张 惠 刘 军 尚 进

（西安交通大学第一附属医院医学影像科，西安 710061）

心表面积是评价心形态学的重要参数。参考以往文献，心表面积的测量仍然基于20世纪50年代胸部X 线片的心各径线面积测量法[1]，而近年则鲜有相关研究报道。自1998年多层螺旋CT（multislice spiral CT，MSCT）问世，使得心CT 检查成为了可能。近年来随着MSCT 时间分辨率及空间分辨率的快速提高，使得对心形态的识别更准确，去除心肌运动伪影的能力更强，更容易获得清晰的心图像。因此，有必要通过MSCT 对正常国人的心表面积进行进一步大样本分析，以获得更加准确的中国人心表面积参考值范围。

1 材料和方法

1.1 一般资料

纳入标准：（1）受检者行256 层心增强CT 扫描；（2）所有受检者均为窦性心率，近6 个月无心血管疾病史，血压无异常（＜140/90 mmHg）。排除标准：（1）碘造影剂过敏者；（2）胸部有器质性病变患者；（3）受检者无法配合或屏气不佳导致心图像伪影严重无法测量。

采用回顾性横断面研究法。自2016年1月～2019年12月在本院行256 层心增强CT 检查的受检者中，筛选无心、大血管病变且心各房室显示优良者150 例，其中男85 例、女65 例，年龄18～68（43.30±13.96）岁，并按照不同年龄范围分为5 组（表1）。

表1 150 例受检者年龄、性别分布Tab 1 Age and gender distribution of 150 subjects

1.2 检查方法

扫描设备采用飞利浦公司Brilliance 256ict，扫描前对患者进行严格呼吸训练，心率过快的患者口服倍他乐克进行心率控制。扫描时患者取仰卧位，连续心电图，单次呼气末屏气扫描，屏气时间4～7 s，采用单筒高压注射器以4.5 mL/s 的速度注入45～65 mL 非离子型对比剂碘海醇。应用造影剂浓度追踪技术，在主动脉根部层面选择感兴趣区测CT 值。当感兴趣区内CT 值超过110 HU时触发。扫描参数：根据患者BM 值调整扫描电压及电流，以尽量减小扫描剂量。管电流600～800 mAs，管电压80～120 kV，准直宽度128×0.625 mm，螺 距0.16～0.2，旋转时间270～330 ms，矩阵512×512。

1.3 图像分割与测量

1.3.1 三维体数据场构建 将受检者心薄层增强动脉期图像导入3D Slicer 软件，由2 位经验丰富的CT 诊断医师独立进行心分割标注，手动逐层勾画左心房、左心室、右心房、右心室边界（图1，见封二），构建全心（图2，见封二）及各心房、心室三维体数据场（图3、4，见封二）。

1.3.2 体数据滤波及转换 通过高斯滤波使分割边缘平滑，以提升后续计算精度。进一步对于体数据进行二值化处理以得到心分割区域的准确标记。

1.3.3 表面生成 通过Marching Cubes 算法将分割三维体数据场中标定心区域抽取出来，以拓扑形式连接成三角面片。逐个处理体数据场中的各个体元，并根据体元各个顶点的值来决定该体元内部等值面的构造形式。算法实现过程中，体元内等值面构造要经过以下2 个主要计算：体元中三角面片逼近等值面的计算、三角面片各顶点法向量的计算。

1.3.4 表面滤波 三角面片生成后产生的毛刺、平行边等表面问题，需进一步对表面做平滑及滤波处理。同时，需对三角面片做简化处理，以达到心形态不变的情况下数据量急剧降低。

1.3.5 表面积计算 心表面积就相当于三角剖分后所有三角面片的面积总和，通过Marching Cubes算法已得到每个三角面片3 个顶点的空间坐标，即可求出单个三角面片的面积，将所有三角面片的面积求和，即为心表面积。

1.4 统计学处理

应用SPSS 18.0 软件进行数据分析，服从正态分布的计量资料以±s记录。2 位医师分析结果的一致性采用Kappa 检验；运用配对t检验比较男性、女性心表面积；运用SNK 检验比较不同年龄组之间差异。P＜0.05 为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一致性分析

2 位医师对全心及心各心房、心室手动分割标注有较好的一致性（Kappa 值=0.782，P＜0.05）。

2.2 心表面积测量值

2.2.1 心表面积值 测得150例正常受检者心表面积值为（598.45±49.97）cm2，其中左心房表面积（154.46±34.33）cm2，左心室表面积（220.06±38.72）cm2，右心房表面积（179.07±36.61）cm2，右心室表面积（190.06±36.61） cm2。不同性别心表面积及各心房、心室表面积对比见表2。

2.2.2 不同年龄阶段正常受检者全心表面积 分别测得5 组不同年龄阶段正常受检者全心表面积，18～28 岁组（558.00±29.14）cm2、29～38 岁组（577.40±29.73）cm2、39～48 岁组（596.62±25.37）cm2、49～58 岁组（616.12±21.57）cm2、59～68 岁组（622.41±22.41）cm2。各个年龄阶段正常受检者心表面积及各心房、心室表面积对比见表3。

表2 正常国人心表面积测量值及男、女性的比较（±s，cm2）Tab 2 Measurement of heart surface area of 150 normal Chinese people and comparison between men and women （±s，cm2）

表2 正常国人心表面积测量值及男、女性的比较（±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 不同年龄阶段心表面积比较（±s，cm2）Tab 3 Comparison of heart surface area at different ages （±s，cm2）

表3 不同年龄阶段心表面积比较（±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 心表面积及各房室面积随年龄增长变化趋势 通过比较不同年龄阶段全心表面积及各房室面积并绘制线图，可见随着年龄增长，正常国人全心表面积及各心房、心室面积均呈缓慢上升趋势（图5，见封二）。

2.2.4 不同性别间心表面积随年龄增长变化趋势 男性全心表面积在不同年龄组中均高于女性全心表面积，同时随年龄增长男女心表面积均呈上升趋势（图6，见封二）。

3 讨论

心表面积及各心房、心室表面积可反映心形态和心腔容量，是评价心功能变化的一项重要指标[2]。MSCT 测量心表面积及各心房、心室表面积主要用于建立正常国人心表面积参考范围，为评估心病变导致的心形态学及功能学变化提供依据。

目前，心表面积的测量仍采用的是汪绍训等[1]提出的心面积测量法，通过X 线胸片测量心纵径（右心缘升主动脉与右心房交点至心尖的垂直距离）及宽径（右心房与右膈肌交点到肺动脉段与左心室交点的直线距离[3]），带入公式ŷ= 0.701 9纵径（cm） ×宽径（cm）+2.096（汉族）。此算法计算出的心表面积仅为心的二维投影面积，并不是心实际表面积。多层螺旋CT 与传统X 线片相比，为容积扫描再重建，可多方位获得人体精细结构，通过逐层勾画心边界，可以准确获得心表面积的真实参考值。动脉期增强CT 扫描时，心腔及大血管内充盈造影剂，可与血管壁和心肌间形成明显的密度差，其交界边缘能够被清楚显示，因此能勾画出各心房、心室的轮廓边界[4]。同时本研究采用的256iCT 较以往的64 层螺旋CT 在研究心等方面有了很大进步，空间分辨率及时间分辨率明显提高，能够提供更高质量的图像[5]。另外，256iCT 拥有更快的扫描速度及较小的射线辐射剂量[6]。

当前医学影像三维重建方法主要包括两大类：三维面绘制和三维体绘制。体绘制虽然能够更真实地反映物体结构，但其运算量巨大，实际绘制时存在较大的局限性。因此，面绘制是目前医学影像三维重建的主流算法。Marching Cubes 是经典的三维面绘制算法，由Lorensen 等[7-9]在1987年提出，因其原理简单容易实现，得到了广泛应用。

本项研究分析150 例受检者的心增强动脉期CT 影像学资料，通过3D Slicer 软件手动勾画构建三维体数据场，运用Marching Cubes 算法首次计算出正常国人心表面积真实参考值（598.45±49.97）cm2。通过性别比较显示，男性心表面积大于女性心表面积，且差异有统计学意义，左右心房、心室表面积男性、女性差异无统计学意义。通过对比不同年龄阶段各组差异，显示随着年龄增长，心表面积及各心房、心室表面积均有不同程度增大，其中29～38 岁组中左心房、左心室表面积对比18～28 岁组差异有统计学意义，推测在全心表面积逐渐增大的过程中，左心表面积增大较早发生。

本研究存在以下不足：（1）尽管256iCT 在时间和空间分辨率方面有很大提高，仍然不能完全冻结心运动，部分运动伪影对于测量的准确性有一定影响；（2）150 例检查者数据虽然能够较为准确反映正常国人心表面积参考值，但作为建立数据库数据量仍偏小；（3）CT 扫描有辐射损伤，这是CT 检查的较大不足之处。

总之，本项研究完成了基于三维体数据测量心表面积的初步探索，并首次制定出256 层动脉期增强CT 正常国人心表面积及各心房、心室表面积参考值，为心脏疾病的诊断和治疗提供重要依据。

图1 手动勾画左、右心房、心室（横切面）。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.

图2 心三维重建图。A：前面观；B：后面观.Fig 2 3D reconstruction of the heart.A：Anterior aspect ；B：Posterior aspect.

图3 左心三维重建图。A：左心房；B：左心室；C：左心（正面观）.Fig 3 3D reconstruction of the left heart.A：Left atrium；B：Left ventricle；C：The left heart（anterior aspect）.

图4 右心三维重建图。A：右心房；B：右心室；C：右心（正面观）.Fig 4 3D reconstruction of the right heart.A：Right atrium；B：Right ventricle；C：The right heart（anterior aspect）.

图5 心表面积及各房室面积随年龄增长变化趋势（±s，cm2）.Fig.5 Trends of heart surface area at different ages（±s，cm2）.

图6 不同性别心表面积随年龄增长变化趋势（±s，cm2）.Fig.6 Trends of heart surface area of different genders with age（±s，cm2）.