1、四维左心房自动定量分析技术评价左心房容积及功能的临床研究汤跃跃,杨寒凝,金有靓,李淑敏,陆永萍(云南大学附属医院/云南省第二人民医院超声科,云南 昆明650021)摘要 目的探讨四维左心房自动定量(4D Auto LAQ)技术对非选择性连续患者左心房的容积及功能的应用价值。方法187 例入选患者中成功分析 143 例患者。应用 4D Auto LAQ 技术及 Simpsons 双平面技术分别获取左房整体射血分数(LAEF)、左房最大容积指数(LAVImax)、左心房舒张末期容积(LAVmax)、左心房收缩末期容积(LAVmin),同时记录分析时间,比较 2 种技术所测参数的准确性及可重复性。结
2、果4D Auto LAQ 技术及 Simpsons 双平面技术所测值相关性高(r值:LAVmax 0.91,LAVmin 0.89,LAVI0.90,LAEF 0.54;P 0.01)、一致性较好 平均测量差异:LAVmax1 0.1 mL,LAVmin 3.1 mL,LAVI 6.4 mL,LAEF 10.0%;一致性区间:LAVmax(-30.7-50.9)mL,LAVmin(-32.2-38.4)mL,LAVI(-21.2-34.1)mL,LAEF(-19.8-39.8)%。4D Auto LAQ技术对不同心动周期各测量值相关性好(r值:LAVmax 0.99,LAVmin 0.98,L
3、AVImax 0.99,LAEF 0.92;P 0.8,变异系数均 10%),且优于 Simpsons 双平面法。4D Auto LAQ 技术技术用时较 Simpsons 双平面法明显减少,分别为(30.875.05)s、(60.205.05)s,(P 0.05)。结论4D Auto LAQ 技术评价左心房容积及功能用时更短,重复性好,具有临床推广价值。关键词四维左心房自动定量分析;Simpsons 法;左心房功能;左心房容积中图分类号 R541.4 文献标志码 A 文章编号 2095 610X(2023)07 0057 07Clinical Investigation on Foure-di
4、mensional Left AtrialAutomatic Quantitative Technology in Evaluating LeftAtrial Volume and FunctionTANG Yueyue,YANG Hanning,JIN Youliang,LI Shumin,LU Yongping(Dept.of Ultrasound,Affiliated Hospital of Yunnan University/The 2nd Peoples Hospital ofYunnan Province,Kunming Yunnan 650021,China)Abstract O
5、bjectiveTo explore the role of four-dimensional left atrial automatic quantitative technologyin evaluating the volume and function of the left atrium in non-selective continuous patients,and to preliminarilyexplore its accuracy and repeatability.MethodsFoure-dimensional left atrial full-volume dynam
6、ic images of 187consecutive patients were collected,44 patients who failed the analysis were excluded,and 143 were successfullyanalyzed.Using Simpsons biplane method as the reference standard,the 4D Auto LAQ technology was used toevaluate the left atrial end-diastolic volume(LAVmax),left atrial end-
7、systolic volume(LAVmin),left atrialmaximum volume index(LAVImax),and left atrial global ejection fraction.(LAEF)accuracy and repeatability.ResultsIn all patients who were successfully analyzed,the inter-technique comparisons showed good correlations(R-values:LAVmax 0.91,LAVmin 0.89,LAVI 0.90,LAEF 0.
8、54;all P 0.01),small biases(LAVmax10.1 mL,LAVmin 3.1 mL,LAVI 6.4 mL,LAEF 10.0%;Concordance interval:LAVmax(-30.7-50.9)mL,收稿日期20230417基金项目云南省医学学科后备人才培养基金资助项目(H-2018011);云南省万人计划基金资助项目(YNWR-MY-2018-004)作者简介汤跃跃(1978),女,云南昆明人,医学硕士,主治医师,主要从事超声诊断临床工作。通信作者陆永萍,E-mail:昆明医科大学学报2023,44(7):5763JournalofKunmingMe
9、dicalUniversityDOI:10.12259/j.issn.2095-610X.S20230713CN531221/RLAVmin(-32.2-38.4)mL,LAVI(-21.2-34.1)mL,LAEF(-19.8-39.8)%for all measurements in all patients.4D Auto LAQ technology showed good correlation between the parameters of different cardiac cycles(r value:LAVmax 0.99,LAVmin 0.98,LAVImax 0.99
10、,LAEF 0.92;all P 0.8,0.81-0.99,and coefficients of variation were all 10%),and it was betterthan Simpsons biplane method.Compared with Simpsons biplane method,the time of 4D Auto LAQ quantitativetechnology was significantly reduced,which were(30.875.05)s and(60.205.05)s respectively(P 0.05).Conclusi
11、onsSince4D Auto LAQ technology can be widely used in clinical practice as a feasible and objectiveultrasound technique.Key words Foure-dimensional left atrium automated quantification;Simpson s biplane method;Leftatrial function;Left atrial volume超声心动图是评价左心房大小的最简便易行的首先方法,常用的是径线测量和容积测量。左心房立体的腔室结构经线测量
12、不能准确反映其真实的大小,容积测量已成为判断左房大小的指标。目前,临床评估左房大小多采用的是 Simpsons双平面法所测左心房容积为指标1。三维超声心动图可以呈现左心房立体结构,测量结构优于二维超声,所以使用三维超声心动图来评估左心室容积和功能是目前的趋势12。传统三维超声心动需要手动描绘图像,耗时较长,且具有一定主观性,故难以在临床开展常规检查。四维自动左房 定 量 分 析(four-dimensional automatic left atrialquantitation,4D LAQ)是新近开发的 1 种全自动自适应左心房容积定量软件,建立在传统三维超声心动图基础上省去了大量人工输入的
13、步骤,可以简便、迅速定量左心房容积与功能34。在本研究中,采用 4D Auto LAQ 技术评价非选择性连续患者左心房的容积及功能的应用价值。1资料与方法1.1研究对象选取 187 例于 2020 年 4 月至 2021 年 4 月在云南大学附属医院行心脏超声检查的患者。纳入标准5:进行心脏超声检查的患者能同时有Simpsons 双平面法所测值和 4D Auto LAQ 技术检查的患者。排除标准:(1)图像质量差;(2)心室收缩功能减低(射血分数 50%),不能完成 2 种检查的患者。最终分析成功 143 例,男 86 例,女 74 例,年龄 2283 岁,平均(57.118.2)岁。在 成
14、功 分 析 患 者 中 以 左 心 房 最 大 容 积 指 数34 mL/m2为界46分为左房大小正常组(56 例)、左房扩大组(94 例)。本研究所有对象均签署知情同意书并通过云南大学附属医院伦理委员会审查(编号 2020146)。1.2仪器与方法仪器:GE Vivid E95 彩色多普勒超声诊断仪,4Vc 探头,频率 1.45.2 MHz,配备 EchoPAC 203工作站。图像采集:连接心电图后患者取左侧卧位,获得清晰的图像后,采集连续 3 个心动周期动态图像后保存,采用 EchoPAC 203 工作站脱机分析。数据收集:Simpsons 双平面法测量参数:手动描记心尖四腔心及心尖两腔心
15、切面左房壁内膜,于收缩末期获取左房最大容积(left atrial maximumvolume,LAVmax),收缩末期获取左房最小容积(left atrial minimum volume,LAVmin),机器根据体重和身高自动获得经体表面积标准化后的左房最大容积指数(left atrial maximum volume index,LAVImax),左房整体射血分数(left atrial ejectionfraction,LAEF),记录分析时间。4D Auto LAQ 技术测量左心房容积:获取清晰的心尖四腔切面二维图像后点击 Tri-plane 获得启动三平面成像模式,调整探头以同时获
16、得心尖四腔心、两腔心切面、心尖长轴切面后点击Measure、Volume,进入分析界面,根据提示调整采样点,软件自动识别并包裹左心房内膜,结合手段调整直至满意,点击结果,系统自动获取所需参数,见图 1。记录 LAVmax、LAVmin、LAVImax、LAEF、分析时间。4D Auto LAQ 技术不同心动周期各参数相关性及一致性检验:在分析成功的患者中随机抽取40 例,选择 2 个不同心动周期的四维数据,由同一观察者进行分析。在分析成功患者中随机抽取 70 例,由 2 名医58昆明医科大学学报第 44 卷师(1 名为有 10 a 心脏检查的高年资的医师,另 1名为只有 2 a 以内心脏检查的
17、医师)分别独立对同一受检者进行图像采集,双方结果互不知情,用于观察者间的可重复性检验。重复性检验:同一操作者在 2 周后对所检查患者再次进行数据分析。1.3统计学处理 xs应用 SPSS 26.0 和 MedCalc 20.1.0 统计软件分析数据。计量资料先进行 Shapriro-Wilk 正态性检验,符合正态分布的用均数标准差()表示,计量资料组间比较采用配对t检验。计数资料以例数和百分比表示。不同测量方法同一参数的相关性、一致性、重复性检验分别采用 Pearsons 法、Bland-Altman 法、组内相关系数及变异系数法。变异系数具体计算方法为:每个患者 2 次测量的差值除以 2 次
18、测量的均值,然后计算所有患者该商数的均值。Bland-Altman 图中位于图上 95%一致性区间范围内的点占到总数的 95%即认为一致性好。P 0.05 为差异有统计学意义。2结果2.1基本资料入选的 187 例患者中成功分析 4D Auto LAQ技术的患者有 173 例(92.5%),成功分析二维Simpson 双平面法 169 例(90.3%),最终 2 种技术共同分析成功 143 例,这些患者中合并高血压76 例,糖尿病 54 例,冠心病 66 例,心律不齐45 例。2.2不同测量方法参数的相关性和一致性分析:在所有分析成功的患者中,4D Auto LAQ 技术与 Simpsons
19、双平面法各对应参数技术间均具有相关性(LAVmax 0.91,LAVmin 0.89,LAVI 0.90,LAEF0.54,均P 0.01),一致性较好 平均测量差异:LAVmax 10.1 mL,LAVmin 3.1 mL,LAVI6.4 mL,LAEF 10.0%;一 致 性 区 间:LAVmax(-30.7-50.9)mL,LAVmin(-32.2-38.4)mL,LAVI(-21.2-34.1)mL,LAEF(-19.8-39.8)%,见表 1、图 2。2.34D Auto LAQ 技术对不同心动周期各参数相关性及一致性分析对 2 个不同心动周期的四维数据进行自动定量分析,各对应参数间
20、均呈显著正相关(r值:LAVmax 0.99,LAVmin 0.98,LAVImax 0.99,LAEF 0.92;均P 0.01),一致性区间为 LAVmax(-8.9-7.9)mL,LAVmin(-7.9-10.8)mL,LAVI图1四维左心房自动定量分析(4D Auto LAQ)技术所获得的左心房容积及功能结果及左心房三维模型图Fig.1Leftatrialvolumeandfunctionresultsobtainedby4D Auto LAQ technology,as well as three-dimensionalmodeloftheleftatrium xs表14D Auto
21、 LAQ 技术与 Simpsons 双平面法各参数的相关性和一致性分析()xsTab.1Comparison,correlationandconsistencyanalysisofparametersbetween4DAutoLAQtechnologyandSimpsonsbiplanemethod()变量n4DAutoLAQ技术Simpsons法rP平均测量差异一致性区间LAVmax(mL)全部15056.8631.466.9944.40.910.0001*10.130.7-50.9左房正常组5630.917.032.437.20.580.0001*4.311.7-20.4左房扩大组9476
22、.4533.7399.1143.470.870.0001*22.719.6-64.9LAVmin(mL)全部15036.4924.2739.6335.860.890.0001*3.132.2-38.4左房正常组5615.074.913.264.20.510.0001*1.811.0-7.4左房扩大组9453.5123.8264.6537.170.810.0001*11.133.2-55.5LAVImax(mL/m2)全部15037.6920.5744.1429.590.900.0001*6.421.2-34.1左房正常组5621.865.0920.904.180.720.0001*1.07.9
23、-6.0左房扩大组9646.8620.5060.0326.120.880.0001*13.212.0-38.4LAEF(%)全部15037.9914.748.0016.720.540.0001*10.019.8-39.8左房正常组5643.5614.6962.6111.050.510.0001*17.16.7-40.9左房扩大组9430.7511.6737.6113.770.520.0001*6.918.4-32.2LAVmax:左房最大容积;LAVmin:左最小容积;LAVImax:左房最大容积指数;LVEF:左房整体射血分数。*P0.05。第 7 期汤跃跃,等四维左心房自动定量分析技术评价
24、左心房容积及功能的临床研究59(-7.9-10.8)mL/m2,LAEF(-14.8-9.1)%,见表 2。2.4重复性检验各参数在观察者内部及观察者间的重复性 4DAuto LAQ 技术均较好,且优于 Simpsons 双平面法,见表 3。2.54D Auto LAQ 技术与 Simpsons 双平面法2 种技术的用时比较4D Auto LAQ 技术用时较 Simpsons 双平面法少,分别为(30.875.05)s、(60.205.05)s,差异有统计学意义(P 0.05)。250200150100自动定量技术测值500050100Simpsons 法测值LAV max(mL)ABCDEF
25、GH15020025012010040608020Simpsons 法与自动定量技术的差值20040050100Simpsons 法与自动定量技术的平均值LAV max(mL)1502001208010060自动定量技术测值20400050100Simpsons 法测值r=0.89P0.000 1r=0.91P0.000 1LAV min(mL)15020012010040608020Simpsons 法与自动定量技术的差值20040050100Simpsons 法与自动定量技术的平均值LAV min(mL)+1.96 SD38.4Mean3.11.96 SD32.2+1.96 SD50.9M
26、ean10.11.96 SD30.71502001208010060自动定量技术测值20400040206080100Simpsons 法测值LAV I(mL/m2)1201406040501020300Simpsons 法与自动定量技术的差值201030010203040Simpsons 法与自动定量技术的平均值LAV I(mL/m2)506070+1.96 SD34.1Mean6.41.96 SD21.2r=0.54P0.000 18050607040自动定量技术测值203010103020405060Simpsons 法测值708050304010200Simpsons 法与自动定量技术
27、的差值201030050100150Simpsons 法与自动定量技术的平均值200+1.96 SD39.8Mean10.01.96 SD19.8LA EF(%)LA EF(%)图2所有患者与 Simpsons 双平面法法测值的相关性及 Bland-Altman 一致性检验Fig.2CorrelationandBlandAltmanconsistencytestbetweenallpatientsandSimpsonsbiplanemethodmeasurementsA、B:LAVmax;C、D:LAVmin;E、F:LAVI;G、H:LAEF。60昆明医科大学学报第 44 卷3讨论心脏容积与
28、功能的准确测量是心脏超声检查的重要组成部分,心脏是一个不规则腔室结构,单一的经线测量或二维超声几何假设反映其立体形态的大小并不准确,所以三维立体成像才是评估心腔容积的趋势。然而传统三维超声心动图需要收集多个心动周期后进行容积拼接,要求患者屏气配合,操作探头稳定,对操作医师要求高,否则易造成拼接错位,耗时长,无法在临床普及5。四维自动定量技术建立在人工智能(artificia-lintelligence,AI)及大数据技术基础上,计算机实现了一键定量心脏容积及功能,其客观的判断对于弥补了传统三维耗时费力的不足,使三维超声心电图尽快在临床普及78。目前多家公司分析开发了自动定量软件,本研究采用的是
29、 GE 公司的 4DLVQ 软件,主要针对左房容积和功能的评估。目前自动定量技术主要应用于评价左心室的评估,针对左房的评估很少。对左心室研究表明自动定量技术能够准确、迅速的评估左心室容积的大小917,而且具有较好的重复性。这与本研究对左房容积研究结果一致,本研究成功分析患者 150 例,4D Auto LAQ 技术与 Simpsons 双平面法比较显示各参数间相关性好,测量数据波动范围小,平均测量差异小,表明自动定量技术可准确评价左心房容积大小。本研究在入选的 187 例患者中四维自动定量分析成功率(92.5%)略高于 Simpsons 双平面法(90.3%),分析原因可能与自动定量技术引入了
30、 AI 技术,运用基于大数据的数学应用1819能对心内膜边界进行自动追踪,弥补了 Simpsons 双平面法需要多切面同时满足需要才能分析成功的条件。四维自动定量技术的自动跟踪心内膜技术可以自动识别舒张末期和收缩末期,然后与系统内储存的基于大数据的形成四维数据库进行比较,从而得到该患者的心脏模型并计算相应容积与功能,这样弥补了专家和新手之间的差距,提高了测量的可重复性,而且大大减少了分析时间2022,本研究也得到了相同的结果,在重复性研究中高年资医师与年轻医师间的检查重复性较好,观察者内重复性也较好,而且不管是高年资医师或是年轻医师自动定量技术分析时间为(30.875.05)s,远低于Simp
31、sons 法(60.205.05)s。本研究还对不同心动周期进行了研究,发现四维自动定量技术受心动周期选择的影响非常小,这与以往研究左心室得出的结果一致2324。本研究的不足之处在于样本量较少,病种多样性较单一,而且缺乏 CMR 金标准的验证。后续的研究要引入 CMR 金标准,不断扩大样本量,xs表24D Auto LAQ 技术技术不同心动周期各参数相关性及一致性分析()xsTab.2Correlationandconsistencyanalysisofvariousparametersof4DAutoLAQtechnologyindifferentCardiaccycle()变量心动周期1心
32、动周期2rP平均测量差异一致性区间LAVmax(mL)56.2530.456.7728.70.990.0001*0.58.9-7.9LAVmin(mL)35.5623.734.0921.60.980.0001*1.57.9-10.8LAVIma(mL/m2)37.8920.437.1519.70.990.0001*0.74.7-5.6LAEF(%)39.914.842.814.90.920.0001*0.2914.8-9.1*P0.05。xs表3自动定量技术与 Simpsons 双平面法重复性检验()xsTab.3AutomaticquantitativetechnologyandSimpso
33、nsbiplanemethodforrepeatabilitytesting()变量观察者内观察者间变异(%)组内相关系数变异(%)组内相关系数4DAutoLAQ技术LAVmax3.995.20.998.816.70.93LAVmin6.635.70.9611.25.60.93LAVImax4.325.10.989.267.20.94LAEF6.504.20.848.59.20.81Simpsons法EDV9.13.90.9411.58.90.86ESV13.667.90.8514.369.50.83LAVImax8.35.80.9010.25.70.86EF10.57.40.7113.67.
34、80.58第 7 期汤跃跃,等四维左心房自动定量分析技术评价左心房容积及功能的临床研究61纳入更多的病种,有望获得四维自动定量左房容积参数的正常值参考范围。综上所述,4D Auto LAQ 技术评估左心房容积与功能准确性高、重复性好,人为主观性干扰少,易于在临床推广应用。参考文献 Lang R M,Badano L P,Mor-Avi V,et al.Recommenda-tions for cardiac chamber quantification by echocardio-graphy in adults:An update from the American society ofec
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