第三章 研究方法與步驟
3.1 研究架構
本研究流程主要分為五大部份，研究流程圖如圖五。(一)輸入 MDCT 動態影像；(二) 將影像分為兩個不同的組別，一組為原始影像，另一組為由心底到心尖所繪長軸，且以 長軸為中心旋轉後的後處理影像(圖 8)；(三)使用五種常見的幾何估算法與逐張手繪的方 式，對總共 10 個 Phase 的左心室，進行體積的估算；(四) 再將所得到的結果進行相關 性統計分析，包含有差異性分析，T 檢定、ANOVA 檢定；與相關性分析，相關係數、
迴歸分析；(五)將統計後的結果整理之後，將會得到預期的結果。
圖 7、研究流程圖
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圖 8、原始取像(上列)與經過旋轉影像(下列) 3.2 MDCT 影像
什麼是多切面電腦斷層掃描儀 ( MDCT)？多切面電腦斷層是一種利用 X-ray 掃描 心臟的非侵入性影像儀器。現在的電腦斷層已經可以達到多顆掃描偵測頭(Multiple
Detector)，切數越多就是代表偵測的探頭數越多：如 64 切、256 切甚至到 640 切。
舉 64 切面電腦斷層掃描儀為例，利用儀器上的 64 個掃瞄偵測頭，每轉一圈只需 0.35 秒就可得到 64 張圖像，其影像解析度可達 0.33mm 的精細程度。
3.3 5 種估算左心室體積的方法
在本研究中所使用到的幾何估算方式，分別是 Single-plane area-length technique (SPA)(圖 10)、Modified Simpson technique (MST)(圖 11)、Biplane area-length technique (BPA)(圖 12)、Cylinder method(Hemi-ellipse)(圖 13)、Teichholz method(圖 14)，總共 5
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種方法[8, 9]。有關於各個方法的計算公式如表 2 及圖 9 所示。Area 代表四個腔室或兩 個腔室切面左心室面積(如圖九左上或右上)、L 代表兩(四)個腔室切面左心室長軸(如圖
9 左上)、Base.Area 代表基底短軸左心室之面積(如圖 9 左下)、Mid.Area 代表中段短軸 左心室之面積(如圖 9 右下)、Hor.Area 代表四個腔室切面左心室面積(如圖 9 右上)、
Ver.Area 代表兩個腔室切面左心室面積(如圖 9 左上)、D 代表中段短軸左心室之直徑(如 圖 9 右下)。
圖 9、五種方法使用公式符號之說明
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表 2、計算 LVEF 的方法與公式
名稱
公式 Single-plane area-length technique
Modified Simpson technique
Biplane area-length technique
Cylinder method(Hemi-ellipse)
Teichholz method
圖 10、Single-plane area-length technique(SPA)量測示意圖
圖 11、Modified Simpson technique(MST)量測示意圖 Area
Base
Area Mid
Length Length
Area
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圖 12、Biplane area-length technique(BPA)量測示意圖
Area
圖 13、Cylinder method(Hemi-ellipse)量測示意圖
圖 14、Teichholz method 量測示意圖
D
Length Hor.Area
Ver.Area
Area
Length Length
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除了上述五種幾何估算方式以外，還搭配逐張手繪的方式，且皆為同一個人完成，
藉以降低因不同人繪製所造成的誤差。逐張手繪的示意圖如圖 15，而本研究也以逐張 手繪的方式視為金標準(GOT, Golden of Truth)。
圖 15、手繪方式模擬圖
逐張手繪的操作方式，首先選擇原始未經影像後處理技術，2mm 厚度的心臟軸狀 面影像，與經過多平面數位重建(Multi Planar Reformat, MPR)所處理過後以心底到心尖 的長軸為中心後處理的影像，再將此後處理過後的影像逐張手繪，將可得到兩種不同的 結果。沿著心臟內膜與瓣膜由人工判斷心室部分進行手繪，而分別繪製整個心臟心跳週 期 10 個相位的體積，利用影像後處理軟體 OsiriX 進行後處理將可以得到估算的體積，
再利用下列公式(1)，其中 EDV(Volume of End of Diastolic Phase, EDV)為舒張最大時的 左心室容積；ESV(Volume of End of Systolic Phase, ESV)為收縮最小時的左心室容積。計 算左心室心搏輸出率 LVEF。參考美國心臟協會所提供的 LVEF 分級(如表 3)，將 LVEF
表 3、 LVEF 分級表 3
LVEF normal range
Normal
55-75%Mild
45-54%Moderate
30-44%Severe
<30%3.4 統計分析
使用的統計方法初步規劃有三種，配對樣本 T 檢定、Pearson 相關性分析、迴歸分 析，與 M-A Plot (Bland–Altman Plot)。
(一) T 檢定與 ANOVA 檢定：T 檢定用於固定方法比較旋轉與否之 LEVF 是否有顯著差
3 參考資料來源：http://www.heart.org/
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第四章 結果
4.1 M-A Plot (Bland–Altman Plot)
M-A Plot (Bland–Altman Plot) 比較兩種臨床方法的一致性(Agreement) ，評估 5 種 幾何 LVEF 估算方法與逐張手繪的方式(GOT)是否一致；其值越接近 0 代表估算方法所
i
LV 與 GOT 相比結果為 0.127 普遍大於 GOT 之 LV； Cylinder method(Hemi-ellipse)方法 估算 10 個相位之 LVEF 與 GOT 相比結果為 0.123 普遍大於 GOT 之 LVEF；Teichholz 方法估算 10 個相位之 LV 與 GOT 相比結果為 0.075 大於 GOT 之 LV。
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(2) 經影像旋轉處理後的 GOT 與五種方法 LVEF 之 M-A Plot
由圖 17 座標落點得知 SPA 方法估算 10 個相位之 LV 與 GOT 相比結果為-0.06 小於 GOT 之 LV； MST 方法估算 10 個相位之 LV 與 GOT 相比結果為-0.12 小於 GOT 之 LV；
BPA 方法估算 10 個相位之 LV 與 GOT 相比結果為 0.04 最接近於 0 值，所以與 GOT 之 LV 相近； Cylinder (Hemi-ellipse)方法估算 10 個相位之 LVEF 與 GOT 相比結果 0.16，
普遍大於 GOT 之 LVEF； Teichholz 方法估算 10 個相位之 LVEF 與 GOT 相比結果為 0.26，
普遍大於 GOT 之 LVEF。
由圖 16-17 得知，GOT 與 5 種方法 LVEF 之 MA- Plot 在未經旋轉影像中 M-A Plot 圖 16、未經影像旋轉處理的 GOT 與五 種方法 LVEF 之 M-A Plot；(A)為 SPA、
(B)為 MST、(C)為 BPA、(D)為 Cylinder、
(E)為 Teichholz。
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由座標落點得知方法 MST 估算 10 個相位之 LVEF 與 GOT 之 LVEF 相比結果為-0.003 最接近於 0 值與 GOT 之 LVEF 最接近；在經影像旋轉處理後 M-A Plot 由座標落點得知 方法 BPA 估算 10 個相位之 LVEF 與 GOT 之 LVEF 相比結果為 0.04 最接近於 0 值與 GOT 之 LVEF 最接近。
圖 17、經影像旋轉處理的 GOT 與五種方 法 LVEF 之 M-A Plot；(A)為 SPA、(B)為 MST、(C)為 BPA、(D)為 Cylinder、(E) 為 Teichholz。
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(3) 未經影像旋轉處理的 GOT 與五種方法 LV 之 M-A Plot
由圖 18 座標落點得知結果， SPA 方法估算 10 個相位之 LV 與 GOT 相比結果為-34.8 普遍小於 GOT 之 LV；MST 方法估算 10 個相位之 LV 與 GOT 相比結果為-30.5 接近於
0 值，普遍小於 GOT 之 LV； BPA 方法估算 10 個相位之 LV 與 GOT 相比結果為-22.5 普遍小於 GOT 之 LV； Cylinder (Hemi-ellipse)方法估算 10 個相位之 LV 與 GOT 相比結 果為 32.7 普遍大於 GOT 之 LV； Teichholz 方法估算 10 個相位之 LV 與 GOT 相比結果 為-7.9 最接近於 0 值與 GOT 之 LV 最接近。
圖 18、經影像旋轉處理的 GOT 與五種方 法 LV 之 M-A Plot；(A)為 SPA、(B)為 MST、(C)為 BPA、(D)為 Cylinder、(E) 為 Teichholz。
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(4) 經影像旋轉處理後的 GOT 與五種方法 LV 之 M-A Plot
由圖 19 座標落點得知結果，SPA 方法估算 10 個相位之 LV 與 GOT 相比結果為 8.31 大於 GOT 之 LV； MST 方法估算 10 個相位之 LV 與 GOT 相比結果為-0.8 小於 GOT 之
LV； BPA 方法估算 10 個相位之 LV 與 GOT 相比結果為-0.5 最接近於 0 值，所以與 GOT 之 LV 相近； Cylinder (Hemi-ellipse)方法估算 10 個相位之 LV 與 GOT 相比結果-6.0，
普遍小於 GOT 之 LV； Teichholz 方法估算 10 個相位之 LV 與 GOT 相比結果為-1.3，普 遍小於 GOT 之 LV。
圖 19、經影像旋轉處理的 GOT 與五種方 法 LV 之 M-A Plot；(A)為 SPA、(B)為 MST、(C)為 BPA、(D)為 Cylinder、(E) 為 Teichholz。
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由圖 18-19 得知，GOT 與 5 種方法 LV 之 MA- Plot 在未經旋轉影像中 M-A Plot 由 座標落點得知 Teichholz 方法估算 10 個相位之 LVEF 與 GOT 之 LVEF 相比結果為-7.9 最接近於 0 值與 GOT 之 LV 最接近；在經影像旋轉處理後 M-A Plot 由座標落點得知 BPA 方法估算 10 個相位之 LVEF 與 GOT 之 LV 相比結果為-0.5 最接近於 0 值與 GOT 之 LV 最接近。
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4.2 T 檢定與迴歸分析
131.66 與 39.92；GOT 之平均值及標準差分別為 132.96 與 39.94，為五種方法中與 GOT 差異最小，意旨為該方法計算結果與實際體積最為相近。
表 4、經旋轉影像處理與原始影像五種估算左心室體積幾何方法與 GOT 之配對樣本 t 檢定及描述性統計
項目
M1 M2 M3 M4 M5 GOT
經旋轉影像處理 141.27±35.29 132.16±23.27 132.45±41.41 126.97±35.45 131.66±39.92 132.96±39.94 原始影像 98.08±35.74 102.45±29.48 110.44±38.9 165.7±55.25 125.05±32.89 132.96±39.94 經旋轉影像處理
與 GOT 之配對樣 本 t 檢定
0.09201 0.90498 0.88972 0.39332 0.85973
原始影像處理與 GOT 之配對樣本
t 檢定
0.00006 0.00015 0.00014 0.00100 0.22883
經旋轉影像處理 與原始影像之配 對樣本 t 檢定
0.00001 0.00002 0.00178 0.00159 0.17589
註：M1= SPA 方法；M2=MST 方法；M3=BPA 方法；M4=Cylinder(Hemi-ellipse)方法；M5=Teichholz 方法
由表 5 得知，GOT 與五種方法之左心室 EF 相關性比較，在 BPA 之 Mean 值與 GOT 之 Mean 值相差 4.3%差異值最小，且 BPA 之 P-value 值為 0.084>0.05 ，代表與 GOT 量 測結果左心室 EF 為高度正相關，且 T 檢定值顯示沒有明顯統計差異性( P >0.05)。
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表 5、GOT 與五種方法之左心室 EF 相關性比較
註：Method 1= SPA 方法；Method 2=MST 方法；Method 3=BPA 方法；Method 4=Cylinder(Hemi-ellipse) 方法；Method 5=Teichholz 方法
II. 未經旋轉的 GOT 之 LVEF 與五種方法 LVEF 之迴歸分析(圖 36-40)
圖 20、未經影像旋轉處理 SPA 方法與 GOT 之 LVEF 迴歸分析。
圖 21、未經影像旋轉處理 MST 方法與 GOT 之 LVEF 迴歸分析。
0.00 0.20 0.40 0.60
The Regression between GOT and raw MST
LV EF raw Met ho d 2
y = 1.0495x + 0.1085
0.00 0.20 0.40 0.60
The Regression between GOT and raw BPA
LV EF raw Met ho d 3
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圖 23、未經影像旋轉處理 Cylinder (Hemi-ellipse)方法與 GOT 之 LVEF 迴歸分析。
0.00 0.20 0.40 0.60
The Regression between GOT and raw Cylinder
LV EF raw Met ho d 4
y = 0.7771x + 0.1625
0.00 0.20 0.40 0.60
The Regression between GOT and raw Teichholz
LV EF raw Met ho d 5
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III. 經影像旋轉處理後的 GOT 與五種方法 LVEF 之迴歸分析(圖 41－45)
The Regression between GOT and SPA
y = 0.6204x + 0.0298
The Regression between GOT and MST
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圖 27、經影像旋轉處理後 BPA 方法與 GOT 之 LVEF 迴歸分析。
The Regression between GOT and BPA
y = 0.7928x + 0.2406
The Regression between GOT and Cylinder
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圖 29 經影像旋轉處理後 Teichholz 方法與 GOT 之 LVEF 迴歸分析。
The Regression between GOT and Teichholz
- 29 -
IV. 未經影像旋轉處理的 GOT 之 LV 與五種方法 LV 之迴歸分析(圖 36-40)
圖 30、未經影像旋轉處理 SPA 方法與 GOT 之 LV 迴歸分析。
圖 31、未經影像旋轉處理 MST 方法與 GOT 之 LVEF 迴歸分析。
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圖 32、未經影像旋轉處理 BPA 方法與 GOT 之 LV 迴歸分析。
圖 33、未經影像旋轉處理 Cylinder (Hemi-ellipse)方法與 GOT 之 LV 迴歸分析。
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圖 34、未經影像旋轉處理 Teichholz 方法與 GOT 之 LV 迴歸分析。
- 32 -
V. 經影像旋轉處理後的 GOT 與五種方法 LVEF 之迴歸分析(圖 41-45)
圖 35、經影像旋轉處理後 SPA 方法與 GOT 之 LV 迴歸分析。
圖 36、經影像旋轉處理後 MST 方法與 GOT 之 LV 迴歸分析。
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圖 37、經影像旋轉處理後 BPA 方法與 GOT 之 LV 迴歸分析。
圖 38、經影像旋轉處理後 Cylinder (Hemi-ellipse)方法與 GOT 之 LV 迴歸分析。
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圖 39、經影像旋轉處理後 Teichholz 方法與 GOT 之 LV 迴歸分析。
由上列圖 30~39 中，GOT 與 5 種常見的估算體積的幾何方法 LV 之迴歸分析。由 結果得知，在未經影像旋轉處理與經影像旋轉處理後之 LV 迴歸分析，均在 BPA 方法與 GOT 之 LV 迴歸係數最接近 1。
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第五章 結論與討論
5.1 結論
本研究比較五種幾何估算左心室容積之常用方法(Single-plane area-length technique、
Modified Simpson technique、Biplane area-length technique、Cylinder method(Hemi-ellipse)、
Teichholz method)，與透過手繪方式(GOT)，在電腦斷層造影切片影像中，每一張切面 獨立繪製左心室容積，直至在影像上無法查閱左心室容積位置為止，分析何種方式與
GOT 最為接近。該五種方法經由配對 T 檢定分析兩者平均值間是否有差異之比較結果，
在方法五(Teichholz method)中，其估算結果與金標準最為接近。
進一步透過迴歸分析所得結果，由表 6 得知，在未經旋轉左心室容積(LV)中，方法
表 6、GOT 與 5 種方法未經影像旋轉處理左心室容積(LV)之迴歸分析結果整理
表 7、GOT 與 5 種方法經影像旋轉處理後左心室容積(LV)之迴歸分析結果整理
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本研究針對五種幾何估算方法，在原始電腦斷層切片影像與經影像旋轉處理後，進 行體積與左心室心搏輸出率的估算，比較後了解其中差異性及準確性，常見的幾何體積 估算法中，方法 3:BPA 較為可靠且可以信賴的方式。
5.2 討論
本研究進行左心室心搏輸出率的估算，係以逐張影像手繪的方式為基準，利用 M-A
Plot (Bland–Altman plot)對五種常見的幾何估算方式與 GOT 進行 LV 與 LVEF 評估準確 性的探討，圈選方式以心臟的基底到心尖為一長軸，基底表示在影像中可看到二尖瓣所
之圈選方式，以及探討該顯影不全之區塊，對於心室容積估算準確率之影響。
5.3 研究限制及未來研究方向
本研究是利用 OsiriX 內建教學用且去連結公開之影像進行驗證，在於影像的圈選 選擇上與影像旋轉角度的多寡，都會影響到估算結果。並且因為每個人心臟跳動與心臟 流速並不盡相同，且形狀與大小也應人而異。而本研究所使用的樣本數不足，所以未來 針對標準假體進行驗證，實有其必要性。當然也是需更多樣本進行臨床驗證以利提供後
本研究是利用 OsiriX 內建教學用且去連結公開之影像進行驗證，在於影像的圈選 選擇上與影像旋轉角度的多寡，都會影響到估算結果。並且因為每個人心臟跳動與心臟 流速並不盡相同，且形狀與大小也應人而異。而本研究所使用的樣本數不足，所以未來 針對標準假體進行驗證，實有其必要性。當然也是需更多樣本進行臨床驗證以利提供後