實時三維超聲心動圖容積數(shù)據(jù)長軸平面法與短軸平面法測量心室容積準(zhǔn)確性的對比研究

鄧斌華，謝明星，王新房，周陽泱

（1.湖南省郴州市第一人民醫(yī)院中心醫(yī)院超聲科，湖南 郴州 423000；2.華中科技大學(xué)同濟(jì)醫(yī)學(xué)院附屬協(xié)和醫(yī)院，湖北 武漢 430022）

近年來，對實時三維超聲心動圖測量心室容積的準(zhǔn)確性許多學(xué)者進(jìn)行了廣泛研究，其定量心室容積都是采用容積數(shù)據(jù)分析軟件中的心尖長軸平面法，該方法的基本原理是通過勾畫實時三維超聲心動圖容積數(shù)據(jù)（VD-RT3DE）一系列等角度的心尖長軸切面心室內(nèi)膜，獲取心室輪廓并計算心室容積[1-2]。在VD-RT3DE中，還可以采用短軸平面法勾畫心尖到心底部等高度的短軸心室內(nèi)膜，通過短軸面積結(jié)合層距計算心室容積。本研究旨在比較VD-RT3DE長軸平面法與短軸平面法測量心室容積的準(zhǔn)確性。

1 資料與方法

1.1 研究對象

2007年12月~2008年11月本院門診或住院確診的不同疾病并致左室重構(gòu)患者24例，男15例，女9例，年齡5～73歲，平均（31.19±18.22）歲。其中擴(kuò)張型心肌病6例，缺血性心肌病9例，先天性心臟病4例，風(fēng)濕性心臟病5例。常規(guī)超聲心動圖顯示所有患者左心或全心擴(kuò)大，正常腔室形態(tài)學(xué)已發(fā)生改變。17例健康體檢者為正常對照組，男12例，女5例，年齡9～64歲，平均（30.18±16.95）歲，無心臟病、高血壓及糖尿病等病史，經(jīng)體檢、心電圖、常規(guī)超聲心動圖及其他檢查均正常。

1.2 儀器與方法

1.2.1 儀器

①Philips SONOS 7500型彩色多普勒超聲診斷儀，X4矩陣容積探頭，頻率2～4MHz；②德國TomTec超聲后處理工作站，配備4D cardio-View RT軟件。③16層螺旋CT掃描儀 （SOMATOM Sensation 16；Siemens，Germany），準(zhǔn)直器寬度16×0.75mm、床進(jìn)速度2.8mm/圈、球管旋轉(zhuǎn)時間420ms/圈、時間分辨率105~210ms。④多層螺旋CT工作站（Wizard Workstation），配制Argus心室容積測量軟件。

1.2.2 三維超聲心腔容積測量方法

受檢者取左側(cè)臥位，平靜呼吸，連接心電圖，將X4探頭置于心尖部，取心尖四腔觀，心腔明顯擴(kuò)大者，在胸壁與探頭之間加墊水囊，啟動 “Full Volume”功能鍵，分別采集左、右心室“金字塔”形全容積圖像，將全容積圖像導(dǎo)入TomTec工作站，用4D cardio-View RT軟件進(jìn)行后處理分析，工作站上同時顯示3幅同一心動周期的實時（由20幀左右的靜態(tài)圖像組成）二維切面圖（2幅正交的長軸切面圖、1幅短軸切面圖）。方法1（長軸平面法）：選擇容積測量模式“volume”鍵，凍結(jié)心室腔最大的一幀圖像作為舒張末期并調(diào)節(jié)好對比度和亮度，用長軸平面法（兩相鄰平面間的夾角為22.5°，心室腔被分割成16個等角度的瓜瓣狀結(jié)構(gòu)）手動勾畫2幅正交的長軸切面圖的內(nèi)膜線，計算機(jī)將自動計算心室舒張末期容積，同時計算勾畫8個長軸切面心室內(nèi)膜所花費時間。方法2（短軸平面法）：在其中一幅長軸切面圖上測量心內(nèi)膜心尖至瓣環(huán)距離且等分為16個節(jié)段，并在長軸切面圖上定好標(biāo)記，逐一移動短軸切面圖至16個節(jié)段標(biāo)記處水平，手工分別勾畫16個短軸切面內(nèi)膜獲取面積并計算內(nèi)膜勾畫所用時間，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法計算心室舒張末期容積（V心室），V心室＝Vn＋V心尖，Vn＝Sn×h（n代表層面，Sn代表短軸切面面積，h指高度），V心尖＝2/3 S心尖×h（S心尖代表心尖橢圓體的底面積，h指高度）（圖1～3）。

1.2.3 MSCT心腔容積測量方法

首先，利用原始數(shù)據(jù)（raw data）分別重建舒張末期圖像。每組圖像重建層厚1mm，重建間隔0.5mm，矩陣512×512，視野220mm×220mm，重建卷積函數(shù)選擇中度平滑型（B30f），再分別對每組圖像沿左室長軸方向做短軸位MPR，層厚6mm，無間隔，以包括心室腔為原則。重建完成后，所有圖像傳至工作站，利用Argus軟件半自動勾畫每幅圖像心內(nèi)膜輪廓，人工修正，軟件自動計算心室容積。

1.3 統(tǒng)計學(xué)分析

采用SPSS 11.5統(tǒng)計學(xué)軟件分析，所有參數(shù)均為計量資料，以±s表示，VD-RT3DE兩種方法與MSCT所測的心室容積兩兩參數(shù)比較采用配對t檢驗，相關(guān)性分析采用直線相關(guān)分析；左室重構(gòu)組與正常組之間比較采用獨立樣本t檢驗；VD-RT3DE兩種方法勾畫心室內(nèi)膜所用時間采用配對t檢驗。P＜0.05為差異有統(tǒng)計學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 VD-RT3DE長軸平面法和短軸平面法與MSCT的LVEDV測值比較

在正常組和左室重構(gòu)組中，長軸平面法、短軸平面法與MSCT的LVEDV測值之間均具有很好的相關(guān)性（P＜0.05），但長軸平面法的相關(guān)系數(shù)r值稍高于短軸平面法，長軸平面法和短軸平面法之間的LVEDV測值比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；左室重構(gòu)組的長軸平面法和短軸平面法LVEDV測值要明顯高于正常組（P＜0.001），與MSCT的相關(guān)性低于正常組（表1，3）。

表1 RT3DE兩種方法與MSCT的LVEDV測值比較（±s）

表1 RT3DE兩種方法與MSCT的LVEDV測值比較（±s）

注：與MSCT比較，1：P＜0.05；與長軸平面法比較，2：P＞0.05；與正常組比較，3：P＜0.001。

?

2.2 VD-RT3DE長軸平面法和短軸平面法與MSCT的RVEDV測值比較

在正常組和左室重構(gòu)組中，長軸平面法與MSCT的RVEDV測值之間具有很好的相關(guān)性，相關(guān)系數(shù)r值明顯高于短軸平面法（P＜0.05），但長軸平面法和短軸平面法之間的RVEDV測值比較差異無統(tǒng)計學(xué)意義（P＞0.05）；左室重構(gòu)組的長軸平面法和短軸平面法RVEDV測值要明顯高于正常組 （P＜0.01），與MSCT的相關(guān)性低于正常組（表2，3）。

圖1 長軸平面法測量心室容積。圖1a：長軸平面法勾畫心室輪廓后的鑲嵌圖；圖1b：長軸平面法勾畫心室的輪廓效果圖；圖1c：計算機(jī)重建心室模型的鑲嵌效果圖。 圖2 短軸平面法測量心室容積。圖2a：短軸平面法勾畫心室輪廓過程圖；圖2b：短軸平面法勾畫心室的輪廓效果圖。 圖3 MSCT應(yīng)用Argus軟件測量心室容積。Figure 1.Measuring ventricular volume by long-axis plane method of VD-RT3DE.Figure 1a:mosaic image of ventricular contour by long-axis plane method.Figure 1b:effective image through drawing ventricular contour by long-axis plane method.Figure 1c:mosaic effective image of ventricular reconstruction. Figure 2. Measuring ventricular volume by shortaxis plane method of VD-RT3DE.Figure 2a:process image of ventricular contour by short-axis plane method.Figure 2b:effective image through drawing ventricular contour by short-axis plane method. Figure 3. Measuring ventricular volume by Argus software of MSCT.

表2 RT3DE兩種方法與MSCT的RVEDV測值比較（±s）

表2 RT3DE兩種方法與MSCT的RVEDV測值比較（±s）

注：與MSCT比較，1：P＜0.05；與長軸平面法比較，2：P＞0.05；與正常組比較，3：P＜0.01。

?

表3 RT3DE兩種方法測量心室容積與MSCT之間的相關(guān)性r值

2.3 測量時間比較

在長軸平面法和短軸平面法將心室均分割成等節(jié)段前提下，短軸平面法勾畫的心室內(nèi)膜平面數(shù)量是長軸平面法的2倍，長軸平面法效率高于短軸平面法，所用時間明顯少于短軸平面法且差異有統(tǒng)計學(xué)意義（P＜0.001）；長軸平面法和短軸平面法勾畫左心室內(nèi)膜時間要明顯少于勾畫右心室（P＜0.001）（表4）。

表4 RT3DE兩種方法勾畫左、右心室內(nèi)膜所用時間比較（s，±s）

表4 RT3DE兩種方法勾畫左、右心室內(nèi)膜所用時間比較（s，±s）

注：與長軸平面法比較，1：P＜0.001；與LVEDV比較，2：P＜0.001。

?

3 討論

VD-RT3DE是通過實時三維超聲心動圖全容積顯像模式獲得，包含了心室的立體形態(tài)及結(jié)構(gòu)信息，VD-RT3DE接近于心室的真實容積，目前的容積分析軟件對VD-RT3DE測量心室容積大多采用的是長軸平面法，即勾畫等角度的若干心尖長軸切面的心室內(nèi)膜，計算機(jī)自動計算出心室腔容積。較熟知的實時三維超聲心動圖容積定量軟件有GE Vivid 7的Tri-plane軟件、TomTec的 4D cardio-View RT軟件以及Philips IE33隨機(jī)的Qlab軟件等，上述軟件測量心室容積都是采用心尖長軸平面法[3-5]。本研究使用的是TomTec的4D cardio-View RT軟件，可以有心尖長軸二、四、八及十六平面法四種方法測量心室容積，既往研究證實心尖長軸平面法可以準(zhǔn)確的測量左、右心室容積[6-7]。

短軸平面法是影像學(xué)上較多采用處理心室容積的方法，勾畫每個短軸平面的心室內(nèi)膜輪廓，通過每個短軸平面面積結(jié)合層距計算心室容積，實際上該方法的原理是應(yīng)用Simpson法則[8]。目前，在同一影像學(xué)檢查中將長軸平面法和短軸平面法進(jìn)行比較研究的文獻(xiàn)鮮有報道，可能原因是計算機(jī)軟件通常采用一種數(shù)學(xué)運(yùn)算模式。

本研究結(jié)果顯示VD-RT3DE長軸平面法和短軸平面法均可以準(zhǔn)確測量心室容積，兩者之間測值并無統(tǒng)計學(xué)差異，但是在測量右心室容積時，長軸平面法與MSCT測值之間的相關(guān)性要明顯好于短軸平面法，其結(jié)果差異主要考慮為左、右室腔的解剖結(jié)構(gòu)上的幾何形態(tài)差別所導(dǎo)致，右室腔解剖結(jié)構(gòu)比左室腔復(fù)雜，形態(tài)極不規(guī)則，流入道和流出道不在同一水平，因此短軸平面法在界定心底部短軸內(nèi)膜時可能存在偏差，主觀性更強(qiáng)，而長軸平面法無需界定心底部短軸內(nèi)膜，其只需確定心尖至心底長軸切面內(nèi)膜。心室重構(gòu)是指心肌細(xì)胞喪失及心肌細(xì)胞外基質(zhì)的堆積和纖維化導(dǎo)致心室形態(tài)結(jié)構(gòu)的變化、心室容積的增加[9]，本研究中左室重構(gòu)組VD-RT3DE長軸平面法和短軸平面法測量心室容積均大于正常組，符合心室重構(gòu)所發(fā)生的病理學(xué)改變，左室重構(gòu)組的相關(guān)性低于正常組，考慮為心室擴(kuò)大造成采集VDRT3DE的困難增加及圖像分辨力降低所致。

研究結(jié)果顯示長軸平面法的另一重要優(yōu)勢在于效率要明顯高于短軸平面法，勾畫內(nèi)膜時間比短軸平面法要明顯縮短，主要原因有兩點可能；一是在將心室分割成等數(shù)量節(jié)段前提下，長軸平面法勾畫切面數(shù)量僅是短軸平面法的一半，長軸平面法取到事半功倍效果。其次，因為短軸平面法在界定心底部短軸內(nèi)膜時存在偏差較大，主觀性更強(qiáng)，內(nèi)膜勾畫的不確定性因素，導(dǎo)致在確定內(nèi)膜時更費力、費時，尤其在勾畫右室底部短軸切面時更明顯。

因此，RT3DE長軸平面法較短軸平面法能更為高效地準(zhǔn)確測量心室容積，測量右心室容積時優(yōu)勢更為明顯，本研究結(jié)果還可以為臨床測量心室容積方法的選擇及計算機(jī)容積分析軟件上方法的設(shè)計提供一定的參考價值。

[1]Endo Y,Maddukuri PV,Vieira ML,et al.Quantification of right ventricular volumes and function by real time three-dimensional echocardiographic longitudinal axial plane method:validation in the clinical setting[J].Echocardiography,2006,23:853-859.

[2]Qin JJ,Jones M,Shiota T,et al.New digital measurement methods for left ventricular volume using real-time three-dimensional echocardiography:comparison with electromagneticflow method and magnetic resonance imaging[J].Eur J Echocardiogr,2000,1: 96-104.

[3]王瑤，高長青，葉衛(wèi)華，等.超聲心動圖實時三平面成像法測量左心室容積的實驗研究 [J].中華超聲影像學(xué)雜志，2006，15：776－779.

[4]Hoole SP,Boyd J,Ninios V.Measurement of cardiac output by real-time 3D echocardiography in patients undergoing assessment for cardiac transplantation[J].Eur J Echocardiogr,2008,9:334-337.

[5]Lu X,Xie M,Tomberlin D,et al.How accurately,reproducibly, and efficiently can we measure left ventricular indices using M-mode,2-dimensional,and 3-dimensionalechocardiographyin children?[J].Am Heart J,2008,155:946-953.

[6]Wang J,Wang X,Xie M,et al.Evaluation of right ventricular volume and systolic function by real-time three-dimensional echocardiography[J].J Huazhong Univ Sci Technolog Med Sci, 2005,25:94-96.

[7]Yao GH,Li F,Zhang C,et al.How many planes are required to get an accurate and timesaving measurement of left ventricular volume and function by real-time three-dimensional echocardiography in acute myocardial infarction?[J]Echocardiography,2008, 25:911-917.

[8]Otto C.The Practice of Clinical Echocardiography[M].2nd ed. Philadelphia W.B.Saunders,2002:74.

[9]Swedberg K,Cleland J,Dargie H,et al.Guidelines for the diagnosis and treatment of chronic heart failure:executive summary (update 2005):The Task Force for the Diagnosis and Treatment of Chronic Heart Failure of the European Society of Cardiology [J].Eur Heart J,2005,26:1115-1140.