心肌组织特征超声显像评价临床急性病毒性心肌炎
陈祎 沈学东 杨英珍 虞敏
摘 要 目的：急性病毒性心肌炎局部心肌组织的病理改变会引起心肌组织密度的变化。本研究采用计算机辅助的声学组织密度定量技术测量急性病毒性心肌炎患者的声学组织密度参数, 评价该技术在临床急性病毒性心肌炎辅助诊断中的价值。方法：55例急性病毒性心肌炎患者作为病例组, 27例正常人为对照组。行常规二维超声检查, 录像记录左室二尖瓣和乳头肌水平短轴切面。取舒张末期图像, 计算机对图像进行视频分析, 左心室分成室间隔、前壁、侧壁及后壁四个节段, 得出每个区域心肌灰阶的均值、离散度、中位数、最小值、最大值等指标。以心腔血流的灰阶水平作为本底对数据进行校正。结果：二尖瓣和乳头肌切面, 病例组在室间隔、左心室前壁、侧壁和后壁的各声学组织密度参数(灰阶均值、灰阶离散度、最大灰阶值、灰阶极差)均高于对照组, 两组之间的差别具有显著性(p均<0.05)。结论：定量声学组织密度参数可将急性病毒性心肌炎患者与正常人区别, 该技术可望成为一种可靠、简便、无创伤的急性病毒性心肌炎辅助检测方法。
, 百拇医药
关键词：病毒性心肌炎；超声组织定征；声学组织定量
迄今为止, 病毒性心肌炎(Viral Myocarditis,VMC)的临床诊断仍属难题。虽然心内膜心肌活检的病理诊断被视为金标准, 但存在费用昂贵、有创性、取材范围局限、抽样误差的缺点, 阴性结果并不能排除本病。本研究采用超声组织定征技术(Ultrasonic Tissue Characterization,UTC)〔1〕定量急性病毒性心肌炎患者的心肌组织特征, 以评价该方法在临床急性病毒性心肌炎辅助诊断中的价值。
资料与方法
选取1995年1月到1998年12月住入中山医院心内科病房, 首次发病的55例急性病毒性心肌炎患者(病程不超过3个月)。诊断依据按1995年颁布的“成人病毒性心肌炎诊断标准”。其中男性30例, 女性25例, 年龄(33.89±10.69)岁(12～52岁)。对照组:27例健康志愿者, 其中男性16例, 女性11例, 年龄(32.44±10.47)岁。
, 百拇医药
采用Hewlett Parkard Sonos 2500心脏超声诊断仪, 以频率为2.5MHz的探头行常规二维超声检查, 录像记录左心室二尖瓣和乳头肌水平的短轴切面。设定计算机的图像采集参数(对比度、色饱和度、亮度), 取每一切面的舒张末期图像, 经视霸卡模/数转换后存入计算机。
采用Windows 97支持下的Photoshop 3.05软件对图象进行视频分析。首先把每幅图像的左心室分成室间隔、前壁、侧壁及后壁四个节段, 然后在每个节段的心肌部位随机圈取3个固定面积的感兴趣区, 注意避开心内膜和心外膜。计算机即可自动分析出每个区域的灰阶分布直方图, 并计算出该区域心肌灰阶的均值、离散度、中位数、最小值、最大值等心肌密度参数。以心腔血流的灰阶水平作为本底对数据进行标准化, 取3次测值的平均值代表该节段的灰阶水平。
数据均用X±s表示。组间参数差别的比较使用Student′s t检验, 计数资料用χ2检验, 统计采用Windows 97支持下的Excel软件。
, 百拇医药
结果
病例组、对照组的年龄、性别构成无显著差异, 见表1。
表1 病例组、对照组的年龄、性别构成
组别
年龄(岁)
性别
女
男
病例
33.89±10.69
25
30
, http://www.100md.com
对照
32.44±10.47
11
16
P值
>0.05
>0.05
左室二尖瓣水平短轴切面声学组织密度分析:如表2所示, 无论病例组或对照组, 室间隔的心肌组织灰阶均小于其它心肌节段。病毒性心肌炎患者心肌最大灰阶升高(p≤0.01), 灰阶极差增大(p<0.01)。 病毒性心肌炎患者心肌灰阶均值高于对照组(p<0.05), 同时心肌灰阶离散度也高于对照组(p<0.01)。表2 对照组、病例组二尖瓣切面的心肌密度参数比较
部位
, 百拇医药
组别(n)
灰阶均值
灰阶离散度
最小灰阶值
最大灰阶值
灰阶极差
室间隔
对照组(27)
6.15±6.58**
4.58±3.6*
-1.91±4.03
17.73±13.82*
, 百拇医药
19.64±13.65*
病例组(55)
11.66±11.58
8.58±5.67
0.29±8.56
37.50±19.31
37.21±17.87
前壁
对照组(27)
17.96±9.23*
7.24±3.09*
, 百拇医药
4.72±7.29
32.93±14.35*
28.2±13.04*
病例组(55)
31.56±13.26
13.26±7.94
8.94±12.07
57.99±17.11
49.05±19.21
侧壁
对照组(27)
, 百拇医药
16.18±13.28*
6.24±2.73*
3.89±5.50
29.34±12.07*
27.45±12.65*
病例组(55)
25.32±15.58
9.65±4.06
7.80±11.21
51.68±22.72
, 百拇医药
43.87±19.99
后壁
对照组(27)
31.76±15.01**
8.18±3.17*
15.08±15.75
47.84±15.29*
32.76±11.01*
病例组(55)
43.63±24.16
, 百拇医药 12.41±4.90
17.34±17.28
69.53±22.65
52.19±18.42
注:*p≤0.01, **p<0.05, p>0.05
左室乳头肌水平短轴切面声学组织密度分析:如表3所示, 与左室二尖瓣水平短轴切面相似, 无论病例组或对照组, 室间隔的心肌组织灰阶均小于其它心肌节段。病毒性心肌炎患者心肌最大灰阶升高(p≤0.01), 灰阶极差增大(p<0.01)。 病毒性心肌炎患者心肌灰阶均值高于对照组(p<0.05), 同时心肌灰阶离散度也高于对照组(p<0.01)。
表3 对照组、病例组乳头肌切面的心肌密度参数比较
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部位
组别(n)
灰阶均值
灰阶离散度
最小灰阶值
最大灰阶值
灰阶极差
室间隔
对照组(27)
4.89±5.68*
3.49±2.56*
-0.40±3.99
, http://www.100md.com
15.85±14.76*
16.31±14.99*
病例组(55)
12.49±13.86
8.30±5.88
1.55±7.29
39.85±23.68
38.30±23.32
前壁
对照组(27)
21.18±11.57*
, 百拇医药
5.93±3.57*
10.30±12.45
35.44±15.27*
25.15±15.91*
病例组(55)
32.08±12.40
11.26±4.44
11.99±12.24
56.95±16.66
44.96±17.14
侧壁
, 百拇医药
对照组(27)
14.07±11.00*
4.83±2.88*
4.28±9.38
25.70±15.17*
21.43±14.35*
病例组(55)
23.59±17.26
9.61±5.05
6.71±13.59
, 百拇医药 50.68±23.67
43.97±22.61
后壁
对照组(27)
29.66±12.79*
6.95±2.83*
16.63±12.27
43.75±15.45*
27.11±13.5*
病例组(55)
39.79±18.21
, 百拇医药
13.22±6.58
16.92±16.64
69.25±18.73
52.34±18.01
注:*p≤0.01, p>0.05
讨论
1、超声组织定征的原理和方法
超声心动图是根据组织的超声反射原理进行心脏解剖成像的一种技术。不同的组织结构因其对超声不同的反射、衰减、吸收等特点, 在超声成像时会有细微的差别。研究表明, 组织的含水量、胶原含量、肌细胞的体积、肌纤维的排列方向、局部血流改变、心肌组织的坏死, 间质中Ca++离子浓度的改变等均可影响组织反射回换能器的超声信号。通过检测、定量心肌组织的超声信号, 可以判断心肌组织的病理状态。经过多年的探索, 目前UTC已被广泛应用于冠心病、各类心肌病、心肌炎、先天性心脏病以及心力衰竭的研究〔2～6〕。超声组织定征技术的方法分为射频法与视频法两种。本研究采用定量视频分析法将视频信号通过视霸卡(Video blaster)转变成数字信号送入计算机, 应用计算机软件定量心肌的灰阶变化, 以此反映心肌的组织密度。与射频法相比较, 它在应用时无须添加新的附加装置, 简便易行, 而且能对已有的超声资料进行回顾性分析, 易于在临床上推广。
, 百拇医药
2.超声组织定征对急性病毒性心肌炎的诊断价值
国外文献表明〔7,8〕, 定量分析心肌的灰阶强度和灰阶分布, 可以将炎症浸润或纤维化的心肌与正常心肌相鉴别, 但对心肌炎预后的判断并无价值。
本临床实验在国内首先尝试应用视频定量分析法研究急性病毒性心肌炎的组织密度, 通过定量灰阶均值、灰阶离散度、最小灰阶值、最大灰阶值、灰阶极差(最大灰阶值与最小灰阶值之差)来描述心肌的灰阶特征。其中灰阶均值、灰阶离散度是最为重要的声学组织密度参数。从空间分布上来理解, 灰阶离散度实际上表示了特定区域心肌密度的空间分布变异度。实验发现病例组的灰阶均值、灰阶极差以及最大灰阶值均高于正常人(p<0.05,p<0.01,p<0.01)。 此结果提示急性病毒性心肌炎病变心肌的超声组织特征之一是灰阶的强度升高。此外, 病例组的灰阶离散度亦明显高于对照组(p<0.01), 说明急性病毒性心肌炎的灰阶变异度较高, 心肌密度的空间分布离散趋势较大。研究还发现病例组的最小灰阶值并不升高, 其灰阶范围与正常人有重叠现象。这说明病变区域内存在类似正常心肌组织的超声界面。病毒性心肌炎病灶多呈灶性分布的特点似能为这一推论提供理论依据。
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3.存在的问题
在超声反射、散射信息转换成视频信号的处理过程中可能出现信号失真; 超声检查时超声探头的位置和声束入射角的差异可能影响测值〔9〕;而超声图像又受到增益调节、近程抑制和远程补偿等因素的影响。本实验尽可能注意了超声切面的标准化, 在采样时均采集舒张末期的图像, 以避免在不同心动周期因心脏舒张、收缩程度存在差异而对超声信号产生的影响〔9〕; 在灰阶分析时, 在每一部位重复取样以减小抽样误差, 并以邻近的心腔血流为对照, 对参数进行标准化减小增益、近程抑制、远程补偿等因素的影响, 使个体间的超声组织特征分析具有可比性。然而, 仍有一部分实验干扰因素无法去除, 而且标准化措施的本身也可能带来新的问题, 例如用于作校正的心腔血流可能出现湍流而使本底的测值升高。作者认为, 由于灰阶离散度表示的是特定区域内各灰阶值与灰阶均值的差别大小, 其受干扰因素的影响可能较其它参数为小, 稳定性、可靠性较强。
本课题为国家九五攻关课题项目, 合同编号(969060213)
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陈祎(200032 上海医科大学中山医院, 上海市心血管病研究所)
沈学东(200032 上海医科大学中山医院, 上海市心血管病研究所)
杨英珍(200032 上海医科大学中山医院, 上海市心血管病研究所)
虞敏(200032 上海医科大学中山医院, 上海市心血管病研究所)
参考文献
1，Miller JG,Perez J,Sobel B.Ultrasonic Characterization of myocardium.Prog Cardiovasc Dis,1985,85.
2，Milunski MR,Mohr GA,Perez JE,et al.Ultrasonic tissue characterization with integrated backscatter:Acute myocardial ischemia reperfusion and stunned myocardium in patients.Circulation,1989,80:491～503.
, 百拇医药
3，Naito J,Masuyama T,Tanouchi J,et al.Analysis of transmural trend of myocardial integrated ultrasound backscatter for differentiation of hypertrophic cardiomyopathy and ventricular hypertrophy due to hypertension.JACC,1994,24:517～524.
4，Pinamonti B,picano E,Ferdeghini EM,et al.Quantitative texture analysis in two-dimensional echocardiography:Application to the diagnosis of myocardial amyloidosis.J Am Coll Cardiol，1989，14(3)：66～71.
, http://www.100md.com
5，Hopkins WE,Waggoner AD,Gussak H,et al.Quantitative ultrasonic tissue characterization of myocardium in cyanotic adults with an unrepaired congenital heart defect.Am J Cardiol,1994,74(9):930～934.
6，Davison G,Hall CS,miller JG,et al.Cellular mechanisms of captopril-induced matrix remodeling in Syrian hamster cardiomyopaphy.Circulation,1994,90(3):1334～1342.
7，Lieback E,Hardouin I,Meyer R,et al.Clinical value of echocardiographic tissue characterization in the diagnosis of myocarditis.Eur Heart J,1996,17:135～142.
, 百拇医药
8，Ferdeghini EM,Pinamonti B,Picano E,et al.Quantitative texture analysis in echocardiography:Application to the diagnosis of myocarditis.J Clin Ultrasound，1991，19(5)：263～270.
9，Schecter SO,Teichholz LE,Klig V,et al.Ultrasonic tissue characterization:Review of a non-invasive technique for assessing myocardial viability.Echocardiography,1996,13(4):415～430., 百拇医药
摘 要 目的：急性病毒性心肌炎局部心肌组织的病理改变会引起心肌组织密度的变化。本研究采用计算机辅助的声学组织密度定量技术测量急性病毒性心肌炎患者的声学组织密度参数, 评价该技术在临床急性病毒性心肌炎辅助诊断中的价值。方法：55例急性病毒性心肌炎患者作为病例组, 27例正常人为对照组。行常规二维超声检查, 录像记录左室二尖瓣和乳头肌水平短轴切面。取舒张末期图像, 计算机对图像进行视频分析, 左心室分成室间隔、前壁、侧壁及后壁四个节段, 得出每个区域心肌灰阶的均值、离散度、中位数、最小值、最大值等指标。以心腔血流的灰阶水平作为本底对数据进行校正。结果：二尖瓣和乳头肌切面, 病例组在室间隔、左心室前壁、侧壁和后壁的各声学组织密度参数(灰阶均值、灰阶离散度、最大灰阶值、灰阶极差)均高于对照组, 两组之间的差别具有显著性(p均<0.05)。结论：定量声学组织密度参数可将急性病毒性心肌炎患者与正常人区别, 该技术可望成为一种可靠、简便、无创伤的急性病毒性心肌炎辅助检测方法。
, 百拇医药
关键词：病毒性心肌炎；超声组织定征；声学组织定量
迄今为止, 病毒性心肌炎(Viral Myocarditis,VMC)的临床诊断仍属难题。虽然心内膜心肌活检的病理诊断被视为金标准, 但存在费用昂贵、有创性、取材范围局限、抽样误差的缺点, 阴性结果并不能排除本病。本研究采用超声组织定征技术(Ultrasonic Tissue Characterization,UTC)〔1〕定量急性病毒性心肌炎患者的心肌组织特征, 以评价该方法在临床急性病毒性心肌炎辅助诊断中的价值。
资料与方法
选取1995年1月到1998年12月住入中山医院心内科病房, 首次发病的55例急性病毒性心肌炎患者(病程不超过3个月)。诊断依据按1995年颁布的“成人病毒性心肌炎诊断标准”。其中男性30例, 女性25例, 年龄(33.89±10.69)岁(12～52岁)。对照组:27例健康志愿者, 其中男性16例, 女性11例, 年龄(32.44±10.47)岁。
, 百拇医药
采用Hewlett Parkard Sonos 2500心脏超声诊断仪, 以频率为2.5MHz的探头行常规二维超声检查, 录像记录左心室二尖瓣和乳头肌水平的短轴切面。设定计算机的图像采集参数(对比度、色饱和度、亮度), 取每一切面的舒张末期图像, 经视霸卡模/数转换后存入计算机。
采用Windows 97支持下的Photoshop 3.05软件对图象进行视频分析。首先把每幅图像的左心室分成室间隔、前壁、侧壁及后壁四个节段, 然后在每个节段的心肌部位随机圈取3个固定面积的感兴趣区, 注意避开心内膜和心外膜。计算机即可自动分析出每个区域的灰阶分布直方图, 并计算出该区域心肌灰阶的均值、离散度、中位数、最小值、最大值等心肌密度参数。以心腔血流的灰阶水平作为本底对数据进行标准化, 取3次测值的平均值代表该节段的灰阶水平。
数据均用X±s表示。组间参数差别的比较使用Student′s t检验, 计数资料用χ2检验, 统计采用Windows 97支持下的Excel软件。
, 百拇医药
结果
病例组、对照组的年龄、性别构成无显著差异, 见表1。
表1 病例组、对照组的年龄、性别构成
组别
年龄(岁)
性别
女
男
病例
33.89±10.69
25
30
, http://www.100md.com
对照
32.44±10.47
11
16
P值
>0.05
>0.05
左室二尖瓣水平短轴切面声学组织密度分析:如表2所示, 无论病例组或对照组, 室间隔的心肌组织灰阶均小于其它心肌节段。病毒性心肌炎患者心肌最大灰阶升高(p≤0.01), 灰阶极差增大(p<0.01)。 病毒性心肌炎患者心肌灰阶均值高于对照组(p<0.05), 同时心肌灰阶离散度也高于对照组(p<0.01)。表2 对照组、病例组二尖瓣切面的心肌密度参数比较
部位
, 百拇医药
组别(n)
灰阶均值
灰阶离散度
最小灰阶值
最大灰阶值
灰阶极差
室间隔
对照组(27)
6.15±6.58**
4.58±3.6*
-1.91±4.03
17.73±13.82*
, 百拇医药
19.64±13.65*
病例组(55)
11.66±11.58
8.58±5.67
0.29±8.56
37.50±19.31
37.21±17.87
前壁
对照组(27)
17.96±9.23*
7.24±3.09*
, 百拇医药
4.72±7.29
32.93±14.35*
28.2±13.04*
病例组(55)
31.56±13.26
13.26±7.94
8.94±12.07
57.99±17.11
49.05±19.21
侧壁
对照组(27)
, 百拇医药
16.18±13.28*
6.24±2.73*
3.89±5.50
29.34±12.07*
27.45±12.65*
病例组(55)
25.32±15.58
9.65±4.06
7.80±11.21
51.68±22.72
, 百拇医药
43.87±19.99
后壁
对照组(27)
31.76±15.01**
8.18±3.17*
15.08±15.75
47.84±15.29*
32.76±11.01*
病例组(55)
43.63±24.16
, 百拇医药 12.41±4.90
17.34±17.28
69.53±22.65
52.19±18.42
注:*p≤0.01, **p<0.05, p>0.05
左室乳头肌水平短轴切面声学组织密度分析:如表3所示, 与左室二尖瓣水平短轴切面相似, 无论病例组或对照组, 室间隔的心肌组织灰阶均小于其它心肌节段。病毒性心肌炎患者心肌最大灰阶升高(p≤0.01), 灰阶极差增大(p<0.01)。 病毒性心肌炎患者心肌灰阶均值高于对照组(p<0.05), 同时心肌灰阶离散度也高于对照组(p<0.01)。
表3 对照组、病例组乳头肌切面的心肌密度参数比较
, http://www.100md.com
部位
组别(n)
灰阶均值
灰阶离散度
最小灰阶值
最大灰阶值
灰阶极差
室间隔
对照组(27)
4.89±5.68*
3.49±2.56*
-0.40±3.99
, http://www.100md.com
15.85±14.76*
16.31±14.99*
病例组(55)
12.49±13.86
8.30±5.88
1.55±7.29
39.85±23.68
38.30±23.32
前壁
对照组(27)
21.18±11.57*
, 百拇医药
5.93±3.57*
10.30±12.45
35.44±15.27*
25.15±15.91*
病例组(55)
32.08±12.40
11.26±4.44
11.99±12.24
56.95±16.66
44.96±17.14
侧壁
, 百拇医药
对照组(27)
14.07±11.00*
4.83±2.88*
4.28±9.38
25.70±15.17*
21.43±14.35*
病例组(55)
23.59±17.26
9.61±5.05
6.71±13.59
, 百拇医药 50.68±23.67
43.97±22.61
后壁
对照组(27)
29.66±12.79*
6.95±2.83*
16.63±12.27
43.75±15.45*
27.11±13.5*
病例组(55)
39.79±18.21
, 百拇医药
13.22±6.58
16.92±16.64
69.25±18.73
52.34±18.01
注:*p≤0.01, p>0.05
讨论
1、超声组织定征的原理和方法
超声心动图是根据组织的超声反射原理进行心脏解剖成像的一种技术。不同的组织结构因其对超声不同的反射、衰减、吸收等特点, 在超声成像时会有细微的差别。研究表明, 组织的含水量、胶原含量、肌细胞的体积、肌纤维的排列方向、局部血流改变、心肌组织的坏死, 间质中Ca++离子浓度的改变等均可影响组织反射回换能器的超声信号。通过检测、定量心肌组织的超声信号, 可以判断心肌组织的病理状态。经过多年的探索, 目前UTC已被广泛应用于冠心病、各类心肌病、心肌炎、先天性心脏病以及心力衰竭的研究〔2～6〕。超声组织定征技术的方法分为射频法与视频法两种。本研究采用定量视频分析法将视频信号通过视霸卡(Video blaster)转变成数字信号送入计算机, 应用计算机软件定量心肌的灰阶变化, 以此反映心肌的组织密度。与射频法相比较, 它在应用时无须添加新的附加装置, 简便易行, 而且能对已有的超声资料进行回顾性分析, 易于在临床上推广。
, 百拇医药
2.超声组织定征对急性病毒性心肌炎的诊断价值
国外文献表明〔7,8〕, 定量分析心肌的灰阶强度和灰阶分布, 可以将炎症浸润或纤维化的心肌与正常心肌相鉴别, 但对心肌炎预后的判断并无价值。
本临床实验在国内首先尝试应用视频定量分析法研究急性病毒性心肌炎的组织密度, 通过定量灰阶均值、灰阶离散度、最小灰阶值、最大灰阶值、灰阶极差(最大灰阶值与最小灰阶值之差)来描述心肌的灰阶特征。其中灰阶均值、灰阶离散度是最为重要的声学组织密度参数。从空间分布上来理解, 灰阶离散度实际上表示了特定区域心肌密度的空间分布变异度。实验发现病例组的灰阶均值、灰阶极差以及最大灰阶值均高于正常人(p<0.05,p<0.01,p<0.01)。 此结果提示急性病毒性心肌炎病变心肌的超声组织特征之一是灰阶的强度升高。此外, 病例组的灰阶离散度亦明显高于对照组(p<0.01), 说明急性病毒性心肌炎的灰阶变异度较高, 心肌密度的空间分布离散趋势较大。研究还发现病例组的最小灰阶值并不升高, 其灰阶范围与正常人有重叠现象。这说明病变区域内存在类似正常心肌组织的超声界面。病毒性心肌炎病灶多呈灶性分布的特点似能为这一推论提供理论依据。
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3.存在的问题
在超声反射、散射信息转换成视频信号的处理过程中可能出现信号失真; 超声检查时超声探头的位置和声束入射角的差异可能影响测值〔9〕;而超声图像又受到增益调节、近程抑制和远程补偿等因素的影响。本实验尽可能注意了超声切面的标准化, 在采样时均采集舒张末期的图像, 以避免在不同心动周期因心脏舒张、收缩程度存在差异而对超声信号产生的影响〔9〕; 在灰阶分析时, 在每一部位重复取样以减小抽样误差, 并以邻近的心腔血流为对照, 对参数进行标准化减小增益、近程抑制、远程补偿等因素的影响, 使个体间的超声组织特征分析具有可比性。然而, 仍有一部分实验干扰因素无法去除, 而且标准化措施的本身也可能带来新的问题, 例如用于作校正的心腔血流可能出现湍流而使本底的测值升高。作者认为, 由于灰阶离散度表示的是特定区域内各灰阶值与灰阶均值的差别大小, 其受干扰因素的影响可能较其它参数为小, 稳定性、可靠性较强。
本课题为国家九五攻关课题项目, 合同编号(969060213)
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陈祎(200032 上海医科大学中山医院, 上海市心血管病研究所)
沈学东(200032 上海医科大学中山医院, 上海市心血管病研究所)
杨英珍(200032 上海医科大学中山医院, 上海市心血管病研究所)
虞敏(200032 上海医科大学中山医院, 上海市心血管病研究所)
参考文献
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