应用多普勒超声音频处理系统自动估测全肺阻力的研究
作者：张玉奇 陈树宝 孙锟 王威琪 汪源源 刘斌 王荣发 倪金洪 高玲玲 郁怡 沈蓉
单位：张玉奇 陈树宝 孙锟 王荣发 倪金洪 高玲玲 郁怡 沈蓉(200092 上海第二医科大学附属新华医院、上海市儿童医学中心小儿心内科)；王威琪 汪源源(复旦大学电子工程系)；刘斌(复旦大学电子工程系)
关键词：多普勒超声音频处理系统；多普勒超声心动图；全肺阻力
中国超声医学杂志000116 摘 要 目的：评价多普勒超声音频处理系统(DASPS)自动定量估测全肺阻力(TPR)的准确性。方法：对73例先天性心脏病患儿，应用DASPS和多普勒超声技术(DE)，根据改良的肺动脉/主动脉血流时间间期比法及容积血流测量技术估测肺动脉平均压(PAMP)、肺血流量(Qp)，按Poseuille公式(TPR＝PAMP/Qp)计算TPR，并与心导管测值对比。结果：DASPS估测TPR所需时间短于DE所需时间(P<0.01)。DASPS估测的TPR与心导管实测值高度相关(r＝0.88，P<0.001)，与DE中等程度相关(r＝0.73，P<0.001)。结论：DASPS可准确地自动定量估测TPR。
, http://www.100md.com
Study on the Auto-Estimation of Total Pulmonary Resistance by
Doppler Audio-Signal Processing System
Zhang Yuqi,Chen Shubao,Sun Kun,et al
Dept.Pediatric Cardiology,Shanghai Childrens Medical Center,Xinhua Hospital,Shanghai Second Medical University,Shanghai 200127
ABSTRACT Objective:To assess the accuracy of Doppler Audio-Signal Processing System(DASPS) in auto-estimation of total pulmonary resistance(TPR).Methods：Comparative studies among Doppler echocardiography(DE),DASPS and cardiac catheterization for predicting PAMP,Qp,TPR have been done in 73 children with congenital heart disease.Results:DASPS-derived PAMP,Qp,TPR highly correlated with values measured by cardiac catheterization(r＝0.92，0.84，0.88，P<0.001)，better than those measured by DE(r＝0.85，0.74，0.73，P<0.001).Conclusion:TPR could be auto-estimated noninvasively adopting modified FPA/FAO and Poseuille Formula by DASPS.
, 百拇医药
KEY WORDS Dopler audio-signal processing system Doppler echocardiography Total pulmonary resistance
为探索无创自动定量估测全肺阻力的新方法，我们应用多普勒超声音频处理系统，对73例先天性心脏病患儿主、肺动脉血流的音频信号进行分析、处理及自动识别〔1～2〕，探讨应用DASPS自动定量估测TPR的可行性和准确性。
资料与方法
研究对象：入院进行心导管检查的73例先心病患儿为研究对象，经超声心动图及心导管检查明确诊断，房间隔缺损9例，室间隔缺损41例，房间隔缺损并室间隔缺损8例，完全性房室间隔缺损9例，完全性肺静脉异位引流4例，右冠状动脉右室瘘2例，除外心室流出道梗阻及房室传导阻滞患者。男39例，女34例，年龄4个月至14岁，平均6.2岁。心功能Ⅰ～Ⅱ级。
, http://www.100md.com
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导管至各心腔测压并抽取血标本测定血氧含量，应用HP 8890B型监护仪记录肺动脉平均压(PAMPc)，根据Fick法计算肺血流量(Qpc)，按Poseuille公式计算全肺阻力(TPRc)。
多普勒超声心动图检查：应用HP SONOS1000型超声仪，探头3.5/2.7MHz。同步记录心电图信号。患者取左侧卧位，取样容积取0.22cm，从心尖五腔切面主动脉瓣口记录主动脉血流频谱，胸骨旁右室流出道长轴肺动瓣口记录肺动脉血流频谱，测量主、肺动脉血流时间间期参数：右室射血前期时间(PEP)、加速时间(AT)、射血时间(ET)、血流平均速度(V)，并于同一切面测量肺动脉直径(D)，根据改良肺动脉/主动脉血流时间间期比(FPA/FAO)法〔2〕估测肺动脉平均压(PAMPE)，根据容积血流测量技术计算肺血流量(QPE)：QPE＝60VA(A＝πD2/4)，按Poseuille公式计算全肺阻力(TPRE)〔3〕。所有指标均连续测量五个心动周期，然后取平均值。
, 百拇医药
多普勒超声音频处理系统检查：在超声检查时，将血流的音频信号、心电信号、肺动脉直径同步输入DASPS，经机内音频处理模块、实时声谱模块、自动识别模块分析、处理后，根据改良FPA/FAO法、容积血流测量技术及Poseuille公式自动估测肺动脉平均压(PAMPA)、肺血流量(QPA)、全肺阻力(TPRA)〔1〕，显示、打印并储存结果(图1、2)。以上指标均连续测量10秒内所有心动周期，然后取平均值。
图1 系统框图
(频谱上的黄线为自动识别模块识别的特征点)
图2 多普勒超声音频处理系统采集的肺动脉血流的音频信号
, http://www.100md.com
重复性检查：在10例患者中进行同一检查者和不同检查者的DE、DASPS检查，对比两种方法估测TPR所需的时间，评价两种方法估测TPR的重复性〔4〕。
统计学处理：数据用
±s表示，配对t检验及相关与回归分析应用Statpal软件包。
结果
PAMP、QP、TPR的DE、DASPS估测值及心导管实测值见表1，PAMP、QP、TPR的心导管测值与DE、DASPS估测值间相关分析见表2。结果显示：PAMP、QP、TPR的心导管测值与DASPS估测值高度相关(r＝0.94、0.84、0.88，P<0.01)，与DE估测值中等程度相关(r＝0.85、0.74、0.73，P<0.01)。DASPS估测TPR所需时间(5.1±1.7min)明显短于DE估测所需时间(20.0±4.9min)，且有显著性差异(P<0.01)。DASPS估测TPR的重复性较好(同一观察者：11.0%，不同观察者：25.2%)，DE的重复性较差(同一观察者：15.4%，不同观察者：38.1%)，二者间有显著性差异(P<0.05)。
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表1 PAMP、QP、TPR的DE、DASPS及心导管测值 指标±s
范围
PAMPA(Kpa)
5.00±2.31
1.47～11.41
QPA(1/min)
5.82±2.76
1.65～15.54
TPRA(Kpa.s/l)
, 百拇医药
57.67±30.0
16.8～145.3
PAMPE(Kpa)
5.00±1.86
2.47～12.10
QPE(1/min)
8.20±4.21
3.17～20.59
TPRE(Kpa.s/1)
45.27±23.46
12.1～101.0
, 百拇医药
PAMPC(Kpa)
4.86±2.37
1.43～14.00
QPC(1/min)
5.61±2.71
1.85～18.88
TPRC(Kpa.s/1)
62.37±30.36
20.9～129.7
表2 PAMP、QP、TPR的DE、DASPS估测值与心导管测值间相关分析
, 百拇医药
y
x
r
回归方程
S
P
PAMPA(Kpa)
PAMPC
0.94
y＝0.94x+0.47
0.22
, 百拇医药
<0.001
QPA(1/min)
QPC
0.84
y＝0.79x+1.73
0.46
<0.001
TPRA(Kpa.s/1)
TPRC
0.88
y＝0.87x+4.96
, 百拇医药
5.01
<0.001
PAMPE(Kpa)
PAMPC
0.85
y＝0.74x+1.51
0.38
<0.001
QPE(1/min)
QPC
0.74
, 百拇医药
y＝1.21x+2.55
0.96
<0.001
TPRE(Kpa.s/1)
TPRC
0.73
y＝0.55x+7.37
5.32
<0.001
讨论 TPR是肺循环血流动力学的重要指标之一，对心血管疾病的诊断、病情评估及预后判断具有重要意义。以往依靠心导管技术测定，但为创伤性检查，复查随访不方便。因此，应用DE无创估测TPR一直是研究的热点〔5～6〕。根据改良FPA/FAO法、容积血流检测技术及Poseuille公式可定量估测PAMP、Qp、TPR，但应用参数较多，测算过程复杂费时，重复性较差〔7～8〕；目前应用的血流频谱图形均为视频输出，“通过时间效应”及“取样短暂”也造成了一定的频率误差及振幅失真〔9〕，影响该方法的精确性，临床应用受到限制。
, http://www.100md.com
DASPS是指在DE检查时，将主、肺动脉血流的音频信号和心电信号同步输入计算机，经机内音频处理模块、实时声谱模块、自动识别模块分析、处理及自动识别后，根据改良FPA/FAO法、容积血流检测技术及Poseuille公式对PAMP、Qp、TPR进行自动定量估测。由于音频信号受到影响较少，有可能提高主、肺动脉血流信息的保真程度〔1〕；由于系统自动处理、分析主、肺动脉血流的音频信号并自动测算TPR，可减少手工测量误差，缩短运算时间，提高该方法的准确性。
为证实这一假设，我们对73例先心病患儿进行研究，结果发现：PAMP、Qp、TPR的心导管测值与DASPS估测值高度相关(r＝0.94、0.84、0.88)，与DE估测值中等程度相关(r＝0.85、0.74、0.73)。DASPS估测TPR所需时间短于DE所需时间(P<0.01)。DASPS估测TPR的重复性较好(同一观察者：11.0%，不同观察者：25.2%)，DE的重复性较差(同一观察者：15.4%，不同观察者：38.1%)：二者间有显著性差异(P<0.05)。证实了上述假设的正确性。
, 百拇医药
基于以上结果，我们认为：根据改良FPA/FAO法、容积血流检测技术及Poseuille公式，DASPS可准确地无创自动估测TPR。尽管应用DASPS估测TPR具有操作简便、重复性好、准确性高等优点，但系统中自动识别模块对音频信号和心电图信号的信/噪比要求较高，今后应加强对音频信号的降噪、信号特征点的自动识别等方面的研究，进一步提高音频处理系统的临床使用价值〔10〕。
本课题系上海市高等学校科学技术发展基金资助项目(合同编号：ZX95-002
参考文献
1.刘 斌，王威琪，汪源源，等。小儿肺循环无损评估系统。复旦大学学报，待发表
2.张玉奇，陈树宝，孙 锟，等。应用音频处理系统无创自动估测肺动脉压的研究。中国超声医学杂志，1999，15(5)：346～348
, http://www.100md.com
3.Snider AR,Bengur AR.Doppler Echocradiography.In:Moss AJ,Adamas FH.Heart and disease in infants,children and adolescents.5thed.Williams & Wilkins.1995,Ⅰ：270～292
4.Bland JM,Altman DG.Statistical methods for assessing agreement between two methods of clinical measurement.Lancet,1986,1:307～310
5.Graettinger WF,Greene ER,Voyles WF,et al.Doppler predictions of pulmonary artery pressure,flow,and resistance in adults.Am Heart J,1987,113:1426～1436
, 百拇医药
6.Cooper MJ,Tyndall M,Silverman NH,et al.Evaluation of the responsiveness of elevated pulmonary vascular resistance in children by Doppler echocardiography.J Am Coll Cardiol,1988,12:470～475
7.Skinner JR,Boys RJ,Heads A,et al.Estimation of pulmonary arterial pressure in the newborn:Study of the repeatability of four Doppler echocardiographic techniques.Pediatr Cardiol,1996,17:360～369
8.Morera J,Hoadley SD,Roland M,et al.Estimation of the ratio of pulmonary to systemic prssures by pulsed-wave Doppler echocardiography for assessment of pulmonary arterial pressures.Am J Cardiol,1989,63:862～866
9.Bridges ND,Freed MD.Cardiac Catheterization.In:Moss AJ,Adamas FH.Heart and disease in infants,children and adolescents.5thed.Williams & Wilkins.1995,Ⅰ：310～347
10.刘 斌，王威琪，汪源源，等。利用改进的百分比法提取声谱图包络。声学技术，1998，17(1)：9～12
1999-06-24, http://www.100md.com
单位：张玉奇 陈树宝 孙锟 王荣发 倪金洪 高玲玲 郁怡 沈蓉(200092 上海第二医科大学附属新华医院、上海市儿童医学中心小儿心内科)；王威琪 汪源源(复旦大学电子工程系)；刘斌(复旦大学电子工程系)
关键词：多普勒超声音频处理系统；多普勒超声心动图；全肺阻力
中国超声医学杂志000116 摘 要 目的：评价多普勒超声音频处理系统(DASPS)自动定量估测全肺阻力(TPR)的准确性。方法：对73例先天性心脏病患儿，应用DASPS和多普勒超声技术(DE)，根据改良的肺动脉/主动脉血流时间间期比法及容积血流测量技术估测肺动脉平均压(PAMP)、肺血流量(Qp)，按Poseuille公式(TPR＝PAMP/Qp)计算TPR，并与心导管测值对比。结果：DASPS估测TPR所需时间短于DE所需时间(P<0.01)。DASPS估测的TPR与心导管实测值高度相关(r＝0.88，P<0.001)，与DE中等程度相关(r＝0.73，P<0.001)。结论：DASPS可准确地自动定量估测TPR。
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Study on the Auto-Estimation of Total Pulmonary Resistance by
Doppler Audio-Signal Processing System
Zhang Yuqi,Chen Shubao,Sun Kun,et al
Dept.Pediatric Cardiology,Shanghai Childrens Medical Center,Xinhua Hospital,Shanghai Second Medical University,Shanghai 200127
ABSTRACT Objective:To assess the accuracy of Doppler Audio-Signal Processing System(DASPS) in auto-estimation of total pulmonary resistance(TPR).Methods：Comparative studies among Doppler echocardiography(DE),DASPS and cardiac catheterization for predicting PAMP,Qp,TPR have been done in 73 children with congenital heart disease.Results:DASPS-derived PAMP,Qp,TPR highly correlated with values measured by cardiac catheterization(r＝0.92，0.84，0.88，P<0.001)，better than those measured by DE(r＝0.85，0.74，0.73，P<0.001).Conclusion:TPR could be auto-estimated noninvasively adopting modified FPA/FAO and Poseuille Formula by DASPS.
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KEY WORDS Dopler audio-signal processing system Doppler echocardiography Total pulmonary resistance
为探索无创自动定量估测全肺阻力的新方法，我们应用多普勒超声音频处理系统，对73例先天性心脏病患儿主、肺动脉血流的音频信号进行分析、处理及自动识别〔1～2〕，探讨应用DASPS自动定量估测TPR的可行性和准确性。
资料与方法
研究对象：入院进行心导管检查的73例先心病患儿为研究对象，经超声心动图及心导管检查明确诊断，房间隔缺损9例，室间隔缺损41例，房间隔缺损并室间隔缺损8例，完全性房室间隔缺损9例，完全性肺静脉异位引流4例，右冠状动脉右室瘘2例，除外心室流出道梗阻及房室传导阻滞患者。男39例，女34例，年龄4个月至14岁，平均6.2岁。心功能Ⅰ～Ⅱ级。
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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导管至各心腔测压并抽取血标本测定血氧含量，应用HP 8890B型监护仪记录肺动脉平均压(PAMPc)，根据Fick法计算肺血流量(Qpc)，按Poseuille公式计算全肺阻力(TPRc)。
多普勒超声心动图检查：应用HP SONOS1000型超声仪，探头3.5/2.7MHz。同步记录心电图信号。患者取左侧卧位，取样容积取0.22cm，从心尖五腔切面主动脉瓣口记录主动脉血流频谱，胸骨旁右室流出道长轴肺动瓣口记录肺动脉血流频谱，测量主、肺动脉血流时间间期参数：右室射血前期时间(PEP)、加速时间(AT)、射血时间(ET)、血流平均速度(V)，并于同一切面测量肺动脉直径(D)，根据改良肺动脉/主动脉血流时间间期比(FPA/FAO)法〔2〕估测肺动脉平均压(PAMPE)，根据容积血流测量技术计算肺血流量(QPE)：QPE＝60VA(A＝πD2/4)，按Poseuille公式计算全肺阻力(TPRE)〔3〕。所有指标均连续测量五个心动周期，然后取平均值。
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多普勒超声音频处理系统检查：在超声检查时，将血流的音频信号、心电信号、肺动脉直径同步输入DASPS，经机内音频处理模块、实时声谱模块、自动识别模块分析、处理后，根据改良FPA/FAO法、容积血流测量技术及Poseuille公式自动估测肺动脉平均压(PAMPA)、肺血流量(QPA)、全肺阻力(TPRA)〔1〕，显示、打印并储存结果(图1、2)。以上指标均连续测量10秒内所有心动周期，然后取平均值。
图1 系统框图
(频谱上的黄线为自动识别模块识别的特征点)
图2 多普勒超声音频处理系统采集的肺动脉血流的音频信号
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重复性检查：在10例患者中进行同一检查者和不同检查者的DE、DASPS检查，对比两种方法估测TPR所需的时间，评价两种方法估测TPR的重复性〔4〕。
统计学处理：数据用
±s表示，配对t检验及相关与回归分析应用Statpal软件包。结果
PAMP、QP、TPR的DE、DASPS估测值及心导管实测值见表1，PAMP、QP、TPR的心导管测值与DE、DASPS估测值间相关分析见表2。结果显示：PAMP、QP、TPR的心导管测值与DASPS估测值高度相关(r＝0.94、0.84、0.88，P<0.01)，与DE估测值中等程度相关(r＝0.85、0.74、0.73，P<0.01)。DASPS估测TPR所需时间(5.1±1.7min)明显短于DE估测所需时间(20.0±4.9min)，且有显著性差异(P<0.01)。DASPS估测TPR的重复性较好(同一观察者：11.0%，不同观察者：25.2%)，DE的重复性较差(同一观察者：15.4%，不同观察者：38.1%)，二者间有显著性差异(P<0.05)。
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表1 PAMP、QP、TPR的DE、DASPS及心导管测值 指标
±s范围
PAMPA(Kpa)
5.00±2.31
1.47～11.41
QPA(1/min)
5.82±2.76
1.65～15.54
TPRA(Kpa.s/l)
, 百拇医药
57.67±30.0
16.8～145.3
PAMPE(Kpa)
5.00±1.86
2.47～12.10
QPE(1/min)
8.20±4.21
3.17～20.59
TPRE(Kpa.s/1)
45.27±23.46
12.1～101.0
, 百拇医药
PAMPC(Kpa)
4.86±2.37
1.43～14.00
QPC(1/min)
5.61±2.71
1.85～18.88
TPRC(Kpa.s/1)
62.37±30.36
20.9～129.7
表2 PAMP、QP、TPR的DE、DASPS估测值与心导管测值间相关分析
, 百拇医药
y
x
r
回归方程
S
P
PAMPA(Kpa)
PAMPC
0.94
y＝0.94x+0.47
0.22
, 百拇医药
<0.001
QPA(1/min)
QPC
0.84
y＝0.79x+1.73
0.46
<0.001
TPRA(Kpa.s/1)
TPRC
0.88
y＝0.87x+4.96
, 百拇医药
5.01
<0.001
PAMPE(Kpa)
PAMPC
0.85
y＝0.74x+1.51
0.38
<0.001
QPE(1/min)
QPC
0.74
, 百拇医药
y＝1.21x+2.55
0.96
<0.001
TPRE(Kpa.s/1)
TPRC
0.73
y＝0.55x+7.37
5.32
<0.001
讨论 TPR是肺循环血流动力学的重要指标之一，对心血管疾病的诊断、病情评估及预后判断具有重要意义。以往依靠心导管技术测定，但为创伤性检查，复查随访不方便。因此，应用DE无创估测TPR一直是研究的热点〔5～6〕。根据改良FPA/FAO法、容积血流检测技术及Poseuille公式可定量估测PAMP、Qp、TPR，但应用参数较多，测算过程复杂费时，重复性较差〔7～8〕；目前应用的血流频谱图形均为视频输出，“通过时间效应”及“取样短暂”也造成了一定的频率误差及振幅失真〔9〕，影响该方法的精确性，临床应用受到限制。
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DASPS是指在DE检查时，将主、肺动脉血流的音频信号和心电信号同步输入计算机，经机内音频处理模块、实时声谱模块、自动识别模块分析、处理及自动识别后，根据改良FPA/FAO法、容积血流检测技术及Poseuille公式对PAMP、Qp、TPR进行自动定量估测。由于音频信号受到影响较少，有可能提高主、肺动脉血流信息的保真程度〔1〕；由于系统自动处理、分析主、肺动脉血流的音频信号并自动测算TPR，可减少手工测量误差，缩短运算时间，提高该方法的准确性。
为证实这一假设，我们对73例先心病患儿进行研究，结果发现：PAMP、Qp、TPR的心导管测值与DASPS估测值高度相关(r＝0.94、0.84、0.88)，与DE估测值中等程度相关(r＝0.85、0.74、0.73)。DASPS估测TPR所需时间短于DE所需时间(P<0.01)。DASPS估测TPR的重复性较好(同一观察者：11.0%，不同观察者：25.2%)，DE的重复性较差(同一观察者：15.4%，不同观察者：38.1%)：二者间有显著性差异(P<0.05)。证实了上述假设的正确性。
, 百拇医药
基于以上结果，我们认为：根据改良FPA/FAO法、容积血流检测技术及Poseuille公式，DASPS可准确地无创自动估测TPR。尽管应用DASPS估测TPR具有操作简便、重复性好、准确性高等优点，但系统中自动识别模块对音频信号和心电图信号的信/噪比要求较高，今后应加强对音频信号的降噪、信号特征点的自动识别等方面的研究，进一步提高音频处理系统的临床使用价值〔10〕。
本课题系上海市高等学校科学技术发展基金资助项目(合同编号：ZX95-002
参考文献
1.刘 斌，王威琪，汪源源，等。小儿肺循环无损评估系统。复旦大学学报，待发表
2.张玉奇，陈树宝，孙 锟，等。应用音频处理系统无创自动估测肺动脉压的研究。中国超声医学杂志，1999，15(5)：346～348
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3.Snider AR,Bengur AR.Doppler Echocradiography.In:Moss AJ,Adamas FH.Heart and disease in infants,children and adolescents.5thed.Williams & Wilkins.1995,Ⅰ：270～292
4.Bland JM,Altman DG.Statistical methods for assessing agreement between two methods of clinical measurement.Lancet,1986,1:307～310
5.Graettinger WF,Greene ER,Voyles WF,et al.Doppler predictions of pulmonary artery pressure,flow,and resistance in adults.Am Heart J,1987,113:1426～1436
, 百拇医药
6.Cooper MJ,Tyndall M,Silverman NH,et al.Evaluation of the responsiveness of elevated pulmonary vascular resistance in children by Doppler echocardiography.J Am Coll Cardiol,1988,12:470～475
7.Skinner JR,Boys RJ,Heads A,et al.Estimation of pulmonary arterial pressure in the newborn:Study of the repeatability of four Doppler echocardiographic techniques.Pediatr Cardiol,1996,17:360～369
8.Morera J,Hoadley SD,Roland M,et al.Estimation of the ratio of pulmonary to systemic prssures by pulsed-wave Doppler echocardiography for assessment of pulmonary arterial pressures.Am J Cardiol,1989,63:862～866
9.Bridges ND,Freed MD.Cardiac Catheterization.In:Moss AJ,Adamas FH.Heart and disease in infants,children and adolescents.5thed.Williams & Wilkins.1995,Ⅰ：310～347
10.刘 斌，王威琪，汪源源，等。利用改进的百分比法提取声谱图包络。声学技术，1998，17(1)：9～12
1999-06-24, http://www.100md.com