三维超声心动图自动定量技术评估冠心病患者经皮冠状动脉介入术后左心室容积及收缩功能

汪雨珊，张 丽，李玉曼，吴 纯，张 雨，黎 梦，王书媛，孙 薇，吕 清，谢明星*

(1.华中科技大学同济医学院附属协和医院超声影像科，湖北 武汉 430022； 2.分子影像湖北省重点实验室，湖北 武汉 430022)

冠状动脉粥样硬化性心脏病(简称冠心病)在中国心血管疾病死因中居第2位，疾病负担持续增加[1]。目前经皮冠状动脉介入(percutaneous coronary intervention， PCI)是治疗冠心病的重要手段，通过疏通闭塞或狭窄冠状动脉改善血流动力学状态，从而恢复心肌血流灌注[2]。准确评估冠心病患者左心室容积及收缩功能改变对于评估病情、选择治疗方案、监测疗效及判断预后具有重要意义[3]。三维超声心动图(three-dimensional echocardiography, 3DE)能真实反映心脏三维立体结构，指南[4]推荐用其评估可满足声窗条件患者的左心室容积及功能。三维超声心动图自动定量(three-dimensional echocardiographic automated algorithm, 3DEA)技术是更为简便的在机容积自动定量3DE技术[5]，可准确定量随机人群左心室容积和功能，包括节段性室壁运动异常患者[6-7]。本研究旨在利用3DEA测量冠心病患者PCI术前、术后左心室容积和收缩功能，探讨其在冠心病患者PCI术后随访中的临床价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 选取2018年3—7月50例接受PCI术的冠心病患者，男32例，女18例，年龄55～67岁，平均(59.2±2.7)岁。纳入标准：①冠状动脉造影检查确诊病变血管狭窄率≥75%；②具有胸闷、胸痛等症状，内科治疗无明显改善，择期或急诊行冠状动脉造影检查及PCI术治疗；③患者自愿参加本研究并签署知情同意书。排除标准：①左心室17节段≥3个节段显示不清；②心律失常；③肥厚型心肌病、扩张型心肌病、风湿性心脏病、先天性心脏病、心脏瓣膜病及导致右心增大疾病。

1.2 仪器与方法

1.2.1 仪器 采用Philips EPIQ7C超声心动图诊断仪，配备常规二维超声系统及三维超声自动定量HeartModel(HM)系统及S5-1、X5-1探头(频率3.5～5.0 Hz)。

1.2.2 常规二维超声心动图图像采集及分析 连接心电图，完成常规二维超声心动图检查。将探头置于心尖，采集连续4个心动周期的心尖四腔及心尖二腔动态图像，采用双平面Simpson's(2DBP)法测量左心室舒张末期容积(left ventricular end-diastolic volume, LVEDV)、左心室收缩末期容积(left ventricular end-systolic volume, LVESV)及左心室射血分数(left ventricular ejection fraction, LVEF)，记录2DBP分析测量所需时间。

1.2.3 3DEA图像采集及分析 连接心电图，将探头置于心尖，调节探头角度清晰显示心尖四腔及心尖二腔图像，调节图像深度、增益、扇角及聚焦，使左室显示最佳，待心电图稳定后点击HM键进入HM模式，调节扇角及深度使容积帧频≥18 Hz；嘱患者于呼气末屏气，点击“Acquire”键，采集连续4个心动周期，至少采集3个3DE数据集。对获取的3DE数据进行在机分析：选取HM模式图像，点击HM键，检查自动重建的左心室三维心腔轮廓，对自动重建欠佳的节段进行手动微调，获得LVEDV、LVESV、LVEF，见图1，并记录3DEA分析测量所需时间。

1.2.4 重复性检验 随机抽取20例，分别对3DEA、2DBP测量的LVEDV、LVESV和LVEF进行观察者内及观察者间重复性检验。

1.3 统计学分析 采用SPSS 23.0统计分析软件。计量资料以±s表示。对所有患者共150次超声心动图检查的3DEA、2DBP法的LVEDV、LVESV和LVEF测值进行Pearson相关性分析及Bland-Altman一致性分析，计算相关系数(r)、偏倚(bias)、一致性区间(limit of agreement)和精确度(LOA百分比误差)。两种技术之间测值比较采用配对t检验，PCI术前及术后1个月、3个月测值比较采用重复测量资料的方差分析。采用组内相关系数(intra-class correlation coefficient， ICC)进行观察者间及观察者内重复性分析。P<0.05为差异有统计学意义。

表1 三维超声自动定量技术和常规二维双平面法相关性和一致性分析

注：*：与2DBP相比，P<0.05

表2 3DEA、2DBP定量PCI术前、术后左心室容积和收缩功能测值(±s)

表2 3DEA、2DBP定量PCI术前、术后左心室容积和收缩功能测值(±s)

检查方法检查时间LVEDV(ml)LVESV(ml)LVEF(%)3DEA术前130.36±15.7273.65±12.8743.75±3.92术后1个月112.17±8.85*51.54±6.78*52.57±3.69*术后3个月101.43±7.91*#38.37±4.84*#60.57±3.81*#2DBP术前107.35±19.4360.57±10.3644.34±4.44术后1个月96.97±10.56*45.45±6.21*53.26±4.24*术后3个月91.39±8.24*32.74±5.16*59.73±4.75*

注：*：与术前同种检查方法比较，P<0.05；#：与术后1个月同种检查方法比较，P<0.05

图1 3DEA技术 根据冠心病患者的高帧率3DE数据集(左)自动检测出左心室心内膜表面，软件自动计算LVEDV、LVESV及LVEF。肉眼观察自动重建的三维心腔轮廓，对局部自动勾画不准确的节段进行手动微调(中)，再次生成左心室心腔的三维彩色模型(右)，并记录LVEDV、LVESV及LVEF

2 结果

2.1 一般临床资料 患者心率(112±19)次/分。稳定性心绞痛7例(7/50，14.00%)，不稳定性心绞痛6例(6/50，12.00%)；非ST段抬高型心肌梗死14例(14/50，28.00%)，ST段抬高型心肌梗死23例(23/50，46.00%)。36例(36/50，72.00%)存在节段性室壁运动异常；31例(31/50，62.00%)心功能不全。

2.2 3DEA与2DBP相关性和一致性分析 以2DBP为标准，3DEA测量的LVEDV、LVESV及LVEF与其相关性较高(P均<0.001)，LVEDV及LVEF与其一致性好(精确度<30%)，LVESV与其一致性欠佳(精确度>30%)(表1)。

2.3 3DEA与2DBP定量PCI术前、术后左心室容积及收缩功能测值变化 与PCI术前相比，P术后1个月、3个月两种超声方法测量的LVEDV、LVESV均减低，LVEF均增加(P均<0.05)；与术后1个月相比，术后3个月3DEA测量的LVEDV、LVESV减低，LVEF增加(P均<0.05)，而2DBP测量的LVEDV、LVESV及LVEF差异均无统计学意义(P均>0.05)，见表2。

2.4 3DEA与2DBP分析时间和重复性比较 3DEA平均分析时间(65.26±13.56)s较2DBP(124.71±21.49)s明显缩短(t=19.93，P<0.001)。3DEA测值观察者内及观察者间重复性高于2DBP。3DEA测量的LVEDV、LVESV和LVEF观察者内ICC分别为0.95、0.94和0.96，观察者间ICC分别为0.92、0.90和0.91；2DBP测量的LVEDV、LVESV和LVEF观察者内ICC分别为0.83、0.81和0.83，观察者间ICC分别为0.81、0.74和0.80。

3 讨论

心血管疾病是我国重大公共卫生问题，而冠心病是其中最常见者。PCI是治疗冠心病的重要手段，术后可以使用多种影像学方法评价疗效，如冠状动脉造影可直接评估支架处血管狭窄情况，心肌灌注显像和MRI有利于评估节段血流灌注及解剖结构。超声心动图是临床上最广泛使用的便捷的影像学检查技术，是术后疗效监测的理想手段[8-9]。左心室容积和收缩功能是超声心动图评估的重要指标，目前推荐使用2DBP[4]。研究[10]表明，相对于二维超声心动图，3DE定量评价心腔容积和功能具有更高准确性和重复性，但传统3DE获取和分析图像过程繁琐，使其临床应用受到限制。

本研究显示，对比2DBP，3DEA分析所需时间更短，与既往研究[5,11]结果一致，原因在于3DEA基于心脏三维图像数据库，根据待测对象的心脏三维图像整体形态和曲率，从数据库中挑选出最匹配的模型，自动计算左心室容积和射血分数，故可显著减少分析时间，并有利于降低操作难度和主观性误差，提高重复性和准确性[5]。

TSANG等[5]以MRI为金标准，发现3DEA能准确、可重复地定量左心容积和功能。TAMBORINI等[11]将3DEA与二维、三维超声及MR分别进行对比分析，均显示出较高相关性。MEDVEDOFSKY等[6]也证实该技术在大批随机心脏疾病患者中具有很高可行性和准确性。王江涛等[7]报道，3DEA可以快捷、准确地定量节段性室壁运动异常。本研究中3DEA技术与2DBP测量的LVEDV、LVEF相关性和一致性高，LVESV相关性高，与以往研究结果一致[11-12]，提示3DEA技术能较为准确地评估冠心病患者左心室容积和LVEF。

冠心病患者PCI术后1个月、3个月左心室容积较术前缩小，LVEF升高，表明PCI术可以改善冠心病患者左心室重构，提高左心室收缩功能，与既往应用实时3DE等技术的研究结果一致[2,13]。与PCI术后1个月相比，术后3个月3DEA测量的左心室容积和功能进一步改善，提示3DEA可监测冠心病患者PCI术后左心室容积和功能恢复情况。监测左心室容积和收缩功能的改变对判断左心室重构情况、患者治疗管理和预后判断具有临床价值。MCMURRAY等[3]认为左心室功能受损是心肌梗死后死亡率的主要预测因素，而LVESV较LVEDV或LVEF对生存率的预测值更高。对于非ST段抬高型心肌梗死患者，监测LVEF对于指导药物治疗和判断侵入性治疗的时机具有临床指导作用[9]。ST段抬高型心肌梗死后左心室功能恢复是动态变化过程，必要时应对功能恢复情况进行重复评估[8]。

本研究显示3DEA重复性较2DBP更高，原因可能在于相比二维超声心动图，3DEA不仅能够减少操作者间变异，更能减低观察者内变异，同时三维图像还可避免二维图像几何假设和采图时平面外运动的影响。MEDVEDOFSKY等[14]研究证实，相对于2DBP，3DEA技术观察者内及观察者间变异更低、重复性更好，可提升结果的标准化水平。

本研究存在一定局限性：①排除了声窗不佳者，因而不能将结论推广至此类人群；②排除了心律失常患者,但既往研究[15]表明，3DEA定量评价房颤患者左心室容积和功能与传统三维超声检查结果的相关性高(r=0.88～0.98)；③缺乏MRI作为金标准对照；④样本量较少，尚需扩大样本量进一步研究。

综上所述，3DEA技术分析时间短、重复性高，与2DBP相关性高，能监测冠心病患者PCI术左心室容积及功能改善，对PCI术后疗效评估及随访具有临床应用价值。