正常人左心室功能指标的参考值及其预计公式的初步研究报告*

卢志南， 孙兴国△，Songshou Mao， Matthew J. Budoff，William W. Stringer,葛万刚， 李 浩，黄 洁，刘 方，胡盛寿

（1.中国医学科学院 北京协和医学院 国家心血管病中心阜外医院 心血管疾病国家重点实验室，心血管疾病国家临床医学研究中心， 北京100037；2.美国加州大学洛杉矶分校Harbor-UCLA 医学中心，洛杉矶生物医学研究院，圣约翰心血管研究中心，美国 加州90502）

正常人左心室功能指标的参考值及其预计公式的初步研究报告*

卢志南1， 孙兴国1△，Songshou Mao2， Matthew J. Budoff2，William W. Stringer2,葛万刚1， 李 浩1，黄 洁1，刘 方1，胡盛寿1

（1.中国医学科学院 北京协和医学院 国家心血管病中心阜外医院 心血管疾病国家重点实验室，心血管疾病国家临床医学研究中心， 北京100037；2.美国加州大学洛杉矶分校Harbor-UCLA 医学中心，洛杉矶生物医学研究院，圣约翰心血管研究中心，美国 加州90502）

目的：当前评估左心室容量和功能仍常用正常值范围，个体化分析也仅使用体表面积进行校正。尚缺少个体化因素相关的大样本参考值和预计公式。方法： 本研究纳入美国加州洛杉矶县南湾地区1200名健康志愿者，其中男807女393，年龄20岁-94岁，心脏CT造影（CTA），经过高精度三维成像技术处理，计算左心室容积在收缩和舒张过程中的连续动态变化，测定左心室（LV）容量和功能指标：舒张末期容积（EDV)、收缩末期容积(ESV)、每搏输出量(SV)、射血分数(EF)和心输出量(CO)。将以上指标与一般特征指标进行多因素相关分析，以探索正常人预计值计算公式。结果：男性除LVEF小于女性外（P＜0.001），其余各指标均大于女性（P＜0.001）。多元线性回归分析提示, 性别、年龄、身高和体质量均为EDV、ESV、SV的独立影响因子(P＜0.001); 而CO仅受年龄、性别、体质量显著影响(P＜0.001)，但与身高无关(P＞0.05)。CO的预测公式CO (L·min-1)= 6.963+0.446(Male) -0.037×年龄(yr)+0.013×体质量(kg)。结论：性别、年龄、身高、体质量均影响左心室容量和功能，建立预测值计算公式，对心血管疾病的无创评估和个体化精准医疗具有重要参考价值。

多层螺旋CT；心脏CT造影；三维立体成像技术；心脏功能；心输出量；每博心输出量；左心室容量；左室射血分数；参考值；预计值公式

正确评价左心室（Left ventricular，LV）功能对于心血管疾病的诊断、治疗和预后评估具有重要的临床意义。Fick’s法是心输出量测定金标准，但需要动、静脉取血血气分析与氧耗量直接测定同时进行[1-4]，因其有创和操作复杂，国内实际临床应用极少。目前, 临床上常用于评价心脏功能的无创检查手段主要包括血流动力学指标，经胸超声心动图，磁共振成像（MRI）、心血管核素显像等，这些方法在评估冠状动脉的病变时均有一定的局限性[5]。近年来不断发展的心血管多层螺旋CT（multi-slices computed tomography, MSCT）通过回顾性心电门控技术，不仅可以在一次屏气时间内准确评估冠状动脉的结构和病变，同时应用造影剂增强显像更易获得高分辨率的心脏CT（high resolution, HRCT）造影图像（cardiac computed tomographic angiography, CTA）, 较好地评估心脏结构及整体和局部心功能，在临床心血管疾病的诊断和评估中应用日益广泛[6-9]。目前国内外关于CTA评估冠心病患者心功能的研究报道较多，但评估正常人心脏结构和功能的研究较少，而且评估心血管功能指标通常仅使用正常值范围，个体化分析也仅使用体表面积作校正，缺乏与年龄、性别、身高、体质量等一般特征性指标相关关系的分析研究，即缺乏心血管功能指标的预计值计算公式[10]。实际上与心功能直接相关的人体最大运氧能力等指标直接受到一般特征性指标的影响并可以产生个体化的正常预计值，有效地指导临床服务[11-18]。由此我们假设由CTA产生的心功能指标应该与人体一般特征性指标（年龄、性别、身高和体重等）相关并可产生个体化的正常预计值。 本文通过对1200例美国加州洛杉矶县南湾地区正常成人志愿者CTA检查数据，首次探索了CTA心脏功能指标检查的正常值范围，并将心脏容量和功能指标与人体一般特征性指标进行多因素相关分析，获得了正常人左心功能指标的预计值计算公式，对进行人体整体循环功能的客观定量评估以指导心血管病学临床实践，具有重要价值。

1 对象与方法

1.1 研究对象

连续选取2013年下半年共收集健康志愿者1200名，其中男性807名，女性393名，年龄20岁-94岁（平均63.3岁）。入选标准：年龄≥18岁；所有志愿者均无主要脏器诊断疾病；无对比剂过敏史。测量身高、体质量，计算体重指数BMI [BMI =体质量（kg）/身高(m2)]，体表面积[body surface aera，BSA (m²) = 0.007184×身高(cm)0.725× 体质量(kg)0.425)]。

1.2 HRCT扫描进行心脏CTA检查

采用HRCT按照Harbor-UCLA医学中心[1]建立的标准化常规心脏CTA扫描检查和图像分析技术在同一个志愿者，心脏CTA检查前训练患者深吸气屏气。仰卧位，连续心电图监测，心率快者，使用β-阻滞剂控制心率(HR)＜65 beats/min。采用CTA扫描方案及回顾性心电门控技术，深吸气后屏气扫描，屏气时间4.7 s，扫描范围为气管分叉下方0.5 cm至心脏膈面。肘静脉穿刺，植入18-20G套管针，采用高压注射器以4～6 ml/s的速度注入50～70 ml非离子型对比剂碘海醇(欧苏350 mgI/ml)。应用对比剂团跟踪技术，在主动脉根部层面选择感兴趣区检测CT值。当感兴趣区域内CT值超过150 HU时触发扫描。扫描参数：探测准直器40×0.626 mm，管电压120 kVp，管电流220～670 mAs，螺距0.18～0.24，机架旋转时间每周0.35 s，矩阵为512×512，像素尺寸0.39 mm2，所有扫描均采用心动周期内管电流自动调节模式以减少辐射剂量, 使在R-R间期60%～80%达到400～600 mA，而心动周期的其他时间间期（81%～59%R-R）250～350 mA，平均有效放射剂量10.8±1.1 (9.0～13.5)mSv[6,7]。

1.3 心脏CTA图像分析和左心指标的测定

所有心脏CTA图像分析均由两个10年以上分析经验的Mao和Gao医师分析完成，同一个数据为两者平均。利用横轴位增强原始数据，每个R-R间期内以10%为间隔重建10个时相图像，获得5%、15%、25%、35%、45%、55%、65%、75%、85%、95%10组数据，重建层厚0.9mm，间隔0.45 mm。将10组数据调入Workstation AW 5.0（ GE Medical Systems)工作站, 应用GE AW VolumeShare 5分析软件MultiSync LCD1990SXI系统进行心功能分析。自动描绘左室心内膜、内外膜和乳头肌轮廓，再手动勾画、调整界线。先确定LV短轴范围，下限为心尖部，上限为心底部二尖瓣水平，描绘左心室容积曲线，确定最大容积时相和最小容积时相作为左心室的舒张末期容积(end-diastolic volume，EDV)、收缩末期容积(end-systolic volume，ESV)，计算获得每搏输出量(stroke volume，SV)、射血分数(ejection fraction，EF)和心输出量(cardiac output，CO)[6-9,19]（图1）。

1.4 统计学分析

应用统计软件SPSS 20.0进行统计学处理。采用双侧检验。正态分布的计量资料以均值±标准差（）表示，偏态分布的计量资料以中位数（四分位数间距）表示。符合正态分布且方差齐性计量资料的组间比较采用t检验，不符合正态分布的计量资料组间比较采用非参数检验。线性相关性分析双正态分布资料采用Pearson相关分析，非双正态分布资料采用Spearman相关分析。左室功能参数（EDV、ESV、SV、CO）与性别、年龄、身高、体质量等因素的关系采用多元线性回归（逐步法）分析，并根据回归系数确立正常成年人左室整体功能参数的预测公式。所有图形使用Origin8.0或SigamaPlot7.0专业制图软件分析和制作。

2 结 果

2.1 基本临床资料以及左心室容量和功能指标正常值范围

本研究共纳入1200名健康志愿者，年龄20-94岁，女性393名（32.75%），男性807名（67.25%）。男性年龄和身高、体质量等体型因素均显著大于女性（P＜0.05）。

经CTA测量左心室功能指标详见表1，除了EF男性比女性低外，其他各项心功能指标正常值女性均显著小于男性（P＜0.001）。经体表面积校正后，左心室EDVI、ESVI、SVI、CI正常值在女性与男性之间无明显差异（P＞0.05）。

2.2 左心室容量和功能指标与年龄以及体型因素的相关性分析

将左心室容量和功能指标与年龄、身高、体质量等直接测定指标行简单相关性分析发现，EDV、ESV、SV和CO与年龄均呈负相关，与身高、体质量等体型因素均呈正相关。LVEF与年龄无相关性（P＞0.05），与上述因素均呈负相关（表2）。

2.3 左心室容量和功能指标与年龄、性别及体型因素的多元线性回归分析

通过多元线性回归分析发现，年龄、性别、身高、体质量等因素均为EDV、ESV、SV的独立影响因子（P＜0.001），CO亦受到年龄、性别、体质量的显著影响（P＜0.001），但与身高无显著相关（P＞0.05）。当引入年龄、性别、身高、体质量分别对LV EDV、ESV、SV和CO建立线性回归方程（表3）。因此，正常人左心室容量和功能指标的预计值计算公式(女性不加性别值，表3）。

Fig.1 Diagrammatic sketch of measuring volumes of artrium and ventricle by CTA

Tab. 1 Demographic characteriscs and leventricular funconal parameters

Tab. 1 Demographic characteriscs and leventricular funconal parameters

BMI: Body mass index; BSA: Body surface area; HR: Heart rate; LV: Left ventricle; EDV: End-diastolic volume; ESV: End-systolic volume; SV: Stroke volume; EF: Ejection fraction; CO: Cardiac output

Men（n=807）All（n=1200）Women（n=393）Age (year)65 (55-72)62(54-72)66(56-73) Height (cm)173(163-178)163(158-168)175(170-183)*Weight (kg)79(68-89)68(59-79)82(73-93)*BMI (kg·m-2)26.4(23.8-29.5)25.8(23.1-30.1)26.5(24.3-29.2)*BSA (m2)1.9 (1.8-2.1)1.7(1.6-1.9)2.0(1.9-2.2)*HR (bpm)75(68-83)76(69-83)75(68-83) LV EDV (ml)117±31106±26122±31*LV ESV (ml)37±1432±1340±14*LV SV (ml)79±2274±1982±23*LV EF (%)68±870±867±8*CO (L·min-1)6.0±2.15.6±1.66.2±2.3*

Tab.2 Correlaon coefficent (R) of LV funconal with age, height and weight

Tab.2 Correlaon coefficent (R) of LV funconal with age, height and weight

LV: Left ventricle; EDV: End-diastolic volume; ESV: End-systolic volume; SV: Stroke volume; EF: Ejection fraction; CO: Cardiac output

LV EDVLV ESVLV SVLV EF CO Age (year)-0.225*-0.162*-0.213*0.023 -0.234*Height (cm) 0.320*0.328*0.240*-0.148*0.171*Weight (kg) 0.330*0.309*0.270*-0.103*0.196*

3 讨 论

目前，超声心动图和MRI是临床上评估心脏结构和功能的主要无创性检查方法。超声心动图检查简便、快捷、经济，应用较为广泛，但时间分辨率较低，有时受到声窗信号的影响，获得图像质量欠佳，而且对操作医师本身的专业素质依赖性强，评估心功能精确度欠佳[7]。磁共振可任意平面成像，连续动态监测心室容积和功能参数，精确度高，是目前左室功能非侵入性检查的金标准[9]。但是，MRI的临床应用有一定的限制，如植入心脏起搏器或除颤器患者不能使用；部分磁共振序列对心律不齐或心率变化的影响相当敏感；MRI扫描时间长，扫描每个层面的屏气程度不一致，可使切层位置变动，造成检查结果误差增大；部分病人由于幽闭症无法完成长时间检查。近年来，随着HRCT技术的进步，时间分辨率得到很大提高，能在一次屏气中完成心脏扫描，获得高质量的心脏及冠状动脉图像，准确评估心脏结构、整体以及局部的心功能[5-7]。国内外研究已经证实HRCT与心脏MRI在评估心功能时具有高度的一致性，而且HRCT能同时获得心脏灌注以及冠状动脉病变方面的信息，可对心血管疾病快速作出全面的诊断和评估，比心脏MRI具有更广泛的临床应用价值[5]。尽管心血管疾病患者中已经开展较多CTA冠心病相关的研究，但对正常人心脏功能CT检查的研究较少，缺乏统一的CTA检查的心功能数据。本研究采用HRCT心脏造影技术，对1200名健康志愿者进行心脏扫描和高精度图像三维重建，获得详细的临床信息及心脏结构和功能指标[6-7]，本文首次阐述了成年人经CAT测量的左心室质量和功能指标的正常值范围，并进一步分析了年龄、性别、身高、体质量等个体化因素对左心室结构及功能的影响，建立了正常成年人左心室容量和功能指标的预测公式，对临床心血管疾病的无创评估和个体化治疗具有重要参考价值。

Tab. 3 Results of the mulvariate linear regression for leventricular measurements based on sex , age, height and weight

Tab. 3 Results of the mulvariate linear regression for leventricular measurements based on sex , age, height and weight

LV EDV (ml)=58.779-0.512× age (yr.)+0.373× height (cm)+0.254× weight (kg)+9.298 (male) LV ESV (ml)=10.926-0.176× age (yr.)+0.163× height (cm)+0.080× weight (kg)+5.123 (male) LV SV (ml)=48.315-0.338× age (yr.)+0.206× height (cm)+0.179× weight (kg)+4.175 (male) CO (L·min-1)=6.963-0.037× age (yr.)+0.013× weight (cm)+0.446 (male)

Dependent variable ConstantAge (yr.) Sex (women=0，men=1) Height (cm) Weight (kg)R2P LV EDV (ml)58.779 (27.989-89.570) -0.512 (-0.644- -0.380) 9.298 (5.103-13.493) 0.373 (0.180-0.567) 0.254 (0.143-0.364)0.165＜0.001 LV ESV (ml)10.926 (-3.795-25.646) -0.176 (-0.240- -0.113) 5.123 (3.117-7.128) 0.163 (0.070-0.255) 0.08 (0.027-0.133)0.126＜0.001 LV SV (ml)48.315 (25.439-71.191) -0.338 (-0.436- -0.240) 4.175 (1.058-7.292) 0.206 (0.062-0.350) 0.179 (0.096-0.261)0.114＜0.001 CO ( L·min-1)6.963 (6.093-7.833) -0.037 (-0.046- -0.027)(0.188-0.703)---0.013 (0.006-0.020)0.081＜0.001 0.446

本研究发现，年龄对左室功能和容量有显著影响。将年龄以10岁为间隔分组研究左心功能指标发现，随着年龄增长，男性和女性EDV、ESV、SV、EF、CO均逐渐下降。经以BSA校正后，ESVI、EDVI、SVI、CI亦随年龄增长逐渐下降，提示年龄是独立于性别和体型，影响左室结构和功能的一个重要因素[20]。多元线性回归分析进一步证实，年龄每增长10岁，EDV下降约5 ml，ESV下降约2 ml，SV下降约3ml，CO下降约0.3 L·min-1,国外心脏核磁研究结果也得出了类似结论[21]，提示左室功能随着年龄增长逐渐下降。在评估健康人和患者的心脏结构及功能时应考虑年龄的影响，尤其是老年人，其基础心功能已下降，在疾病状态下可能更容易进一步恶化。

比较性别对心功能的影响发现，无论是整体人群，还是在不同的年龄段，男性的EDV、ESV、SV和CO均明显高于女性，但是经过BSA校正体型因素的影响后，整体人群和不同年龄段男性和女性之间EDVI、ESVI、SVI、CI均无显著差异，这提示男性与女性心脏结构及功能的差异可能是由于体型、体表面积不同所致。不同体型对心脏结构和功能的需求不同以致较高大的体型需要更多的心输出量，以满足机体的灌注。 Sandstede等[22]研究西方人和Chang等[19]研究亚洲人心功能与BSA的关系时均有相同的发现，建议临床评价心脏结构及功能时均应根据体质量、身高等体型因素进行标准化后再进一步评估。

国外学者研究发现，左心室收缩功能与体型因素明显相关[23,24]。本研究简单相关分析证实，身高、体质量等体型指标与左心室EDV、ESV、SV、CO均显著相关（P＜0.001）多元线性回归进一步显示身高、体质量是EDV、ESV、SV的独立影响因子，体重也是CO的独立影响因子，提示在评估人体左心功能时，需考虑年龄、性别、身高、体质量等个体化因素的不同引起的差异。

采用线性回归模型研究发现，引入性别、年龄、身高、体质量可建立的线性方程，据此可获得左心功能和容量指标（EDV、ESV、SV、CO）的预测公式，为正常人应用MSCT客观定量评估心血管腔径大小及心功能状况提供较完整的参考值，有助于在临床评估心功能时充分考虑性别、年龄和体型等个体化因素的影响，更好的指导心血管疾病的诊断和优化个体化治疗。

本研究不足之处：⑴作为回顾性分析，未能与有创Fick’s心排量检查金标准对照研究；⑵没有诊断疾病的志愿者人群，部分年龄较大或者老年特别需要进一步检查排除潜在疾病；⑶不同性别和年龄的人群分布不均，未来需要进一步扩大样本量，均衡纳入不同性别、年龄、种族人群，研究不同个体化因素对心功能的影响。

结语：本研究首次阐明了年龄、性别、身高、体质量等个体化因素均能显著影响左心室容量和功能指标，并建立正常成年人心功能指标的参考值和预测值计算公式，对临床心血管疾病的无创评估和个体化治疗具有重要参考价值。

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Normal reference values and predict equations of heart function

LU Zhi-nan1, SUN Xing-guo1△, MAO Song-shou2, BUDOFF MJ2, STRINGER WW2, GE Wan-gang1, LI Hao1, HUANG Jie1, LIU Fang1, Hu Sheng-shou1

(1. State Key Laboratory of Cardiovascular Disease, Fuwai Hospital, National Research Center of Clinic Medicine for Cardiovascular Diseases, Chinese Academy of Medical Sciences and Peking Union Medical College, Beijing 100037, China; 2. Los Angeles Biomedical Research Institute at Harbor-UCLA Medical Center, University of California at Los Angeles, St. John’s Cardiovascular Research Center, California 90502，USA)

Objective: For heart functional parameters, we commonly used normal range.e reference values and predict formulas of heart functional parameters and their relationships with individual characteristics are still lack. Methods: Leventricular (LV) volumes (end-diastolic volume and end-systolic volume), stroke volume(SV), ejection fraction(EF) and cardiac output (CO) were measured by cardiac CT angiography (CAT) in 1 200 healthy Caucasian volunteers, men 807 and women 393, and age 20～90yr.e results are analyzed by high-accuracy three-dimensional imaging technology, and then measured the dynamic changes of the volumes of each atriam and ventricule during their contractions and relaxations.e gender, age, height and weight were analyzed by multiple linear regression to predict LV functional parameters. Results: Except the LVEF was lower in man than in women (P＜0.001), all other LV functional parameters of EDV, ESV, SV, FE and CO were higher in man (P＜0.001). Multiple linear regression indicated that age, gender, height and weight are all independent factors of EDV, ESV and SV (P＜0.001). CO could be signif icantly predicted by age, gender and weight (P＜0.001), but not height (P＞0.05).e predict equation for CO (L·min-1)= 6.963+0.446(Male)-0.037×age (yr) +0.013×weight (kg). Conclusion: Age, gender, height and weight are predictors of heart functions.e reference values and predict equations are important for noninvasive and accurate evaluation of cardiovascular disease and individualized treatment.

multi-slices computed tomography; cardiac computed tomography angiography; three dimensional graphology; cardiac function; cardiac output; stroke volume; leventricular volume; leventricular ejection fraction; reference value; predict equation

R331.3+1

A

1000-6834 (2015) 04-332-005

＊ 【基金项目】国家自然科学基金医学科学部面上项目（81470204）；国家高新技术研究发展计划(863计划)课题(2012AA021009);中国医学科学院国家心血管病中心科研开发启动基金（2012-YJR02)

2015- 01-13

2015-06-05

△【通讯作者】Tel： 010-88398300 ；E-mail： xgsun@labiomed.org