超声心动图与心脏磁共振评估左室收缩功能的对比研究

刘德敏，刘 晶，武柏林，贾宏宇，谷国强，呼海娟，崔 炜

随着人们生活方式的改变以及人口预期寿命的延长，我国心血管病负担日益加重，心血管病死亡率高居疾病谱的首位，已成为重大的公共卫生问题[1]。通过影像学方法早期、准确地评价心脏结构和功能，对于心血管病的诊断确立、病情监测、疗效评估以及预后判定具有重要的临床意义。

现阶段评估心功能的影像学方法包括有创性的左室造影和无创性的超声心动图、心脏磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)、多排螺旋CT、放射性核素显像等。超声心动图因其即时、安全、便捷、可床旁操作等优势，在临床中被广泛应用。但是由于超声心动图的成像质量和测量准确性受到声窗条件和操作者经验等诸多因素影响，无法适应精准医疗的要求。近年来，心脏磁共振成像技术获得飞速发展，其时间和空间分辨率高，准确性和可重复性好，无电离辐射，可多角度、多参数、多序列成像，能够对心脏的解剖结构、运动功能、心肌灌注、组织特性等进行“一站式”检查，被公认为是无创性评价心功能的“金标准”[2]。但是磁共振检查耗时长，价格贵，需要对图像进行后期处理，在临床推广中受到限制。此外，虽然实时三维超声心动图在心功能评价方面具有显著优越性[3]，但是难以在繁重的临床工作中常规开展，M型和二维超声心动图仍然是目前心功能评估的主流方法。本研究旨在评价M型和二维超声心动图在左室容积和收缩功能测量方面与心脏磁共振的相关性和一致性，进而反映现实世界中M型和二维超声心动图能否满足临床需要。

1 对象与方法

1.1 研究对象 回顾性分析2015年9月—2018年1月于河北医科大学第二医院同时行超声心动图和心脏磁共振检查的住院病人156例。所有病人两项检查均在同一次住院期间完成，间隔时间<2周，期间无明显病情变化。排除体内有金属植入物(如心脏起搏器)、幽闭恐惧症、严重心律失常(如心房颤动)、严重肝肾功能不全、超声心动图及心脏磁共振图像质量差者。入选病人临床资料详见表1。依据超声心动图测量左室射血分数(left ventricular ejection fraction，LVEF)，根据采用的检查方法将入选病人分为M型超声心动图Teichholz法组和二维超声心动图Simpson法组。再根据心脏磁共振LVEF结果将每组分为射血分数正常亚组(LVEF≥50%)和射血分数减低亚组(LVEF<50%)。本研究经河北医科大学第二医院伦理委员会审核批准，病人均签署知情同意书。

表1 研究对象临床资料 (n=156)

1.2 检查方法 超声心动图采用Philips公司iE33或Siemens公司ACUSON SC2000型彩色多普勒超声诊断仪及随机配备的S5-1或4V1c探头(探头频率1～5 MHz)。检查时病人取左侧卧位，平静呼吸。检查者依据病人左室形态及运动情况选择不同测量方法。左室形态规则且室壁运动协调者使用M型超声心动图Teichholz法；左室变形或存在室壁运动异常者使用二维超声心动图Simpson法。所有测量步骤参照美国超声心动图协会颁布的指南及标准[4]。通过超声诊断仪内置公式计算左室舒张末期容积(left ventricular end diastolic volume，LVEDV)、左室收缩末期容积(left ventricular end systolic volume，LVESV)、每搏输出量(stroke volume，SV)、LVEF等。

心脏磁共振采用Philips公司Achieva 3.0T磁共振扫描仪，最大梯度场80 mT/m，最大梯度切换率200 mT/(m·s)。采用8通道体线圈，无线矢量心电门控技术，仰卧位和屏气法扫描。行自胸廓入口至膈顶轴面和纵隔矢状面单次激发快速自旋回波(SSh-TSE)黑血序列扫描，重复时间(TR)等于R-R间期，回波时间(TE)25 ms，层厚6～8 mm，矩阵256×256，1次激励。心脏电影采用回顾性心电门控平衡式稳态自由进动快速场回波(B-FFE)序列获取左室两腔心长轴、四腔心长轴、左室流出道及短轴位图像，TR 45.5 ms，TE 1.1 ms，层厚6～8 mm，矩阵156×192，反转角80°，并行因子为2，带宽930 Hz/像素。将采集的图像导入Philips Extended MR Workspace工作站的心功能分析软件中，半自动逐层勾画短轴层面收缩末期及舒张末期左室心内膜及心外膜轮廓(将乳头肌和肌小梁归于心室血池内)，计算LVEDV、LVESV、SV、LVEF等左室收缩功能参数。

2 结 果

2.1 超声心动图与心脏磁共振测量左室收缩功能的差异性比较 本研究中超声心动图检查采用M型Teichholz法110例，其中，射血分数正常亚组76例，射血分数减低亚组34例；采用二维Simpson法46例，其中，射血分数正常亚组8例，射血分数减低亚组38例。在M型超声心动图Teichholz法全组和两亚组中，与心脏磁共振相应组相比，LVEDV、LVESV、SV、LVEF测量值差异均有统计学意义(P<0.05)。在射血分数正常亚组中LVEF被M型超声心动图明显低估[(-7.6±11.2)%，P<0.05]，而在射血分数减低亚组中LVEF被明显高估[(9.3±8.6)%，P<0.05]。详见表2。在二维超声心动图Simpson法全组和射血分数减低亚组中，与心脏磁共振相比LVEDV、SV、LVEF测量值差异有统计学意义(P<0.05)，而LVESV差异无统计学意义(P>0.05)。在射血分数减低亚组中，LVEF被二维超声心动图明显高估[(8.5±5.8)%，P<0.05]。在射血分数正常亚组中，LVEDV、LVESV、SV、LVEF差异均无统计学意义(P>0.05)。详见表3。

表2 M型超声心动图Teichholz法与心脏磁共振对左心容量和功能测量结果比较 (±s)

表3 二维超声心动图Simpson法与心脏磁共振对左心容量和功能测量结果比较 (±s)

2.2 超声心动图与心脏磁共振测量左室收缩功能的相关性分析 M型超声心动图Teichholz法组与心脏磁共振所测LVEDV、LVESV、SV、LVEF存在中等程度相关性，相关系数r值分别为0.87、0.72、0.41、0.80(P<0.05)。其中，射血分数正常亚组r值分别为0.55、0.45、0.37、0.42(P<0.05)；射血分数减低组r值分别为0.75、0.79、0.69、0.70(P<0.05)。

二维超声心动图Simpson法组与心脏磁共振所测LVEDV、LVESV、SV、LVEF存在较强程度相关性，r值分别为0.82、0.91、0.79、0.84(P<0.05)。其中，射血分数正常亚组r值分别为0.75、0.85、0.73、0.66(P<0.05)；射血分数减低组r值分别为0.86、0.88、0.67、0.84(P<0.05)。

2.3 超声心动图与心脏磁共振测量左室收缩功能的一致性检验 M型超声心动图Teichholz法全组与磁共振所测LVEDV、LVESV、LVEF的一致性良好，ICC分别为0.72、0.88、0.72(P<0.05)；SV的一致性较差，ICC为0.29(P<0.05)。但两种检查方法对LVEDV、LVESV、SV、LVEF测量结果差值的95%一致性界限较宽，分别为-46.3～113.7 mL、-26.8～59.0 mL、-36.6～72.8 mL、-28.0%～23.3%，超出了临床可接受范围。进一步的亚组分析显示，射血分数正常亚组和射血分数减低亚组左室收缩功能参数的一致性均不佳。其中，射血分数正常亚组LVEDV、LVESV、SV、LVEF的ICC分别为0.42、0.31、0.34、0.21(P<0.05)，差值的95%一致性界限分别为-23.8～60.6 mL、-15.1～39.7 mL、-24.3～36.5 mL、-29.6%～14.5%；射血分数减低亚组LVEDV、LVESV、SV、LVEF的ICC分别为0.45、0.38、0.33、0.30(P<0.05)，差值的95%一致性界限分别为-34.4～170.0 mL、-38.4～87.6 mL、-24.1～108.3 mL、-7.5%～26.2%。详见图1。

图1 M型超声心动图Teichholz法与心脏磁共振对LVEDV、LVESV、SV、LVEF测量结果的Bland-Altman图(A、C、E、G为射血分数正常亚组；B、D、F、H为射血分数减低亚组)

二维Simpson法组与磁共振所测LVEDV、LVESV、SV、LVEF的一致性中等，ICC分别为0.84、0.91、0.57、0.78(P<0.05)，差值的95%一致性界限相对较窄，分别为-44.6～78.6 mL、-46.9～46.7 mL、-17.2～51.4 mL、-8.6%～21.1%，基本可以被临床接受。其中，射血分数正常亚组LVEDV、LVESV、SV、LVEF的ICC分别为0.77、0.86、0.59、0.55(P<0.05)，差值的95%一致性界限分别为-42.5～34.4 mL、-15.0～18.9 mL、-34.2～22.2 mL、-16.0%～7.3%；射血分数减低亚组LVEDV、LVESV、SV、LVEF的ICC分别为0.81、0.88、0.47、0.61(P<0.05)，差值的95%一致性界限分别为-41.0～83.8 mL、-51.6～50.5 mL、-5.3～49.2 mL、-2.9%～19.9%。详见图2。

图2 二维超声心动图Simpson法与心脏磁共振对LVEDV、LVESV、SV、LVEF测量结果的Bland-Altman图 (A、C、E、G为射血分数正常亚组；B、D、F、H为射血分数减低亚组)

3 讨 论

左室收缩功能是反映心脏血流动力学的关键指标，对心血管病的诊断治疗、危险分层和预后判断具有重要价值。LVEF在左室收缩功能评价中占有重要地位，是目前评价心功能最常用的参数[5-6]。LVEF同时也是指导临床决策的重要依据，与心血管病转归和预后密切相关。

超声心动图可实时显示心脏的形态结构、室壁运动、血流动力学信息，是最经典的心功能评估手段。左室容积的准确测量是评估左室收缩功能的前提，其超声心动图的测量方法包括M型超声心动图Teichholz法、二维超声心动图Simpson法和实时三维超声等。Teichholz法将左室假设为长椭球形的几何模型，适用于健康人或左室形态规则的病人，而对处于病理状态的病人(如室壁瘤、透壁性心肌梗死)则存在较大误差，故指南不推荐使用[4]，但是由于其简单实用、时间分辨率高，在临床工作中仍在继续应用。二维超声心动图Simpson法采用圆盘相加的算法可减少几何模型假设的误差，其准确性获得临床指南的认可[4]。近年来，心脏磁共振成像技术取得突破性进展，因其具有良好的时间和空间分辨率，可提供心脏解剖、功能、组织成分等多方面信息，已经逐渐成为诊断和鉴别心脏疾病的理想方法，是公认的评价左室功能的“金标准”。

既往关于M型超声心动图与心脏磁共振评估左室收缩功能的头对头比较研究相对较少。Meyer等[7]对健康比格犬的研究显示，与磁共振相比，M型Teichholz法明显高估左室容积，两者相关程度中等。Bellenger等[8]对慢性心力衰竭病人的前瞻性研究显示，M型超声心动图与磁共振测量LVEF差异有统计学意义，与本研究结论一致。在本研究中，M型超声心动图对左室容积明显高估，LVEF的测量误差明显，尽管与心脏磁共振的相关程度中等，但在射血分数正常和减低亚组中一致性均不佳。因此，在临床工作中，尤其对于射血分数减低的心力衰竭病人建议摒弃该测量方法。有关二维超声心动图Simpson法与心脏磁共振测量左室收缩功能的一致性评价研究较为充分。Greupner等[9]对拟行冠状动脉造影病人的研究发现，二维超声心动图Simpson法与磁共振相比对左室容积的测量值差异有统计学意义，而两者对LVEF差异无统计学意义[(56.3±14.7)%与(55.6±16.0)%，P>0.05]，并且相关性和一致性较好[r=0.79，P=0.001；ICC=0.79，95%CI (0.62，0.89)]。Alexis等[10]研究显示，二维超声心动图与磁共振相比在左室容积和LVEF测量方面存在较强相关性(r值为0.733～0.899)，二维超声心动图在区分射血分数正常和减低时显示出与磁共振良好的一致性(κ=0.87)，在区分LVEF不同严重等级时两者的一致性中等(κ=0.63)。本研究中二维超声心动图Simpson法在左室容积和LVEF测量方面与磁共振的相关性良好、一致性中等，这与既往研究[9-11]相符。然而射血分数减低的心力衰竭病人通常存在心室重构和室内收缩不协调，二维超声心动图Simpson法能否实现对该人群左室功能的准确测量是临床医生更加关注的问题。Gruszczynska等[12]对射血分数减低的缺血性心肌病病人研究表明，二维超声心动图Simpson法与磁共振相比对LVEF明显高估[(28.9±4.6)%与(23.5±7.0)%，P<0.001]，两者相关性中等(r=0.45)，差值的95%一致性界限为-6.0%～17.4%，与本研究相似。本研究中，尽管在二维超声心动图Simpson法射血分数减低亚组中超声对LVEDV、SV、LVEF的测量值与磁共振相比差异有统计学意义，对LVEF明显高估[(8.5±5.8)%，P<0.05]，但在相关性和一致性方面表现较好，与射血分数正常亚组相似。因此，如果对测量精确度需求不高时，现实世界中二维超声心动图Simpson法基本可以满足临床要求。需要指出的是，二维超声Simpson法受到心尖切面透视缩短和心内膜清晰度的影响，所选取的切面不能反映左室整体收缩的全貌，有研究认为二维超声心动图Simpson法与磁共振评价LVEF的相关度与心力衰竭严重程度呈负相关[12]。对于左室严重变形(如室壁瘤)、广泛室壁运动异常的病人在测量左室收缩功能时心脏磁共振、实时三维超声心动图具有更优越的准确性和可重复性[13-15]。此外，对于需要精确评估LVEF的人群也可考虑选择磁共振成像，例如，接受植入型心律转复除颤器(implantable cardioverter defibrillator，ICD)手术的病人需符合LVEF≤35%的指证，心脏磁共振有助于准确遴选手术适应人群[16]。

由于本研究为回顾性研究，入选病人仅采用一种超声心动图测量方法，无法对M型超声和二维超声结果进行横向比较。另外，二维超声射血分数正常亚组例数较少，二维超声射血分数减低亚组纳入病人中存在室壁瘤和严重LVEF减低的比例较低。因此，需要开展大样本量的前瞻性研究进一步探索上述问题。

综上所述，现实世界中无论病人射血分数如何，二维超声心动图Simpson法在左室容积和功能评价方面与心脏磁共振存在良好的相关性和中等程度的一致性，可基本满足临床需求。但应注意二维超声心动图对射血分数减低病人的LVEF明显高估，如需精确评价LVEF，可优先选择磁共振成像。而M型超声心动图Teichholz法存在显著测量误差，与磁共振的相关性和一致性不良，不建议临床继续应用。