经胸超声心动图二维及三维增强成像技术评估犬左室结构及功能的实验研究

周燕翔 熊 叶 宋弯弯 杨远婷 易仁凤 曹 省 郭瑞强 周 青

左室容积和射血分数是诊断心脏疾病和评估其预后的主要参数，临床医师基于这些参数进行个体化医疗决策及疗效评估。目前常用来评价左室结构及功能的方法有超声心动图、心脏MRI 及左室造影术，相较其他两种方法，超声心动图具有操作简便、价优、省时、无辐射及可床边监测等优点，但其测值的准确性及可重复性备受临床医师争议。超声心动图评价左室结构及功能主要通过M型、二维超声心动图（twodimensional echocardiography，2DE）及三维超声心动图（three-dimensional echocardiography，3DE）三种成像方式。清楚显示心内膜是决定测值准确性的关键，尤其对于2DE双平面Simpson法及3DE法，2018年美国超声心动图协会更新的指南［1］中明确了超声增强剂在清楚显示心内膜，以及测量左室容积和射血分数方面的价值。本实验以解剖标本测值为标准，探讨经胸超声心动图不同方法评估犬左室结构及功能的准确性及可重复性。

材料与方法

一、实验动物

健康雄性比格犬12只，由武汉大学人民医院动物实验中心提供［许可证号:SYXK（鄂）2015-0027］，体质量7.5～10.0 kg，平均（8.63±0.74）kg。本实验操作均经我院动物伦理委员会审核批准。

二、主要仪器及试剂

使用GE Vivid E 9 XD Clear 彩色多普勒超声诊断仪，M5S探头，频率1.7～3.3 MHz，帧频60～80帧/s；4V探头，频率1.5～4.3 MHz，帧频25～40帧/s。GE Echo Pac超声工作站进行图像后处理分析，配有4D LV Volume TomTec 分析软件，可对三维全容积图像进行定量分析。超声增强剂使用声诺维（意大利Bracco公司）。

三、图像采集与分析

以3%戊巴比妥钠（30 mg/kg）对动物进行静脉麻醉，建立静脉通道，备皮，同步连接心电图，待各项指标稳定后开始采集图像，所有图像存于硬盘内，供后续分析。

1.非增强模式下采集图像:采用M5S 二维探头获取胸骨旁左室长轴切面腱索水平M 型图像，获取以左心为主的心尖四腔、三腔、两腔切面的连续动态图像，每个切面至少包含5 个完整心动周期的清晰二维图像。随后换用4V 探头在心尖四腔切面基础上转入3D模式，在单心动周期模式下，采集以左心为主连续5个心动周期的三维全容积图像。

2.增强模式下采集图像:进入LVO模式，优化图像参数，将声诺维稀释液2 ml（1瓶中加入5 ml生理盐水）经静脉缓慢匀速推注（1 ml/min），随后注射5 ml生理盐水冲管。当左室显像满意且无声衰减时应用M5S二维探头采集的连续动态图像，包括显示以左心为主的心尖四腔、三腔、两腔切面，每个切面至少包含5 个完整心动周期的清晰造影图像；随后换用4V探头在心尖四腔切面基础上转入3D 模式，进入LVO 模式，调节图像质量，在单心动周期模式下，采集以左心为主连续5个心动周期的三维全容积图像。根据图像采集情况，适当增加推注速度或继续追加声诺维稀释液2 ml。

3.图像分析:将所有图像导入GE Echo Pac超声工作站进行分析。①心内膜显示效果分析:将2DE 心尖四腔、三腔、两腔切面上的左室心内膜面均划分为6个节段，共18 个节段，分别为后室间隔基底段、中间段、心尖段，侧壁基底段、中间段、心尖段；前室间隔基底段、中间段、心尖段，后壁基底段、中间段、心尖段；前壁基底段、中间段、心尖段，下壁基底段、中间段、心尖段。对于三维全容积图像，在4D Views 模式下移动图像中的三根中线以切割出标准心尖四腔、三腔、两腔切面，然后再应用上述方法对心内膜面进行节段划分。由同一经验丰富的超声医师分别在2DE 非增强及增强模式、3DE 非增强及增强模式下判断各个切面心内膜显示的节段数。②指标测量:分别在2DE 心尖四腔切面非增强及增强模式下测量左室舒张末期长径（left ventricular end diastolic longitudinal diameter，LVLD）；采用M型Teichholz公式、非增强及增强模式下双平面Simpson 法测量左室舒张末期容积（left ventricular end diastolic volume，LVEDV）、左室收缩末期容积（left ventricular end systolic volume，LVESV）、左室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF）。采用TomTec 软件对获取的左室三维全容积图像进行后处理分析，勾画出左室舒张末期与收缩末期内膜线，仪器自动计算3DE 非增强及增强模式下LVEDV、LVESV、LVEF。

4.实验犬心脏标本取材:①气管插管，呼吸机正压通气；②左侧第5 肋间开胸，心包切开悬吊；③经静脉快速注入10%KCl，使心脏停搏于舒张期，远端夹闭动静脉后，取出心脏，并用生理盐水冲洗心脏；④剪去左、右心房，为防止心肌回弹、变形，向左、右室内充填小块纱布，使心脏维持基本形态、大小，浸泡于福尔马林12 h 后取出；⑤冲洗心脏，取出心腔内纱布，结扎肺动脉瓣口，然后从二尖瓣口注水达瓣口水平，所注水量为LVEDV 实际值，定义为解剖标本容积测值；用游标卡尺测量左室心尖至二尖瓣环中心点的距离，所测值为LVLD实际值，定义为解剖标本长径测值。

四、统计学处理

应用SPSS 21.0及Med Calc 15.0统计软件，计量资料以±s表示，不同检查方法间测值比较采用单因素方差分析；计数资料以构成比表示，不同检查方法间测值比较行χ2检验。相关性分析采用Pearson 线性相关分析法。重复性分析采用变异系数。P<0.05 为差异有统计学意义。

结 果

一、心内膜显示效果分析

纳入12只比格犬，评估心尖四腔、三腔、两腔切面各72 个左室壁节段，共计216 个左室壁节段的心内膜显示情况。2DE及3DE增强模式对心尖各切面及整体左室壁节段心内膜的显示率均高于非增强模式，差异均有统计学意义（均P<0.05）。心尖四腔、两腔切面及整体左室壁节段心内膜的显像效果优劣顺序依次为2DE增强模式、3DE增强模式、2DE非增强模式、3DE非增强模式，前三者间比较差异有统计学意义（P<0.05），后两者间比较差异无统计学意义；2DE 增强模式下心尖三腔切面左室壁节段心内膜显示率与3DE 增强模式比较差异无统计学意义。见表1和图1。

表1 不同方法判断犬心尖各切面及整体左室壁心内膜显示的节段数比较 个

图1 2DE、3DE增强模式及非增强模式下犬心尖各切面观

二、不同方法测量犬左室结构及功能相关指标比较

M 型的LVEDV 测值高于解剖标本测值，LVEDV、LVESV、LVEF测值高于2DE、3DE非增强和增强模式测值，差异均有统计学意义（均P<0.05）；其余各方法的LVEDV、LVESV、LVEF测值比较差异均无统计学意义。犬心脏解剖标本LVLD 测值与2DE 非增强及增强模式LVLD比较差异均无统计学意义。见图2和表2。

三、不同方法测量LVEDV、LVLD与解剖标本测值的相关性分析

M 型、2DE 非增强及增强模式、3DE 非增强及增强模式的LVEDV 测值与左室解剖标本容积测值的相关性系数分别为 0.612、0.806、0.857、0.728、0.869（均P<0.05）；2DE 非增强及增强模式LVLD 测值与左室解剖标本容积测值的相关性系数分别为0.748、0.851（均P<0.05）。

四、不同方法测量左室结构及功能相关指标的可重复性分析

同一观察者内，以及不同观察者间测量LVEDV、LVESV、LVEF 的变异系数由小到大的方法均依次为3DE 增强模式、2DE 增强模式、M 型、2DE 非增强模式、3DE 非增强模式。2DE、3DE 增强模式测量各指标的变异系数及标准偏差均更小，以3D 增强模式最小。见表3。

图2 超声与解剖标本测量犬LVLD对照图

表2 不同方法测量犬左室结构及功能相关指标比较（±s）

表2 不同方法测量犬左室结构及功能相关指标比较（±s）

与M 型超声比较，*P<0.05。LVEDV:左室舒张末期容积；LVESV:左室收缩末期容积；LVEF:左室射血分数；LVLD:左室舒张末期长径

LVEDV（ml）LVESV（ml）检查方法2DE非增强模式增强模式3DE非增强模式增强模式M型解剖标本F值P值LVEF（%）LVLD（cm）14.67±3.20*15.08±3.26*5.82±1.51*5.79±2.02*60.72±5.82*62.75±6.97*4.10±0.52 4.15±0.38---4.02±0.44 0.265 0.769 13.93±2.27*14.15±2.73*21.67±3.85 13.82±2.50*12.138 0.000 5.34±1.05*5.57±1.49*7.17±1.59-2.502 0.053 61.64±4.95*60.98±6.23*67.58±3.42-3.036 0.025

讨 论

左室定量指南［2］中指出左室结构及功能参数的测量取决于心肌致密层与左室腔界限的准确识别。然而由于左室腔内存在部分肌小梁结构及周边肺气遮挡使心内膜准确描记受限。超声增强剂微泡可以充填在左室腔及肌小梁之间，直至心肌致密层，使心内膜的追踪描记准确性及可重复性得以提高。单中心及多中心研究［3-4］表明，心脏超声增强成像技术可以显著改善左室心内膜的显示，增加观察者间评估左室局部及整体功能的一致性，提高左室容积及功能参数测量的准确性及可重复性，因此超声增强剂越来越广泛地应用于实验及临床研究中。既往对不同检查方法测量左室容积准确性的研究［4-5］均是建立在橡胶水囊或离体心脏静态模型上，并不能完全代表活体动态心脏的测值情况。而通过开胸经左心耳注射造影剂获取活体犬左室参数进行准确性验证的实验研究［6］方法并不能应用于临床，也不能反映心脏在胸腔内的真实状态。

表3 不同方法测量犬左室结构及功能相关指标的可重复性分析

本实验结合超声增强剂对活体犬左室经胸2DE及3DE 进行增强成像，并与解剖标本测值进行对比，以评价不同方法测量左室结构和功能的准确性及可重复性。本实验结果表明:M 型测值的可重复性虽优于非增强模式2DE 及3DE，但易高估左室容积及射血分数；与非增强模式比较，无论是2DE或3DE增强模式左室壁节段心内膜的显示率均明显增加（均P<0.05），其测值与解剖标本测值的相关性更佳，观察者内及观察者间的变异性更低，与既往研究［4，7］结果一致。Saloux 等［8］研究发现，2DE 及 3DE 成像测得左室容积较MRI 偏小，而经增强显像后测值更接近MRI。本实验发现，2DE 及3DE 非增强及增强模式测值稍高于解剖标本测值，但差异无统计学意义，可能与标本固定后心肌回缩致左室真实容积变小有关。

M型获取左室容积及功能简单易行、耗时少、重复性较好，在临床工作中较为常用。但该方法是将左室假设为固定的几何学形态进行推算，并不适用于多种病理形态。2016 年中国成人超声心动图检查测量指南［9］中也指出应用M 型测量左室容积并不准确，不再推荐使用。本实验主要通过校正的Teichholz 公式进行计算，结果发现M 型测量各指标的可重复性虽优于2DE、3DE 非增强模式，但其测值明显偏高，一方面归因于长椭球形的几何假设本就高估真正的弹头型左室；另一方面归因于实验犬的肋间隙较窄，声束方位易偏离左室长轴，获取的内径容易偏大，进而推算的左室容积也易偏大。

2DE 双平面Simpson 法主要是通过圆盘叠加法计算左室容积及射血分数，即在心尖四腔和两腔切面上分别勾画出舒张期及收缩期心内膜面以计算左室容积。勾画的准确性及可重复性易受到图像质量、心内膜面不能完全显示肌小梁等结构的影响。本实验结果发现，2DE增强模式在显示左室壁心内膜节段方面占有明显优势，整体显示率高于3DE 增强模式（P<0.05），2DE 增强模式测量左室结构和功能参数的准确性及可重复性也接近3DE增强模式，由此推测对于图像质量差且合并节段性室壁运动异常的患者，采用2DE结合超声造影剂评估左室结构及功能具有一定的优势，一方面通过室壁节段心内膜的显示可以更准确地评价室壁运动情况，另一方面测量左室结构及功能参数也相对准确。

3DE 测量左室容积及功能参数不依赖于几何假设，不受心腔透视缩短的影响，准确性及重复性更好，但该方法过度依赖图像质量。本实验结果显示，3DE非增强模式下左室容积测值与解剖标本测值的相关性低于2DE，可能与4V 探头较大，在实验犬较窄的肋间隙获取的图像质量不佳有关；而在增强模式下，3DE测量左室容积的准确性及可重复性明显改善，并高于2DE 增强模式，反映了3DE 也需要超声增强剂改善图像质量进而获取准确性及可重复性更好的参数。对于图像质量差但需要较精确评估左室容积的患者，采用3DE结合超声造影剂更具有一定的优势。Hoffmann等［10］研究也发现3DE 与2DE 一样需要结合超声增强剂进行参数评估以减少观察者间的变异性。

本实验的局限性:①虽使用10% KCl 使得心脏于舒张期停搏，充填纱布维持心脏形状，但仍不能避免标本固定后心肌回缩，心腔容积变小；②研究对象均为正常健康比格犬，今后有待对病理模型左室腔不同形变进行研究；③研究例数较少，未能根据图像质量进行分组，亦有待加大样本量进一步细化研究。

综上所述，经胸2DE 和3DE 结合超声增强剂均可以改善图像质量，提高左室结构及功能相关参数测量的准确性及可重复性，2DE 增强模式成像更有利于显示节段室壁心内膜，3DE 增强模式成像更有助于评估左室容积，为临床精确评估及动态监测左室结构及功能提供了新方法。