计算机辅助彩色M型超声心动图无创估测肺血管阻力的研究

肺血管阻力（pulmonary vascular resistance, PVR）是肺循环血流动力学的重要参数，对心血管疾病的诊断、治疗及预后判断具有重要意义。右心导管术可以比较准确地估测肺血管阻力，但该方法是一种创伤性检查，具有一定危险性，临床应用受到限制。因此，应用超声心动图技术无创估测肺血管阻力是研究的热点。但目前估测肺血管阻力的方法中，有的应用参数较多、计算繁琐，重复性较差；有的仅为经验性总结，准确性较差 ^[1-4]。本研究对20例先心病合并肺动脉高压的患者和20例正常儿童为研究对象，应用彩色M型超声心动图技术及自行设计的计算机软件测量肺动脉血流传播速度，并与心导管技术测量的肺血管阻力进行对比分析，探讨自行设计的计算机软件辅助彩色M型超声心动图技术无创估测肺血管阻力的可行性及准确性。

资料与方法

一、研究对象

选取2005年9月至2006年12月在上海儿童医学中心入院行心导管检查的先心病合并肺动脉高压的患儿为病例组，共20例，其中男11例，女9例，年龄4个月至14岁，平均(3.4±2.7)岁。经超声心动图及心导管检查明确诊断，其中室间隔缺损9例，室间隔缺损并房间隔缺损3例，室间隔缺损并动脉导管未闭1例，房室间隔缺损2例，动脉导管未闭2例，部分性肺静脉异位连接1例，二尖瓣病变1例，右室双出口1例。心功能I~II级。

选取同期在上海儿童医学中心体检的年龄与病例组基本匹配的20例正常儿童作为对照组，其中男12例，女8例，年龄5月～10岁，平均(3.4±2.9)岁。20例儿童均经临床体检、心电图、胸部X线及二维超声心动图检查，排除其他心血管及肺部疾病。

二、研究方法

1.心导管检查: 常规麻醉后经皮穿刺股动、静脉,插入相应型号的Lehman、Pigtail导管及Swan－Ganz导管至各心腔测压并抽取血标本测血氧含量,应用Pruka 4000型监护仪记录肺动脉收缩压(PASP)、舒张压（PADP）、平均压(PAMP)、肺小动脉嵌压（PAWP）。根据Fick法计算肺血流量(QP)，根据公式PVR=（PAMP-PAWP）/QP计算PVR。

2.彩色M型超声心动图检查

应用HP SONOS 5500型超声诊断仪, S4或S8探头，探头频率2～5MHz。同步记录Ⅱ导联心电信号。患者麻醉后，选择胸骨旁右心室流出道长轴切面，将取样线置于肺动脉中央，调节初次彩色反转限制（aliasing limit）值尽可能大的同时使肺动脉彩色M型图出现类似速度坡度的清晰的波阵面图像，还可将彩色翻转，以使图像更易识别，记录肺动脉彩色M型图，根据两点成一直线的原理手工测量肺动脉彩色M型彩色分彩面的斜率(图1)，即手工测量的肺动脉血流传播速度（VPE，cm/s）^[5,6]。

3.图像处理软件的设计及处理方法

通过MO光盘，将肺动脉血流传播速度图像导入计算机中。设计软件^[11,12]以伪彩色像素点的色彩和亮度为观察对象,并能自动识别不同像素点的色彩和亮度。在选定处理色彩后,该软件可将所选定的感兴趣区内每个横轴上首先出现该色彩的像素点自动描记出来,连成曲线。应用软件的“回归直线”命令,可自动将所描记的点回归成直线并给出其斜率（图2）。该斜率即代表血流传播速度(VPC，cm/s)。本研究中采用初次色彩倒转(first aliasing)的色彩为选定的处理色彩^[5]。所有数据均连续测量五个心动周期，然后取其平均值。

三、统计学分析

应用EXCELL 2000 和SPSS 10.0统计软件分析各组资料，数据采用均数±标准差(x±s)表示, 正常对照组与病例组间均数的比较应用两样本t检验，以P<0.05为差异有统计学意义。病例组的VPE和VPC值与心导管实测PVR值间的关系采用相关回归分析法。

重复性分析：随机抽取5例患者的肺动脉血流传播速度的彩色M型图，由同一观察者在不同的时间用手工和计算机的方法测量同一肺动脉血流传播速度的彩色M型图两次，用两次测量的差值与均数之比的绝对值的标准差来评价其测量的可靠性；由两位观察者在同一时间用上述两种方法测量同一肺动脉血流传播速度的彩色M型图像，用两者测量差值与均值之比的绝对值的标准差来评价其测量的重复性。

结 果

所有研究对象均获得清晰的肺动脉血流彩色M型图像，超声测得对照组的肺动脉血流传播速度为(80.34±15.65)cm/s，病例组为(38.38±18.89)cm/s，二者间差异有统计学意义(P<0.01)；计算机软件测得对照组的肺动脉血流传播速度为(73.44±9.22)cm/s，病例组为(30.35±10.98) cm/s，二者间差异有统计学意义(P<0.01)。应用彩色M型超声图像手工测量的肺动脉血流传播速度的重复性较差（同一观察者10.50%,不同观察者8.04%）；而计算机测量的肺动脉血流传播速度差异较小，重复性较好（同一观察者5.54%,不同观察者2.01%）。

彩色M型超声技术测得肺动脉血流传播速度(VPE)与心导管技术测得PVR的相关性较好(图3)，回归方程为：PVR=11.768-0.153VPE(r=-0.69,P<0.01)。计算机软件测得的肺动脉血流传播速度(VPC)与PVR高度相关(图4)，回归方程为：PVR=15.168-0.306VPC(r=-0.78,P<0.01)。

以PVR>16 kPa×s/L为PVR升高的标准，VPC诊断PVR升高的ROC曲线下面积为0.964，95%的可信区间为0.886~1.043。根据ROC曲线选取VPC<35.91作为临界点，诊断PVR升高的灵敏性和特异性之和最高，灵敏性为92.9％，特异性为100％，误诊率为0(表1)。本研究中正常组和PVR无升高的病例组中无一例VPC小于35.91。

讨 论

彩色M型超声心动图可反映取样线上各点的速度在时间和空间上的分布，其图像横轴代表时间，纵轴代表深度，而图像的亮度代表速度大小。现有的研究中，大多将彩色M型多普勒应用于测量二尖瓣血流传播速度以评价左室舒张功能^[7,8]。在肺循环系统中，心室收缩射血时,肺动脉内压力波传播速度取决于肺动脉顺应性及下游阻力，而短时间内肺血管阻力的变化，不会引起肺血管形态学上的改变，即肺动脉顺应性不变，此时的肺动脉压力传播速度只取决于下游阻力的变化。因此，当肺动脉下游的PVR升高时也将使肺动脉内的血流传播速度下降^[9]。Shandas等^[9] 通过数学假设及体外实验证明了彩色M型超声心动图测量肺动脉总干内血流传播速度的可行性，通过11例患者的临床研究，证明肺动脉血流传播速度与肺动脉总干下游的PVR高度相关(r=0.90)。本研究对20例先天性心脏病合并肺动脉高压的患者和20例正常儿童进行了研究，发现病例组的肺动脉血流传播速度明显低于对照组（P<0.01），且与右心导管技术测得的PVR呈负相关(r＝－0.692，P<0.01)，但相关性较差。并且肺动脉血流传播速度的测量具有很大的主观性，重复性较差（同一观察者不同时间的差异为10.50%，不同观察者相同时间的差异为8.04%）。

课题组陈笋等^[6]设计的计算机软件以伪彩色像素点的色彩和亮度为观察对象，可将所选定的感兴趣区内每个横轴上首先出现该色彩的像素点自动描记出来，连成曲线，然后自动将所描记的点回归成直线并给出其斜率，该斜率即代表VPC。本研究中采用初次色彩倒转(first aliasing)的色彩为选定的处理色彩，利用计算机的自动处理，克服人的主观因素，尽量利用较多点的信息，则有可能提高该方法的准确性及重复性。

本研究应用该软件，测量20例先天性心脏病患者的肺动脉血流传播速度，并与RVR进行对比，发现二者高度相关（r＝－0.776，P<0.01）。计算机测量的肺动脉VPC的重复性也较手工测量有提高（同一检查者在不同时间测量的差异由10.50%下降至5.54%，不同检查者在同一时间测量的差异由8.04%下降至2.01%），证实了笔者假设的正确性。

本研究用自行设计的软件通过计算机测量肺动脉VPC可较准确地估测PVR，当 VPC<35.91cm/s，提示PVR>16 kPa×s/L。虽然该方法具有简便、省时以及重复性好等优点，但存在以下缺陷：①设计软件对图像的信噪比要求较高，自动识别的准确性尚待进一步提高；②未考虑心输出量、肺血管的顺应性等对肺动脉血流传播速度的影响^[10]；③本研究病例数较少。今后将扩大样本量，探索肺动脉血流传播速度的影响因素，对该方法做进一步的研究。