正常國人心表面積256層動脈期增強CT測量

張 惠 劉 軍 尚 進

（西安交通大學第一附屬醫(yī)院醫(yī)學影像科，西安 710061）

心表面積是評價心形態(tài)學的重要參數(shù)。參考以往文獻，心表面積的測量仍然基于20世紀50年代胸部X 線片的心各徑線面積測量法[1]，而近年則鮮有相關研究報道。自1998年多層螺旋CT（multislice spiral CT，MSCT）問世，使得心CT 檢查成為了可能。近年來隨著MSCT 時間分辨率及空間分辨率的快速提高，使得對心形態(tài)的識別更準確，去除心肌運動偽影的能力更強，更容易獲得清晰的心圖像。因此，有必要通過MSCT 對正常國人的心表面積進行進一步大樣本分析，以獲得更加準確的中國人心表面積參考值范圍。

1 材料和方法

1.1 一般資料

納入標準：（1）受檢者行256 層心增強CT 掃描；（2）所有受檢者均為竇性心率，近6 個月無心血管疾病史，血壓無異常（＜140/90 mmHg）。排除標準：（1）碘造影劑過敏者；（2）胸部有器質性病變患者；（3）受檢者無法配合或屏氣不佳導致心圖像偽影嚴重無法測量。

采用回顧性橫斷面研究法。自2016年1月～2019年12月在本院行256 層心增強CT 檢查的受檢者中，篩選無心、大血管病變且心各房室顯示優(yōu)良者150 例，其中男85 例、女65 例，年齡18～68（43.30±13.96）歲，并按照不同年齡范圍分為5 組（表1）。

表1 150 例受檢者年齡、性別分布Tab 1 Age and gender distribution of 150 subjects

1.2 檢查方法

掃描設備采用飛利浦公司Brilliance 256ict，掃描前對患者進行嚴格呼吸訓練，心率過快的患者口服倍他樂克進行心率控制。掃描時患者取仰臥位，連續(xù)心電圖，單次呼氣末屏氣掃描，屏氣時間4～7 s，采用單筒高壓注射器以4.5 mL/s 的速度注入45～65 mL 非離子型對比劑碘海醇。應用造影劑濃度追蹤技術，在主動脈根部層面選擇感興趣區(qū)測CT 值。當感興趣區(qū)內CT 值超過110 HU時觸發(fā)。掃描參數(shù)：根據(jù)患者BM 值調整掃描電壓及電流，以盡量減小掃描劑量。管電流600～800 mAs，管電壓80～120 kV，準直寬度128×0.625 mm，螺 距0.16～0.2，旋轉時間270～330 ms，矩陣512×512。

1.3 圖像分割與測量

1.3.1 三維體數(shù)據(jù)場構建 將受檢者心薄層增強動脈期圖像導入3D Slicer 軟件，由2 位經驗豐富的CT 診斷醫(yī)師獨立進行心分割標注，手動逐層勾畫左心房、左心室、右心房、右心室邊界（圖1，見封二），構建全心（圖2，見封二）及各心房、心室三維體數(shù)據(jù)場（圖3、4，見封二）。

1.3.2 體數(shù)據(jù)濾波及轉換 通過高斯濾波使分割邊緣平滑，以提升后續(xù)計算精度。進一步對于體數(shù)據(jù)進行二值化處理以得到心分割區(qū)域的準確標記。

1.3.3 表面生成 通過Marching Cubes 算法將分割三維體數(shù)據(jù)場中標定心區(qū)域抽取出來，以拓撲形式連接成三角面片。逐個處理體數(shù)據(jù)場中的各個體元，并根據(jù)體元各個頂點的值來決定該體元內部等值面的構造形式。算法實現(xiàn)過程中，體元內等值面構造要經過以下2 個主要計算：體元中三角面片逼近等值面的計算、三角面片各頂點法向量的計算。

1.3.4 表面濾波 三角面片生成后產生的毛刺、平行邊等表面問題，需進一步對表面做平滑及濾波處理。同時，需對三角面片做簡化處理，以達到心形態(tài)不變的情況下數(shù)據(jù)量急劇降低。

1.3.5 表面積計算 心表面積就相當于三角剖分后所有三角面片的面積總和，通過Marching Cubes算法已得到每個三角面片3 個頂點的空間坐標，即可求出單個三角面片的面積，將所有三角面片的面積求和，即為心表面積。

1.4 統(tǒng)計學處理

應用SPSS 18.0 軟件進行數(shù)據(jù)分析，服從正態(tài)分布的計量資料以±s記錄。2 位醫(yī)師分析結果的一致性采用Kappa 檢驗；運用配對t檢驗比較男性、女性心表面積；運用SNK 檢驗比較不同年齡組之間差異。P＜0.05 為差異有統(tǒng)計學意義。

2 結果

2.1 一致性分析

2 位醫(yī)師對全心及心各心房、心室手動分割標注有較好的一致性（Kappa 值=0.782，P＜0.05）。

2.2 心表面積測量值

2.2.1 心表面積值 測得150例正常受檢者心表面積值為（598.45±49.97）cm2，其中左心房表面積（154.46±34.33）cm2，左心室表面積（220.06±38.72）cm2，右心房表面積（179.07±36.61）cm2，右心室表面積（190.06±36.61） cm2。不同性別心表面積及各心房、心室表面積對比見表2。

2.2.2 不同年齡階段正常受檢者全心表面積 分別測得5 組不同年齡階段正常受檢者全心表面積，18～28 歲組（558.00±29.14）cm2、29～38 歲組（577.40±29.73）cm2、39～48 歲組（596.62±25.37）cm2、49～58 歲組（616.12±21.57）cm2、59～68 歲組（622.41±22.41）cm2。各個年齡階段正常受檢者心表面積及各心房、心室表面積對比見表3。

表2 正常國人心表面積測量值及男、女性的比較（±s，cm2）Tab 2 Measurement of heart surface area of 150 normal Chinese people and comparison between men and women （±s，cm2）

表2 正常國人心表面積測量值及男、女性的比較（±s，cm2）Tab 2 Measurement of heart surface area of 150 normal Chinese people and comparison between men and women （±s，cm2）

*P＜0.5 vs male

Group Heart Surface Area Left atrium Left ventricle Right atrium Right ventricle Male 610.50±42.75 159.00±32.86 223.59±38.35 181.41±36.05 194.59±35.87 Female 580.86±47.13* 148.95±34.52 215.78±38.94 176.24±37.45 184.58±35.99 Total 598.45±49.97 154.46±34.33 220.06±38.72 179.07±36.61 190.06±36.61

表3 不同年齡階段心表面積比較（±s，cm2）Tab 3 Comparison of heart surface area at different ages （±s，cm2）

表3 不同年齡階段心表面積比較（±s，cm2）Tab 3 Comparison of heart surface area at different ages （±s，cm2）

*P＜0.05 vs 18-28

Age （year） n Heart Left atrium Left ventricle Right atrium Right ventricle 18-28 21 558.00±29.14 133.72±16.47 193.16±18.09 156.72±17.48 176.86±16.01 29-38 29 577.40±29.73 146.41±18.73* 221.05±18.45* 170.68±10.62 177.60±20.45 39-48 39 596.62±25.37* 156.63±17.16* 217.85±18.60* 174.81±18.16* 184.20±20.77 49-58 35 616.12±21.57* 162.37±17.30* 229.65±18.93* 188.60±17.36* 196.13±21.15*59-68 26 622.41±22.41* 165.98±18.67* 237.51±20.50* 194.13±20.06* 204.20±26.23*

2.2.3 心表面積及各房室面積隨年齡增長變化趨勢 通過比較不同年齡階段全心表面積及各房室面積并繪制線圖，可見隨著年齡增長，正常國人全心表面積及各心房、心室面積均呈緩慢上升趨勢（圖5，見封二）。

2.2.4 不同性別間心表面積隨年齡增長變化趨勢 男性全心表面積在不同年齡組中均高于女性全心表面積，同時隨年齡增長男女心表面積均呈上升趨勢（圖6，見封二）。

3 討論

心表面積及各心房、心室表面積可反映心形態(tài)和心腔容量，是評價心功能變化的一項重要指標[2]。MSCT 測量心表面積及各心房、心室表面積主要用于建立正常國人心表面積參考范圍，為評估心病變導致的心形態(tài)學及功能學變化提供依據(jù)。

目前，心表面積的測量仍采用的是汪紹訓等[1]提出的心面積測量法，通過X 線胸片測量心縱徑（右心緣升主動脈與右心房交點至心尖的垂直距離）及寬徑（右心房與右膈肌交點到肺動脈段與左心室交點的直線距離[3]），帶入公式?= 0.701 9縱徑（cm） ×寬徑（cm）+2.096（漢族）。此算法計算出的心表面積僅為心的二維投影面積，并不是心實際表面積。多層螺旋CT 與傳統(tǒng)X 線片相比，為容積掃描再重建，可多方位獲得人體精細結構，通過逐層勾畫心邊界，可以準確獲得心表面積的真實參考值。動脈期增強CT 掃描時，心腔及大血管內充盈造影劑，可與血管壁和心肌間形成明顯的密度差，其交界邊緣能夠被清楚顯示，因此能勾畫出各心房、心室的輪廓邊界[4]。同時本研究采用的256iCT 較以往的64 層螺旋CT 在研究心等方面有了很大進步，空間分辨率及時間分辨率明顯提高，能夠提供更高質量的圖像[5]。另外，256iCT 擁有更快的掃描速度及較小的射線輻射劑量[6]。

當前醫(yī)學影像三維重建方法主要包括兩大類：三維面繪制和三維體繪制。體繪制雖然能夠更真實地反映物體結構，但其運算量巨大，實際繪制時存在較大的局限性。因此，面繪制是目前醫(yī)學影像三維重建的主流算法。Marching Cubes 是經典的三維面繪制算法，由Lorensen 等[7-9]在1987年提出，因其原理簡單容易實現(xiàn)，得到了廣泛應用。

本項研究分析150 例受檢者的心增強動脈期CT 影像學資料，通過3D Slicer 軟件手動勾畫構建三維體數(shù)據(jù)場，運用Marching Cubes 算法首次計算出正常國人心表面積真實參考值（598.45±49.97）cm2。通過性別比較顯示，男性心表面積大于女性心表面積，且差異有統(tǒng)計學意義，左右心房、心室表面積男性、女性差異無統(tǒng)計學意義。通過對比不同年齡階段各組差異，顯示隨著年齡增長，心表面積及各心房、心室表面積均有不同程度增大，其中29～38 歲組中左心房、左心室表面積對比18～28 歲組差異有統(tǒng)計學意義，推測在全心表面積逐漸增大的過程中，左心表面積增大較早發(fā)生。

本研究存在以下不足：（1）盡管256iCT 在時間和空間分辨率方面有很大提高，仍然不能完全凍結心運動，部分運動偽影對于測量的準確性有一定影響；（2）150 例檢查者數(shù)據(jù)雖然能夠較為準確反映正常國人心表面積參考值，但作為建立數(shù)據(jù)庫數(shù)據(jù)量仍偏??；（3）CT 掃描有輻射損傷，這是CT 檢查的較大不足之處。

總之，本項研究完成了基于三維體數(shù)據(jù)測量心表面積的初步探索，并首次制定出256 層動脈期增強CT 正常國人心表面積及各心房、心室表面積參考值，為心臟疾病的診斷和治療提供重要依據(jù)。

圖1 手動勾畫左、右心房、心室（橫切面）。LA：左心房；LV：左心室；RA：右心房；RV：右心室.Fig 1 Manual drawing of left and right atria and ventricles（transverse section）.LA：The left atrium；LV：The left ventricle；RA：The right atrium；RV：The right ventricle.

圖2 心三維重建圖。A：前面觀；B：后面觀.Fig 2 3D reconstruction of the heart.A：Anterior aspect ；B：Posterior aspect.

圖3 左心三維重建圖。A：左心房；B：左心室；C：左心（正面觀）.Fig 3 3D reconstruction of the left heart.A：Left atrium；B：Left ventricle；C：The left heart（anterior aspect）.

圖4 右心三維重建圖。A：右心房；B：右心室；C：右心（正面觀）.Fig 4 3D reconstruction of the right heart.A：Right atrium；B：Right ventricle；C：The right heart（anterior aspect）.

圖5 心表面積及各房室面積隨年齡增長變化趨勢（±s，cm2）.Fig.5 Trends of heart surface area at different ages（±s，cm2）.

圖6 不同性別心表面積隨年齡增長變化趨勢（±s，cm2）.Fig.6 Trends of heart surface area of different genders with age（±s，cm2）.