超聲心動圖與心臟磁共振評估左室收縮功能的對比研究

劉德敏，劉 晶，武柏林，賈宏宇，谷國強，呼海娟，崔 煒

隨著人們生活方式的改變以及人口預期壽命的延長，我國心血管病負擔日益加重，心血管病死亡率高居疾病譜的首位，已成為重大的公共衛生問題[1]。通過影像學方法早期、準確地評價心臟結構和功能，對于心血管病的診斷確立、病情監測、療效評估以及預后判定具有重要的臨床意義。

現階段評估心功能的影像學方法包括有創性的左室造影和無創性的超聲心動圖、心臟磁共振(cardiac magnetic resonance，CMR)、多排螺旋CT、放射性核素顯像等。超聲心動圖因其即時、安全、便捷、可床旁操作等優勢，在臨床中被廣泛應用。但是由于超聲心動圖的成像質量和測量準確性受到聲窗條件和操作者經驗等諸多因素影響，無法適應精準醫療的要求。近年來，心臟磁共振成像技術獲得飛速發展，其時間和空間分辨率高，準確性和可重復性好，無電離輻射，可多角度、多參數、多序列成像，能夠對心臟的解剖結構、運動功能、心肌灌注、組織特性等進行“一站式”檢查，被公認為是無創性評價心功能的“金標準”[2]。但是磁共振檢查耗時長，價格貴，需要對圖像進行后期處理，在臨床推廣中受到限制。此外，雖然實時三維超聲心動圖在心功能評價方面具有顯著優越性[3]，但是難以在繁重的臨床工作中常規開展，M型和二維超聲心動圖仍然是目前心功能評估的主流方法。本研究旨在評價M型和二維超聲心動圖在左室容積和收縮功能測量方面與心臟磁共振的相關性和一致性，進而反映現實世界中M型和二維超聲心動圖能否滿足臨床需要。

1 對象與方法

1.1 研究對象 回顧性分析2015年9月—2018年1月于河北醫科大學第二醫院同時行超聲心動圖和心臟磁共振檢查的住院病人156例。所有病人兩項檢查均在同一次住院期間完成，間隔時間<2周，期間無明顯病情變化。排除體內有金屬植入物(如心臟起搏器)、幽閉恐懼癥、嚴重心律失常(如心房顫動)、嚴重肝腎功能不全、超聲心動圖及心臟磁共振圖像質量差者。入選病人臨床資料詳見表1。依據超聲心動圖測量左室射血分數(left ventricular ejection fraction，LVEF)，根據采用的檢查方法將入選病人分為M型超聲心動圖Teichholz法組和二維超聲心動圖Simpson法組。再根據心臟磁共振LVEF結果將每組分為射血分數正常亞組(LVEF≥50%)和射血分數減低亞組(LVEF<50%)。本研究經河北醫科大學第二醫院倫理委員會審核批準，病人均簽署知情同意書。

表1 研究對象臨床資料 (n=156)

1.2 檢查方法 超聲心動圖采用Philips公司iE33或Siemens公司ACUSON SC2000型彩色多普勒超聲診斷儀及隨機配備的S5-1或4V1c探頭(探頭頻率1～5 MHz)。檢查時病人取左側臥位，平靜呼吸。檢查者依據病人左室形態及運動情況選擇不同測量方法。左室形態規則且室壁運動協調者使用M型超聲心動圖Teichholz法；左室變形或存在室壁運動異常者使用二維超聲心動圖Simpson法。所有測量步驟參照美國超聲心動圖協會頒布的指南及標準[4]。通過超聲診斷儀內置公式計算左室舒張末期容積(left ventricular end diastolic volume，LVEDV)、左室收縮末期容積(left ventricular end systolic volume，LVESV)、每搏輸出量(stroke volume，SV)、LVEF等。

心臟磁共振采用Philips公司Achieva 3.0T磁共振掃描儀，最大梯度場80 mT/m，最大梯度切換率200 mT/(m·s)。采用8通道體線圈，無線矢量心電門控技術，仰臥位和屏氣法掃描。行自胸廓入口至膈頂軸面和縱隔矢狀面單次激發快速自旋回波(SSh-TSE)黑血序列掃描，重復時間(TR)等于R-R間期，回波時間(TE)25 ms，層厚6～8 mm，矩陣256×256，1次激勵。心臟電影采用回顧性心電門控平衡式穩態自由進動快速場回波(B-FFE)序列獲取左室兩腔心長軸、四腔心長軸、左室流出道及短軸位圖像，TR 45.5 ms，TE 1.1 ms，層厚6～8 mm，矩陣156×192，反轉角80°，并行因子為2，帶寬930 Hz/像素。將采集的圖像導入Philips Extended MR Workspace工作站的心功能分析軟件中，半自動逐層勾畫短軸層面收縮末期及舒張末期左室心內膜及心外膜輪廓(將乳頭肌和肌小梁歸于心室血池內)，計算LVEDV、LVESV、SV、LVEF等左室收縮功能參數。

2 結 果

2.1 超聲心動圖與心臟磁共振測量左室收縮功能的差異性比較 本研究中超聲心動圖檢查采用M型Teichholz法110例，其中，射血分數正常亞組76例，射血分數減低亞組34例；采用二維Simpson法46例，其中，射血分數正常亞組8例，射血分數減低亞組38例。在M型超聲心動圖Teichholz法全組和兩亞組中，與心臟磁共振相應組相比，LVEDV、LVESV、SV、LVEF測量值差異均有統計學意義(P<0.05)。在射血分數正常亞組中LVEF被M型超聲心動圖明顯低估[(-7.6±11.2)%，P<0.05]，而在射血分數減低亞組中LVEF被明顯高估[(9.3±8.6)%，P<0.05]。詳見表2。在二維超聲心動圖Simpson法全組和射血分數減低亞組中，與心臟磁共振相比LVEDV、SV、LVEF測量值差異有統計學意義(P<0.05)，而LVESV差異無統計學意義(P>0.05)。在射血分數減低亞組中，LVEF被二維超聲心動圖明顯高估[(8.5±5.8)%，P<0.05]。在射血分數正常亞組中，LVEDV、LVESV、SV、LVEF差異均無統計學意義(P>0.05)。詳見表3。

表2 M型超聲心動圖Teichholz法與心臟磁共振對左心容量和功能測量結果比較 (±s)

表3 二維超聲心動圖Simpson法與心臟磁共振對左心容量和功能測量結果比較 (±s)

2.2 超聲心動圖與心臟磁共振測量左室收縮功能的相關性分析 M型超聲心動圖Teichholz法組與心臟磁共振所測LVEDV、LVESV、SV、LVEF存在中等程度相關性，相關系數r值分別為0.87、0.72、0.41、0.80(P<0.05)。其中，射血分數正常亞組r值分別為0.55、0.45、0.37、0.42(P<0.05)；射血分數減低組r值分別為0.75、0.79、0.69、0.70(P<0.05)。

二維超聲心動圖Simpson法組與心臟磁共振所測LVEDV、LVESV、SV、LVEF存在較強程度相關性，r值分別為0.82、0.91、0.79、0.84(P<0.05)。其中，射血分數正常亞組r值分別為0.75、0.85、0.73、0.66(P<0.05)；射血分數減低組r值分別為0.86、0.88、0.67、0.84(P<0.05)。

2.3 超聲心動圖與心臟磁共振測量左室收縮功能的一致性檢驗 M型超聲心動圖Teichholz法全組與磁共振所測LVEDV、LVESV、LVEF的一致性良好，ICC分別為0.72、0.88、0.72(P<0.05)；SV的一致性較差，ICC為0.29(P<0.05)。但兩種檢查方法對LVEDV、LVESV、SV、LVEF測量結果差值的95%一致性界限較寬，分別為-46.3～113.7 mL、-26.8～59.0 mL、-36.6～72.8 mL、-28.0%～23.3%，超出了臨床可接受范圍。進一步的亞組分析顯示，射血分數正常亞組和射血分數減低亞組左室收縮功能參數的一致性均不佳。其中，射血分數正常亞組LVEDV、LVESV、SV、LVEF的ICC分別為0.42、0.31、0.34、0.21(P<0.05)，差值的95%一致性界限分別為-23.8～60.6 mL、-15.1～39.7 mL、-24.3～36.5 mL、-29.6%～14.5%；射血分數減低亞組LVEDV、LVESV、SV、LVEF的ICC分別為0.45、0.38、0.33、0.30(P<0.05)，差值的95%一致性界限分別為-34.4～170.0 mL、-38.4～87.6 mL、-24.1～108.3 mL、-7.5%～26.2%。詳見圖1。

圖1 M型超聲心動圖Teichholz法與心臟磁共振對LVEDV、LVESV、SV、LVEF測量結果的Bland-Altman圖(A、C、E、G為射血分數正常亞組；B、D、F、H為射血分數減低亞組)

二維Simpson法組與磁共振所測LVEDV、LVESV、SV、LVEF的一致性中等，ICC分別為0.84、0.91、0.57、0.78(P<0.05)，差值的95%一致性界限相對較窄，分別為-44.6～78.6 mL、-46.9～46.7 mL、-17.2～51.4 mL、-8.6%～21.1%，基本可以被臨床接受。其中，射血分數正常亞組LVEDV、LVESV、SV、LVEF的ICC分別為0.77、0.86、0.59、0.55(P<0.05)，差值的95%一致性界限分別為-42.5～34.4 mL、-15.0～18.9 mL、-34.2～22.2 mL、-16.0%～7.3%；射血分數減低亞組LVEDV、LVESV、SV、LVEF的ICC分別為0.81、0.88、0.47、0.61(P<0.05)，差值的95%一致性界限分別為-41.0～83.8 mL、-51.6～50.5 mL、-5.3～49.2 mL、-2.9%～19.9%。詳見圖2。

圖2 二維超聲心動圖Simpson法與心臟磁共振對LVEDV、LVESV、SV、LVEF測量結果的Bland-Altman圖 (A、C、E、G為射血分數正常亞組；B、D、F、H為射血分數減低亞組)

3 討 論

左室收縮功能是反映心臟血流動力學的關鍵指標，對心血管病的診斷治療、危險分層和預后判斷具有重要價值。LVEF在左室收縮功能評價中占有重要地位，是目前評價心功能最常用的參數[5-6]。LVEF同時也是指導臨床決策的重要依據，與心血管病轉歸和預后密切相關。

超聲心動圖可實時顯示心臟的形態結構、室壁運動、血流動力學信息，是最經典的心功能評估手段。左室容積的準確測量是評估左室收縮功能的前提，其超聲心動圖的測量方法包括M型超聲心動圖Teichholz法、二維超聲心動圖Simpson法和實時三維超聲等。Teichholz法將左室假設為長橢球形的幾何模型，適用于健康人或左室形態規則的病人，而對處于病理狀態的病人(如室壁瘤、透壁性心肌梗死)則存在較大誤差，故指南不推薦使用[4]，但是由于其簡單實用、時間分辨率高，在臨床工作中仍在繼續應用。二維超聲心動圖Simpson法采用圓盤相加的算法可減少幾何模型假設的誤差，其準確性獲得臨床指南的認可[4]。近年來，心臟磁共振成像技術取得突破性進展，因其具有良好的時間和空間分辨率，可提供心臟解剖、功能、組織成分等多方面信息，已經逐漸成為診斷和鑒別心臟疾病的理想方法，是公認的評價左室功能的“金標準”。

既往關于M型超聲心動圖與心臟磁共振評估左室收縮功能的頭對頭比較研究相對較少。Meyer等[7]對健康比格犬的研究顯示，與磁共振相比，M型Teichholz法明顯高估左室容積，兩者相關程度中等。Bellenger等[8]對慢性心力衰竭病人的前瞻性研究顯示，M型超聲心動圖與磁共振測量LVEF差異有統計學意義，與本研究結論一致。在本研究中，M型超聲心動圖對左室容積明顯高估，LVEF的測量誤差明顯，盡管與心臟磁共振的相關程度中等，但在射血分數正常和減低亞組中一致性均不佳。因此，在臨床工作中，尤其對于射血分數減低的心力衰竭病人建議摒棄該測量方法。有關二維超聲心動圖Simpson法與心臟磁共振測量左室收縮功能的一致性評價研究較為充分。Greupner等[9]對擬行冠狀動脈造影病人的研究發現，二維超聲心動圖Simpson法與磁共振相比對左室容積的測量值差異有統計學意義，而兩者對LVEF差異無統計學意義[(56.3±14.7)%與(55.6±16.0)%，P>0.05]，并且相關性和一致性較好[r=0.79，P=0.001；ICC=0.79，95%CI (0.62，0.89)]。Alexis等[10]研究顯示，二維超聲心動圖與磁共振相比在左室容積和LVEF測量方面存在較強相關性(r值為0.733～0.899)，二維超聲心動圖在區分射血分數正常和減低時顯示出與磁共振良好的一致性(κ=0.87)，在區分LVEF不同嚴重等級時兩者的一致性中等(κ=0.63)。本研究中二維超聲心動圖Simpson法在左室容積和LVEF測量方面與磁共振的相關性良好、一致性中等，這與既往研究[9-11]相符。然而射血分數減低的心力衰竭病人通常存在心室重構和室內收縮不協調，二維超聲心動圖Simpson法能否實現對該人群左室功能的準確測量是臨床醫生更加關注的問題。Gruszczynska等[12]對射血分數減低的缺血性心肌病病人研究表明，二維超聲心動圖Simpson法與磁共振相比對LVEF明顯高估[(28.9±4.6)%與(23.5±7.0)%，P<0.001]，兩者相關性中等(r=0.45)，差值的95%一致性界限為-6.0%～17.4%，與本研究相似。本研究中，盡管在二維超聲心動圖Simpson法射血分數減低亞組中超聲對LVEDV、SV、LVEF的測量值與磁共振相比差異有統計學意義，對LVEF明顯高估[(8.5±5.8)%，P<0.05]，但在相關性和一致性方面表現較好，與射血分數正常亞組相似。因此，如果對測量精確度需求不高時，現實世界中二維超聲心動圖Simpson法基本可以滿足臨床要求。需要指出的是，二維超聲Simpson法受到心尖切面透視縮短和心內膜清晰度的影響，所選取的切面不能反映左室整體收縮的全貌，有研究認為二維超聲心動圖Simpson法與磁共振評價LVEF的相關度與心力衰竭嚴重程度呈負相關[12]。對于左室嚴重變形(如室壁瘤)、廣泛室壁運動異常的病人在測量左室收縮功能時心臟磁共振、實時三維超聲心動圖具有更優越的準確性和可重復性[13-15]。此外，對于需要精確評估LVEF的人群也可考慮選擇磁共振成像，例如，接受植入型心律轉復除顫器(implantable cardioverter defibrillator，ICD)手術的病人需符合LVEF≤35%的指證，心臟磁共振有助于準確遴選手術適應人群[16]。

由于本研究為回顧性研究，入選病人僅采用一種超聲心動圖測量方法，無法對M型超聲和二維超聲結果進行橫向比較。另外，二維超聲射血分數正常亞組例數較少，二維超聲射血分數減低亞組納入病人中存在室壁瘤和嚴重LVEF減低的比例較低。因此，需要開展大樣本量的前瞻性研究進一步探索上述問題。

綜上所述，現實世界中無論病人射血分數如何，二維超聲心動圖Simpson法在左室容積和功能評價方面與心臟磁共振存在良好的相關性和中等程度的一致性，可基本滿足臨床需求。但應注意二維超聲心動圖對射血分數減低病人的LVEF明顯高估，如需精確評價LVEF，可優先選擇磁共振成像。而M型超聲心動圖Teichholz法存在顯著測量誤差，與磁共振的相關性和一致性不良，不建議臨床繼續應用。