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【摘要】 目的 探讨正常大小的左心室几何形状及动态变化。方法 在随机收入的215例患者中，用二维超声测量左心室腔收缩及舒张末期长轴面积，观察其几何数学模式，分析左室动态重构形态改变并进行数学拟合。结果 （1）二维超声直接测得舒张末期左室腔面积值与用半椭圆几何公式计算值之间高度相关（r=0.79,P＜0.001），均值分别为（24.45±4.75）cm2与（24.35±4.60）cm2，二者差异无显著性（t=0.83，P＞0.40）；（2）在收缩末期直接测得左室腔面积值与用三角形几何公式计算值之间高度相关（r=0.95,P＜0.001），均值分别为（9.91±2.43）cm2及（9.95±2.31）cm2，二者差异无显著性（t=0.12,P＞0.50）。结论 左心室内容积的几何形态随心肌舒缩而发生了重构，舒张末期心尖长轴切面接近半椭圆，容积则与几何半椭球相似，而收缩末期该平面更趋向三角形，容积则与几何圆锥接近。
【关键词】 心室重构；几何形态；心室功能，左；超声检查
A novel method of exploring the left ventricular dynamical remodeling and function by two-dimensional echocardiography
ZHOU Xin,LU Kun,WENG Zhi-ying,et al.Color Ultrasonography Room,Department of Radiography,Traditional Chinese Medical Hospital of Guangdong Province,Guangzhou 510106,China
【Abstract】 Objective To explore the geometric patterns of the left ventricles（LV） dynamical remodeling in normal size.Methods Consecutively,in 215 patients using two-dimensional echocardiogram（2DE）,the LV long-axis views in the end of systolic and diastolic periods were manually traced along the endocardial borders.At the same view,the authors compared the traced areas with that of the outcome collected by 2DE to measure the distances of the LV long and shot-axis,then calculated the geometric areas according to their shapes simulating as an semi-ellipse or a triangle.Results （1）There was close correlation between the traced areas and the outcomes from calculated by simulating as a semi-ellipse at the end of diastole（r=0.79,P＜0.001）；the average values of them were excellent correlation coefficients and low variability ［（24.45±4.75）cm2∶（24.35±4.60）cm2;t=0.83,P＞0.40］；（2）Likely,there was much more excellent correlation between the traced areas and those calculated by simulating as a triangle at the end of systole（r=0.95,P＜0.001）and the average values of them［（9.91±2.43）cm2∶（9.95±2.31）cm2；t=0.12,P＞0.50）］.Conclusion Because of the geometric remodeling of LV in the end of systolic and diastolic periods,the shape of LV cavity at the apical long axis in end of diastole is more close to be a semi-ellipse,and it tend to be a taper in the end of systole.
【Key words】 ventricular remodeling;ventricular function,left;echocardiography
超声心动图测量左心室功能的数学拟合计算，常趋向两种近似方法，即标准椭球体体积计算（立方公式）及微分割圆柱体积分（Simpson公式）两种模式。前者简易快捷但结果粗糙，后者则相对精细冗繁适用范围受限。源于超声早期M型探查方式的立方公式，做左室腔短轴M线在未经二维结构引导时容易偏离左心长轴垂直方向，导致结果高估［1］。而左室腔几何形状更接近半椭球体［2］。另外，左室心肌的结构与收缩期运动并非如标准椭球体呈全方位等幅度向心性运动，计算存在理论误差。临床上，大多受检对象的左室腔大小及泵血功能尚在正常范围，且其中心内膜清晰显像者比例往往过低，难以满足用Simpson公式需连续跟踪心内膜的要求，易使左心室功能判断失准。为此，本文拟采用一种新的数学几何实测方法，探讨左室腔在舒张及收缩末期的形态改变及功能表现。
1 资料与方法
1.1 一般资料 2005年6～10月于广东省中医院行超声心动图检查心脏者共1205例。排除标准（任意一项）：（1）心肌梗死并有室壁膨出；（2）左室腔呈球形增大并心衰；（3）超声显像模糊，左室腔内膜难辨；（4）房颤心律。共计215例进行左室心腔测量与计算，男79例，女136例，年龄（44±23）岁。检查前临床诊断：疑冠心病26例，高血压39例，高血压合并冠心病15例，各种瓣膜病47例，非心脏疾病58例，其他诊断未定30例。
1.2 方法 径线数据为直接测量所得；面积分别用二维连续跟踪求积方法和平面几何标准图形公式计算；体积均采用立体几何标准数学公式计算求出。用Squola-512机3V2c-3.5MHz探头在胸骨左缘沿左室长轴向心尖平移至左心尖出现平面，分别取舒张与收缩末静止图像测量：（1）左室腔心底短轴内径和该径线至心尖内膜远端长轴距离（图1a、图2a）；（2）用二维超声求面积模式手动连续跟踪左室腔心内膜至心底前述短轴处（图1b、图2b）；（3）分别按照几何三角形面积、圆锥体积、半椭圆面积及半椭球体积数学公式及立方公式计算左室腔收缩及舒张末期面积与体积值。用X线单平面造影公式代入方法（1）中所测数据计算并与上述方法比较。所有测量均按重复3次后取其算术平均值收入。统计分析测量数据，观察其中相关关系及差异情况。
1.3 统计学方法 鉴于本文拟探索用新方法代替另类传统计算，为减少检验假设中的第二类存伪错误，检验水准显著性差异α界值设计为α=0.20。分别进行成对样本测量数据均数间差异的t检验及其直线相关中相关系数的t检验［1］。P值均为双侧。 图1a 收缩末期左室腔心底短轴与长轴测量 图1b 收缩末期左室腔面积连续跟踪测量图2a 舒张末期左室腔心底短轴与长轴测量 图2b 舒张末期左室腔面积连续跟踪测量
2 结果
2.1 超声测量与计算结果 详见表1。计算公式：半椭圆面积A1/2椭圆=π 8LD;三角形面积A三角形=1 4LD；半椭球体积A1/2椭球=π 12LD2;圆锥体积V圆锥=π 24LD2;X线单平面左室容积造影AX线造影=8A2 3πl。式中：L=椭圆长轴=2×实测左室腔长轴；D=椭圆短轴=左室腔心底短轴；A=左室造影椭圆面积；l=L/2;V=椭球体积。
2.2 测量计算结果的统计学分析 超声所测结果，在以上各配对两样本间相关系数的统计学显著性检验中均呈直线相关（r值0.67～0.94，P＜0.01），但在配对两样本均数之间比较：唯有跟踪测量的左室腔舒张末期面积与半椭圆面积计算面积之间、舒张末期左室腔按半椭球计算体积与X线造影公式计算体积之间以及收缩末期左室腔跟踪面积与收缩末期左室腔按三角形计算面积之间存在显著相关，其两均数间差异在统计学上均无显著性（t值0.12～0.83；P＞0.20）。在舒张及收缩末期均用半椭球计算左室射血分数对比用舒张末期计算半椭球并收缩末期按圆锥计算左室射血分数之间显示相关关系弱（r=0.18，t=2.68，P＜0.01），且两者均值间差异有显著性。其他各两两相关性比较中，两均值间差异均有显著性（P＜0.20）。详见表2。
表1 左室腔内各径线、面积及体积的二维超声心动图）（略）注：收缩舒张末均按椭圆公式计算射血分数为（52.02±14.21）%；舒末按椭圆、缩末按圆锥公式计算射血分数为（75.62±7.10）%
表2 各测量、计算左室腔面积和体积结果之间相关性与显著性差异统计学检验（略）
3 讨论
用二维超声对左心室泵血功能进行无创定量分析，已属临床普通检查。由于受到被测对象图像清晰度的影响，在临床实用中，经胸超声常常难以清晰显示心内膜轮廓，有时甚至不得已依赖心肌的运动以分辨心腔边缘。就本文以成年患者为主的群体观察，大多不能满足自动边缘整体检出以及实时二维、三维定量的新技术对图像尤其是心内膜显像的高清晰要求。因而其适用范围在很大程度上受到限制。据近年有关文献报道，多认为采用传统的X线左室造影、MRI及ECT甚至三维超声方法更为准确［2～9］。然而，实际上临床却难以用此作为心脏疾患高发病人群的左心功能检查常规，此间，采用上述中侵入性有创技术的研究方向，无疑对左室腔生理状态下射血分数实际能力的无创客观化研究也已形成负面影响［3～5］。从组织结构上分析，左心室底房室交界为无收缩能力的纤维环结构，故心室肌收缩期的向心性运动，实际不可能具备标准椭球状心肌全方位等幅向心运动的条件，而由半包绕左室三层肌纤维走向的合力方向决定，在左室腔长轴方向的收缩期位移也必然小于在短轴方向的位移量。无论用近似的立方公式，用椭球或半椭球包括X线造影用方法中都存在一个不争的事实，即左室腔底部并无心肌组织，理应将其排除在心肌泵血功能之外。另外，就左室腔各区域心肌可能移动的自由度看，应是越靠近心底纤维环处的心肌向心性位移的幅度越小。再有，按Laplas定律，左室腔收缩期间静态压力尚有经瓣膜—腱索传递过来的向心方向牵引，该力作用于左室乳头肌附着的心肌中段并使其发生位移。因此，在左室心肌相对正常收缩过程中，左室腔的立体几何形状将发生非相似性改变，即左室腔形状的收缩期重构。这对于提高左室收缩期泵血效率而言，或许是更为可行及更有效的生理方式。采用连续跟踪测量左室腔面积，据此按照椭球公式推算其体积是目前X线左室造影及MRI的方法。一些报道［6～8］认为，其准确性较超声简单测量为高。根据表1、表2实测数据看：舒张末期在其与半椭球计算模式间的均值确实相近，统计学上差异无显著性（P＞0.50）。缘于两者体积的计算方法实际均来自相同的椭圆及椭球几何公式。舒张末期左室腔连续跟踪所得面积与用几何增半椭圆标准面积计算结果相关密切，也证实了两者相似程度足可相互代用。但在收缩末期，由于发生了左室腔重构，左室腔长轴中心切面在形态上更趋向三角形（图2b），这在连续跟踪测量其面积与如图2所示按心底短轴作底边、长轴作高计算所得三角形面积之间高度相关（r=0.95，P＜0.001）；从两均数间差异（t=0.12，P＞0.50）的统计结果中也得到了支持。因此，左室腔收缩末期体积的计算，应考虑到此刻左室腔实际的立体模式即圆锥状的容积形态。因此，倘若舒张末期与收缩末期均采取椭圆或椭球公式计算左室腔容积，则必然会混淆圆锥与半椭球之间的体积差别。用两者的立体几何公式推导可证明：半椭球体积实为等底面等高圆锥体积的2倍。在计算左室腔容积时，虽然舒张末期适用椭圆模式，但收缩末期若仍按椭圆计，则会导致该容积成倍高估，同理，将使得左室心肌射血分数值明显偏小。由表2可见：两者统计分析中呈弱相关性（r=0.18），并且其均值间差异亦有非常显著性（P＜0.001）。经过实测及统计分析判别，在舒张末期，接受了椭圆形左室腔的静态几何形状及其数学模型拟合；为提高超声心动图这一无创手段的实用性与精度，尚着重观察、测量、比较了左室腔收缩期的形态重构特点，即左室腔从舒张期呈半椭球形状到收缩期接近圆锥形状的空间变构。该动态变化不仅对重新认识左室心肌在取得左心室较高效率泵血的方式上有所启示，而且在实际测量时，仅比立方公式增加了在收缩与舒张末期需测量的一条长轴径线（图1、图2），无需再做冗繁困难的内膜跟踪，即可通过简单几何体积计算公式直接求出左室腔在舒张末及收缩末期的容积值与射血分数。同时，也有效地避免了收缩末期因左室腔呈圆锥状变构而难以在左室腔圆锥状腰部择点测量短轴的困惑。而按左室腔动态重构，在超声测量左心功能时分别在舒张末期用半椭球公式，收缩末期用圆锥公式代入计算，即：V舒末半椭圆-V缩末圆锥=SV（每搏量）和（V舒末半椭圆-V缩末圆锥）/V舒末半椭圆=LVEF（左室射血分数）。生理条件下或是心功能尚正常范围时的心脏，在收缩期的做功、泵血效率、心肌耗氧量以及总外周循环阻力等诸方面均可能有所不同，有待进一步研究。但鉴于文中收入者的限定范围，以上方法对于左室腔明显呈球形增大者，对于左室心肌节段性形态改变或运动障碍者仍应按其他适宜方法计量。
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（编辑：黄鉴一）
作者单位： 1 510106 广东广州，广东省中医院二沙分院影像科彩超室
510080 广东广州，中山大学第一附属医院超声科
510055 广东广州，广东省实验中学