音频处理技术自动定量估测肺动脉压力、肺血流量及全肺阻力的研究
作者：张玉奇 陈树宝 孙锟 王荣发 郁怡 王威琪 汪源源 刘斌
单位：张玉奇 陈树宝 孙锟 王荣发 郁怡(上海第二医科大学附属新华医院上海儿童医学中心心内科 200127)；王威琪 汪源源 刘斌(复旦大学电子工程系)
关键词：超声心动描记术；多普勒；音频处理技术；肺楔压；肺动脉
中华超声影像学杂志000311
摘 要：目的 评价音频处理技术(ASPT)自动定量估测肺动脉收缩压(PASP)、平均压(PAMP)、肺血流量(QP)及全肺阻力(TPR)的准确性。方法 对60例先心病患儿,应用ASPT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PASP、PAMP、QP,按Poiseuille公式计算TPR,并与心导管测值对比。结果 ASPT估测PASP、PAMP、QP、TPR所需时间短于DE所需时间(P<0.01)。PASP、PAMP、QP、TPR的心导管测值与ASPT估测值高度相关(r=0.96、0.96、0.82、0.87,P<0.001),且重复性较好;与DE估测值中等程度相关(r=0.86、0.86、0.71、0.75,P<0.001)。结论 ASPT可准确地自动定量估测PASP、PAMP、QP、TPR。
, http://www.100md.com
Study on the auto-estimation of pulmonary artery pressure,flow and resistance by audio-signal processing technique
ZHANG Yuqi,CHEN Shubao,SUN Kun,et al.
(Department of Pediatric Cardiology,Shanghai Children's Medical Center,Xinhua Hospital,Shanghai Second Medical University,Shanghai 200127,China)
Abstract：Objective To assess the accuracy of audio-signal processing technique(ASPT) in noninvasive automatic estimation of systolic pulmonary arterial pressure(PASP),mean pulmonary arterial pressure(PAMP),flow(QP),and resistance(TPR).Methods Comparative studies among Doppler echocardiography(DE),ASPT and cardiac catheterization for predicting PASP,PAMP,QP,and TPR had been done in 60 children with congenital heart disease.Results ASPT-derived PASP,PAMP,QP,and TPR correlated closely with those measured by cardiac catheterization(r=0.95,0.96,0.82,0.87,P<0.001),and by DE(r=0.86,0.86,0.71,0.75,P<0.001).Conclusions PASP,PAMP,QP,and TPR could be auto-estimated noninvasively adopting modified FPA/FAO and poiseuille formula by ASPT.
, 百拇医药
Key words：Echocardiography,Doppler;Audio-signal processing technique;Pulmonary wedge pressure;Pulmonary artery▲
近年来,应用多普勒超声技术(DE)结合二维超声心动图估测肺动脉压力、肺血流量(QP)及全肺阻力(TPR)的研究较多,但因测算复杂费时,结果差异较大,临床应用受到限制[1-3]。本研究采用音频处理技术(ASPT)对主动脉、肺动脉血流的音频信号进行分析、处理及自动识别,探索应用ASPT自动定量估测肺动脉收缩压(PASP)、肺动脉平均压(PAMP)、QP和TPR的新方法。
资料与方法
一、研究对象
入院行心导管检查的患儿60例,经超声心动图及心导管检查明确诊断,其中房间隔缺损6例,室间隔缺损37例,房间隔缺损并室间隔缺损6例,完全性房室间隔缺损6例,完全性肺静脉异位引流4例,右冠状动脉右室瘘1例,除外心室流出道梗阻或房室传导阻滞患者。男31例,女29例,年龄6个月～12岁,平均5.8岁。心功能Ⅰ～Ⅱ级。
, 百拇医药
二、研究方法
1.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氧标本,应用HP 8890B型监护仪记录肺动脉收缩压(PASPC)、平均压(PAMPC),根据Fick法计算QPC,根据Poiseuille公式计算TPR∶TPRC=PAMPC/QPC。
2.多普勒超声心动图检查:应用HP SONOS 1000型超声仪,探头 3.5/2.7 MHz。同步记录心电图。患者取左侧卧位,取样容积 0.22 cm,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脉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:射血前期(PEP)、加速时间(AT)、射血时间(ET)和血流平均速度(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[4]估测肺动脉收缩压(PASPE)、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Poiseuille公式计算全肺阻力(TPRE)。所有指标均连续测量5个心动周期,然后取平均值。
, 百拇医药
3.音频处理技术检查: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Pentium 166电子计算机,经机内自行设计的音频处理模块、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Poiseuille公式自动估测肺动脉收缩压(PASPA)、平均压(PAMPA)、肺血流量(QPA)、全肺阻力(TPRA)[5,6],显示、打印并储存结果(图1)。以上指标均连续测量 10 s内所有心动周期,然后取平均值。
图1 系统框图
三、统计学处理
在10例患者中进行同一检查者和不同检查者的DE及ASPT检查,对比两种检查方法所需要的时间,评价两种估测方法的重复性[7]。数据用均数±标准差(
)表示,配对t检验及相关与回归分析应用Statpal软件包。
, http://www.100md.com
结 果
PASP、PAMP、QP、TPR的DE、ASPT估测值及心导管实测值见表1,PASP、PAMP、QP、TPR的心导管测值与DE、ASPT估测值间相关关系见表2。结果显示:PASP、PAMP、QP、TPR的心导管测值与ASPT估测值高度相关(P<0.01,r=0.96、0.96、0.82、0.87),与DE估测值中等程度相关(P<0.01,r=0.86、0.86、0.71、0.75)。DE及ASPT估测PAMP、QP、TPR的重复性评价见表3。结果显示:ASPT估测PAMP、QP、TPR肺动脉压所需时间为(5.1±1.7) min,明显短于DE估测所需时间(22.5±5.3) min,且有显著性差异(P<0.01);ASPT估测PAMP、QP、TPR的重复性优于DE(P<0.05)。
表1 PASP、PAMP、QP、TPR的DE、ASPT及心导管测值 指 标
, http://www.100md.com
测值()
范 围
PASPA(kPa)
6.87±3.05
2.13～16.00
PAMPA(kPa)
4.97±2.21
1.47～11.31
QPA(L/min)
5.82±2.60
, 百拇医药
1.60～15.60
TPRA(kPa.s/L)
57.67±29.88
16.80～144.80
PASPE(kPa)
6.87±2.78
3.00～16.53
PAMPE(kPa)
4.99±1.95
2.40～11.20
, http://www.100md.com
QPE(L/min)
8.17±4.18
3.10～20.50
TPRE(kPa.s/L)
44.28±23.37
12.00～101.04
PASPC(kPa)
7.47±3.02
2.67～14.67
PAMPC(kPa)
, http://www.100md.com
4.84±2.28
1.33～11.20
QPC(L/min)
5.16±2.69
1.65～18.80
TPRC(kPa.s/L)
61.70±30.28
20.00～128.80
表2 PASP、PAMP、QP、TPR的DE估测值与
心导管测值间相关分析 Y
, 百拇医药
X
r值
回归方程
P值
PASPA
PASPC
0.96
Y=0.9649 X-0.3397
0.3429
<0.001
PAMPA
, 百拇医药
PAMPC
0.96
Y=0.9338 X+0.4573
0.2050
<0.001
QPA
QPC
0.82
Y=0.7940 X+1.7252
0.4603
<0.001
, 百拇医药
TPRA
TPRC
0.87
Y=0.8545 X+4.9456
4.8432
<0.001
PASPE
PASPC
0.86
Y=0.7959 X+0.9226
0.5348
, http://www.100md.com
<0.001
PAMPE
PAMPC
0.86
Y=0.7370 X+1.4213
0.3287
<0.001
QPE
QPC
0.71
Y=0.1042 X+2.4715
, 百拇医药
0.9063
<0.001
PTRE
TPRC
0.75
Y=0.5760 X+8.7432
5.0352
<0.001
表3 DE及ASPT估测PAMP、QP、TPR的重复性评价 指 标
同一检查者(%)
不同检查者(%)
, 百拇医药
DE
ASPT
DE
ASPT
PAMP
9.46±14.90*
2.38±10.0
24.70±32.50*
3.73±17.70
QP
2.80±19.00*
, 百拇医药
4.82±9.96
13.80±26.70*
7.72±17.90
TPR
11.30±15.00*
6.57±11.0
40.40±36.10*
17.80±25.20
注:*P<0.05
讨 论
PASP、PAMP、QP、TPR是判断肺循环血液动力学的重要指标,对心血管疾病的诊治及预后判断具有重要意义。心导管检查可以获得这些数据,但为创伤性检查,复查随访不方便。因此,应用DE无创估测PASP、PAMP、QP、TPR一直是研究的热点。根据改良FPA/FAO法、容积血流检测技术及Poiseuille公式可无创估测PASP、PAMP、QP、TPR,但应用参数较多,手工测量误差大,计算复杂费时,重复性较差[4-6],临床应用受到一定限制。
, http://www.100md.com
音频处理技术(ASPT)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,由机内自行设计的音频处理模块、实时声谱块、自动识别模块进行分析、处理及自动识别,同步输入肱动脉收缩压、舒张压及肺动脉直径后,系统可根据改良FPA/FAO法、容积血流检测技术及Poiseuille公式对PASP、PAMP、QP、TPR进行自动定量估测[5,6]。由于ASPT可进行特征点的自动识别与所需参数的自动测量,自动定量估测肺循环血流动力学指标,有可能减少手工测量所造成的误差,缩短运算时间,提高该方法的准确性[5]。
为证实这一假设,我们对60例先心病患儿进行研究,结果发现:PASP、PAMP、QP、TPR的心导管测值与ASPT估测值高度相关(r=0.96、0.96、0.82、0.87),与DE估测值中等程度相关(r=0.86、0.86、0.71、0.75)。ASPT估测这些指标所需时间短于DE所需时间(P<0.01),且重复性较好(P<0.05),证明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Poiseuille公式,ASPT可准确地无创自动定量估测PASP、PAMP、QP、TPR,且具有操作简便省时、重复性好等优点。■
基金项目：上海市高等学校科学技术发展基金(ZX95-002)
参考文献：
[1]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.
, http://www.100md.com
[2]Graettinger WF,Greene ER,Voyles WF,et al.Doppler predictions of pulmonary artrey pressure,flow,and resistance in adults.Am Heart J,1987,113:1426-1436.
[3]Morera J,Hoadley SD,Roland M,et al.Estimation of the ratio of pulmonary to systemic pressure by pulsed-wave Doppler echocardiography for assessment of pulmonary arterial pressure.Am J Cardiol,1989,63:862-866.
[4]张玉奇,陈树宝,孙锟,等.肺动脉/主动脉血流时间间期比定量估测肺动脉压的研究.上海第二医科大学学报,1998,18:375-377.
, 百拇医药
[5]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,1998,17:9-12.
[6]Zhang YQ,Chen SHB,Sun K,et al.Study on noninvasive auto-estimation of pulmonary arterial pressures by Doppler echocardiography audio-signal processing system.Journal of CAUME,1999,5:101-104.
[7]Bland JM,Altman DG.Statistical methods for assessing agreement between two methods of clinical measurement.Lancet,1986,1:307-310.
(收稿日期：1999-01-15), 百拇医药
单位：张玉奇 陈树宝 孙锟 王荣发 郁怡(上海第二医科大学附属新华医院上海儿童医学中心心内科 200127)；王威琪 汪源源 刘斌(复旦大学电子工程系)
关键词：超声心动描记术；多普勒；音频处理技术；肺楔压；肺动脉
中华超声影像学杂志000311
摘 要：目的 评价音频处理技术(ASPT)自动定量估测肺动脉收缩压(PASP)、平均压(PAMP)、肺血流量(QP)及全肺阻力(TPR)的准确性。方法 对60例先心病患儿,应用ASPT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PASP、PAMP、QP,按Poiseuille公式计算TPR,并与心导管测值对比。结果 ASPT估测PASP、PAMP、QP、TPR所需时间短于DE所需时间(P<0.01)。PASP、PAMP、QP、TPR的心导管测值与ASPT估测值高度相关(r=0.96、0.96、0.82、0.87,P<0.001),且重复性较好;与DE估测值中等程度相关(r=0.86、0.86、0.71、0.75,P<0.001)。结论 ASPT可准确地自动定量估测PASP、PAMP、QP、TPR。
, http://www.100md.com
Study on the auto-estimation of pulmonary artery pressure,flow and resistance by audio-signal processing technique
ZHANG Yuqi,CHEN Shubao,SUN Kun,et al.
(Department of Pediatric Cardiology,Shanghai Children's Medical Center,Xinhua Hospital,Shanghai Second Medical University,Shanghai 200127,China)
Abstract：Objective To assess the accuracy of audio-signal processing technique(ASPT) in noninvasive automatic estimation of systolic pulmonary arterial pressure(PASP),mean pulmonary arterial pressure(PAMP),flow(QP),and resistance(TPR).Methods Comparative studies among Doppler echocardiography(DE),ASPT and cardiac catheterization for predicting PASP,PAMP,QP,and TPR had been done in 60 children with congenital heart disease.Results ASPT-derived PASP,PAMP,QP,and TPR correlated closely with those measured by cardiac catheterization(r=0.95,0.96,0.82,0.87,P<0.001),and by DE(r=0.86,0.86,0.71,0.75,P<0.001).Conclusions PASP,PAMP,QP,and TPR could be auto-estimated noninvasively adopting modified FPA/FAO and poiseuille formula by ASPT.
, 百拇医药
Key words：Echocardiography,Doppler;Audio-signal processing technique;Pulmonary wedge pressure;Pulmonary artery▲
近年来,应用多普勒超声技术(DE)结合二维超声心动图估测肺动脉压力、肺血流量(QP)及全肺阻力(TPR)的研究较多,但因测算复杂费时,结果差异较大,临床应用受到限制[1-3]。本研究采用音频处理技术(ASPT)对主动脉、肺动脉血流的音频信号进行分析、处理及自动识别,探索应用ASPT自动定量估测肺动脉收缩压(PASP)、肺动脉平均压(PAMP)、QP和TPR的新方法。
资料与方法
一、研究对象
入院行心导管检查的患儿60例,经超声心动图及心导管检查明确诊断,其中房间隔缺损6例,室间隔缺损37例,房间隔缺损并室间隔缺损6例,完全性房室间隔缺损6例,完全性肺静脉异位引流4例,右冠状动脉右室瘘1例,除外心室流出道梗阻或房室传导阻滞患者。男31例,女29例,年龄6个月～12岁,平均5.8岁。心功能Ⅰ～Ⅱ级。
, 百拇医药
二、研究方法
1.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氧标本,应用HP 8890B型监护仪记录肺动脉收缩压(PASPC)、平均压(PAMPC),根据Fick法计算QPC,根据Poiseuille公式计算TPR∶TPRC=PAMPC/QPC。
2.多普勒超声心动图检查:应用HP SONOS 1000型超声仪,探头 3.5/2.7 MHz。同步记录心电图。患者取左侧卧位,取样容积 0.22 cm,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脉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:射血前期(PEP)、加速时间(AT)、射血时间(ET)和血流平均速度(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[4]估测肺动脉收缩压(PASPE)、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Poiseuille公式计算全肺阻力(TPRE)。所有指标均连续测量5个心动周期,然后取平均值。
, 百拇医药
3.音频处理技术检查: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Pentium 166电子计算机,经机内自行设计的音频处理模块、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Poiseuille公式自动估测肺动脉收缩压(PASPA)、平均压(PAMPA)、肺血流量(QPA)、全肺阻力(TPRA)[5,6],显示、打印并储存结果(图1)。以上指标均连续测量 10 s内所有心动周期,然后取平均值。
图1 系统框图
三、统计学处理
在10例患者中进行同一检查者和不同检查者的DE及ASPT检查,对比两种检查方法所需要的时间,评价两种估测方法的重复性[7]。数据用均数±标准差(
)表示,配对t检验及相关与回归分析应用Statpal软件包。, http://www.100md.com
结 果
PASP、PAMP、QP、TPR的DE、ASPT估测值及心导管实测值见表1,PASP、PAMP、QP、TPR的心导管测值与DE、ASPT估测值间相关关系见表2。结果显示:PASP、PAMP、QP、TPR的心导管测值与ASPT估测值高度相关(P<0.01,r=0.96、0.96、0.82、0.87),与DE估测值中等程度相关(P<0.01,r=0.86、0.86、0.71、0.75)。DE及ASPT估测PAMP、QP、TPR的重复性评价见表3。结果显示:ASPT估测PAMP、QP、TPR肺动脉压所需时间为(5.1±1.7) min,明显短于DE估测所需时间(22.5±5.3) min,且有显著性差异(P<0.01);ASPT估测PAMP、QP、TPR的重复性优于DE(P<0.05)。
表1 PASP、PAMP、QP、TPR的DE、ASPT及心导管测值 指 标
, http://www.100md.com
测值(
)范 围
PASPA(kPa)
6.87±3.05
2.13～16.00
PAMPA(kPa)
4.97±2.21
1.47～11.31
QPA(L/min)
5.82±2.60
, 百拇医药
1.60～15.60
TPRA(kPa.s/L)
57.67±29.88
16.80～144.80
PASPE(kPa)
6.87±2.78
3.00～16.53
PAMPE(kPa)
4.99±1.95
2.40～11.20
, http://www.100md.com
QPE(L/min)
8.17±4.18
3.10～20.50
TPRE(kPa.s/L)
44.28±23.37
12.00～101.04
PASPC(kPa)
7.47±3.02
2.67～14.67
PAMPC(kPa)
, http://www.100md.com
4.84±2.28
1.33～11.20
QPC(L/min)
5.16±2.69
1.65～18.80
TPRC(kPa.s/L)
61.70±30.28
20.00～128.80
表2 PASP、PAMP、QP、TPR的DE估测值与
心导管测值间相关分析 Y
, 百拇医药
X
r值
回归方程
P值
PASPA
PASPC
0.96
Y=0.9649 X-0.3397
0.3429
<0.001
PAMPA
, 百拇医药
PAMPC
0.96
Y=0.9338 X+0.4573
0.2050
<0.001
QPA
QPC
0.82
Y=0.7940 X+1.7252
0.4603
<0.001
, 百拇医药
TPRA
TPRC
0.87
Y=0.8545 X+4.9456
4.8432
<0.001
PASPE
PASPC
0.86
Y=0.7959 X+0.9226
0.5348
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<0.001
PAMPE
PAMPC
0.86
Y=0.7370 X+1.4213
0.3287
<0.001
QPE
QPC
0.71
Y=0.1042 X+2.4715
, 百拇医药
0.9063
<0.001
PTRE
TPRC
0.75
Y=0.5760 X+8.7432
5.0352
<0.001
表3 DE及ASPT估测PAMP、QP、TPR的重复性评价 指 标
同一检查者(%)
不同检查者(%)
, 百拇医药
DE
ASPT
DE
ASPT
PAMP
9.46±14.90*
2.38±10.0
24.70±32.50*
3.73±17.70
QP
2.80±19.00*
, 百拇医药
4.82±9.96
13.80±26.70*
7.72±17.90
TPR
11.30±15.00*
6.57±11.0
40.40±36.10*
17.80±25.20
注:*P<0.05
讨 论
PASP、PAMP、QP、TPR是判断肺循环血液动力学的重要指标,对心血管疾病的诊治及预后判断具有重要意义。心导管检查可以获得这些数据,但为创伤性检查,复查随访不方便。因此,应用DE无创估测PASP、PAMP、QP、TPR一直是研究的热点。根据改良FPA/FAO法、容积血流检测技术及Poiseuille公式可无创估测PASP、PAMP、QP、TPR,但应用参数较多,手工测量误差大,计算复杂费时,重复性较差[4-6],临床应用受到一定限制。
, http://www.100md.com
音频处理技术(ASPT)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,由机内自行设计的音频处理模块、实时声谱块、自动识别模块进行分析、处理及自动识别,同步输入肱动脉收缩压、舒张压及肺动脉直径后,系统可根据改良FPA/FAO法、容积血流检测技术及Poiseuille公式对PASP、PAMP、QP、TPR进行自动定量估测[5,6]。由于ASPT可进行特征点的自动识别与所需参数的自动测量,自动定量估测肺循环血流动力学指标,有可能减少手工测量所造成的误差,缩短运算时间,提高该方法的准确性[5]。
为证实这一假设,我们对60例先心病患儿进行研究,结果发现:PASP、PAMP、QP、TPR的心导管测值与ASPT估测值高度相关(r=0.96、0.96、0.82、0.87),与DE估测值中等程度相关(r=0.86、0.86、0.71、0.75)。ASPT估测这些指标所需时间短于DE所需时间(P<0.01),且重复性较好(P<0.05),证明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Poiseuille公式,ASPT可准确地无创自动定量估测PASP、PAMP、QP、TPR,且具有操作简便省时、重复性好等优点。■
基金项目：上海市高等学校科学技术发展基金(ZX95-002)
参考文献：
[1]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.
, http://www.100md.com
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(收稿日期：1999-01-15), 百拇医药