)。

1.3 統(tǒng)計學(xué)方法 使用SPSS22.0軟件包及Medcalc軟件包進行統(tǒng)計學(xué)分析。首先將Simpson法測量組數(shù)據(jù)與Segmentation測量組數(shù)據(jù)(ESV、EDV、SV、EF、LVMM)分別進行K-S檢驗，若P值＞0.05，則認(rèn)為樣本數(shù)據(jù)分布類型符合正態(tài)分布，對兩個數(shù)據(jù)組的數(shù)據(jù)進行均數(shù)與標(biāo)準(zhǔn)差(±s)的描述性統(tǒng)計，之后對兩組數(shù)據(jù)分別進行配對T檢驗及Pearson相關(guān)性分析，若P值小于0.05，則認(rèn)為兩組數(shù)據(jù)均數(shù)有統(tǒng)計學(xué)意義，若P值小于0.01，則認(rèn)為有極顯著的統(tǒng)計學(xué)意義，行Pearson相關(guān)性分析時，求取相關(guān)系數(shù)r值，根據(jù)r值在[-1，1]之間的大小分布情況來判斷兩組數(shù)據(jù)的先關(guān)性。使用Medcalc軟件包進行Bland-Altman分析。對Simpson法、Segmentation法及超聲心動圖測量的EF值及SV值進行方差分析。

圖1 自動閾值分割法與Simpson法對左心室功能測定比較

2 結(jié) 果

2.1 辛普森(Simpson)法與自動閾值分割(Automated Threshold-Based Segmentation)法 兩種算法的配對t檢驗、Pearson相關(guān)性分析及Bland-Altman分析結(jié)果 利用Simpson法測量左心功能參數(shù)ESV、EDV、SV、EF、LVMM分別為(50.18±20.97)、(131.63±26.72)、(81.38±15.46)、(62.45±9.79)%、(101.16±22.01)g。利用Automated Threshold-Based Segmentation法測量左心功能參數(shù)ESV、EDV、SV、EF、LVMM分別為48.78±20.31、128.43±26.19、79.61±15.32、(62.43±9.87)%、(111.45±24.23)。兩種方法行配對t檢驗，除了EF的P值＞0.05(0.927)外，其余指標(biāo)P值均＜0.01，差異具有極其顯著的統(tǒng)計學(xué)意義(見表1)。Pearson相關(guān)性分析顯示兩種算法獲得的ESV、EDV、SV、EF、LVMM值呈高度相關(guān)，r值分別為0.996、0.998、0.982、0.986、0.988(見表1，圖2)。根據(jù)Bland-Altman分析顯示兩種算法所得參數(shù)，Simpson法與Automated Threshold-Based Segmentation法測量結(jié)果的均值差ESV、EDV、SV、EF、LVMM分別為1.4、3.2、1.8、0.0%、-10.3 g(見表1，圖3)。提示兩種算法得出的EF值具有較高的一致性，ESV、EDV、SV一致性尚可，LVMM一致性較差。

表1 Simpson和Segmentation參數(shù)心功能參數(shù)相關(guān)性分析(±s)

表1 Simpson和Segmentation參數(shù)心功能參數(shù)相關(guān)性分析(±s)

注：所有數(shù)據(jù)均以(±s)表示，Segmentation是Threshold-Based Segmentation法的簡寫。

方法Simpson Segmentationr值t值P值LVMM(g)101.16±22.01111.45±24.230.98816.3070.000 ESV50.18±20.9748.78±20.310.996 -4.6860.000 EDV131.63±26.72128.43±26.190.998 -11.3190.000 SV81.38±15.4679.61±15.320.982 -4.0450.000 EF(%)62.45±9.7962.43±9.870.986 -0.0920.927

圖2 Simpson和Segmentation參數(shù)心功能參數(shù)person分析散點圖

圖3 A-E分別為ESV、EDV、SV、EF、LVMM各參數(shù)值Simpson法及Segmentation法的Bland-Altman分析，中間的實線代表兩種算法的均值差，虛線代表兩種算法95%一致性范圍注：1代表Simpson法；2代表Segmentation法

2.2 Simpson法、Automated Threshold-Based Segmentation法及超聲心動圖測量的EF值及SV值進行方差分析結(jié)果 三者所測量的EF值P值＞0.05 (0.814)，SV值P值＜0.01，兩種方法EF、SV測量的F值分別為0.206、16.116，見表2。

表2 Simpson法、Segmentation法、超聲心動圖測量EF、SV比較(±s)

表2 Simpson法、Segmentation法、超聲心動圖測量EF、SV比較(±s)

方法EF(%)SV Simpson法Segmentation法超聲心動圖F值P值62.45±9.7962.43±9.8763.54±8.180.2060.81481.38±15.4679.61±15.3264.38±15.6216.1160.000

3 討 論

3.1256iCT左心功能評價 左心室功能是反映心臟功能的一項客觀指標(biāo)，檢測心臟功能尤其是左心室功能對冠心病患者的病情評估、診療計劃及預(yù)后估測均具有重要的臨床價值[2]。目前，臨床對左心功能的評價標(biāo)準(zhǔn)仍然采用的是1994年美國心臟病學(xué)會心功能分級標(biāo)準(zhǔn)，由于其是根據(jù)患者自覺活動能力進行劃分，具有很大的主觀性不能客觀的評價左心室功能。先進的影像學(xué)技術(shù)為左心功能的定量評估提供了強有力的技術(shù)支撐。目前左心室功能影像學(xué)檢查方法有超聲、心電門控SPECT、核素心血池掃描、MRI、經(jīng)導(dǎo)管心室造影、多層螺旋CT(MSCT)。MSCT具有時間、空間分辨率高、掃描速度快、不受心臟幾何形態(tài)及金屬裝置植入影響因素影響，為評價心功能的重要影像學(xué)檢查方法。

3.2 Simpson法及Segmentation法對左心室功能評價對比研究分析 心室容積的測量數(shù)學(xué)算法包括面積長度法(Area-length method)、Threshold-Based Segmentation method、Simpson method。Area-length method主要用于早期超聲心動圖及心室血管造影術(shù)的心功能測量，應(yīng)用幾何假設(shè)，與真實值差別較大，且對操作者經(jīng)驗依賴性較高而具有一定的局限性[3]。Threshold-Based Segmentation法是基于閾值的體素分割法，利用心室腔內(nèi)對比劑密度與心肌密度差異，預(yù)先設(shè)定一個閾值，從而達到區(qū)分不同密度組織的目的。Simpson法是目前認(rèn)為是測定心室功能較為準(zhǔn)確的一種測量方法，它是根據(jù)任意形狀物體的體積等于一定層厚的切面的體積之和原理，采用逐層勾畫法，不需任何形態(tài)學(xué)假設(shè)，直接計算心室容積，特別適用于心室形態(tài)不規(guī)則的病理狀態(tài)(如透壁性心肌梗死、室壁瘤等)的心功能評估，目前已廣泛應(yīng)用于實時超聲心動圖、MSCT、MRI等。Henjes等[4]利用狗作為研究對象，證明Simpson法較Area-length method測量左心室功能準(zhǔn)確性更高。較多研究結(jié)果[5-9]顯示MSCT利用Simpson法測量心功能結(jié)果與電影MRI、心電門控SPECT、經(jīng)導(dǎo)管心室造影、超聲心動圖均具有較好的一致性。而對于Threshold-Based Segmentation法測定心功能參數(shù)的準(zhǔn)確性研究報道相對較少[10-11]。本研究Simpson法與Threshold-Based Segmentation法測量的心功能參數(shù)結(jié)果均具有良好的相關(guān)性(r值＞0.982)，但除EF值的均值差為0外，ESV、EDV、SV、LVMM的均值差分別為1.4、3.2、1.8、-10.3 g，可以看出Simpson法較Threshold-Based Segmentation法測量的ESV、EDV、SV均較大，這也與Juergens KU使用雙源CT對比兩種方法的實驗結(jié)果有著較好的一致性[12]。其原因可能與Simpson法測量心臟容積時，心室內(nèi)乳頭肌及肌小梁包括在心腔內(nèi)，而Threshold-Based Segmentation法測量左心室功能時乳頭肌及肌小梁是排除在心腔容積之外導(dǎo)致。因此理論上Simpson法測量的ESV、EDV較Threshold-Based Segmentation法高[5-8]。眾多學(xué)者研究表明乳頭肌及肌小梁是左心室容積及重量的重要組成部分，利用MRI測量乳頭肌容積占左心室容積的5.4%～16.6%。乳頭肌及肌小梁包括在心腔內(nèi)較乳頭及肌小梁不包括在心腔內(nèi)其左心室容積及質(zhì)量更接近實際值[13-15]。本研究Threshold-Based Segmentation法測量的LVMM值較Simpson法較大，可能與Threshold-Based Segmentation法測量時軟件預(yù)設(shè)閾值多低，自動分割錯誤導(dǎo)致部分右心室壁、二尖瓣環(huán)上方心肌、乳頭肌納入左心室壁范圍所致。筆者認(rèn)為Simpson法及Threshold-Based Segmentation法在測量左心室功能方面具有較好的一致性，Threshold-Based Segmentation法具有快速、可重復(fù)性操作性強的優(yōu)點，但因為其測量左心室功能時乳頭肌是排除在心腔容積之外所致左心室功能參數(shù)偏低。故建議使用Simpson法進行心功能測量。

3.3 Simpson法、Segmentation法及超聲心動圖EF值及SV對比研究分析 本研究對Simpson法、Threshold-Based Segmentation法及超聲心動圖測量的EF值及SV值進行方差分析結(jié)果提示：三者所測量的EF值P值＞0.05，差異無統(tǒng)計學(xué)意義，而SV值P值＜0.01，差異具有極其顯著的統(tǒng)計學(xué)意義。本研究顯示iCT所測得的EF值較超聲心動圖略低，而SV較高，分析原因可能為：①超聲心動圖評價左心室功能數(shù)學(xué)算法采用Area-length，而CT測量心功能分別采用Simpson法、Threshold-Based Segmentation法，其數(shù)學(xué)算法不同；②超聲心動圖評價左心室功能受操作者手法及經(jīng)驗影響較大[2]；③本院超聲心動圖測量心功能采取M型測量，以節(jié)段性代替整體，因此在階段性室壁異常的患者中，其準(zhǔn)確性會受到一定影響。④CT冠狀動脈成像注入對比劑及生理鹽水，造成心臟前負荷的改變，使心臟前負荷增加，根據(jù)Frank-starling定律，心縮力增強，搏出功能增大，而超聲心動圖無需注入對比劑即可完成測量，這也可能是CT測得的SV較超聲心動圖大的原因之一。

綜上所述，應(yīng)用256iCT測量左心室功能無創(chuàng)、準(zhǔn)確、可靠，與超聲心動圖對比對EF值的測量對比差異無統(tǒng)計學(xué)意義。256iCT應(yīng)用Threshold-Based Segmentation法、Simpson法測量左心功能具有較好的一致性，但由于Threshold-Based Segmentation法將乳頭肌及肌小梁排除在左心室容積測量范圍之外造成一定的誤差，臨床上推薦采用Simpson法進行心臟功能評估。

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Automated threshold-based segmentation method versus Simpson method for assessment of left ventricular function with256 iCT.

YANG Quan,ZHANG Ao,LI Xue-jiao,MA Jin,WANG Xing-lan.Department of Radiology, Yongchuan Hospital of Chongqing Medical University,Chongqing402160,CHINA

ObjectiveTo evaluate the value of automated threshold-based segmentation method in comparison with Simpson method for measurement of left ventricular(LV)function in Philips256 iCT.MethodsForty eight patients with known or suspected coronary artery disease underwent coronary CT angiography.End-systolic volume (ESV),end-diastolic volume(EDV),stroke volume(SV),ejection fraction(EF)and left ventricular myocardial mass (LVMM)at end diastole were post-processed separately by Simpson method and automated threshold-based segmentation method.Statistical methods used included pairedttest,Person correlation analysis and Bland-Altman analysis.ResultsAutomated threshold-based segmentation method had significant correlation with Simpson method for measurement of left ventricular function,and thervalues of ESV,EDV,SV,EF,LVMM were0.996,0.998,0.982,0.986,0.988,respectively.Bland-Altman analysis showed that the mean difference of ESV,EDV,SV,EF,LVMM between Simpson method and automated threshold-based segmentation method were1.4ml,3.2ml,1.8ml,0.0%,-10.3 g. Comparison of Simpson method,automated threshold-based segmentation method and echocardiography showed EF value withP＞0.05 and SV value withP＜0.01.ConclusioniCT is an accurate,noninvasive,and reliable measurement to assess LV function.Automated threshold-based segmentation method has high correlation with Simpson method,and Simpson method is more recommended to assess LV function in clinical practice.

X-ray computed;Heart;Ventricular function;Simpson method;Automated threshold-based segmentation method

R54

A

1003—6350（2015）22—3321—05

2014-12-26)

10.3969/j.issn.1003-6350.2015.22.1204

張 翱。E-mail：Aozhang68@sina.com