实时三维超声心动图容积数据长轴平面法与短轴平面法测量心室容积准确性的对比研究

邓斌华，谢明星，王新房，周阳泱

（1.湖南省郴州市第一人民医院中心医院超声科，湖南 郴州 423000；2.华中科技大学同济医学院附属协和医院，湖北 武汉 430022）

近年来，对实时三维超声心动图测量心室容积的准确性许多学者进行了广泛研究，其定量心室容积都是采用容积数据分析软件中的心尖长轴平面法，该方法的基本原理是通过勾画实时三维超声心动图容积数据（VD-RT3DE）一系列等角度的心尖长轴切面心室内膜，获取心室轮廓并计算心室容积[1-2]。在VD-RT3DE中，还可以采用短轴平面法勾画心尖到心底部等高度的短轴心室内膜，通过短轴面积结合层距计算心室容积。本研究旨在比较VD-RT3DE长轴平面法与短轴平面法测量心室容积的准确性。

1 资料与方法

1.1 研究对象

2007年12月~2008年11月本院门诊或住院确诊的不同疾病并致左室重构患者24例，男15例，女9例，年龄5～73岁，平均（31.19±18.22）岁。其中扩张型心肌病6例，缺血性心肌病9例，先天性心脏病4例，风湿性心脏病5例。常规超声心动图显示所有患者左心或全心扩大，正常腔室形态学已发生改变。17例健康体检者为正常对照组，男12例，女5例，年龄9～64岁，平均（30.18±16.95）岁，无心脏病、高血压及糖尿病等病史，经体检、心电图、常规超声心动图及其他检查均正常。

1.2 仪器与方法

1.2.1 仪器

①Philips SONOS 7500型彩色多普勒超声诊断仪，X4矩阵容积探头，频率2～4MHz；②德国TomTec超声后处理工作站，配备4D cardio-View RT软件。③16层螺旋CT扫描仪 （SOMATOM Sensation 16；Siemens，Germany），准直器宽度16×0.75mm、床进速度2.8mm/圈、球管旋转时间420ms/圈、时间分辨率105~210ms。④多层螺旋CT工作站（Wizard Workstation），配制Argus心室容积测量软件。

1.2.2 三维超声心腔容积测量方法

受检者取左侧卧位，平静呼吸，连接心电图，将X4探头置于心尖部，取心尖四腔观，心腔明显扩大者，在胸壁与探头之间加垫水囊，启动 “Full Volume”功能键，分别采集左、右心室“金字塔”形全容积图像，将全容积图像导入TomTec工作站，用4D cardio-View RT软件进行后处理分析，工作站上同时显示3幅同一心动周期的实时（由20帧左右的静态图像组成）二维切面图（2幅正交的长轴切面图、1幅短轴切面图）。方法1（长轴平面法）：选择容积测量模式“volume”键，冻结心室腔最大的一帧图像作为舒张末期并调节好对比度和亮度，用长轴平面法（两相邻平面间的夹角为22.5°，心室腔被分割成16个等角度的瓜瓣状结构）手动勾画2幅正交的长轴切面图的内膜线，计算机将自动计算心室舒张末期容积，同时计算勾画8个长轴切面心室内膜所花费时间。方法2（短轴平面法）：在其中一幅长轴切面图上测量心内膜心尖至瓣环距离且等分为16个节段，并在长轴切面图上定好标记，逐一移动短轴切面图至16个节段标记处水平，手工分别勾画16个短轴切面内膜获取面积并计算内膜勾画所用时间，应用数学方法计算心室舒张末期容积（V心室），V心室＝Vn＋V心尖，Vn＝Sn×h（n代表层面，Sn代表短轴切面面积，h指高度），V心尖＝2/3 S心尖×h（S心尖代表心尖椭圆体的底面积，h指高度）（图1～3）。

1.2.3 MSCT心腔容积测量方法

首先，利用原始数据（raw data）分别重建舒张末期图像。每组图像重建层厚1mm，重建间隔0.5mm，矩阵512×512，视野220mm×220mm，重建卷积函数选择中度平滑型（B30f），再分别对每组图像沿左室长轴方向做短轴位MPR，层厚6mm，无间隔，以包括心室腔为原则。重建完成后，所有图像传至工作站，利用Argus软件半自动勾画每幅图像心内膜轮廓，人工修正，软件自动计算心室容积。

1.3 统计学分析

采用SPSS 11.5统计学软件分析，所有参数均为计量资料，以±s表示，VD-RT3DE两种方法与MSCT所测的心室容积两两参数比较采用配对t检验，相关性分析采用直线相关分析；左室重构组与正常组之间比较采用独立样本t检验；VD-RT3DE两种方法勾画心室内膜所用时间采用配对t检验。P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 VD-RT3DE长轴平面法和短轴平面法与MSCT的LVEDV测值比较

在正常组和左室重构组中，长轴平面法、短轴平面法与MSCT的LVEDV测值之间均具有很好的相关性（P＜0.05），但长轴平面法的相关系数r值稍高于短轴平面法，长轴平面法和短轴平面法之间的LVEDV测值比较差异无统计学意义（P＞0.05）；左室重构组的长轴平面法和短轴平面法LVEDV测值要明显高于正常组（P＜0.001），与MSCT的相关性低于正常组（表1，3）。

表1 RT3DE两种方法与MSCT的LVEDV测值比较（±s）

表1 RT3DE两种方法与MSCT的LVEDV测值比较（±s）

注：与MSCT比较，1：P＜0.05；与长轴平面法比较，2：P＞0.05；与正常组比较，3：P＜0.001。

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2.2 VD-RT3DE长轴平面法和短轴平面法与MSCT的RVEDV测值比较

在正常组和左室重构组中，长轴平面法与MSCT的RVEDV测值之间具有很好的相关性，相关系数r值明显高于短轴平面法（P＜0.05），但长轴平面法和短轴平面法之间的RVEDV测值比较差异无统计学意义（P＞0.05）；左室重构组的长轴平面法和短轴平面法RVEDV测值要明显高于正常组 （P＜0.01），与MSCT的相关性低于正常组（表2，3）。

图1 长轴平面法测量心室容积。图1a：长轴平面法勾画心室轮廓后的镶嵌图；图1b：长轴平面法勾画心室的轮廓效果图；图1c：计算机重建心室模型的镶嵌效果图。 图2 短轴平面法测量心室容积。图2a：短轴平面法勾画心室轮廓过程图；图2b：短轴平面法勾画心室的轮廓效果图。 图3 MSCT应用Argus软件测量心室容积。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两种方法与MSCT的RVEDV测值比较（±s）

表2 RT3DE两种方法与MSCT的RVEDV测值比较（±s）

注：与MSCT比较，1：P＜0.05；与长轴平面法比较，2：P＞0.05；与正常组比较，3：P＜0.01。

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表3 RT3DE两种方法测量心室容积与MSCT之间的相关性r值

2.3 测量时间比较

在长轴平面法和短轴平面法将心室均分割成等节段前提下，短轴平面法勾画的心室内膜平面数量是长轴平面法的2倍，长轴平面法效率高于短轴平面法，所用时间明显少于短轴平面法且差异有统计学意义（P＜0.001）；长轴平面法和短轴平面法勾画左心室内膜时间要明显少于勾画右心室（P＜0.001）（表4）。

表4 RT3DE两种方法勾画左、右心室内膜所用时间比较（s，±s）

表4 RT3DE两种方法勾画左、右心室内膜所用时间比较（s，±s）

注：与长轴平面法比较，1：P＜0.001；与LVEDV比较，2：P＜0.001。

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3 讨论

VD-RT3DE是通过实时三维超声心动图全容积显像模式获得，包含了心室的立体形态及结构信息，VD-RT3DE接近于心室的真实容积，目前的容积分析软件对VD-RT3DE测量心室容积大多采用的是长轴平面法，即勾画等角度的若干心尖长轴切面的心室内膜，计算机自动计算出心室腔容积。较熟知的实时三维超声心动图容积定量软件有GE Vivid 7的Tri-plane软件、TomTec的 4D cardio-View RT软件以及Philips IE33随机的Qlab软件等，上述软件测量心室容积都是采用心尖长轴平面法[3-5]。本研究使用的是TomTec的4D cardio-View RT软件，可以有心尖长轴二、四、八及十六平面法四种方法测量心室容积，既往研究证实心尖长轴平面法可以准确的测量左、右心室容积[6-7]。

短轴平面法是影像学上较多采用处理心室容积的方法，勾画每个短轴平面的心室内膜轮廓，通过每个短轴平面面积结合层距计算心室容积，实际上该方法的原理是应用Simpson法则[8]。目前，在同一影像学检查中将长轴平面法和短轴平面法进行比较研究的文献鲜有报道，可能原因是计算机软件通常采用一种数学运算模式。

本研究结果显示VD-RT3DE长轴平面法和短轴平面法均可以准确测量心室容积，两者之间测值并无统计学差异，但是在测量右心室容积时，长轴平面法与MSCT测值之间的相关性要明显好于短轴平面法，其结果差异主要考虑为左、右室腔的解剖结构上的几何形态差别所导致，右室腔解剖结构比左室腔复杂，形态极不规则，流入道和流出道不在同一水平，因此短轴平面法在界定心底部短轴内膜时可能存在偏差，主观性更强，而长轴平面法无需界定心底部短轴内膜，其只需确定心尖至心底长轴切面内膜。心室重构是指心肌细胞丧失及心肌细胞外基质的堆积和纤维化导致心室形态结构的变化、心室容积的增加[9]，本研究中左室重构组VD-RT3DE长轴平面法和短轴平面法测量心室容积均大于正常组，符合心室重构所发生的病理学改变，左室重构组的相关性低于正常组，考虑为心室扩大造成采集VDRT3DE的困难增加及图像分辨力降低所致。

研究结果显示长轴平面法的另一重要优势在于效率要明显高于短轴平面法，勾画内膜时间比短轴平面法要明显缩短，主要原因有两点可能；一是在将心室分割成等数量节段前提下，长轴平面法勾画切面数量仅是短轴平面法的一半，长轴平面法取到事半功倍效果。其次，因为短轴平面法在界定心底部短轴内膜时存在偏差较大，主观性更强，内膜勾画的不确定性因素，导致在确定内膜时更费力、费时，尤其在勾画右室底部短轴切面时更明显。

因此，RT3DE长轴平面法较短轴平面法能更为高效地准确测量心室容积，测量右心室容积时优势更为明显，本研究结果还可以为临床测量心室容积方法的选择及计算机容积分析软件上方法的设计提供一定的参考价值。

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