3D心脏解剖模型成像对不同心脏疾病心脏功能的评估价值

吴伟春，兰天，朱振辉，王洋，张冰，权欣，万琳媛，王江涛，王浩

目前，临床上超声心动图仍主要采用M型超声和二维双平面Simpson法[1-2]评估心脏功能，其优点是迅速评价，心脏时相分辨率高，简单易行；主要缺点是该技术采用一条采样线通过二维超声引导估测心脏功能，在某些情况下是无法准确评估心脏功能的。三维超声心动图（三维超声）的兴起，理论上是可以较为准确地评价心脏功能，但是由于帧频低，图像分辨率差，分析时间长，反而造成心脏容积的估测误差较大，无法在临床上广泛应用[3]。3D心脏解剖模型成像（heart model，HM）是一种最新的、基于解剖智能超声（AIUS）模型的分割算法评价心脏功能，最大的优点是基于三维的、先验的、成像时间快的心脏功能成像技术[4]。为了验证该技术的准确性和可靠性，本研究采用核磁共振（MRI）作为金标准，同时采集M型超声、二维双平面Simpson法、心脏运动定量分析法（CMQ）及HM法计算不同心脏疾病的左心室舒张末期容积（ LVEDV）和左心室射血分数（LVEF），并对其进行对比研究。

1 资料与方法

研究对象:选取2016年7月至2016年9月期间阜外医院住院患者18例，男性10例，女性8例，平均年龄（48.12+14.71）岁;其中心肌病7例（其中扩张性心肌病2例，围产期心肌病1例，肥厚型心肌病4例），冠心病8例，其他疾病3例（心律失常2例，瓣膜病1例）。所有患者均在入院24 h内完成四种超声测量心脏功能方法（M型超声、二维双平面Simpson法、CMQ 法、HM法）及心脏MRI检查。

仪器与方法:EPIC7超声仪、X5-1三维探头，HM模式（飞利浦公司，美国）。在胸骨旁左心室长轴切面二尖瓣腱索水平留取M型超声，采用心尖二腔、四腔心留取动态图像、采用三维探头留取心尖四腔心切面。留取图像后，分别采用M型超声Teicholz校正公式，二维双平面Simpson法、在心尖四腔心切面进行CMQ法，即选择感兴趣区，软件自动分析出LVEDV及LVEF值。在三维模式中进入HM模式，在心尖四腔心切面、一个心动周期内自动勾画及测量左心室整体功能参数（主要是LVEDV和LVEF值）。如果心内膜勾画不清楚，可以选择手动模式，再修改不清楚的心内膜部分。MRI使用3.0 T超导MRI仪（Philips Ingenia，荷兰），协同表面接受线圈，配备4导联向量心电触发装置及呼吸门控装置。

统计学方法：应用SPSS 20.0分析软件进行分析。计量资料为表示。采用Pearson相关分析和两配对样本t检验。以P≤0.05为差异有统计学意义。

2 结果

四种超声心动图方法与MRI对左心室整体功能参数的评价（表1）：18例患者中有6例HM法需要手动调节。与MRI金标准相比，HM法测量LVEDV的相关性最好（r=0.924，P=0.000）；四种超声方法测量的LVEF值均有较好的相关性（P均＜0.05），其中HM法相关性最好（r=0.912），M型超声和CMQ法相关性最差（r=0.743， r=0.845）。而相对于HM方法，M型超声对LVEDV和LVEF检测结果与MRI结果的相关性相对较差（r=0.800、0.743和P=0.210，0.009）。

表1 四种超声心动图方法与MRI对LVEDV和LVEF评估的相关性分析

四种超声心动图方法与MRI对不同种类心脏疾病的LVEF的比较（图1和表2）：与MRI比较，M型超声检测的冠心病和其他心脏病患者的LVEF均较高（P＜0.05）；二维双平面Simpson法和CMQ法检测心肌病和肥厚型心肌病患者的LVEF也均较高（P＜0.05）；HM法检测不同心脏病患者的LVEF差异均无统计学意义（P＞0.05）。

表2 四种超声心动图方法和MRI对不同心脏疾病的LVEF的比较

表2 四种超声心动图方法和MRI对不同心脏疾病的LVEF的比较

注：MRI：核磁共振；CMQ：心脏运动定量分析；HM：3D心脏解剖模型成像。与MRI比较*P＜0.05

不同心脏疾病 例数左心室射血分数（%）MRI M型超声 二维双平面Simpson法 CMQ法 HM法心肌病 7 33.67±18.14 33.25±14.07 47.53±19.07* 47.13±16.06* 39.77±22.01肥厚型心肌病 4 54.66±18.71 57.10±19.65 60.30±11.95* 61.10±11.01* 55.55±11.02冠心病 8 46.37±18.42 57.99±13.42* 50.87±15.40 53.40±11.28 49.10±12.41其他心脏病 3 50.00±6.12 67.24±15.23* 57.60±18.11 55.40±12.41 55.10±18.23

图1 男性冠心病患者二维、三维超声心动图与MRI检测LVEF比较

3 讨论

超声心动图是无创测量心脏功能的重要影像学方法之一，并且由于其简便、便捷的优点，是临床上应用最广泛和常用的方法[5]，但是目前超声测量心脏功能仍有很多的问题，最主要存在的问题是重复性差，主观性强，依赖超声操作人员的技术水平[6-7]。M型超声是临床最常应用于测量心脏收缩功能的方法，其测量时间短，操作简单，准确性较高，重复性较二维双平面Simpson法好，柴坷等[8]的研究中也是如此，M型超声更适合常见的心脏形态，无节段性室壁运动异常的心脏。而LVEF仍然被认为是最能反映左心室泵功能的指标之一。

左心室容积的计算是LVEF计算的基础，它比较容易从传统M型超声中计算获得。常规二维超声也可反映整个心室的平面情况，主要应用经典的二维双平面Simpson法[9]，也称圆面总和方法，它将左心室切割成许多小薄片，每薄片的体积叠加就是左心室体积，这样不管左心室体积如何变化，都能较为准确地计算其体积，但缺点是需测量时间长，需要连接心电图，准确识别心脏运动的实相，常受肥胖、肺气肿等因素的影响使心内膜边缘模糊，导致其在临床上使用受限。CMQ法是一种能够快速地提供更多有关心脏运动信息的新技术，可更好地测定左心室局部功能。与以往的定量技术比较，CMQ法可以追踪心室壁的整体运动，而不只是心内膜的运动，测量更为准确且更接近真实情况。我们的研究结果显示，CMQ法测量时间较快，对于冠心病患者较有优势，而对于肥厚型心肌病差异较大（表2）。随着三维超声心动图技术的问世，对心腔容积的计算取得了比二维超声更精确的参数，以往的实时三维超声在评价左心室收缩功能上明显优于二维超声，但目前仍存在一定的局限性[10-11]，易受患者呼吸及心脏的移位影响，视野较局限；其次，分辨率不及二维图像，图像质量有待提高。

HM应用程序是一个三维超声测量心脏功能的新方法，这种方法采用先验的知识（正常和异常心脏模型），使三维的方法能够迅速地分析出不同疾病的心脏形态和容量，得到更加准确的心脏容积和收缩功能。此项技术需要连接心电图，处理的时间与M型超声及CMQ法相似（平均约10 s），较二维双平面Simpson法大幅度缩短（＞1 min）。与MRI金标准比较，其相关性很高，尤其是冠心病和肥厚型心肌病患者的图像清晰较高（图1），对于不同心脏疾病的心脏功能的各种测量方法比较，HM法也较其他方法相对准确。此外，它还能测量左心房容积，间接反映左心室舒张功能。已有研究证明HM法获得的LVEF值、左心房、左心室的容积与MRI的所测量的一致性较高[12]。在本研究中，HM法的缺点是如果二维超声图像欠佳，HM法测量也会不准确，需要手动法进行边界调节，从而产生测量误差。

本研究的样本量较少，需要采用金标准MRI做对照，故对于HM的准确性还需要继续长期的、大样本的研究进行验证。

总之，超声心动图的各种技术包括M型超声、二维双平面Simpson法、CMQ法及HM法等均可作为评价左心室功能的诊断方法，其各有其优点和局限性。随着超声技术的迅速发展，三维超声技术必然是二维技术的前进方向。较之前的三维超声技术，HM法的主要优点是更为方便和准确，从而使我们将三维测量心功能技术能够真正的应用于临床，而不是仅仅作为科研的工具，这也是我们这项研究的根本目的所在。