两种斑点追踪分析软件及时相选择方案对健康成年人左心房应变定量分析比较

李一，郭颖，钟优，夏辰兮，孟旭阳,2，王翔,2，徐涛，汪芳*

1.北京医院心血管内科 国家老年医学中心 中国医学科学院老年医院研究院，北京 100730；2.北京协和医学院研究生院，北京100730；*通信作者 汪芳 bjh_wangfang@163.com

左心房功能是心脏功能的重要组成部分之一，对维持左心室正常充盈和正常肺动脉压起关键作用[1]。在高血压[2]、左心室舒张功能障碍[3]、心房颤动[4-6]、瓣膜性心脏病[7]、心力衰竭[8]等疾病中，左心房功能障碍均有报道。因此找到一种具有较高准确性、可重复性强的左心房功能评估方法具有重要临床价值。

超声心动图斑点追踪技术已经在临床上得到广泛应用，但是由于左心房几何结构较为复杂，传统的左心室测量软件不能很好地评估左心房功能[9]，目前临床上专用于左心房斑点追踪的软件较少，且进入临床时间较短，关于不同软件间重复性和健康成年人左心房应变参考值范围鲜有报道[10-11]。此外，目前在左心房应变检测的零应变时相选取也存在争议[12]。本研究分别使用Echopac和Tomtec分析平台最新版本的两款专用于左心房的测量工具，对健康成年人左心房功能相关参数分别选择P波起始处和QRS波起始处为零应变时相进行测量并对比其差异，以期为超声心动图左心房功能评估在临床工作中的应用提供支持。

1 资料与方法

1.1 一般资料 前瞻性选取2020年1月—2021年1月于北京医院体检中心查体的100名健康成年人为研究对象。排除心脏结构异常5名（节段性室壁运动异常1名、心房扩大4名），心律不齐5名，图像质量欠佳3名。最终入组受试者共87名，其中男45名，女42名，18～39岁59名，40～65岁28名，平均年龄（37.70±7.57）岁。

纳入标准：①年龄≥18周岁；②接受超声心动图检查；③常规体检心电图，传统超声心动图检查无心脏结构功能异常，心脏图像清晰。排除标准：①合并高血压、糖尿病、高脂血症等心血管疾病高危因素；②合并冠心病、瓣膜性心脏病、心肌病等心脏疾病；③合并心律失常；④图像质量不佳。本研究经本院伦理委员会审核批准（2022BJYYEC-222-01），所有患者均签署知情同意书。

1.2 超声检测及图像采集 受试者休息10～20 min后，测量血压、脉搏，随后由同一位超声心动图医师以GE Vivid E95超声仪，M5S探头（2.0～4.6 MHz）采集图像。受试者检测时取左侧卧位，并连接心电图，保持帧频在60～90帧/s。在心尖处采集受试者心尖两腔、心尖三腔、心尖四腔动态图，保证每幅图至少采集连续3个心动周期。动态图像均以DICOM格式存储。所有经胸超声心动图检查均由有经验的主治医师完成。

1.3 图像分析 将采集的心脏动态图以DICOM格式输出，所得图像由2位医师在未知患者临床状况前提下，使用Tomtec和Echopac两种后处理软件进行分析，结果取2位医师所得数值的平均值。随机抽取21名受试者图像， 1个月后请第3位医师再次进行分析。所测指标为：取心电图P波起始处为零应变参考时相下的左心房储存期应变（left atrial strain during reservoir phase，LASr P-Wave）、左心房通道期应变（left atrial strain during conduit phase，LAScd P-Wave）和左心房收缩期应变（left atrial strain during contraction phase，LASct P-Wave）；取心电图R波起始处为零应变参考时相下的左心房储存期应变（left atrial strain during reservoir phase，LASr R-Wave）、左心房通道期应变（left atrial strain during conduit phase，LAScd R-Wave）和左心房收缩期应变（left atrial strain during contraction phase，LASct R-Wave）。

Echopac测量方法：通过针对左心房开发的AFILA技术，进行左心房二维斑点追踪分析。在AFI-LA模块中，定义感兴趣区（以二尖瓣环一侧为起点，在二尖瓣环的另一侧结束，跨过肺静脉和左心耳入口）。追踪后确认感兴趣区覆盖心肌的运动，自动获得左心房心肌纵向应变参数（LASr P-Wave、LAScd P-Wave、LASct P-Wave、LASr R-Wave、LAScd R-Wave、LASct R-Wave）和左心房容积指数。具体方法见图1A。

图1 左心房整体应变测量。A为Echopac测量的左心房应变；B为Tomtec测量的左心房应变

Tomtec测量方法：首先通过左心房Autostrain-LA模块，进行左心房二维斑点自动追随，确认软件所定义的感兴趣区（以二尖瓣环一侧为起点，在二尖瓣环的另一侧结束，跨过肺静脉和左心耳入口）。若软件定义感兴趣区出现偏差，则通过人工进行调整，然后自动得出左心房心肌纵向应变参数（LASr P-Wave、LAScd PWave、LASct P-Wave、LASr R-Wave、LAScd R-Wave、LASct R-Wave ） 。 然后使用2D CARDIAC PERFORMANCE ANALYSIS模块，定义感兴趣区方法同上，追踪确认感兴趣区后，获得左心房最大容积，根据患者体表面积计算左心房容积指数。具体方法见图1B。

1.4 统计学分析 采用SPSS 25.0软件。符合正态分布的计量资料以±s表示，采用配对t检验，以P＜0.01为差异有统计学意义。使用上下限及变异系数进行一致性检验。以组内相关系数（ICC）≥0.8为一致性极好，0.6≤ICC＜0.8为一致性好，0.4≤ICC＜0.6为一致性中等，ICC＜0.4为一致性差。

2 结果

2.1 两种软件测得指标数值及重复性分析 Tomtec测得各应变值除LASct R-Wave和LASct P-Wave外，均大于使用Echopac测得结果（P＜0.01）。两种软件测得左心房最大容积和左心房容积指数差异无统计学意义（P＞0.01），见表1。两种软件测得应变值及左心房最大容积、左心房容积指数一致性均极好，Tomtec检测所得指标测得各指标ICC（0.982～1）稍高于Echopac（0.846～0.958）。

表1 两种软件检测全部受试者左心房功能情况（±s）

表1 两种软件检测全部受试者左心房功能情况（±s）

注：LASr P-Wave：P波起始处为零应变参考时相下的左心房储存期应变；LAScd P-Wave：P波起始处为零应变参考时相下的左心房通道期应变；LASct P-Wave：P波起始处为零应变参考时相下的左心房收缩期应变；LASr R-Wave：R波起始处为零应变参考时相下的左心房储存期应变；LAScd R-Wave：R波起始处为零应变参考时相下的左心房通道期应变；LASct R-Wave：R波起始处为零应变参考时相下的左心房收缩期应变

指标Tomtec Echopac t值P值LASr R-Wave（%） 42.32±0.89 37.09±0.90 -2.709 0.008 0.000 LASct R-Wave（%） -14.73±0.57 -14.37±0.46 -2.074 0.041 LAScd R-Wave（%）-27.59±0.74-22.68±0.72 5.600 0.000 LAScd P-Wave（%） -25.71±0.84 -19.92±0.62 7.357 0.000 LASr P-Wave（%）40.00±0.75 32.25±0.70-7.314 0.982左心房最大容积（ml） 41.19±14.92 43.38±10.44 1.423 0.158 LASct P-Wave（%）-13.88±0.52-12.46±0.32 0.023左心房容积指数（ml/m2）23.66±8.04 24.93±5.25 1.433 0.155

2.2 依据年龄进行亚组分析 将所有受试者按照年龄＜40岁和≥40岁分组，两种软件测得LASr R-Wave、LASct R-Wave、LASct P-Wave、左心房最大容积和左心房容积指数在两组间差异无统计学意义（P＞0.01）；Tomtec测得LAScd R-Wave、LASr P-Wave、LAScd PWave的绝对值大于Echopac测得的绝对值（P＜0.01），见表2。

表2 两种软件对不同年龄人群左心房功能指标检测情况（±s）

表2 两种软件对不同年龄人群左心房功能指标检测情况（±s）

注：LASr P-Wave：P波起始处为零应变参考时相下的左心房储存期应变；LAScd P-Wave：P波起始处为零应变参考时相下的左心房通道期应变；LASct P-Wave：P波起始处为零应变参考时相下的左心房收缩期应变；LASr R-Wave：R波起始处为零应变参考时相下的左心房储存期应变；LAScd R-Wave：R波起始处为零应变参考时相下的左心房通道期应变；LASct R-Wave：R波起始处为零应变参考时相下的左心房收缩期应变

项目＜40岁t值P值≥40岁t值P值Tomtec Echopac Tomtec Echopac LASr R-Wave（%） 42.51±8.65 39.46±9.59 -1.887 0.064 41.92±7.56 38.00±9.34 -2.223 0.035 0 LASct R-Wave（%） -14.47±5.16 -16.17±7.35 -1.709 0.093 -15.28±5.66 -16.82±3.89 -1.156 0.258 LAScd R-Wave（%）-28.04±7.08-23.17±7.72 4.018 0-26.65±6.67-21.11±7.91 4.524 0 LAScd P-Wave（%） -27.25±5.90 -20.12±6.68 7.035 0 -22.47±10.1 3 -18.04±6.62 2.900 0.007 LASr P-Wave（%）41.07±7.14 33.78±7.09-6.157 0 37.74±6.21 32.50±7.40-4.040 0.702左心房最大容积（ml） 40.78±15.3 8 41.75±10.9 3 0.512 0.611 42.04±14.4 5 46.82±8.53 1.797 0.084 LASct P-Wave（%）-13.82±4.57-13.58±4.67 0.315 0.754-14.00±5.59-14.46±2.93-0.387左心房容积指数（ml/m2）23.51±8.24 24.23±5.66 0.645 0.521 23.97±8.37 26.41±3.96 1.682 0.104

2.3 依据性别进行亚组分析 将所有受试者按照性别分组进行分析，Tomtec测得LAScd R-Wave、LASr P-Wave、LAScd P-Wave绝对值均大于Echopac绝对值；两种软件测得的LASct R-Wave、LASct P-Wave、左心房最大容积和左心房容积指数差异无统计学意义（P＞0.01）。Tomtec在男性亚组中测得LASr R-Wave大于Echopac测得值（P＜0.01），女性亚组中两种软件测得值差异无统计学意义（P＞0.01），见表3。

表3 两种软件对不同性别人群左心房功能指标检测情况（±s）

表3 两种软件对不同性别人群左心房功能指标检测情况（±s）

注：LASr P-Wave：P波起始处为零应变参考时相下的左心房储存期应变；LAScd P-Wave：P波起始处为零应变参考时相下的左心房通道期应变；LASct P-Wave：P波起始处为零应变参考时相下的左心房收缩期应变；LASr R-Wave：R波起始处为零应变参考时相下的左心房储存期应变；LAScd R-Wave：R波起始处为零应变参考时相下的左心房通道期应变；LASct R-Wave：R波起始处为零应变参考时相下的左心房收缩期应变

项目男性t值P值女性t值P值Tomtec Echopac Tomtec Echopac LASr R-Wave（%） 41.69±5.93 36.98±8.52 -3.271 0.002 43.00±10.25 41.14±10.07 -0.919 0.364 0.004 LASct R-Wave（%） -15.66±5.52 -16.53±4.22 -0.888 0.379 -13.73±4.94 -16.21±8.21 -1.956 0.057 LAScd R-Wave（%）-26.02±5.69-20.30±6.81 5.226 0-29.28±7.79-24.79±8.21 3.008 0 LAScd P-Wave（%） -22.67±8.05 -17.47±5.81 4.703 0 -28.99±0.94 -21.57±1.08 5.707 0 LASr P-Wave（%）37.73±5.29 31.62±6.58-5.740 0 42.43±1.20 35.24±1.14-4.790 0.887左心房最大容积（ml） 43.27±15.35 47.38±11.04 1.808 0.077 38.96±2.21 39.10±1.21 0.067 0.947 LASct P-Wave（%）-14.27±5.28-14.11±3.12 0.178 0.860-13.46±0.69-13.60±0.79-0.143左心房容积指数（ml/m2）22.94±7.74 25.30±5.81 1.942 0.059 24.43±1.35 24.55±0.71 0.088 0.930

3 讨论

3.1 两种分析软件对健康成年人左心房功能检测的差异 不同左心房分析软件的应变测量结果存在差异，并且由于不同公司的分析软件基于不同的专利算法，故无法进行公开对比。目前最常用的左心房专用分析软件为Tomtec和Echopac，结合研究者临床实际应用情况，本研究选取上述两种研究软件，对比通过两种分析软件测得的左心房应变参数情况。

本研究发现两种软件测得的左心房容积和左心房容积指数无显著差异，与刘梦梦等[13]的研究结果一致。两种软件测得的应变值与其他大样本多中心研究报道的正常参考值范围大致吻合[14-16]。但Tomtec测得的左心房应变绝对值除LASct R-Wave外，均显著高于Echopac测得值，与Ferkh等[17]的研究结果一致。

本研究中两种软件重复性均非常好，Tomtec较Echopac所得结果重复性更高。这可能与两种软件操作分析的细微差异有关。使用Tomtec软件进行分析时，操作者只需选择图像质量较高的图像，然后选择autostrain分析模块即可进行分析，分析过程中不需要进行人为的内膜斑点描记，只有在软件描记出现偏差时才需要人为调整，因此Tomtec在图像质量较高、心率变异度较小的人群中运用时具有重复性高和可操作性强的优势。

Echopac在进行分析时，操作者需要在选择图像清晰、心率稳定的图像后手工标定图像中两侧二尖瓣环和左心房顶位置。因此使用Echopac进行左心房应变分析时，受操作人员的临床经验和专业知识的影响较大。由于其使用人工操作完成感兴趣区的标定，在处理图像质量较差或左心房变异程度较大的患者时，出现测量误差的可能性更低，具有更大的优势。两种软件测得左心房容积和左心房容积指数无显著差异，提示两种软件在测算左心房体积方面能力均较为优秀。

3.2 两种零应变时相选取方案对健康成年人左心房功能检测的差异 由于P波起始处为心房收缩期的起始，而R波峰处为心房收缩期末尾，因此左心房心肌长度最小的时刻应为R波峰时刻。故在以P波为零应变时相所测得的应变值绝对值较以R波为零应变时相所测得的值更小。美国超声心动图学会指南[18]指明两种时相选择方案均可以被采纳，但是两种方案的优劣并未提及。本研究发现以P波起始处为零应变时相所测得的左心房应变值绝对值较以R波为零应变时相所取得的值更小，在同一软件不同时相选取所得的应变值虽然存在显著差异，但其相关性较好，与既往研究结果相符合[19]。因此，以P波起始点和R波起始为零应变时相这两种时相选取方法均可行，但不同时相选取方法所得的结论不能通用。

3.3 年龄、性别对左心房功能检测结果的影响 本研究按照年龄和性别分别进行分组分析后，发现不同年龄及性别亚组检测结果和全人群检测结果大致相同，仅因为样本量减少后LASr R-Wave、LASct R-Wave等指标检测差异显著性出现变化，提示性别和年龄对两种设备检测差异度影响较小。本研究中受试者各应变值的大小并未随年龄增加而产生显著差异，与其他文献报道结果存在差异[16,20-22]。Singh等[16]报道年龄对左心房功能及容积相关参数均会造成影响；而Sun等[21]研究也提示LAScd会随着年龄增加显著降低。其原因可能为：本研究采用左心房专用分析软件，而既往研究多采用左心室软件对左心房进行分析，测得的结果可能存在差异；本研究样本量相对较少，且受试者年龄相对集中，老年受试者特别是超高龄受试者较少。

3.4 本研究的局限性 本研究样本量较小，年龄区间较窄，主要集中在青年和中年人群，缺乏老年人群特别是高龄老年人群；同时本研究仅纳入无心脏疾病的健康人群，并未对心脏疾病患者进行研究；最后由于图像质量和样本量的限制本研究也未对左心房四维应变进行测量。这些将是下一步的研究方向。

总之，本研究提示Tomtec和Echopac两种分析软件在评估左心房功能方面性能均较优秀，两种零应变时相选取方案均具有较高的临床应用价值。但不同测量软件、不同时相选取方案的结果不应互相比较。因此，为了更好地评估受试者左心房功能、随访治疗效果，对同一患者应该使用同一种测量软件、同一种时相方案测量。