Heart Model与左心声学造影测量左心室收缩功能的对照研究*

申斌 李锐 刘晓丽 蒋演 陈瑜

(1.重庆康华众联心血管病医院超声特诊科,重庆 400045；2.重庆医科大学附属第三医院超声科，重庆 400016)

左心室收缩功能是临床上一项十分重要生理指标[1]。主要包括射血分数(EF)、左室舒张末期容积(EDV)、左室收缩末期容积(ESV)、每搏输出量(CO)、心指数(CI)等指标。其中，EDV和ESV的测量是计算其余几项指标的基础[2]。目前，临床工作中无创获取患者左心室收缩功能的方法主要依赖超声心动图[3,4]。特别是近几年兴起的左心声学造影能够精确的测量左心室收缩功能，国内外多项研究表明其测量左心室收缩功能的准确性与心脏核磁共振具有高度的一致性[5-7]。而Heart Model(HM)是一项全自动测量左心室收缩功能的人工智能技术。本实验利用左心声学造影测量值作为金标准，研究Heart Model在左心功能测量中的准确性。

1 资料与方法

1.1 研究对象 收集2017年3月～12月68例于我院行左心声学造影检查患者超声资料，每名患者进行左心声学造影前采集该患者HM图像，对比分析同一名患者左心声学造影及HM测量左室收缩功能数据。以上患者均排除左心声学造影禁忌症：对本研究使用造影剂过敏者；伴有右向左分流的心脏病患者、重度肺高压患者(肺动脉压>90mmHg)；未得到控制的原发性高血压患者和成人呼吸窘迫综合征；妊娠和哺乳期妇女。患者基本资料及门诊诊断，见表1。

表1 68例患者一般资料[n,(×10-2),±s]Table 1 General information

1.2 研究方法

1.2.1 仪器设备 超声检查仪器为EPIQ 7C(Philips Medical System，Andover，MA)，探头为X5-1全容积三维探头，连接心电图。以下超声检查均先采集图像后进行相应分析，图像采集及分析由同一名具有10年超声心动图工作经验医师进行。

1.2.2 HM研究方案 HM模式是Philips基于常规超声心动图进行三维重建，自动识别出心尖四腔心切面、心尖三腔心切面及心尖两腔心切面，然后自动勾画出各切面收缩及舒张期心内膜边界。目前，该模式只能在常规超声心动图模式下使用，还不能应用于LVO模式。患者取左侧卧位，将探头置于患者心尖，获得标准的心尖四腔心切面，点击HM按钮采集图像，回放图像，进入HM模式，待自动分析图像后，记录数据，见图1

1.2.3 左心声学造影研究方案 超声造影剂选用SonoVue(Bracco Imaging，Milan，Italy)，按照与生理盐水1︰5比例配制。选取患者左前臂浅表静脉穿刺，抽取2ml配制的造影剂溶液，团注0.5ml造影剂后缓慢推注剩余造影剂(每8～10秒推注0.1ml的速度维持至检查结束，如造影剂量不够可追加，最大用量不超过5ml)。选取Contrast LVO模式，调节参数(MI=0.3-0.4，Gain=70%)，在心尖四腔心切面观察，根据左心室显影情况，适当调节造影剂推注速度，待左心腔均匀显影后，点击xPlane，调整角度至120°，同时显示心尖四腔心切面及心尖两腔心切面，采集6～8个心动周期。利用Simpson法分别勾画收缩末期、舒张末期心尖四腔心及两腔心心内膜边界，获得左心室收缩功能参数[5,8]，见图2

图1 利用HM模式全自动测量左室收缩功能Figure 1 Automatic measurement of left ventricular systolic function by HM注：a.心尖四腔心切面左心室边界描绘；b.心尖三腔心切面左心室边界描绘；c.心尖两腔心切面左心室边界描绘；d.心脏三维重建

图2 LVO模式下测量左室收缩功能Figure 2 Measurement of left ventricular systolic function by LVO注：a.心尖四腔心切面左心室边界描绘；b.心尖两腔心切面左心室边界描绘

1.3 统计学分析 数据分析利用SPSS 24软件进行。比较两种检查方法计算的EF、EDV、ESV之间差值P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 68例患者分别用两种方法测量EDV、ESV、EF结果见(见表2)。然后分别将LVO和HM测量的EDV、ESV、EF结果进行两两配对t检验，见表3

2.2 利用LVO及HM两种方式均可测量患者EDV、ESV及EF值，两种配对检验发现两种方法测量的EDV结果差值有统计学意义(P=0.00<0.05)，HM方法测量结果偏大，平均较LVO测量结果大3.33ml；而两种方法测量的ESV值差异无统计学意义(P=0.07>0.05)；由于两种测量方法EDV结果的差异，导致EF结果差异有统计学意义(P=0.00<0.05)，HM方法测量较LVO方法测量结果平均高出0.65%。

表2两种方法测量EDV、ESV、EF结果

Table2TheresultsofEDV,ESVandEFMeasuredbythetwomethods

检测方法个案数平均值标准差LVO法检测 EDV68175.1814.73 ESV6875.7322.32 EF6857.1110.81HM法检测 EDV68178.5119.30 ESV6876.1723.07 EF6857.7610.30

表3 测量结果配对T检验Table 3 Paired T test of results

以LVO测量结果为标准进一步分析两种测量方法造成的差异(见图3a)显示，EDV取值在140～180ml之间两种方法测量结果差异较小，无统计学意义(p>0.05)，而>180ml或≤140ml以后测量结果差值有统计学意义(P<0.05)，当EDV>190ml时测量差异尤其明显(见图3b)，EF值在40%以上两种方式测量结果差值较小，差异无统计学意义(p>0.05)；而EF≤40%两者差值明显，差异有明显统计学意义(P=0.00)。

图3 EF、EDV分段研究Figure 3 Segmented research on EF and EDV

注：a.根据LVO测量EDV进行分段研究两种测量方法差值绝对值的大小；b.根据LVO测量EF值进行分段研究两种测量方法差值绝对值的大小

3 讨论

超声心动图作为临床最常用的无创测量左心室收缩功能的检查方法，具有重要临床价值，能够实时动态观测患者左心室收缩功能[9]。但是，受患者图像质量以及检查医生经验的影响，其结果存在一定误差[10]。由于该方法不够客观，不同操作者测量结果差异大，所以未将常规超声心动图测量结果纳入本研究范畴。

近年来，随着心脏超声造影技术的飞速发展，造影剂能够通过肺循环使左心清晰显影，从而有利于我们对左心室内膜面进行清晰的描绘，极大的提高了左心收缩功能测量的准确性和稳定性(不同医生测量结果差异小)[11,12]。近年来国内外多项研究表明，LVO测量左室收缩功能，其结果与心脏核磁共振有良好的一致性[6,8,13,14]。但是，由于造影剂的使用，在临床工作中，极大增加了左室收缩功能测量的成本及检查的时间[15]。

因此，本研究引入Philips公司一项全新的左心室收缩功能模式-Heart Model。该测量模式是基于常规超声心动图检查的基础上，利用人工智能的特点，能够一键自动测量左心室收缩功能及左心房功能。其具有以下优点：第一，极大的提高了超声心动图测量左心室收缩功能的效率；第二，未使用造影剂，降低了检查成本；第三，利用了机器人工智能，分析结果只与患者图像有关，与医生经验无关[16]。但是，对于HM检查结果的准确性，国内外缺乏相关数据支撑，尤其是与左心声学造影结果进行对照研究。

本研究发现利用LVO及HM两种方式测量的EDV结果差值有统计学意义(P=0.00<0.05)，HM方法测量结果偏大，平均较LVO测量结果大3.33ml。并且EDV取值在140-180ml之间两种方法测量结果差异较小，而大于180ml或小于等于140ml以后测量结果差值增加，当EDV>190ml时测量差异尤其明显。这是由于HM方式测量左心收缩功能是基于二维超声心动图进行三维重建得出的结果，未能从根本上解决常规二维超声心动图心尖缩短及肺气干扰导致的图像质量误差。所以对于心内膜边界的描绘，特别是心尖部心内膜面的描绘存在一定误差[17,18]。当患者心脏扩大，心尖部圆顿的时候，该检查结果误差较大。其测量结果仅仅较LVO测量结果大3.33ml(平均值)，相对于EDV平均值175.18ml，仅为平均值的1.90%，偏差应该在临床可接受范围内。

由于收缩期心尖部远离近场，HM对心内膜面的勾画较准确，测量ESV比较准确[19,20]，两种方法测量的ESV值差异无统计学意义(P=0.07>0.05)。

根据EF计算公式我们可以看出，由于两种测量方法EDV结果的差异，导致EF结果差异有统计学意义(P=0.00<0.05)，HM方法测量偏高，较LVO方法测量结果平均高出0.65%，为EF平均值的1.14%。特别是EF在40%以上时，两种方式测量结果差值较小，而EF≤40%两者差异较明显。

4 结论

本文资料显示，HM不但是一种操作简便、费用低廉、可重复性高的测量左心收缩功能的方法。而且其测量结果具有较高的临床价值，特别是当EDV和/或EF在一定范围内，其准确性与LVO相差无几。因此，HM在快速、简便、多次重复测量左室收缩功能的应用中，有较高的临床价值。