三維近端等速度表面積法在測量缺血性二尖瓣反流量中的應(yīng)用

陳雪梅，敖小華，江小英，盧詠梅，王強(qiáng)，紀(jì)軍，吳素蓉

1.上海市東方醫(yī)院吉安醫(yī)院功能科，江西吉安 331000；2.江西省新干縣中醫(yī)院內(nèi)科，江西吉安 331300；3.井岡山大學(xué)醫(yī)務(wù)室，江西吉安 331000； *通訊作者 陳雪梅xinmingzh@sina.com

缺血性二尖瓣反流（ischemic mitral regurgitation，IMR）易引發(fā)心力衰竭，提高患者的病死率。準(zhǔn)確評(píng)估二尖瓣的反流程度，對(duì)有效保護(hù)心功能具有重要作用[1]。二尖瓣的反流量及有效反流口面積（effective regurgitant orifice area，EROA）是評(píng)價(jià)二尖瓣反流程度的有效指標(biāo)[2-4]。目前，近端等速度表面積法（proximal isovelocity surface area，PISA）是臨床評(píng)估二尖瓣反流的可靠方法，并已寫入歐美國家評(píng)估二尖瓣反流的指南[5]。然而，由于二維 PISA存在掃查切面的限制，需要通過半球形數(shù)學(xué)幾何模型的假設(shè)才能計(jì)算出血流匯聚區(qū)，其準(zhǔn)確性不足。隨著三維超聲技術(shù)的發(fā)展，新一代三維PISA可自動(dòng)化計(jì)算血流匯聚區(qū)三維表面積，理論上不再受幾何形態(tài)學(xué)假設(shè)的限制，為二尖瓣反流的定量分析提供了新思路。本研究擬比較三維PISA、二維PISA及差值流量法對(duì)定量分析二尖瓣反流量及EROA的影響，以探討三維PISA法定量分析IMR反流量的準(zhǔn)確性，為IMR患者的診治提供理論基礎(chǔ)。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 選取2015年5月—2017年2月于上海市東方醫(yī)院吉安醫(yī)院確診為急性心肌梗死導(dǎo)致的IMR患者70例，其中男31例，女39例；年齡40~66歲，平均（54.14±12.03）歲；梗死部位：下壁心肌梗死57例，廣泛前壁心肌梗死11例，前側(cè)壁心肌梗死2例；平均心肌缺血時(shí)間為（6.54±4.78）h。排除標(biāo)準(zhǔn)：非急性心肌梗死引起的IMR；二尖瓣葉及瓣下結(jié)構(gòu)病變；存在除心肌梗死外的重要器官（肝、肺等）功能障礙；有意識(shí)障礙不能配合檢查者。根據(jù)反流程度分類標(biāo)準(zhǔn)，所有患者均為中、重度二尖瓣反流患者，其中0.2 cm2≤EROA＜0.4 cm2為中度反流，EROA≥0.4 cm2為重度反流。本研究經(jīng)醫(yī)院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，患者或家屬均簽署知情同意書。

1.2 研究方法 采用Siemens Acuson SC2000彩色多普勒超聲診斷儀，4Vlc、4Zlc探頭，所有患者均行差值流量法、二維PISA、三維PISA檢測，其中二維與三維檢測采用“eSie PISA”圖像軟件進(jìn)行圖像采集。取得血流參數(shù)二尖瓣EROA、二尖瓣峰值反流量（peak regurgitation volume，RVol）、二尖瓣峰值反流分?jǐn)?shù)（peak regurgitation fraction，RF）。

1.2.1 差值流量法 患者取左側(cè)臥位，于平靜呼吸時(shí)記錄二維及彩色多普勒超聲心動(dòng)圖，并常規(guī)評(píng)估二尖瓣反流情況。取左心室長軸切面，測量二尖瓣口舒張末期瓣環(huán)徑，于四腔心切面調(diào)整探頭位置及方向，在聲束與二尖瓣舒張期血流夾角最小、反流血流夾角最小時(shí)，記錄二尖瓣舒張期脈沖多普勒（PWD），勾勒測量二尖瓣舒張期速度積分（diastolic velocity integral，DVI）與二尖瓣舒張期的最大血流速度（圖1A、B）。用同樣的方法獲取主動(dòng)脈瓣收縮末期瓣環(huán)徑、主動(dòng)脈瓣口收縮期速度積分（systolic velocity integral，SVI）和最大血流速度（圖1C、D），然后采用差值流量法根據(jù)公式（1）~（3）計(jì)算 RVol、EROA、RF。每例患者均檢測3次，取平均值。

其中，r1為二尖瓣口舒張末期瓣環(huán)徑，r2為主動(dòng)脈瓣口收縮末期瓣環(huán)徑。

圖1 差值流量法計(jì)算二尖瓣反流量。A：二尖瓣舒張期PWD，勾勒二尖瓣DVI；B：左心室長軸切面，測量二尖瓣口舒張末期瓣環(huán)徑；C：收縮期主動(dòng)脈瓣P(guān)WD，勾勒主動(dòng)脈瓣口SVI；D：左心室長軸切面，測量主動(dòng)脈瓣口收縮末期瓣環(huán)徑

1.2.2 三維PISA 患者取左側(cè)臥位，平靜呼吸，連接同步導(dǎo)聯(lián)心電圖，調(diào)節(jié)彩色基線選擇適當(dāng)?shù)腘yquist速度極限，獲取1個(gè)心動(dòng)周期三維動(dòng)態(tài)彩色圖像。脫機(jī)后進(jìn)入彩色多普勒超聲儀的“eSie PISA”圖像軟件，經(jīng)過人工微調(diào)二尖瓣反流PISA分析區(qū)的血流中軸，確定二尖瓣反流的匯聚點(diǎn)及反流方向，進(jìn)行心臟實(shí)時(shí)三維彩色圖像編輯與分析，點(diǎn)擊PISA分析按鈕，計(jì)算機(jī)自動(dòng)獲得二尖瓣反流三維PISA法的血流參數(shù)3D-EROA、RVol和RF（圖2）。每位患者均檢測3次，取平均值。

圖2 三維PISA測量二尖瓣反流，計(jì)算機(jī)自動(dòng)獲得二尖瓣反流的血流參數(shù)3D-EROA、RVol和RF

1.2.3 二維PISA 將所選二尖瓣反流最大圖像切換成二維模式，確定Nyquist速度極限后，進(jìn)入彩色多普勒超聲儀的“eSie PISA”圖像軟件，獲得二尖瓣反流二維PISA的血流參數(shù)2D-EROA、RVol和RF（圖3）。每位患者均檢測3次，取平均值。

圖3 二維PISA測量二尖瓣反流，計(jì)算機(jī)自動(dòng)獲得二尖瓣反流的血流參數(shù)2D-EROA、RVol和RF

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用 SPSS 17.0軟件，計(jì)量資料采用±s表示，不同Nyquist速度極限下2D-EROA、3DEROA與 EROA及差值進(jìn)行比較，得到差值最小的Nyquist速度極限；并在最佳Nyquist速度極限下，采用配對(duì)t檢驗(yàn)比較二維PISA及三維PISA計(jì)算的二尖瓣EROA、RVol及RF與差值流量法的計(jì)算結(jié)果；2DEROA、3D-EROA與EROA的相關(guān)性采用Spearman相關(guān)分析。P<0.05表示差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 不同Nyquist速度極限下的二尖瓣有效反流面積二維PISA和三維PISA在不同Nyquist速度極限下測量的2D-EROA與3D-EROA相比，差異均有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）。差值流量法所測EROA為（0.57±0.21）cm2，在Nyquist速度極限逐漸降低時(shí)，2D-EROA和3DEROA均隨之升高，而與差值流量法所測EROA的差值均逐漸減小。當(dāng)Nyquist速度極限為28 cm/s時(shí)，三維PISA計(jì)算的3D-EROA與差值流量法計(jì)算的EROA差值最小為（0.06±0.05）cm2，其差值百分比為（8.58±7.61）%，同時(shí)，二維PISA計(jì)算的2D-EROA與差值流量法計(jì)算的EROA速度極限為18 cm/s時(shí)，上述差值均有所上升，見表1。

表1 不同檢測方法在不同Nyquist速度極限下二尖瓣EROA及其差值（±s）

表1 不同檢測方法在不同Nyquist速度極限下二尖瓣EROA及其差值（±s）

注：ΔEROA1=EROA－2D-EROA，差值百分比1=ΔEROA1/EROA×100%；ΔEROA2=EROA－3D-EROA，差值百分比2=ΔEROA2/EROA×100%；差值流量法所測EROA為（0.57±0.21）cm2

55 cm/s 0.14±0.05 0.13±0.05 0.53±0.27 96.57±0.42 0.56±0.19 98.01±0.1634 cm/s 0.31±0.13 0.45±0.11 0.27±0.07 36.14±11.17 0.17±0.12 27.68±19.0418 cm/s 0.29±0.12 0.43±0.21 0.24±0.13 34.17±17.08 0.14±0.10 20.93±12.74

2.2 3種檢測方法測量血流參數(shù)的比較 在選擇Nyquist速度極限為28 cm/s時(shí)，采用二維PISA和三維PISA計(jì)算的2D-EROA或3D-EROA、RVol及RF均明顯小于采用差值流量法計(jì)算的各血流參數(shù)，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P<0.05）；與二維PISA相比，三維PISA所測血流參數(shù)結(jié)果與差值流量法的參照標(biāo)準(zhǔn)較接近，見表2。

表2 3種檢測方法測量血流參數(shù)的比較（±s）

表2 3種檢測方法測量血流參數(shù)的比較（±s）

注：與差值流量法比較，*P<0.05

二維 PISA 0.47±0.16* 55.98±16.17* 45.24±9.83*差值流量法 0.57±0.21 75.94±21.18 61.25±10.69

2.3 相關(guān)性分析結(jié)果 二維PISA、三維PISA計(jì)算的2D-EROA、3D-EROA與差值流量法計(jì)算的EROA之間呈正相關(guān)（r二維=0.883，P<0.05；r三維=0.953，P<0.05），其中三維PISA與差值流量法計(jì)算的EROA之間相關(guān)性更強(qiáng)（圖4）。

3 討論

目前，急性心肌梗死導(dǎo)致IMR的病例日益增多，準(zhǔn)確評(píng)估二尖瓣反流程度對(duì)患者診療效果及預(yù)后具有重要的指導(dǎo)意義，因此對(duì)于二尖瓣反流定量分析技術(shù)的研究尤為重要[6-9]。PISA是根據(jù)流體力學(xué)的原理估測二尖瓣反流量的方法，“eSie PISA”圖像處理軟件的應(yīng)用在一定程度上提高了檢測效率[10-11]。二維PISA技術(shù)對(duì)于二尖瓣反流程度的評(píng)估應(yīng)用相對(duì)較成熟，其定量分析二尖瓣反流量是基于半球形的假設(shè)的血流會(huì)聚區(qū)，但由于二尖瓣反流口形態(tài)、反流速度及Nyquist速度極限均可導(dǎo)致血流會(huì)聚區(qū)的等速面形態(tài)改變，故一定程度上影響了采用半球面假設(shè)的二維PISA定量二尖瓣反流EROA的準(zhǔn)確性[12-13]。三維技術(shù)由于不受幾何形態(tài)學(xué)假設(shè)的限制，為提高二尖瓣反流定量分析技術(shù)提供了新思路。

圖4 2D-EROA（A）、3D-EROA（B）與差值流量法EROA的相關(guān)性

本研究采用差值流量法計(jì)算的二尖瓣反流量作為參考標(biāo)準(zhǔn)，是因?yàn)椴钪盗髁糠ㄔ谂懦鲃?dòng)脈瓣反流的基礎(chǔ)上，將二尖瓣和主動(dòng)脈瓣口均設(shè)計(jì)為圓形，計(jì)算其每搏流量，因?yàn)榱髁窟B續(xù)恒等原理，故理論上二尖瓣反流量等于二尖瓣口流入量減主動(dòng)脈瓣口流出量的差。它不依賴左心室形態(tài)的變化，其反流量測量結(jié)果相對(duì)較可靠[14]。此外，差值流量法作為傳統(tǒng)的計(jì)算反流量的方法，有大量的循證醫(yī)學(xué)證據(jù)可以查閱對(duì)比，因此本研究將其作為三維PISA和二維PISA的參考標(biāo)準(zhǔn)。

本研究通過比較二維PISA和三維PISA在不同Nyquist速度極限下檢測的EROA與差值流量法檢測結(jié)果的差值，結(jié)果發(fā)現(xiàn)在Nyquist速度極限為28 cm/s時(shí)，二維PISA和三維PISA測得的2D-EROA或3D-EROA與差值流量法所測EROA結(jié)果的差值最小，表明PISA的計(jì)算結(jié)果受到Nyquist速度極限的影響，而Nyquist速度極限的設(shè)置直接決定了三維、二維PISA判斷二尖瓣有效反流程度的準(zhǔn)確性。上述結(jié)論提示在臨床工作中無論使用二維PISA還是三維PISA，均需要注意調(diào)整Nyquist速度極限參數(shù)，多次測量以得到可靠的結(jié)果。

本研究進(jìn)一步選擇在Nyquist速度極限為28 cm/s時(shí)，分析二維PISA和三維PISA計(jì)算的2D-EROA或3D-EROA、RVol及RF，發(fā)現(xiàn)均明顯小于采用差值流量法計(jì)算各血流參數(shù)（P<0.05），其中三維PISA法所測二尖瓣反流參數(shù)與差值流量法的參照標(biāo)準(zhǔn)較接近。此研究結(jié)果與既往采用差值流量法作為參考標(biāo)準(zhǔn)定量二尖瓣反流的結(jié)果[15-16]一致，提示在同樣Nyquist速度極限下三維 PISA測得的二尖瓣反流參數(shù)更接近臨床實(shí)際情況。

此外，本研究發(fā)現(xiàn)二維PISA、三維PISA計(jì)算的2D-EROA或 3D-EROA與差值流量法的計(jì)算結(jié)果呈正相關(guān)（r二維=0.883，P<0.05；r三維=0.953，P<0.05），其中三維PISA與差值流量法計(jì)算的EROA之間相關(guān)性更強(qiáng)，提示三維PISA較二維PISA結(jié)果更可靠。差值流量法由于存在幾何形態(tài)學(xué)假設(shè)的限制，其計(jì)算結(jié)果理論上不會(huì)完全符合真實(shí)情況，但三維 PISA及二維 PISA結(jié)果均與差值流量法存在一定的差距，均出現(xiàn)了低估EROA的情況，說明PISA的評(píng)估結(jié)果還需要更多的臨床數(shù)據(jù)驗(yàn)證。

本研究的局限性為：①盡管三維PISA不存在半球面假設(shè)，能夠計(jì)算不規(guī)則的血流匯聚區(qū)，但仍然受到 Nyquist速度極限的影響，數(shù)據(jù)不夠客觀。而Nyquist速度極限的定義目前尚無明確可靠的方法，仍然需要大量的臨床證據(jù)證明。②三維PISA需要在超聲連接心電圖的情況下連續(xù)獲得 3個(gè)完整心動(dòng)周期后才可以獲取并計(jì)算，這在臨床工作中的應(yīng)用比較受限，需要進(jìn)一步開發(fā)速度更快的單心動(dòng)周期三維技術(shù)進(jìn)行改善。③三維PISA、二維PISA及差值流量法均是評(píng)估EROA、RVol的影像學(xué)方法，其結(jié)果最終是否正確需要手術(shù)后才得以驗(yàn)證，而由于操作難度高，相關(guān)的驗(yàn)證研究報(bào)道仍然非常匱乏，需要進(jìn)一步探討。

總之，采用三維PISA定量分析IMR程度的準(zhǔn)確性優(yōu)于二維PISA，所測得EROA、RVol及RF與差值流量法計(jì)算結(jié)果更接近，值得臨床進(jìn)一步深入研究。

[1]王吳剛, 王浩. 實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖評(píng)估二尖瓣反流嚴(yán)重程度的方法. 中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志, 2014, 22(1): 47-50.

[2]周瑋, 鄧又斌, 李陽, 等. 三維近端等速表面積法測量二尖瓣狹窄患者二尖瓣口面積的初步研究. 中華超聲影像學(xué)雜志, 2014, 23(3): 190-193.

[3]孟湘, 劉昕. 斑點(diǎn)追蹤成像技術(shù)結(jié)合三維超聲評(píng)價(jià)缺血性二尖瓣反流患者的乳頭肌功能. 中國醫(yī)學(xué)影像學(xué)雜志,2017, 25(3): 203-207.

[4]劉佳霓, 白文娟, 唐紅. 實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖評(píng)價(jià)缺血性二尖瓣反流的研究進(jìn)展. 華西醫(yī)學(xué), 2016, 31(5): 978-981.

[5]Utsunomiya T, Ogawa T, Doshi R, et al. Doppler color flow"proximal isovelocity surface area" method for estimating volume flow rate: effects of orifice shape and machine factors. J Am Coll Cardiol, 1991, 17(5):1103-1111.

[6]Bertrand PB, Schwammenthal E, Levine RA. Exercise dynamics in secondary mitral regurgitation pathophysiology and therapeutic implications. Circulation, 2017, 135(3): 297-314.

[7]夏良華, 陳明, 張波, 等. 經(jīng)食管實(shí)時(shí)三維超聲心動(dòng)圖觀測二尖瓣構(gòu)型改變對(duì)缺血性二尖瓣反流的影響. 中華超聲影像學(xué)雜志, 2015, 24(2): 93-99.

[8]鐘小芳, 王晶, 蘇茂龍, 等. 二尖瓣幾何結(jié)構(gòu)與缺血性二尖瓣反流機(jī)制的超聲影像學(xué)研究. 中華超聲影像學(xué)雜志,2014, 23(11): 925-929.

[9]殷哲煜, 衛(wèi)麗, 馬戰(zhàn), 等. 超聲心動(dòng)圖對(duì)缺血性二尖瓣反流血流動(dòng)力學(xué)的研究. 現(xiàn)代生物醫(yī)學(xué)進(jìn)展, 2012, 12(4):659-661.

[10]Omar AM, Abdel-Rahman MA, Raslan H, et al. Radius of proximal isovelocity surface area in the assessment of rheumatic mitral stenosis: connecting flow to anatomy and hemodynamics. J Saudi Heart Assoc, 2015, 27(4): 244-255.

[11]Brugger N, Wustmann K, Hü rzeler M, et al. Comparison of Three-dimensional proximal isovelocity surface area to cardiac magnetic resonance imaging for quantifying mitral regurgitation. Am J Cardiol, 2015, 115(8): 1130-1136.

[12]Li XK, Irvine T, Wanitkun S, et al. Direct computation of multiple 3D flow convergence isovelocity surfaces from digital 3D reconstruction of colour Doppler data of the flow convergence region: an in vitro study with differently shaped orifices. Eur J Echocardiogr, 2000, 1(4): 244-251.

[13]Tsarpalis K. Limitations of the two-dimensional and threedimensional proximal isovelocity surface area methods. Am J Cardiol, 2007, 100(9): 1495-1496.

[14]Iwakura K, Ito H, Kawano S, et al. Comparison of orifice area by transthoracic three-dimensional Doppler echocardiography versus proximal isovelocity surface area(Pisa) method for assessment of mitral regurgitation. Am J Cardiol, 2006, 97(11): 1630-1637.

[15]周瑋, 鄧又斌, 劉紅云, 等. 三維近端等速表面積法定量二尖瓣反流: 選擇合適的Nyquist速度極限. 中國超聲醫(yī)學(xué)雜志, 2014, 30(9): 796-799.

[16]De Agustin JA, Viliani D, Vieira C, et al. Proximal isovelocity surface area by single-beat three-dimensional color Doppler echocardiography applied for tricuspid regurgitation quantification. J Am Soc Echocardiogr, 2013,26(9): 1063-1072.