飞声悦览｜三维超声心动图使用自适应分析算法自动量化左心室容积：在非选择患者中的可行性和图像质量的影响

2021-07-29 10:46

三维超声心动图在多个领域优于二维成像，其主要优点之一是提高心腔大小测量和功能量化的准确性和可重复性。但是目前可用的分析技术依赖于人工输入，从而阻碍了其广泛临床应用。最近在单中心研究中，一种基于自适应分析算法的左心室量化的自动化方法HeartModel与传统的3DE方法和心脏磁共振相比，有良好的准确性和可重复性，并提高了分析速度。

新的自动分析采用了不同的高帧频单心动周期三维采集模式，避免了多个心动周期（通常为4至6个）全容积数据集获取产生的“拼接伪影”。但是这种新的分析模式准确度尚不清楚。

今天，我们解读Diego Medvedofsky发表于J Am Soc Echocardiogr对该功能的研究文章 , 前瞻性研究HeartModel方法在非选择性患者中的可行性，并评估图像质量和使用者经验对自动化分析准确性的影响。

方法

对300例患者超声图像行三维重建。一名有经验的超声心动图专家使用自动分析模式（HeartModel, Philips, Andover, MA），描记或者不描记内膜，获得左室容积、左房容积和左室射血分数，同时使用传统的测量模式（QLAB, Philips, Andover, MA）作为参照。在100例患者组成的亚组中，由两名没有三维分析经验的超声医生进行重复性分析。

结果

图像质量中等（n=89，30%）和良好（n=108，36%）的患者在没有内膜边界校正的情况下偏差较小，相关性良好，这些偏差和相关性通过校正得到进一步改善。没有经验的操作者进行边界较正并没有提高与参考值的一致性。

结论

自动化的三维分析可以准确定量大部分患者的左心大小和功能，而其余患者，由于图像质量的原因，其作用有限或不可靠。有经验的操作者可以通过边界校正来提高自动测量的准确性。

关键词

三维超声心动图、心室腔测量、自动化

研究对象和研究设计

1.前瞻性研究，随机入选了300名患者（年龄63±17岁）; 女性，54%；体表面积，（1.9± 0.2 m²）。

2.经验丰富的超声心动图医师使用自动化软件测量左心室大小和功能指数，有或无心内膜边界校正，在保证看不到自动分析结果的情况下，同时使用传统的三维双平面方法进行测量。

3.随机选择100名患者组成亚组，由两名没有三维经验的操作者（三年级普通心脏病学研究员）重复测量，并与相同的参考标准进行比较。

4.对30例图像质量良好的患者进行了常规4心动周期全容积成像，使用传统的半自动容量分析，测量结果作为比较的参考值，评价高帧频单心动周期准确性

3DE图像采集

使用EPIQ 7C系统（Philips Medical Systems，Andover，MA）和X5-1相控阵探头，采集宽角度、单心动周期、高帧率的3DE数据集（EPIQ，HeartModel），注意将整个左心室和左心房腔纳入3DE图像。在30名患者的亚组中，使用相同的设备在相同的设置下进行常规的4个心动周期全容积采集。

3DE图像分析

首先获取两腔、三腔、四腔的图像，对三维图像质量进行分级：

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然后进行自动分析（HeartModel，Philips），以获得左室舒张末期容积（EDV）、收缩末期容积（ESV）、左房容积（LAV）和左室射血分数（LVEF）。自适应分析算法自动识别心动周期的ED和ES期，并创建LV腔的ED和ES三维模型以及LA腔的ES模型，LV和LA体积直接从中导出，无需几何假设。当操作者判断自动检测到的心内膜面不理想时，可以手动校正左心室和左心房内膜（图1）。这些测量值与传统3DE软件（3DQ、QLAB、Philips）获得的LVEDV、ESV、EF和LAV值进行比较。

图1 三维自适应左心三维自动量化技术HeartModel

在随机选择的100名患者组成的亚组中，两名没有3DE经验的操作者接受了HM软件的最少量训练，重复自动分析，必要时优化内膜边界。将他们的测量值与专家使用传统方法测值进行比较。

最后，在30名同时留取单心动周期和4个心动周期三维图像的亚组中，用自适应分析算法和传统的半自动容量分析获取EDV、ESV、EF和LAV等数据。

统计分析

皮尔逊相关系数的线性回归和Bland Altman分析，以评估偏差和一致性限制（定义为平均值±2 SD）。t检验P<0.05的值具有统计学意义。

结果

单心动周期的平均帧频19±3HZ，三维自适应分析法测量的最大LV EDV范围为62-555 mL（中位数153 mL），ESV范围为22-468 mL（中位数80 mL），EF范围为5%-79%（中位数47%），LAV范围为15-242 mL（中位数72 mL）。

269例患者（31名由于图像质量不达标或患有复杂先天性心脏病而未能使用自动化软件）的比较结果显示，自动三维超声心动图和三维引导的双平面容积测量结果总体上非常一致，容积偏差最小，相关系数大于0.90（图2）。

图2 整个研究组中传统人工技术和HeartModel技术间比较(n = 269)

显示了197名患者（去除了72名图像质量较差的患者）的数据，数据点分布相当紧密，所有测量参数之间产生更好的相关性（图3）。

图3 图像质量一般或良好的患者中，传统人工技术和HeartModel技术间的比较 (n = 197)

在图像质量好的患者之间，不同技术间的一致性水平是相似的，这表明自动测量在197/300（66%）的患者中是准确的。

对71/100名患者（排除19名图像质量较差的患者和10名自动算法失败的患者）进行了经验影响评估。在没有心内膜边界校正的情况下，无论操作者的经验如何，测量结果是相同的。超声专家进行内膜边界较正后提高了测量精确度。

30例患者单心动周期和4心动周期全容积采集模式相比较，在没有内膜边界校正的情况下，两种技术之间显示出很强的相关性，单心动周期图像稍微低估了LV容积、EF和LAV。

讨论

1.心室定量指南强调3DE测量优于2DE，但由于工作流程的限制，3DE还没有被广泛地应用到临床。本研究的目的包括（1）在繁忙的超声心动图室中，这种新的自动化技术的可行性，（2）操作者3DE经验的重要性，以及（3）新的单心动周期采集模式的意义。

2.在图像质量一般或良好的患者中，左心室自动分析具有很高的准确性，这表明该算法适用于繁忙的超声心动图室。

3.有经验的操作者进行心内膜边界校正后可以提高准确性。考虑到全自动测量的高精度性，经验不足的操作者不进行心内膜边界校正也可以相对准确地分析图像。

4.与传统的4个心动周期全容积数据相比，高帧频单心动周期3DE图像中自动分析左心室大小和功能，无论是否进行校正，都是准确的。这种新的采集模式的优点是避免了多心动周期三维成像中最常见的“拼接伪影”。

5.本研究的另一个优点是除了LV定量，它同时测量LAV。新软件自动检测三维空间中的LA边界，测量实际LAV，无需任何几何假设，因此比2DE方法更精确。

结论

新的自动化三维超声分析HeartModel可以精确测量患者的左心室和左心房的容积。有经验的超声心动图专家通过心内膜边界校正可以最大限度地提高这种方法的准确性。其全自动默认版本是相当准确和可靠的，可由经验较少的操作者执行。这种自动化方法能克服3DE的工作流程限制，提高3DE常规临床实践中的应用。

小编的话

HeartModel心脏模型，全自动心脏模型匹配，可自动识别并量化左心室和左心房容积，准确的定量数据和一键式操作使先进的三维定量功能轻松融入日常的临床诊疗之中。

文献出处：

J Am Soc Echocardiogr. 2017 September ; 30(9): 879–885. doi:10.1016/j.echo.2017.05.018.

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教授，主任医师，博士研究生导师，南京医科大学医学模拟教育中心主任，南京医科大学第一附属医院老年心血管科主任，中华医学会超声医学分会常务委员，中国医师协会超声医师分会常务委员，中华医学会超声医学分会心脏学组副组长，中国医师协会心血管内科医师分会超声心动图专业委员会副主任委员，中国医师协会超声医师分会超声心动图专业委员会副主任委员，海峡两岸医药卫生交流协会超声医学专家委员会副主任委员，中国超声医学工程学会超声心动图专业委员会副主任委员，江苏省声学学会医学超声学专业委员会主任委员

文献解读

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医学博士，副主任医师。南京医学会超声医学分会心血管超声学组成员。主要从事心血管内科和超声心动图的临床和科研工作。

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