三维全自动左心定量技术评价阵发性房颤患者的左心功能*

金祉儒，章晓锋，李京涛，蔡雍至，吴 棘

（广西医科大学第一附属医院超声科，南宁 530021）

房颤是一种心电图表现为不规则RR间期、无重复P波以及不规则心房激动的室上性快速性心率失常，同时房颤导致的左心功能的改变往往会伴随着血栓栓塞、心力衰竭和心肌梗死等的风险，因此对房颤患者左心功能的监测显得尤为重要[1]。目前临床上对于房颤患者的左心功能的评估主要依赖于二维超声心动图，但受限于房颤患者多为老年患者，存在肺气干扰和患者体型影响等因素常难以采集清晰的二维超声图像，因此对左心功能的评估准确性产生影响[2]。三维超声心动图（three-dimensional echocardiography，3DE）作为一种快速、便携的检查方式可以很好地显示心内膜边界，提高房颤患者的超声图像清晰度，帮助准确测量左心室大小或体积以及射血分数来评估心功能，弥补了二维超声的不足，为房颤患者并发症的风险评估提供了影像学依据[3]。然而传统3DE检查分析步骤繁琐，耗费时间长，对医生经验和操作水平有一定要求。三维全自动左心容积定量技术（heart model，HM）是最近一种基于人工智能开发的全新技术，提供了一种更加简便快速的方式来测量左室容积以及射血分数，可以很好地弥补传统测量方式的缺点[4]。本研究旨在探讨HM技术在阵发性房颤患者左室容积及射血分数测量中的准确性、可行性和可重复性，并评价其在临床中的应用价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2021年3月1日至2022年3月1日在广西医科大学第一附属医院心血管内科住院治疗的房颤患者。病例纳入标准：临床心电图诊断确诊为房颤，同时超声心动图检查图像显示清晰。排除标准：（1）先天性心脏病患者；（2）分流性疾病、急性心肌梗死、急性心绞痛或其他严重心外疾病的患者；（3）三维超声心动图检查中左心室心肌17节段中4个节段以上显示不清者；（4）人工瓣膜；（5）重度瓣膜狭窄或关闭不全者；（6）临床资料缺失患者。最终获得40例符合要求的病例，其中男25例，女15例，年龄39～72岁，平均（61.10±9.17）岁，均为心电图诊断为阵发性心房颤动的患者，平均心率（82.11±15.61）次/min，平均收缩压（16.86±2.04）kPa，平均舒张压（11.16±1.95）kPa，平均体表面积（1.75±0.18）m2，其中合并高血压20例，糖尿病5例。本研究受检者均签署知情同意书，并经本院伦理委员会批准。

1.2 仪器与方法

1.2.1 仪器 采用心血管超声诊断系统Philips Epiq 7C，探头X5-1，频率1～5 MHz，内配备HMACQ（Heart Model Acquisition Mode）图像采集模式。嘱患者取左侧卧位并连接心电图，在阵发性房颤患者正常心率时采集心尖四腔心与心尖两腔心二维超声动态图像。嘱患者配合在呼气末期屏气并启动HMACQ系统采集4个心动周期的三维全容积图像以便后续分析。

1.2.2 双平面Simpson法 采集4个心动周期的心尖四腔心与心尖两腔心二维超声动态图像并依据指南[5]中的双平面Simpson法计算出左心室舒张末容积（LVEDV）、左心室收缩末容积（LVESV）以及左室射血分数（LVEF），同时记录使用时间，见图1A。

1.2.3 实时3DE（RT-3DE）法 采集全容积模式下的4个心动周期中的心尖四腔心的动态图像，使用飞利浦公司Qlab 10.7软件3DQ Advance插件进行脱机分析，分别在心脏舒张末期和收缩末期的心尖长轴四腔心切面、两腔心切面的二尖瓣环水平和左心室心尖部心内膜面进行标记，合计5个参考点，计算得到LVEDV、LVESV、LVEF，同时记录使用时间，见图1B。

1.2.4 HM法 启动HM系统，调整图像使左心室中心在心尖四腔心切面上位于轴线上，点击HMACQ按钮自动计算分析获得LVEDV、LVESV、LVEF，同时记录使用时间，见图1C。

1.2.5 重复性检验 分别使用HM法、双平面Simpson法和RT-3DE法对随机抽取的20例受检者图像进行重新测量，并对两名有经验的超声医师重新测量获得的LVEDV、LVESV、LVEF进行观察者间重复性检验，30 min后由同一名超声医生重新测量进行观察者内重复性检验。

1.3 统计学方法

应用SPSS 26.0软件进行统计分析。计量资料如呈正态分布的以均数±标准差（）表示，非正态分布资料则以中位数及四分位数间距[M（P25～P75）]描述。非正态分布数据多组之间比较使用Kruskal-WallisH检验。相关性分析采用Pearson相关分析；一致性分析使用Bland-Altman来进行一致性检验。应用组内相关系数（intraclass correlation coefficient，ICC）进行重复性检验，ICC值＞0.75则认为可重复性较好，＜0.4以下认为可重复性较差。以P＜0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 3种方法的测量结果比较

Simpson法测量的LVEDV与LVEF大于HM法和RT-3DE法测量结果（均P＜0.05）。HM法与RT-3DE法LVEDV、LVESV以及LVEF的测量结果比较，差异均无统计学意义（均P＞0.05），且在LVESV测量结果中，Simpson法、HM法和RT-3DE法3种测量方法的结果比较，差异均无统计学意义（均P＞0.05），见表1。

表1 3种方法的测量结果比较 M（P25～P75）

2.2 3种方法的相关性和一致性

HM法与RT-3DE法测值的相关系数较高（LVEDVr=0.945；LVESVr=0.928；LVEFr=0.847，均P＜0.001），且两种方法的一致性同样较好[偏倚bias；LVEDV（mL）bias=2.3；LVESV（mL）=0.2；LVEF（%）bias=0.7]。而HM法与Simpson法之间相关系数较低（LVEDVr=0.495；LVESVr=0.832；LVEFr=0.635，均P＜0.001）且一致性较差[偏倚bias；LVEDV（mL）bias=-11.9；LVESV（mL）=1.7；LVEF（%）=-5.6]。RT-3DE法与Simpson法的相关系数和一致性同样较低[LVEDVr=0.565；LVESVr=0.836；LVEFr=0.726，均P＜0.001。偏倚bias；LVEDV（mL）bias=-14.2；LVESV（mL）=1.4；LVEF（%）bias=-6.3]，见图2～图4。

图2 HM法与RT-3DE法的LVEDV、LVESV和LVEF的相关性以及Bland-Altman一致性检验图

图3 HM法与Simpson法的LVEDV、LVESV和LVEF的相关性以及Bland-Altman一致性检验图

图4 RT-3DE法与Simpson法的LVEDV、LVESV和LVEF的相关性以及Bland-Altman一致性检验图

2.3 3种方法测量时间比较

Simpson法处理所耗时间为65.00（61.00～73.00）s，HM法为20.00（18.25～22.00）s，RT-3DE法为100.50（82.50～118.75）s。HM法所消耗的时间少，其次为Simpson法，耗时最长为RT-3DE法，3种方法测量时间比较，差异均有统计学意义（均P＜0.001），见图5。

图5 3种测量方法消耗用时

2.4 HM法重复性检验

随机抽取20例患者由不同医师采用HM法重新测量LVEDV、LVESV和LVEF数据，将测量所得数据通过统计分析结果可得观察者间ICC分别为0.978、0.993、0.959；其中同一名医师通过再次测量，结果分析可得观察者内ICC分别为0.996、0.999、0.994。

3 讨论

超声心动图是一种无创检查手段，其通过二维超声表现来测量计算左心室容积和射血分数，评价左心室功能。因此，如何减少测量误差，准确测量左心室容积和射血分数一直是超声心动图研究中的热点。当前二维双平面Simpson法测量左室容积和射血分数是临床最常使用的方法[6]。其通过取心尖四腔心和两腔心切面，手动描绘心内膜轮廓计算左心室容积，因此常因测量者的不同产生误差。传统RT-3DE法测量对医生操作经验有一定的要求，且操作步骤繁多，消耗时间长，难以在临床上广泛使用。HM法通过算法智能匹配数据库中储存的左心室模型，自动识别描绘左心室心内膜轮廓，计算左心室容积和射血分数[7]。这种方法可以很好地简化操作步骤，缩短测量消耗时间，解决了传统测量方式的缺点，提供了一种更加简便、可行的测量方式。

由于房颤带来的房、室运动不协调会使左心室舒张末期压力上升，引起左心室舒张及收缩功能下降，最终导致心排出量减少[8-9]。此外，左心房收缩功能降低会导致左心室舒张末期血容量下降，会进一步降低心排出量，增加心衰的风险[10]。因此，左心室容积和射血分数的测定对于房颤患者而言显得尤为重要。

为避免房颤对于测量结果的影响，本课题组在阵发性房颤患者心率正常时采集TTE超声图像并测量数据分析。从测量值结果的统计分析中可以看出，HM法与RT-3DE法LVEDV、LVESV和LVEF测值比较，差异无统计学意义，且两者的相关性与一致性都很高。这些证据表明HM法可以在减少测量操作步骤、缩短测量时间的同时获得准确的测量结果，更有利于在临床中应用。重复性检验结果表明，HM法测量左室容积和射血分数在观察者间和观察者内都具有很高的可重复性，这一结果与Xing等[11]的研究结果相一致。因此，HM法的高可重复性可以很好避免因为超声医师在临床左心功能测定操作中的经验不同所带来的测量误差，提高测量检查的精确性。然而本研究存在一定的局限性：研究的样本量较小，需要进一步扩大样本量；心血管磁共振成像（cardiovascular magnetic resonance，CMR）作为无创性评估心脏结构和功能的金标准，本研究中缺少CMR数据，未能与其作对比[12]。

本研究通过对3种不同测量方式对房颤患者左心室容积和射血分数的测量结果进行分析，结果表明HM法测量步骤简便，耗费时间短，测量结果与RT-3DE法具有很高的相关性与一致性，同时具有较好的可重复性。这与Feng等[13]在高血压患者中采用HM法测定左心功能的结论相仿。本研究结果表明HM法在房颤患者中同样可以高效、快速地测量获得准确的左心室容积和射血分数数据。