二维超声技术检测右心室容量
作者：孙 锟 陈树宝 边隆祥 徐建华
单位：200092 上海第一医科大学新华医院小儿内科(孙 锟、陈树宝)，复旦大学计算机系生物医学图像研究室(边隆祥、徐建华)
关键词：心脏缺损，先天性；心脏功能试验；超声心动描记术
中华医学杂志930907 摘要 根据右心室腔对切半椭圆柱体几何构型的假设，建立了应用二维超声技术检测右心室容量的方法——长度法。12只离体心脏经长度法估测的右心室容量与实验值呈非常显著相关(r=0.95,P<0.001)。正常儿童及房间隔缺损(ASD)和肺动脉狭窄(PS)患儿各10例，经长度法与三维超声心动图测得的右心室容量及右心室射血分数亦呈非常显著或显著相关。结果表明，长度法能较准确地估测不同负荷状态下的右心室容量及功能。
由于右心室腔的几何构型复杂等解剖特点，检测右心室容量技术的发展及其准确性远不如用于检测左心室容量的技术，迄今尚无公认、可靠的标准化方法。我们通过右心室腔硅橡胶模型的制作和研究，提出了右心室腔对切半椭圆柱体几何构型假设，建立了应用二维超声技术检测右室容量的方法——长度法，并应用离体心脏及三维超声心动图(3DE)，评价了长度法的准确性及其在右心室不同负荷状态下的可靠性。
, 百拇医药
对象和方法
一、对象
选年龄、性别相互匹配的正常儿童、房间隔缺损(ASD)和肺动脉瓣狭窄(PS)患儿各10例，年龄为3.0±2.1岁，男各6例，女各4例。(1)正常组：经体检、心电图、胸部X线及二维超声心(2DE)检查后排除心脏疾患；(2)ASD组：均经2DE检查证实实为继发孔型缺损，缺损直径0.8～2.2cm；(3)PS组：经多普勒、2DE检查证实，右心室与肺动脉压力阶差为5.1±2.2kPa。
二、方法
1.长度法的建立：通过右心室腔硅橡胶模型发现，右心室构型与一椭圆柱体对角等分斜切后的1/2椭圆柱体构型相似，斜切后的上底面相当于延伸了的三尖瓣环区域，对切截面相当于室隔面，底面长径Y相当于三尖瓣与右室游离壁交点至右心室流出道的最大长度，与之垂直的短径X相当于三尖瓣环短径，柱体高度Z为右心室腔深度(附图)。Y可从 2DE 心尖二腔右心室切面中获取，X、Z可从 2DE 心尖四腔切面中获得。右心室容量的公式为：V=(π)/(8).X.Y.Z，该方法仅需3个长度参数，故称长度法。
, 百拇医药
附图 对切半椭圆柱体的假设和心尖部右心室的二腔切面及四腔切面
2.离体心脏：12只正常新鲜心脏取自平均体重为 7.3kg 的杂种犬。经10%甲醛加压(右心室中部水平维持 15cmH2O)固定后，封闭三尖瓣口。自肺动脉口充盈右心室，并计量，重复3次取均值作为右心室容量实测值。12个加压固定后离体心脏分别浸浴于特制超声水槽中，并将水槽置于密封桶内持续低负压(-15kPa)抽吸12小时以减少离体心脏中的微气泡。应用 HP77020AC 超声心动图仪及 3.5、5MHz探头获取各标本心尖右心室二腔切面(RVAP2C)及心尖四腔切面，操作时调节增益及灰阶至最佳显示心内膜缘。用长度法测算右心室容量。
表1 各组长度法与三维超声法估测值(
±s,ml) 组别
RVEDV
, http://www.100md.com
RVESV
RVMSV
RVEF
长度法
3DE
r
长度法
3DE
r
长度法
3DE
r
长度法
, 百拇医药
3DE
r
正常组
19±7
19±6
0.79*
8±3
9±3
0.87*
11±6
11±5
0.88*
, 百拇医药
0.60±0.09
0.54±0.12
0.71△
ASD组
37±14
45±15
0.93*
17±6
20±5
0.87*
25±8
26±12
, http://www.100md.com
0.92*
0.54±0.08
0.52±0.01
0.63△
PS组
23±6
22±6
0.94*
11±4
11±4
0.93*
16±5
, http://www.100md.com
16±5
0.94*
0.52±0.11
0.51±0.09
0.87△
注：两种方法比较*P<0.01；△P<0.05
3.3DE：30例正常儿童、ASD及PS患儿应用 HP77020AC超声心动图仪、5MHz探头及3DE系统进行右心室容量检测。检测时保持安静状态(必要时以水合氯醛镇静)，取仰卧位，将探头固定于自动精确分度探头夹持器中，并置于剑突下，调节手动控制钮调整探头角度直至显示初始切面，即含右心室流入道、心尖、流出道及肺动脉瓣的二维超声切面，同时使探头轴心通过肺动脉瓣中点，沿该轴心顺时针方向每转18度，于吸气末取一幅图像，共10幅。录像记录后输入3DE系统，按三维重构程序处理。动态右心室腔构型三维图像、右心室容量及射血分数结果在计算机监视屏幕上显示。记录右心室舒张末容量(RVEDV)、右心室收缩末容量(RVESV)、右心室收缩中期容量(RVMSV)及右心室射血分数(RVEF)，其中RVEDV、RVESV及 RVMSV 时相分别由心电图 R波最高点、T波终末及T起始点来确定。同时，应用该系统重构体旋转和截面功能，先将重构体定于短轴位，调整角度，作过右心尖及三尖瓣环中点并垂直于室隔面的最大右心室截面(相当于 2DE 心尖四腔切面)，从此切面测量右心室游离壁至室间隔面的最大垂直距离X、室隔与三尖瓣交点至右心室尖的最大距离Z；然后将重构体沿X轴前转90度即可获得含三尖瓣、肺动脉瓣、右心室流入道及流出道、右心室尖的右心室截面(相当于2DE的右室心尖二腔切面)，从此截面测量右心室游离壁与三尖瓣交点至右心室流出道也肺动脉瓣交点的距离Y。以长度法算出 RVEDV、RVESV、RVMSV，并求出RVEF；同时计算出每个参数在心动周期中的缩短率。
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4.统计学处理：离体心脏右心室容量长度法估测值与实测值间、每组儿童右心室容量的长度法估测与3DE测值用最小二乘法进行相关分析。
结 果
一、离体心脏检测长度法的准确性
12只离体心脏右心室容量实测值为：13±8ml，长度法估测值为：17±7ml，两者呈非常显著相关，r=0.95，P<0.001。
二、长度法与 3DE 的相关性
正常及 PS 组中，长度法与 3DE 的 RVEDV，RVESV，RVMSV 及 RVEF 测值呈非常显著相关；ASD组中，右心室容量估测值间亦呈非常显著相关，仅 RVEF 间相关；ASD 组中，右心室容量估测值间亦呈非常显著相关，仅 RVEF 间相关系数较低，但仍呈显著相关，见表1。各组的X、Y、Z参数缩短率均表现为△Z%>△X%>△Y%，见表2。
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表2 各组X、Y、Z参数缩短率(±s,%) 组别
ΔX
ΔY
ΔZ
正常组
31±8
12±9
33±15
ASD组
26±11
13±8
, 百拇医药 31±11
PS组
23±13
18±6
27±13
讨 论
目前，在应用心血管造影及 2DE 检测右心室容量时大多采用据不同的右心室几何构型假设的公式来计算〔1～5〕。几乎所有的公式中均含有面积参数。而且，各种已有的假设与右心室腔的构型相差甚远。由于右心室位于胸骨后，其心内膜面不规则等特点，较难有完整的二维超声右心室图像而获得面积参数，故检测的成功率低，误差较大〔4，5〕。所以，我们通过离体心脏右心室腔硅橡胶模型，提出用二维超声长度法检测右心室容量，即假设右室腔几何构型为对切半椭圆柱体，并以1/2椭圆柱体的体积公式来计算右心室腔容量。长度法仅需径线参数，这不仅简化检测过程，并可减少测量误差，提高准确率。本组资料表明，长度法右心室容量估测值与实测容量呈非常显著相关。我们曾通过长度法与X线造影Ferlinz法对比检测行心病患儿右心室容量及功能，证实了长度法的可行性〔6〕。然而，在活体心脏的研究中，X线造影法往往受诸如心导管术时麻醉深度、造影剂刺激早搏、造影图像因右心室腔内膜粗糙致测绘误差大、造影法所采用几何假设本身局限性等因素影响，较难对二维超声心动图右心室容量估测方法进行更深入细致的评价。
, 百拇医药
三维心脏显像是近年来发展的新领域，为心脏病的诊断及研究提供了新的手段。我们采用增加用于重构的二维截面个数，插队排序算法，三次曲线拟合算法，链码技术简化重构算法和剑突下获取二维图像信息等手段，成功地建立了适用于右心室的3DE系统。经过离体心脏实验证明效果良好，3DE估测的右心室容量与右心室腔模型排水法所得实际容量比较，平均估没误差仅为0.85ml，且两组数值呈非常显著相关，r=0.99。本研究结果表明，用长度法能够较准确地反映、估测右心室正常状态及压力负荷过重状态下的右心室容量和功能，尤其是前者。对于右心室容量负荷过重者，用长度法同样能作出准确估测，但反映右心室射血分数较其他情况差。此外，X、Y、Z三个径线参数收缩变化率大小在不同负荷状态下(正常、容量负荷过重及压力负荷过重)均以Z轴方向缩短率最大，其次是X轴方向，Y轴方向最弱。因此可以认为，在右心室不同负荷状态下，右心室的收缩方式是相似的。
参考文献
1 Ferlinz J,Delvicaio M,Gorlin R,et al.Right ventricular performence in patients with cornary artery disease. Circulation,52,608∶1975.
, http://www.100md.com
2 Arcilla RA,Tasi P,Thilenius O,et al.Angiographic method for volume estimation of right and left ventricles. Chest,60,446∶1971.
3 Fisher EA,Dubrow IW,Hastreiter AR,et al.Rightventricular volume in congenital heart disease. Am J Cardiol,36,67∶1975.
4 Starling MR,Crawford MH,Sorensen SG, et al.A new two-dimensional echocardiographic technique for evaluating right ventricular size and performance in patients with obstructive lung disease.Circulation,66,612∶1982.
5 Kaul S,Tei C,Hopkins JM,et al.Assessment of right ventricular function using two-dimensional echocardiography. Am Heart J,107,526∶1987.
6 孙锟，陈树宝.长度法检测小儿先心病右心室容量：2DE与X线造影对比.中国超声医学杂志，1992，8∶136.
(收稿：1992-11-25 修回：1993-05-10), 百拇医药
单位：200092 上海第一医科大学新华医院小儿内科(孙 锟、陈树宝)，复旦大学计算机系生物医学图像研究室(边隆祥、徐建华)
关键词：心脏缺损，先天性；心脏功能试验；超声心动描记术
中华医学杂志930907 摘要 根据右心室腔对切半椭圆柱体几何构型的假设，建立了应用二维超声技术检测右心室容量的方法——长度法。12只离体心脏经长度法估测的右心室容量与实验值呈非常显著相关(r=0.95,P<0.001)。正常儿童及房间隔缺损(ASD)和肺动脉狭窄(PS)患儿各10例，经长度法与三维超声心动图测得的右心室容量及右心室射血分数亦呈非常显著或显著相关。结果表明，长度法能较准确地估测不同负荷状态下的右心室容量及功能。
由于右心室腔的几何构型复杂等解剖特点，检测右心室容量技术的发展及其准确性远不如用于检测左心室容量的技术，迄今尚无公认、可靠的标准化方法。我们通过右心室腔硅橡胶模型的制作和研究，提出了右心室腔对切半椭圆柱体几何构型假设，建立了应用二维超声技术检测右室容量的方法——长度法，并应用离体心脏及三维超声心动图(3DE)，评价了长度法的准确性及其在右心室不同负荷状态下的可靠性。
, 百拇医药
对象和方法
一、对象
选年龄、性别相互匹配的正常儿童、房间隔缺损(ASD)和肺动脉瓣狭窄(PS)患儿各10例，年龄为3.0±2.1岁，男各6例，女各4例。(1)正常组：经体检、心电图、胸部X线及二维超声心(2DE)检查后排除心脏疾患；(2)ASD组：均经2DE检查证实实为继发孔型缺损，缺损直径0.8～2.2cm；(3)PS组：经多普勒、2DE检查证实，右心室与肺动脉压力阶差为5.1±2.2kPa。
二、方法
1.长度法的建立：通过右心室腔硅橡胶模型发现，右心室构型与一椭圆柱体对角等分斜切后的1/2椭圆柱体构型相似，斜切后的上底面相当于延伸了的三尖瓣环区域，对切截面相当于室隔面，底面长径Y相当于三尖瓣与右室游离壁交点至右心室流出道的最大长度，与之垂直的短径X相当于三尖瓣环短径，柱体高度Z为右心室腔深度(附图)。Y可从 2DE 心尖二腔右心室切面中获取，X、Z可从 2DE 心尖四腔切面中获得。右心室容量的公式为：V=(π)/(8).X.Y.Z，该方法仅需3个长度参数，故称长度法。
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附图 对切半椭圆柱体的假设和心尖部右心室的二腔切面及四腔切面
2.离体心脏：12只正常新鲜心脏取自平均体重为 7.3kg 的杂种犬。经10%甲醛加压(右心室中部水平维持 15cmH2O)固定后，封闭三尖瓣口。自肺动脉口充盈右心室，并计量，重复3次取均值作为右心室容量实测值。12个加压固定后离体心脏分别浸浴于特制超声水槽中，并将水槽置于密封桶内持续低负压(-15kPa)抽吸12小时以减少离体心脏中的微气泡。应用 HP77020AC 超声心动图仪及 3.5、5MHz探头获取各标本心尖右心室二腔切面(RVAP2C)及心尖四腔切面，操作时调节增益及灰阶至最佳显示心内膜缘。用长度法测算右心室容量。
表1 各组长度法与三维超声法估测值(
±s,ml) 组别RVEDV
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RVESV
RVMSV
RVEF
长度法
3DE
r
长度法
3DE
r
长度法
3DE
r
长度法
, 百拇医药
3DE
r
正常组
19±7
19±6
0.79*
8±3
9±3
0.87*
11±6
11±5
0.88*
, 百拇医药
0.60±0.09
0.54±0.12
0.71△
ASD组
37±14
45±15
0.93*
17±6
20±5
0.87*
25±8
26±12
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0.92*
0.54±0.08
0.52±0.01
0.63△
PS组
23±6
22±6
0.94*
11±4
11±4
0.93*
16±5
, http://www.100md.com
16±5
0.94*
0.52±0.11
0.51±0.09
0.87△
注：两种方法比较*P<0.01；△P<0.05
3.3DE：30例正常儿童、ASD及PS患儿应用 HP77020AC超声心动图仪、5MHz探头及3DE系统进行右心室容量检测。检测时保持安静状态(必要时以水合氯醛镇静)，取仰卧位，将探头固定于自动精确分度探头夹持器中，并置于剑突下，调节手动控制钮调整探头角度直至显示初始切面，即含右心室流入道、心尖、流出道及肺动脉瓣的二维超声切面，同时使探头轴心通过肺动脉瓣中点，沿该轴心顺时针方向每转18度，于吸气末取一幅图像，共10幅。录像记录后输入3DE系统，按三维重构程序处理。动态右心室腔构型三维图像、右心室容量及射血分数结果在计算机监视屏幕上显示。记录右心室舒张末容量(RVEDV)、右心室收缩末容量(RVESV)、右心室收缩中期容量(RVMSV)及右心室射血分数(RVEF)，其中RVEDV、RVESV及 RVMSV 时相分别由心电图 R波最高点、T波终末及T起始点来确定。同时，应用该系统重构体旋转和截面功能，先将重构体定于短轴位，调整角度，作过右心尖及三尖瓣环中点并垂直于室隔面的最大右心室截面(相当于 2DE 心尖四腔切面)，从此切面测量右心室游离壁至室间隔面的最大垂直距离X、室隔与三尖瓣交点至右心室尖的最大距离Z；然后将重构体沿X轴前转90度即可获得含三尖瓣、肺动脉瓣、右心室流入道及流出道、右心室尖的右心室截面(相当于2DE的右室心尖二腔切面)，从此截面测量右心室游离壁与三尖瓣交点至右心室流出道也肺动脉瓣交点的距离Y。以长度法算出 RVEDV、RVESV、RVMSV，并求出RVEF；同时计算出每个参数在心动周期中的缩短率。
, http://www.100md.com
4.统计学处理：离体心脏右心室容量长度法估测值与实测值间、每组儿童右心室容量的长度法估测与3DE测值用最小二乘法进行相关分析。
结 果
一、离体心脏检测长度法的准确性
12只离体心脏右心室容量实测值为：13±8ml，长度法估测值为：17±7ml，两者呈非常显著相关，r=0.95，P<0.001。
二、长度法与 3DE 的相关性
正常及 PS 组中，长度法与 3DE 的 RVEDV，RVESV，RVMSV 及 RVEF 测值呈非常显著相关；ASD组中，右心室容量估测值间亦呈非常显著相关，仅 RVEF 间相关；ASD 组中，右心室容量估测值间亦呈非常显著相关，仅 RVEF 间相关系数较低，但仍呈显著相关，见表1。各组的X、Y、Z参数缩短率均表现为△Z%>△X%>△Y%，见表2。
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表2 各组X、Y、Z参数缩短率(
±s,%) 组别ΔX
ΔY
ΔZ
正常组
31±8
12±9
33±15
ASD组
26±11
13±8
, 百拇医药 31±11
PS组
23±13
18±6
27±13
讨 论
目前，在应用心血管造影及 2DE 检测右心室容量时大多采用据不同的右心室几何构型假设的公式来计算〔1～5〕。几乎所有的公式中均含有面积参数。而且，各种已有的假设与右心室腔的构型相差甚远。由于右心室位于胸骨后，其心内膜面不规则等特点，较难有完整的二维超声右心室图像而获得面积参数，故检测的成功率低，误差较大〔4，5〕。所以，我们通过离体心脏右心室腔硅橡胶模型，提出用二维超声长度法检测右心室容量，即假设右室腔几何构型为对切半椭圆柱体，并以1/2椭圆柱体的体积公式来计算右心室腔容量。长度法仅需径线参数，这不仅简化检测过程，并可减少测量误差，提高准确率。本组资料表明，长度法右心室容量估测值与实测容量呈非常显著相关。我们曾通过长度法与X线造影Ferlinz法对比检测行心病患儿右心室容量及功能，证实了长度法的可行性〔6〕。然而，在活体心脏的研究中，X线造影法往往受诸如心导管术时麻醉深度、造影剂刺激早搏、造影图像因右心室腔内膜粗糙致测绘误差大、造影法所采用几何假设本身局限性等因素影响，较难对二维超声心动图右心室容量估测方法进行更深入细致的评价。
, 百拇医药
三维心脏显像是近年来发展的新领域，为心脏病的诊断及研究提供了新的手段。我们采用增加用于重构的二维截面个数，插队排序算法，三次曲线拟合算法，链码技术简化重构算法和剑突下获取二维图像信息等手段，成功地建立了适用于右心室的3DE系统。经过离体心脏实验证明效果良好，3DE估测的右心室容量与右心室腔模型排水法所得实际容量比较，平均估没误差仅为0.85ml，且两组数值呈非常显著相关，r=0.99。本研究结果表明，用长度法能够较准确地反映、估测右心室正常状态及压力负荷过重状态下的右心室容量和功能，尤其是前者。对于右心室容量负荷过重者，用长度法同样能作出准确估测，但反映右心室射血分数较其他情况差。此外，X、Y、Z三个径线参数收缩变化率大小在不同负荷状态下(正常、容量负荷过重及压力负荷过重)均以Z轴方向缩短率最大，其次是X轴方向，Y轴方向最弱。因此可以认为，在右心室不同负荷状态下，右心室的收缩方式是相似的。
参考文献
1 Ferlinz J,Delvicaio M,Gorlin R,et al.Right ventricular performence in patients with cornary artery disease. Circulation,52,608∶1975.
, http://www.100md.com
2 Arcilla RA,Tasi P,Thilenius O,et al.Angiographic method for volume estimation of right and left ventricles. Chest,60,446∶1971.
3 Fisher EA,Dubrow IW,Hastreiter AR,et al.Rightventricular volume in congenital heart disease. Am J Cardiol,36,67∶1975.
4 Starling MR,Crawford MH,Sorensen SG, et al.A new two-dimensional echocardiographic technique for evaluating right ventricular size and performance in patients with obstructive lung disease.Circulation,66,612∶1982.
5 Kaul S,Tei C,Hopkins JM,et al.Assessment of right ventricular function using two-dimensional echocardiography. Am Heart J,107,526∶1987.
6 孙锟，陈树宝.长度法检测小儿先心病右心室容量：2DE与X线造影对比.中国超声医学杂志，1992，8∶136.
(收稿：1992-11-25 修回：1993-05-10), 百拇医药