CN1073394C - 二维体表超声测量右心室容积和功能的方法及其装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种二维体表测量右心室容积和功能的方法，该方法将超声探头置于患者胸骨左缘3、4肋间，声束平面与体轴线顺时针方向夹角成5°-15°，探查出右心室长轴切面，然后将探头转动90°，确定短轴切面。在短轴切面上取一厚度为1mm的切片，测出截面的面积和垂直高度，在长轴切面以同样厚度切出多个切片，测量其每个切片的垂直高度，由上述所测数据计算有心室舒张末期和收缩末期容量，进而计算右心室每搏输出量和射血分数。本发明还公开了一种二维体表测量右心室容量和功能的装置。

Description

二维体表超声测量右心室的容积和功能的方法及其装置

本发明涉及一种医学超声心动图学检查心脏功能的测量方法，更具体地，涉及一种用二维体表超声测量右心室的容积和功能的方法。本发明还涉及二维体表超声测量右心室的容积和功能的装置。

长期以来，如何用超声心动图术对右心室的结构和功能的评价一直是医学上为之探索的课题。一方面，从临床意义上来讲，对右心室的结构和功能作出准确的测量，正确的评价对估计肺动脉瓣狭窄、法乐氐四联症等先天性心脏病的严重程度及手术疗效的判断具有重要的意义。另一方面，由于右心室本身的结构形状较为复杂，且又位于胸骨之后造成难以用传统的超声心动图切面显示其全貌，进而也就难于对右心室的形状和功能作出准确的测量。即令如此，不少从事临床工作的，特别是从事超声临床工作的还是提出了不少力图解决上述课题的测量方法。

王旭等曾提出多平面经食管三维超声心动图测量右室游离壁心肌重量的方法(中国超声医学杂志，1997年，第13卷第1期，第3页至第5页)。这种方法是用特制的橡胶套套在多平面经食管超声探头的管体表面，涂上耦合剂，在喉镜监视下插入食管，将探头尖端定位于食管中段，使探头尖端前屈紧贴于食管前壁并经调整，直至超声束在0°-180°的旋转过程中能全面暴露自三尖瓣至右室流出道的所有右室结构，然后固定探头位置，自0°-180°依次旋转相控阵装置，每隔10°记录至少3个完整心动周期的切面图象。所获得的图象记录在录象带上，供嗣后脱机处理。这种方法要求在记录图象的同时还同步记录心电图。多平面经食管三维超声心动图测量右室游离壁心肌重量的方法能够较准确的测量右室容积和右室射血分数，但是，这种测量方法对患者需经受极大的痛苦，且具有一定的危险性，难于用于临床。

利用二维超声心动图来测量右心室容积也一直是超声临床工作者研究的一个方面。其中具有代表性的是双平面面积一长度法或Simpson氏法。这种方法虽不会给患者带来痛苦，但是，由于(1)右室形状不规则，仅通过简单的几何形状假设进行计算容量计算，误差较大；(2)要获得双平面面积-长度法或Spimpson氏法要求的两个互相垂直的切面图象较为困难；(3)所选取的切面图未能将右室流出道包括在内，因此，会造成容量低估。双平面面积-长度法或Simpson氏法不能满足临床上准确测量的要求。

发明人曾就超声测量腹部脏器体积提供了一种新的测量方法(中国超声基学杂志，1996年，第12卷第12期，第44页至第47页)。按照该方法，用超声探头横切被测脏器，得到一最大横切面，利用手动游标清晰钩画出切面轮廓并得出其面积S₀。然后将探头原位转90°，得到纵切最大的切面，并赋予适当的单位厚度，例如：1cm，由此，原横切面面积值变成了等数值的体积值。亦即原横切面变成具有高度为h₀，体积为v₀的切片，然后，再次用游标钩画出纵切图形轮廓，这时把该轮廓分割成平行排列的等单位宽度(例如：1mm)的，但具不同高度h的n个长方形。对于等厚度的不同的物体的体积之比是与其被测面的面积成正比，即 $\frac{V_0}{V_1}=\frac{{h_0}^2}{{h_1}^2}\frac{V_0}{V_2}=\frac{{h_0}^2}{{h_2}^2}\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\·\frac{V_0}{V_n}=\frac{{h_0}^2}{{h_n}^2}$

因此，所测腹部脏器的体积v为： $V=\mathrm{\ΣVi}=\frac{V_0}{h_c^2}\underset{i=1}{\overset{h}{\mathrm{\Σ}}}{\mathrm{hi}}^2$

因此，本发明的一个目的在于提供一种新的二维体表超声测量右心室容积和功能的方法。这种方法有效地克服了已有技术中存在的缺陷，且对患者不会带来任何危险。

本发明的另一个目的在于提供一种二维体表超体测量右心室容积和功能的装置。

本发明的二维体表超声测量右心室容积和功能的方法是按下列说明实现。

本发明的测量方法是一种二维体表超声双平面方法，且这两个平面是彼此垂直的。因此，首先要确定这两个平面的位置。先将超声探头置于患者胸骨左缘3、4肋间，使声束平面与体轴线顺时针方向夹角成5°-15°，探查出右室长轴切面，在该切面上的右室内膜轮廓应包括右室流出道，右室流入道和右室体部，图中三尖瓣消失，优选的是肺动脉瓣应清晰。然后，将探头转动90°，获得短轴切面。

在短轴切面上取一个切片，并设定单位厚度，通常取1mm，接着在超声心动图仪上测量出该切片的截面面积S₀(mm²)其体积V₀(mm³)与面积S₀在数值上是相等的。同时，在该切片上还测出垂直高度h₀。在长轴切面上取多个垂直的等厚度切片(注意：其厚度应与短轴切片厚度相等)对各个切片测出其垂直高度h₁,h₂,……h_n。由于在短轴上各切片是彼此相似的，且在长轴上的各切片是等厚度的，因此，它们分别得出相似图形面积之比与其相应的径线的平方成正比，和等厚度不同物体体积之比与其对应侧面面积成正比，所以，右心室的容积V为： $V=V_1+V_2+\·\·\·\·\·\·+V_n=\frac{V_0}{h_0^2}\underset{i=1}{\overset{n}{\mathrm{\Σ}}}{h}_i^2$

进而利用上述公式测量右心室舒张末期容积和收缩末期的容积差，该差即为每搏输出量。基于左右心室对于正常人的每搏输出量相等的原则，通过超声仪测量主动脉瓣环内径以及脉冲多普勒对每搏血流速度积分，求出左心室每搏输出量，并以此为参数值，即可判断右室每搏输出量是否正确。进而利用舒张末期容积与收缩末期的容差的差与舒张末期容积之比求出右室射血分数(EF)。

本发明的二维体表超声测量右心室容积和功能的装置包括一个超声心动图仪和一个与之相联接的计算机，和计算机联接的用于控制超声心动图仪和计算机操作的一个键盘和一个鼠标，以及作为结果输出装置的打印机，其特征在于：键盘键入启动计算机测量左心室每搏输出量指令后，通过超声心动图仪测量主动脉瓣环内径及脉冲多普勒对每搏血流积分，测得左心室每搏输出量；

右心室长轴切面是通过键盘键入启动计算机的一个取样指令后，将超声心动图仪上来自患者的右心室图象冻结，移动超声探头对患者胸骨左缘3、4肋间，移动过程中使声束平面与体轴线顺时针方向保持5°-15°之间探查得到，在该长轴切面上的内膜轮廓包括右室流出道，右室流入道和右室体部，图中三尖瓣消失，优选的肺动脉应清晰；

短轴切面是在键盘键入启动计算机的另一个取样指令后，将探头转动90°得到；

在键盘键入启动计算机测量短期切面上的一个厚度为1mm的切片的截面积和该截面的垂直高度指令后，由超声心动图仪测定该截面的面积S₀和垂直高度h₀；

在键盘键入启动计算机测量长轴切面上的多个厚度为1mm的切片的垂直高度指令后，由计算机测出各个切片的垂直高度hi；

在键盘键入启动计算机计算的指令时，计算机按下列公式计算舒张末期和收缩末期的右室容量V_舒张和V_收缩：

式中V₀、h₀和hi分别是舒张末期和收缩末期测得的值；

计算右室每搏输出量S_v：

S_v=V_舒张-V_收缩

将右室每搏是与左室每搏是比较，确定右室每搏量是否正确；

计算右心室射血分数EF：

通过键盘键入计算机打印指令后，计算机控制输出装置，如打印机打印。

本发明的二维体表超声测量右心室容积和功能的方法及其装置通过下面结合附图所作的详细说明将会更加清楚：

图1是按照本发明的二维体表超声测量右心室容积功能的方法在右心室切出的长轴切面的透视图；

图2是按照本发明的二维体表超声测量右心室容积和功能的方法在右心室切出的短轴切面的透视图，说明每个切片是彼此相似的；

图3是右心室长轴切面收缩末期和舒张末期的内膜轮廓；

图4是右心室短轴切面收缩末期和舒张末期的内膜轮廓；

图5是按照本发明的二维体表超声测量右心室容积和功能的方法的流程图；

图6是按照本发明的二维体表超声测量右心室容积和功能的装置的原理示意图。

首先，参照图5说明本发明的二维体表超声测量右心室容积和功能的方法的测量流程，如图所示，在步骤S100，将超声心动图仪和计算机联接并起动，使两者同步显示动态超声图像。使超声心动图仪和计算机处于行命状态。引入被检病人，进入步骤S102，在该步骤询问并输入病人的一般资料，包括姓名、性别，年龄和病史等，同时输入由超声心动图仪测量的主动脉瓣环内径以及脉冲多普勒的每搏血流速度积分所求出的左心室每搏输出量。然后进入步骤S103，将图象冻结，通过计算机键盘键入“舒张末期取样”指示，此时移动超声探头置于患者胸骨左缘3、4肋间，移动过程中使声束平面与体轴线顺时针方向夹角保持在5°-15°之间，探查出右室长轴切面，如图1所示。在完成上述步骤后，程序进入步骤S104，用计算机鼠标钩画出右心室舒张末期长轴切面内膜轮廓，如图3中曲线A所示，该内膜轮廓包括右心室流出道，右心室流入道和右室体部，图中三尖瓣消失，优选的是肺动脉应清晰。在钩画出右心室舒张末期长轴切面内膜轮廓后，进入步骤S105，将心电图信号引入超声仪，选择心电图波形的R波顶点后0.3秒内的最大的超声图象面积。再在计算机键盘键入收缩末期取样指令S106，此时如同形成舒张末期长轴切面相同的操作方法形成右心室收缩末期长轴切面。接着进入步骤S107，在计算机用鼠标钩画出收缩末期长轴切面内膜轮廓，如图3中的曲线B。所钩画出的收缩期长轴切面内膜要求和舒张期长轴切面内膜钩画的要求相同，但由于心脏处于收缩期，其轮廓应小于舒张期末期的图象，而形状上两者相似。在钩画出收缩末期长轴切面内膜轮廓后进入步骤S108，再次引入心电图信号，取T波顶点后0.3秒内的超声图象的最小面积。然后，进入步骤S109，在该步骤所完成的是以超声仪上的图象比例一致。进入步骤S110，首先将探头原地转动90°，以获取右心室短轴切面，然后分别测量右心室短轴切面的一个切片在舒张末期和收缩末期的截面积，即图4中曲线A¹和B¹所包括的面积还分别测量舒张末期和收缩末期的垂直高度h₀和h₀ ¹，并将测量的结果输入计算机。然后步骤进入步骤S111，在该步骤，在长轴切面内测定等厚度的各了切片的高度，同样，它包括舒张末期和收缩末期的垂直高度hi(i=1,2,……n),hi¹(i=1,2,……,n)。当所有的数据，包括右心室横截面在舒张末期和收缩末期的面积S₀和S₀ ¹(由于切片的厚度为1mm所以，切片的体积V₀和V₀ ¹在数值上与S₀和S₀ ¹相等)，和长轴切面上的各切片的垂直高度hi和hi¹均已取出后，进入步骤S113，在该步骤分别计算舒张末期容积V_舒张，收缩末期容积V_收缩，右心室每搏输出量并将计算结果显示。程序进入步骤S114，在步骤对S113步骤所获得的数据进行检查，如前所述，正常人的左、右两室每搏输出量应该是相同的，如果右室的每搏输出量是左室每搏输出量(在步骤S102中已测定)的±20％之内，则认为所测结果是可接受的，程序在步骤S115结束。如果超出上述范围，则认为测量结果可疑，程序将重新返回步骤S102，重新进行测试，直至步骤S114确认步骤S113的测量结果，进入步骤S115，整个程序结束。

接下去参照图6，说明本发明的二维体表超声测量右室容积和功能的装置。

如图所示，超声心动图仪200和计算机300联机，同步显示动态图象。需要说明的是图中对计算机除与之相联接的外部设备外，以程序流程图形式表示。超声心动图仪200通过导线联接的超声探头201置于在检查床上的患者P的体表上以检测右心室的图象。调出新病人程序302通过键盘301键入病人的一般资料，如姓名、性别、年龄、病史等，并存入计算机内，而超声心动图仪200对患者P测量主动脉瓣环内径及脉冲多普勒的每搏血流速度积分，以求出左室每搏输出量，所得结果存入计算机300内和/或在屏上显示。通过键盘301键入舒张末期取样后，启动计算机300的舒张末期样指令程序303，在该指令下，超声心动图仪200将来自患者的图象冻结，如图中202所示，冻结图象后，将超声探头201移到患者P的胸骨3、4肋间，移动过程中使声束平面与体轴线顺时针方向保持在5°-15°之间，探查出右室长轴切面，该切面应包括右室流出道、右室流入道和右室体部，而图中三尖瓣消失，优选的是肺动脉清晰。由键盘301启动程序305，然后移动鼠标304钩画出右室舒张末期长轴切面内膜轮廓，并示于计算机300的屏上，如图3曲线A所示。由键盘301键入启动程序306，由超声心动图仪200中的心电图仪部份203供给的患者P的心电图信号，选取R波顶后0.3秒内超声图象面积最大者。由键盘301键入收缩末期取样指令启动计算机300的收缩末期取样程序307，该程序的启动与舒张末期取样程序303启动一样，只是前者所获得是收缩末期长轴切面。当获取长轴切面，由键盘301键入启动程序308，用鼠标304钩画出收缩末期右心室内膜轮廓，并示于计算机300屏上，也就是在图3中曲线B所示，这时它与该图中的曲线A一起构成右室内膜腊轮廓由舒张末端到收缩末端或与之相反的变化范围，由键盘301键入启动程序309，由超声心动图仪200中的心电图仪部份203供给的患者P的心电图信号，选取T波顶后0.3秒内超声图象面积最小者。通过键盘301键入定标指令，启动程序310使计算机300超声心动图仪200在标尺上一致。

由键盘301键入程序311，将超声心动图仪200的探头原地转动90°，从而获得右心室的短轴切面，所获得的短轴切面的特征是任何一个切面都是相似的。由键盘301键入后，启动程序312，由S₀超声心动图仪200分别测量右室在舒张末期和收缩末期的截面积和S₀ ¹，即图4中曲线A¹和B¹分别所包括的面积，由于所取切片厚度为1mm，所以切片的体积V₀,V₀ ¹在数值上等于S₀和S₀ ¹。还分别测量舒张末期和收缩末期的垂直高度h₀和h₀ ¹(示于图4)，并将上述测量结果输入计算机300。接着由键盘301键入启动程序313，测定长轴的切面在舒张末期和收缩末期的垂直高度hi和h¹i(i=1,2,……,n)，并输入计算机300。在此必须说明，在测定长轴切面在舒张末期和收缩末期的垂直高度时，是将该切面分成n个等厚度的切片，其厚度必需等于在短轴切面上所作切片的厚度，也就是说，厚度应为1mm。由键盘键入启动程序314，计算机300在确认程序312和313所获得的数据V₀,V₀ ¹,h₀,h₀ ¹,hi(i=1,2,……,n),hi¹(i=1,2,……,n)。确认后，按下列公式分别计算舒长期末和收缩期末的右室容积V_舒张和V_收缩

进而通过计算所得的舒张末期和收缩末期的容积V_舒张和V_收缩计算右室每搏输出量

S_v ¹=V_舒张-V_收缩将计算所得的右室每搏输出量S_v与前述测得的并存入计算机300内的和/或显示在屏上的左室每搏输出量S_v比较。对于正常人S_v ¹=S_v；但是S_v ¹在S_v的正负20％范围内，仍认为是可接受的。

上述的计算结果通过打印机315打印输出。

虽然本发明的二维体表超声测量右心室的容积和功能的方法及超声诊断装置通过上述说明和对实施例的详细说明，但是，应该明白，对于本专业的技术人员可以在上述的基础上作出各种交换和改进，例如，本发明的方法和装置虽存在一定程序的人机联合操作，如果对它(们)改进成进一步能自动操作的，甚至由一个软件来实现自动操作完全是可能的。对于本发明的装置尽管是超声心动图仪和计算机是分离的，但不言而谕，把它们结合成一体成为含计算机的超声心动图仪也是完全可能的，因此，这些变换和改进对本专业技术人员都是显而易见的，因为它们都没有脱离本发明的精神和范围。本发明的保护范围将由所附的权利要求书予以限定。

Claims (3)

1．一种二维体表超声测量右心室容积和功能的方法，包括如下步骤：

将超声探头置于患者胸骨左缘3、4肋间，使声束平面与体轴线顺时方向成5°-15°；探查出右心室长轴切面，在该切面上的右室内膜轮廓包括右室流出道，右室流入道和右室体部，图中三尖瓣消失，肺动脉清晰；

将超声探头转动90，获得短轴切面；

在短轴切面上取一个切片，该切片厚度为1mm，用超声心动图仪测量出该切片的截面面积S₀(mm²)，即获该切片的体积V₀(mm³)，和该截面的垂直高度h₀；

在长轴切面上取多个垂直的，厚度为1mm的切片，用计算机测出各个切片的垂直高度hi(i=1,2,……,n)；

用相同的公式分别计算舒张末期和收缩末期的右室容积V_舒张和V_收缩，

其中V₀、h₀、h_i分别是在舒张末期和收缩末期测得的值；

用超声心动图仪测量主动脉瓣环内径以及脉冲多普勒对每搏血流速度积分，得出左心室每搏输出量：

计算右心室每搏输出量S_V，

S_V=V_舒张-V_收缩并与左心室每搏输出量比较；

计算右心室射血分数EF，

2．按权利要求1所述的方法，其中进一步包括下列步骤：

将超声心动图仪和计算机联接并起动，使两者同步显示动态超声图像；

向计算机输入病人的一般资料，和由超声心动图仪测量的主动脉瓣膜内径以及脉冲多普勒的每搏血流速度积分所求出的左心室每搏输出量；

在舒张末期取样指令下，将超声探头置于患者胸骨左缘3、4肋间，移动过程中使声束平面与体轴线顺时针方向夹角保持在5°-15°之间，以探查右心室长轴切面；

用鼠标构画出右心室舒张末期在长轴切面上的内膜轮廓，该轮廓包括右心室流出道，右心室流入道和右心室体部，图中三尖瓣消失，肺动脉清晰；

输入心电图信号，选择心电图波形的R波顶点后0.3秒内的最大的超声图像面积，

在收缩末期取样指令下，形成右心室收缩末期长轴切面；

用鼠标构现出收缩末期的长轴切面内的内膜轮廓；

输入心电图信号，选择心电图波形的T波顶点后0.3秒内的最小超声图像面积；

调节计算机的图像比例，使之与超声心动图仪上的图像比例一致；

将超声探头原地转90°，获得右心室短轴切面；

测量短轴切面的一个厚度为1mm的切片在舒张末期和收缩末期的截面积S₀和S₀，和该截面舒张末期和收缩末期的垂直高度h₀和h₀；

测量长轴切面内的多个厚度为1mm的切片在舒张末期和收缩末期垂直高度h₀和h₀；

计算右心室舒张末期容积V_舒张和收缩末期容积V_收缩；

计算右心室每搏输出量SVSV=V_舒张-V_收缩并将计算结果与左心室每搏输出量比较；

计算右心室射血分数EF：打印计算结果。

3．一种二维体表测量右心室容积和功能的装置，包括一个超声心动图仪和一个与之相联接的计算机，和与计算机相联接的用于控制超声心动图仪和计算机操作的一个键盘和一个鼠标，以及一个输出装置，其特征在于还包括一个软件，该软件包括：

按照由计算机在超声心电动图仪所获得的右心室的短轴切面的一个厚度为1mm的切片测得的截面积S₀(mm²)，亦即该切片的体积V₀(mm³)和该截面的垂直高度h₀(mm)，和长轴切面上的多个厚度为1V₀(mm³)的切片的垂直高度hi(i=1,2,……,n)(mm)，首先按下式计算舒张末期和收缩末期的右心室容量V_舒张和V_收缩

然后按下式计算右心室每搏输出量S_V，

S_V=V_舒张-V_收缩

再按下式计算右心室射血分数EF，

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