Heart Model與左心聲學(xué)造影測(cè)量左心室收縮功能的對(duì)照研究*

申斌 李銳 劉曉麗 蔣演 陳瑜

(1.重慶康華眾聯(lián)心血管病醫(yī)院超聲特診科,重慶 400045；2.重慶醫(yī)科大學(xué)附屬第三醫(yī)院超聲科，重慶 400016)

左心室收縮功能是臨床上一項(xiàng)十分重要生理指標(biāo)[1]。主要包括射血分?jǐn)?shù)(EF)、左室舒張末期容積(EDV)、左室收縮末期容積(ESV)、每搏輸出量(CO)、心指數(shù)(CI)等指標(biāo)。其中，EDV和ESV的測(cè)量是計(jì)算其余幾項(xiàng)指標(biāo)的基礎(chǔ)[2]。目前，臨床工作中無(wú)創(chuàng)獲取患者左心室收縮功能的方法主要依賴(lài)超聲心動(dòng)圖[3,4]。特別是近幾年興起的左心聲學(xué)造影能夠精確的測(cè)量左心室收縮功能，國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)研究表明其測(cè)量左心室收縮功能的準(zhǔn)確性與心臟核磁共振具有高度的一致性[5-7]。而Heart Model(HM)是一項(xiàng)全自動(dòng)測(cè)量左心室收縮功能的人工智能技術(shù)。本實(shí)驗(yàn)利用左心聲學(xué)造影測(cè)量值作為金標(biāo)準(zhǔn)，研究Heart Model在左心功能測(cè)量中的準(zhǔn)確性。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 收集2017年3月～12月68例于我院行左心聲學(xué)造影檢查患者超聲資料，每名患者進(jìn)行左心聲學(xué)造影前采集該患者HM圖像，對(duì)比分析同一名患者左心聲學(xué)造影及HM測(cè)量左室收縮功能數(shù)據(jù)。以上患者均排除左心聲學(xué)造影禁忌癥：對(duì)本研究使用造影劑過(guò)敏者；伴有右向左分流的心臟病患者、重度肺高壓患者(肺動(dòng)脈壓>90mmHg)；未得到控制的原發(fā)性高血壓患者和成人呼吸窘迫綜合征；妊娠和哺乳期婦女?；颊呋举Y料及門(mén)診診斷，見(jiàn)表1。

表1 68例患者一般資料[n,(×10-2),±s]Table 1 General information

1.2 研究方法

1.2.1 儀器設(shè)備 超聲檢查儀器為EPIQ 7C(Philips Medical System，Andover，MA)，探頭為X5-1全容積三維探頭，連接心電圖。以下超聲檢查均先采集圖像后進(jìn)行相應(yīng)分析，圖像采集及分析由同一名具有10年超聲心動(dòng)圖工作經(jīng)驗(yàn)醫(yī)師進(jìn)行。

1.2.2 HM研究方案 HM模式是Philips基于常規(guī)超聲心動(dòng)圖進(jìn)行三維重建，自動(dòng)識(shí)別出心尖四腔心切面、心尖三腔心切面及心尖兩腔心切面，然后自動(dòng)勾畫(huà)出各切面收縮及舒張期心內(nèi)膜邊界。目前，該模式只能在常規(guī)超聲心動(dòng)圖模式下使用，還不能應(yīng)用于LVO模式。患者取左側(cè)臥位，將探頭置于患者心尖，獲得標(biāo)準(zhǔn)的心尖四腔心切面，點(diǎn)擊HM按鈕采集圖像，回放圖像，進(jìn)入HM模式，待自動(dòng)分析圖像后，記錄數(shù)據(jù)，見(jiàn)圖1

1.2.3 左心聲學(xué)造影研究方案 超聲造影劑選用SonoVue(Bracco Imaging，Milan，Italy)，按照與生理鹽水1︰5比例配制。選取患者左前臂淺表靜脈穿刺，抽取2ml配制的造影劑溶液，團(tuán)注0.5ml造影劑后緩慢推注剩余造影劑(每8～10秒推注0.1ml的速度維持至檢查結(jié)束，如造影劑量不夠可追加，最大用量不超過(guò)5ml)。選取Contrast LVO模式，調(diào)節(jié)參數(shù)(MI=0.3-0.4，Gain=70%)，在心尖四腔心切面觀察，根據(jù)左心室顯影情況，適當(dāng)調(diào)節(jié)造影劑推注速度，待左心腔均勻顯影后，點(diǎn)擊xPlane，調(diào)整角度至120°，同時(shí)顯示心尖四腔心切面及心尖兩腔心切面，采集6～8個(gè)心動(dòng)周期。利用Simpson法分別勾畫(huà)收縮末期、舒張末期心尖四腔心及兩腔心心內(nèi)膜邊界，獲得左心室收縮功能參數(shù)[5,8]，見(jiàn)圖2

圖1 利用HM模式全自動(dòng)測(cè)量左室收縮功能Figure 1 Automatic measurement of left ventricular systolic function by HM注：a.心尖四腔心切面左心室邊界描繪；b.心尖三腔心切面左心室邊界描繪；c.心尖兩腔心切面左心室邊界描繪；d.心臟三維重建

圖2 LVO模式下測(cè)量左室收縮功能Figure 2 Measurement of left ventricular systolic function by LVO注：a.心尖四腔心切面左心室邊界描繪；b.心尖兩腔心切面左心室邊界描繪

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 數(shù)據(jù)分析利用SPSS 24軟件進(jìn)行。比較兩種檢查方法計(jì)算的EF、EDV、ESV之間差值P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 68例患者分別用兩種方法測(cè)量EDV、ESV、EF結(jié)果見(jiàn)(見(jiàn)表2)。然后分別將LVO和HM測(cè)量的EDV、ESV、EF結(jié)果進(jìn)行兩兩配對(duì)t檢驗(yàn)，見(jiàn)表3

2.2 利用LVO及HM兩種方式均可測(cè)量患者EDV、ESV及EF值，兩種配對(duì)檢驗(yàn)發(fā)現(xiàn)兩種方法測(cè)量的EDV結(jié)果差值有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.00<0.05)，HM方法測(cè)量結(jié)果偏大，平均較LVO測(cè)量結(jié)果大3.33ml；而兩種方法測(cè)量的ESV值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.07>0.05)；由于兩種測(cè)量方法EDV結(jié)果的差異，導(dǎo)致EF結(jié)果差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.00<0.05)，HM方法測(cè)量較LVO方法測(cè)量結(jié)果平均高出0.65%。

表2兩種方法測(cè)量EDV、ESV、EF結(jié)果

Table2TheresultsofEDV,ESVandEFMeasuredbythetwomethods

檢測(cè)方法個(gè)案數(shù)平均值標(biāo)準(zhǔn)差LVO法檢測(cè) EDV68175.1814.73 ESV6875.7322.32 EF6857.1110.81HM法檢測(cè) EDV68178.5119.30 ESV6876.1723.07 EF6857.7610.30

表3 測(cè)量結(jié)果配對(duì)T檢驗(yàn)Table 3 Paired T test of results

以LVO測(cè)量結(jié)果為標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)一步分析兩種測(cè)量方法造成的差異(見(jiàn)圖3a)顯示，EDV取值在140～180ml之間兩種方法測(cè)量結(jié)果差異較小，無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p>0.05)，而>180ml或≤140ml以后測(cè)量結(jié)果差值有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P<0.05)，當(dāng)EDV>190ml時(shí)測(cè)量差異尤其明顯(見(jiàn)圖3b)，EF值在40%以上兩種方式測(cè)量結(jié)果差值較小，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(p>0.05)；而EF≤40%兩者差值明顯，差異有明顯統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.00)。

圖3 EF、EDV分段研究Figure 3 Segmented research on EF and EDV

注：a.根據(jù)LVO測(cè)量EDV進(jìn)行分段研究?jī)煞N測(cè)量方法差值絕對(duì)值的大??；b.根據(jù)LVO測(cè)量EF值進(jìn)行分段研究?jī)煞N測(cè)量方法差值絕對(duì)值的大小

3 討論

超聲心動(dòng)圖作為臨床最常用的無(wú)創(chuàng)測(cè)量左心室收縮功能的檢查方法，具有重要臨床價(jià)值，能夠?qū)崟r(shí)動(dòng)態(tài)觀測(cè)患者左心室收縮功能[9]。但是，受患者圖像質(zhì)量以及檢查醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)的影響，其結(jié)果存在一定誤差[10]。由于該方法不夠客觀，不同操作者測(cè)量結(jié)果差異大，所以未將常規(guī)超聲心動(dòng)圖測(cè)量結(jié)果納入本研究范疇。

近年來(lái)，隨著心臟超聲造影技術(shù)的飛速發(fā)展，造影劑能夠通過(guò)肺循環(huán)使左心清晰顯影，從而有利于我們對(duì)左心室內(nèi)膜面進(jìn)行清晰的描繪，極大的提高了左心收縮功能測(cè)量的準(zhǔn)確性和穩(wěn)定性(不同醫(yī)生測(cè)量結(jié)果差異小)[11,12]。近年來(lái)國(guó)內(nèi)外多項(xiàng)研究表明，LVO測(cè)量左室收縮功能，其結(jié)果與心臟核磁共振有良好的一致性[6,8,13,14]。但是，由于造影劑的使用，在臨床工作中，極大增加了左室收縮功能測(cè)量的成本及檢查的時(shí)間[15]。

因此，本研究引入Philips公司一項(xiàng)全新的左心室收縮功能模式-Heart Model。該測(cè)量模式是基于常規(guī)超聲心動(dòng)圖檢查的基礎(chǔ)上，利用人工智能的特點(diǎn)，能夠一鍵自動(dòng)測(cè)量左心室收縮功能及左心房功能。其具有以下優(yōu)點(diǎn)：第一，極大的提高了超聲心動(dòng)圖測(cè)量左心室收縮功能的效率；第二，未使用造影劑，降低了檢查成本；第三，利用了機(jī)器人工智能，分析結(jié)果只與患者圖像有關(guān)，與醫(yī)生經(jīng)驗(yàn)無(wú)關(guān)[16]。但是，對(duì)于HM檢查結(jié)果的準(zhǔn)確性，國(guó)內(nèi)外缺乏相關(guān)數(shù)據(jù)支撐，尤其是與左心聲學(xué)造影結(jié)果進(jìn)行對(duì)照研究。

本研究發(fā)現(xiàn)利用LVO及HM兩種方式測(cè)量的EDV結(jié)果差值有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.00<0.05)，HM方法測(cè)量結(jié)果偏大，平均較LVO測(cè)量結(jié)果大3.33ml。并且EDV取值在140-180ml之間兩種方法測(cè)量結(jié)果差異較小，而大于180ml或小于等于140ml以后測(cè)量結(jié)果差值增加，當(dāng)EDV>190ml時(shí)測(cè)量差異尤其明顯。這是由于HM方式測(cè)量左心收縮功能是基于二維超聲心動(dòng)圖進(jìn)行三維重建得出的結(jié)果，未能從根本上解決常規(guī)二維超聲心動(dòng)圖心尖縮短及肺氣干擾導(dǎo)致的圖像質(zhì)量誤差。所以對(duì)于心內(nèi)膜邊界的描繪，特別是心尖部心內(nèi)膜面的描繪存在一定誤差[17,18]。當(dāng)患者心臟擴(kuò)大，心尖部圓頓的時(shí)候，該檢查結(jié)果誤差較大。其測(cè)量結(jié)果僅僅較LVO測(cè)量結(jié)果大3.33ml(平均值)，相對(duì)于EDV平均值175.18ml，僅為平均值的1.90%，偏差應(yīng)該在臨床可接受范圍內(nèi)。

由于收縮期心尖部遠(yuǎn)離近場(chǎng)，HM對(duì)心內(nèi)膜面的勾畫(huà)較準(zhǔn)確，測(cè)量ESV比較準(zhǔn)確[19,20]，兩種方法測(cè)量的ESV值差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.07>0.05)。

根據(jù)EF計(jì)算公式我們可以看出，由于兩種測(cè)量方法EDV結(jié)果的差異，導(dǎo)致EF結(jié)果差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P=0.00<0.05)，HM方法測(cè)量偏高，較LVO方法測(cè)量結(jié)果平均高出0.65%，為EF平均值的1.14%。特別是EF在40%以上時(shí)，兩種方式測(cè)量結(jié)果差值較小，而EF≤40%兩者差異較明顯。

4 結(jié)論

本文資料顯示，HM不但是一種操作簡(jiǎn)便、費(fèi)用低廉、可重復(fù)性高的測(cè)量左心收縮功能的方法。而且其測(cè)量結(jié)果具有較高的臨床價(jià)值，特別是當(dāng)EDV和/或EF在一定范圍內(nèi)，其準(zhǔn)確性與LVO相差無(wú)幾。因此，HM在快速、簡(jiǎn)便、多次重復(fù)測(cè)量左室收縮功能的應(yīng)用中，有較高的臨床價(jià)值。