本文提供了一套用于左心室三维超声心动图容积评估及斑点追踪分析的逐步采集与分析方案，特别关注可最大程度提高该技术可行性的实际操作要点。
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本文内容
摘要
摘要
左心室（LV）的三维（3D）定量在多种心脏疾病的诊断准确性及精确风险分层方面具有显著的附加价值。近年来，三维超声心动图已逐步应用于常规心脏病学临床实践中；然而，高质量图像的获取及其后续分析具有较高的学习门槛。本文旨在通过介绍实用技巧并指出潜在的常见错误，指导读者掌握详细的三维检查流程，以促进该重要技术在左心室评估中的广泛且规范的应用。首先，我们将展示如何获取具有最佳空间和时间分辨率的高质量三维数据集。随后，我们将介绍使用目前应用最广泛的内置软件之一对左心室进行详细定量分析的具体步骤。我们将定量左心室容积、球形度、质量，并通过测量射血分数及心肌形变（纵向和圆周应变）来评估收缩功能。我们还将讨论并提供临床实例，说明在哪些关键情况下，从传统超声心动图方法转向基于三维的定量分析尤为必要。
引言
评估左心室（LV）的形态和功能是心脏病学中常规甚至更特异性检查的主要目的1。经胸超声心动图（TTE）具有广泛可及性且为非侵入性技术，能够提供大量信息，是进行便捷、快速且经济有效评估的首选方法。
左心室质量、容积的测量以及由此计算的射血分数具有重要的诊断和预后价值2。测量结果越准确，其临床价值就越高。目前，超声心动图技术正不断追求与金标准——心脏磁共振（CMR）成像所得数值之间更高的相关性。通常，临床实践指南推荐采用双平面Simpson法测量左心室容积和射血分数3。然而，左心室是一个三维（3D）结构，其形状常不规则，因此在某些临床情况下，多个断层切面必然难以准确描绘左心室的形态与功能。近年来超声硬件和软件技术的进步推动了实时三维成像的发展，从而彻底改变了超声心动图的检查流程。
此外，针对室壁运动异常的定量分析需求推动了形变成像技术的发展4。应变和应变率参数可通过斑点追踪技术，利用标准的灰阶图像进行计算。三维超声心动图还可克服二维应变评估中的多种局限性5。三维超声心动图已从一种昂贵的科研工具逐步发展为日常临床实践中的一项强大技术，而左心室的定量分析无疑是这一突破中的首要应用领域。
本文旨在通过介绍技巧与诀窍，并强调潜在的陷阱，引导读者完成一个详细的三维实验方案，以促进该重要技术在左心室（LV）研究中的广泛且技术上严谨的应用。
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方案
本方案遵循塞梅尔魏斯大学地区及机构科研伦理委员会的指导原则。本方案适用于特定供应商的设备。尽管部分步骤在使用不同超声仪器和后处理软件时仍然适用，但在采用其他供应商的解决方案时，可能存在重要差异。
1. 技术要求
- 使用具备三维成像功能的超声心动图仪。
- 连接适用于经胸三维超声心动图的相控阵探头。
- 连接超声系统内置的三导联心电图，使系统能够将图像采集与分析与心动周期同步。
2. 三维超声心动图图像的采集
- 将患者置于左侧卧位（患者左侧卧，左臂伸展至头部上方）。
- 确保屏幕上的心电图（ECG）图像质量良好。
注意：这是后期处理的前提条件，因为软件将根据心电信号识别心动周期的不同时相点。 - 解冻图像，开始使用探头检查患者，获取标准的心尖四腔观图像。
- 通过调整扇形角度至左心室（LV），降低图像深度以截断左心房，并适当增加增益，优化图像质量。
注意：确保左心室的内膜和外膜表面均清晰可见。 - 按下 4D 按钮，切换至3D模式。
注意：在触摸屏上按下 Multi-Slice... 按钮后，将出现四个选项（5、7、8、12个切面），可通过标准的短轴和长轴切面概览3D数据集。如有需要，可调整探头位置，确保从心尖至二尖瓣水平的整个左心室壁厚度均包含在金字塔形的3D数据集中。建议使用12个切面（含9个可调节的短轴切面）。 - 使用 Multi Beat 或 Single Beat 模式采集3D图像。
- 使用 Multi Beat 模式可获得更高的空间和时间分辨率，数据集将由2、3、4或6个心动周期重建而成（可在屏幕上设置），需患者在呼气末屏气，并保持探头位置稳定，以尽量减少拼接伪影。
注意：Single Beat 模式空间和时间分辨率较低；但大多数现代探头质量较好，因此可直接采集适合进一步分析的3D数据集，无需重建。一般建议，用于进一步分析的容积帧率应高于每秒15个体积帧。 - 当子容积重建为完整容积，且整个左心室均可见时，冻结图像。使用 Cycle Select 和 Number of Cycles 旋钮选择最佳的心动周期，并按下 Image Store。
注意：拼接伪影是指相邻的子容积在空间或时间上错位。若左心室壁存在明显缺失或出现拼接伪影，此类数据集通常不适合进一步分析。已采集的3D数据集质量可通过Multi-Slice模式再次检查。
- 使用 Multi Beat 模式可获得更高的空间和时间分辨率，数据集将由2、3、4或6个心动周期重建而成（可在屏幕上设置），需患者在呼气末屏气，并保持探头位置稳定，以尽量减少拼接伪影。
3. 左心室形态与功能的量化后处理
- 选择适合进一步分析的三维数据集。
注意：本部分实验步骤需要先前获取并保存的高质量三维图像，可在超声设备或独立工作站上进行。 - 点击 测量 | 体积，然后选择 4D 自动左心室定量分析.
- 在四切面（三个心尖切面：四腔心、二腔心和三腔心切面，以及一个短轴切面，后者可通过长轴切面上的水平平面进行调整）上，软件会提示 调整心尖切面的方位至标准视角必要时，通过手动倾斜和旋转调整心尖切面，以显示相应的标准切面，从而消除图像缩短效应。通过在长轴切面上拖动和移动游标，调整倾斜角度，使游标与左心室（LV）的长轴对齐。通过相应或对应的 旋转全部 通过调整机器上的旋钮或短轴图像上的卡尺。
注意：通过按下可重置软件推荐 自动对齐 按钮 - 完成视图对齐后，点击进入下一步 EDV舒张末期（ED）帧由心电图（ECG）信号自动检测，必要时可手动校正。
- 左心室内外膜表面的半自动检测
- 在任意心尖切面中手动选择两个解剖标志点。首先确定左心室心尖部，然后确定左心室基底部中点（二尖瓣环水平）的位置。算法将自动勾画出整个左心室的内膜边界。
注意：还有两种其他选项： 手动，这意味着在每个心尖切面中应设置两个基底和一个心尖标志点，且 自动启动，可自动勾画左心室轮廓，无需任何人工干预。 - 在三个心尖切面、三个不同水平的短轴切面以及一个由用户自定义的第四短轴切面上检查轮廓的可信度，以实现对检测表面的可视化验证。可通过手动添加点进行轮廓修正，所添加的点将被纳入轮廓线中。
注意：随着 撤销，之前添加的点可以删除。 重置 按钮可重置轮廓，以便从头开始重新绘制整个切面。可通过调整轮廓的可见性，便于在灰阶图像上观察心内膜表面。心内膜和心外膜的轮廓勾画应准确且一致地进行。详细建议请参见以下参考文献6. - 选择下一步操作，即 ESV.
- 重复前述步骤（3.5.1–3.5.2）以识别并校正收缩末期图像帧上的心内膜轮廓。
注意：收缩末期（ES）图像帧由心电图（ECG）信号自动识别，必要时可手动校正。屏幕已显示舒张末期容积（EDV）、收缩末期容积（ESV）、射血分数（EF）、心率（HR）、每搏输出量（SV）、心输出量（CO）及球形指数（SpI）的数值。 - 按压 体积波形 下一步。该软件会显示左心室的动态三维模型，以及在逐帧追踪心动周期中内膜表面时生成的时间-容积曲线图1).
注意：此处可在任意帧编辑心内膜边界。 - 下一步，请按 LV质量软件自动勾画舒张末期图像上的左心室心外膜轮廓，并计算左心室质量（EDMass）。
注意：如有必要，可在短轴或长轴平面上通过添加点来编辑心外膜表面的轮廓（方法同前），以包含所需区域。可选择需调整的轮廓类型：心内膜（Endo）、心外膜（Epi）或心内膜+心外膜（Endo+Epi）。 - 按压 4D 应变感兴趣区域 下一步，软件会自动勾画收缩末期图像上的左心室心外膜轮廓，并计算左心室收缩末期质量（ESMass）。
注意：如有必要，可在短轴或长轴切面上通过添加点（方法同前）来编辑收缩末期心外膜表面轮廓，以确保包含相应区域。收缩末期质量（ESMass）应与舒张末期质量（EDMass）相近。此步骤对于通过斑点追踪技术计算三维应变值至关重要。 - 按压 4D 应变结果 下一步，该软件可在多个短轴和长轴切面上逐帧显示心肌的三维追踪图像，以及心脏周期内左心室17个标准节段的相应应变值。同时显示时间-应变曲线和牛眼图。可计算并展示以下参数：纵向应变、圆周应变、径向应变、面积应变、旋转角度和扭转角度。
注意：如果通过图像的视觉观察或基于时间-应变曲线认为某个左心室节段的追踪质量较差，则可将其从分析中排除。然而，软件默认会针对每个节段提供是否采纳的建议。通过更改设置，可在动态三维左心室模型上以颜色编码的方式显示应变值。 "布局".
- 在任意心尖切面中手动选择两个解剖标志点。首先确定左心室心尖部，然后确定左心室基底部中点（二尖瓣环水平）的位置。算法将自动勾画出整个左心室的内膜边界。
- 要终止分析，请按 批准 & 退出.
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结果
大多数患者均可实现左心室（LV）的三维分析。病例1为一名健康志愿者，其心室容积和功能均正常（图1）。病例2（图2）为一名64岁男性患者，患有扩张型心肌病，QRS波群增宽（160 ms），呈左束支传导阻滞图形。心脏磁共振（CMR）金标准测量结果如下：舒张末期容积：243 mL，收缩末期容积：160 mL，射血分数：34%，左心室质量：163 g。传统的线性超声心动图测量显著低估了左心室容积（舒张末期：139 mL，收缩末期：76 mL），并高估了射血分数（45%）和左心室质量（469 g）。然而，如图2所示，三维超声心动图测量值更接近金标准。此外，通过三维斑点追踪技术对心肌力学的分析，可提供关于收缩不同步及节段性功能障碍的有意义数据。该患者随后成功接受了心脏再同步化治疗。
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讨论
左心室（LV）形态学和功能测量是心脏疾病诊断、管理和随访的核心内容，同时也是预后评估的重要预测指标。目前临床指南普遍推荐采用基于二维超声心动图的方法评估左心室；然而，三维超声心动图已被证实具有更高的准确性，因其无需对左心室形状进行几何学假设7,8。基于斑点追踪的应变成像是一种可靠的技术，可用于评估心肌在不同方向上的应变，从而更敏感地量化室壁运动异常5。与射血分数相比，纵向应变已被证实具有更优的预后价值9。
通常，通过胸骨旁心尖声窗获取左心室（LV）图像，采用在呼气末屏气期间由4至6个心动周期重建的全容积三维数据集，然后自动拼接子容积以获得最佳的空间和时间分辨率。获得合适三维数据集的前提是通过调整探头频率、深度以及适度增加增益来优化二维图像。目标是将整个左心室心内膜和心外膜表面完整地包含在一个高质量的锥形数据集中，这可在采集前通过检查多个短轴和长轴切面来确保：仪器的用户界面...
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致谢
项目编号 NVKP_16-1–2016-0017（“国家心脏计划”）在匈牙利国家研究、开发与创新基金的支持下实施，资金来源于 NVKP_16 资助计划。本研究由匈牙利创新与技术部资助的专题卓越计划（2020-4.1.1.-TKP2020）资助，属于塞梅尔维斯大学治疗开发与生物成像专题计划框架内的一部分。
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材料
| 姓名 | 公司 | 目录编号 | 评论 |
|---|---|---|---|
| 3V-D/4V-D/4Vc-D | General Electric | n.a. | 超声探头 |
| 4D Auto LVQ | General Electric | n.a. | 分析软件 |
| E9/E95 | General Electric | n.a. | 超声设备 |
| EchoPac v203 | General Electric | n.a. | 分析软件 |
参考文献
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