使用辛普森对1331只犬进行左心室体积测量的超声心动图参考区间

　　

　　背景：超声心动图测量在检测心脏增大和评估心功能方面起着重要作用。在人类心脏病学中，M型测量已被使用辛普森圆盘法（SMOD）的左心室（LV）容积测量广泛取代。在兽医心脏病学中，需要更多的大规模研究来生成SMODLV容积测量的参考间隔（RIs）。

　　目标：为测量犬的左心室容积，生成与体型无关的RIs。

　　动物：不同大小和体型的健康成年犬（n=1331）。

　　方法：前瞻性研究。在临床健康犬的右侧胸骨旁长轴和左侧心尖四腔切面测量SMOD。SMOD测量被归一化到不同的异速生长等级(Kg、Kg2/3或Kg1/3)。用SMOD估计左室舒张末期容积(LVEDV)和左室收缩末期容积(LVESV)的RI分别作为线性回归模型和加性回归模型的预测区间。此外，在对体重进行归一化后，用非参数方法测定95%的RI，以2.5和97.5百分位数作为下限和上限。对120个视觉猎犬品种和1211个其他品种进行了单独的分析。

　　结果：超声心动图左心室容积与体重(公斤)相关性最好。结果表明，相加模型比其他两种生成RIS的方法更灵活、更准确。我们提供了单独的RIS，适用于视线犬和所有其他品种。

　　结论及临床意义：使用SMOD进行左室容积测量的独立于体型和品种的RIs是从大量不同的犬群中前瞻性产生的，可用于临床。

　　关键字：犬，超声心动图，心脏尺寸，参考值，容积测量

　　超声心动图测量左心室（LV）对于评估心脏病的发展和进展非常重要。在犬中，扩张型心肌病和扩张型心肌病的左室容积变化都是最常见的。线性测量有其局限性，当将一维线性测量转换为三维（3D）体积时，计算心脏体积的M模式衍生参数（如Teichholz公式）可能不准确。该公式假设心脏是椭圆形的，但心脏形状可能会有所不同，因为犬的品种繁多，并且存在疾病。根据左室线性尺寸计算左室容积和射血分数（EF）的Teichholz或Quinones方法可能会由于将线性测量转换为3D容积所需的几何假设而导致不准确。因此，在人类医学中，美国超声心动图学会不再推荐基于线性的测量来计算LV容积和EF，而是推荐使用辛普森圆盘法（SMOD）和3D超声心动图（如果可用）进行容积测量。使用SMOD，心脏体积测量为平行圆柱的总和，圆柱的直径来自于1或2个正交LV心尖视图上形成的心内膜边界追踪。该方法的基本原理是从一堆椭圆圆盘的总和计算LV容积。追踪左心室的心内膜边界，心室的长度由二尖瓣环和心尖之间的距离确定。超声系统将该区域分成大小相等的椭圆圆盘，并通过求和计算体积。

　　SMOD计算的体积与三维超声心动图和计算机断层扫描得出的体积测量值具有良好的相关性。

　　在检测受扩张型心肌病影响的杜宾犬心室大小的早期变化方面，SMOD模式比M模式的主要优势已经得到证实。因此，在杜宾犬中检测与扩张型心肌病相关的超声心动图变化被认为是最佳临床实践。SMOD的参考中间值(RIs)已经为几个预先处理过的犬种公布，在一项研究中，使用右侧胸骨旁图像对包括许多不同犬种在内的122只健康犬进行了SMOD测量。

　　我们的假设是，如果获得的测量值可能与体重（BW）、大小或其他异速生长比例有关，则使用大量不同品种、不同大小和重量的图像，可以生成来自不同成像平面的普遍适用的RIs。我们的目标是建立RIs，它可以单独用于每只犬，不受体重、品种和体型的影响。

　　我们的研究包括被推荐进行心脏评估或来慕尼黑路德维希-马克西米利安大学心内科进行筛查检查的犬，或在2004年至2015年间被招募进行研究并被归类为超声心动图健康的犬。招募的犬来自学生、教职员工，通过在犬展和繁育协会上宣传这项研究，犬被前瞻性地包括在内。关于测量，超声心动图检查必须完整，体重需要记录。关于测量，超声心动图检查必须完整，体重需要记录。检查包括至少1个右侧胸骨旁长轴视图(PLAX视图)和1个左侧心尖4腔视图(A4C视图)以及使用连续或脉冲波多普勒对主动脉和肺血流速度的频谱多普勒测量，以及所有瓣膜的彩色多普勒检查。犬必须至少1岁，因为以前的超声心动图研究显示，与成年相比，生长中的犬的室壁厚度和左心室直径存在差异。

　　在做超声心动图检查之前，患者需有完整的病史，并进行全面的临床检查。

　　排除标准如下：(A)病理性心脏杂音、奔马律或非窦性心律失常；(B)二维超声心动图、M型超声心动图和多普勒超声心动图检查可确诊的心脏异常，如先天性或获得性心脏病；(C)病史和体格检查显示有任何系统性疾病的当前或近期证据；(D)已知影响心血管系统的药物；以及(E)不配合超声心动图检查的性格。彩色多普勒发现的微小瓣膜功能不全是可以接受的。

　　在没有镇静的情况下，检查犬的左右侧卧位。超声心动图检查使用2.0/3.5或4.0/8.0MHz探头和同步心电图记录(Vivid7andVivid7-dimension,GeneralElectricMedicalSystem,Waukesha,Wisconsin)。将完整的超声心动图检查以数字方式存储，然后离线评估(EchoPacClinicalWorkstationSoftware,GeneralElectricMedicalSystem,Waukesha,Wisconsin)。成像和测量是由ACVIM认证(心脏病学，GerhardWess)或心脏科住院医生在他的监督下进行的。检查遵循美国兽医内科学院心脏科超声心动图委员会的指导方针。

　　首先，使用二维图像循环对心脏的容积状态和收缩功能进行主观评估。测量前注意到瓣膜的形态和任何不规则情况。主动脉和肺动脉流速通过连续或脉冲波多普勒测量，且在彩色多普勒上必须<2m/s且无血流动力学相关湍流。彩色多普勒还用于筛查先天性或后天性心脏病。

　　M型测量从PLAX或LV短轴视图获得，根据品种特异性RIs分类为心脏测量正常的犬也包括在内。如果没有特定品种的RIs可用，以前公布的RIs被用作正常心脏大小的辅助信息，但这些研究人员根据自己的判断对结果进行解释，并系统排除所有可能的心脏异常，以此来评估正常性。为避免基于95%预测区间（PI）建立新的参考值，研究群体由另外5%的主观健康的犬完成，这些犬在先前公布的PI上或下有轻微偏差。

　　对于SMOD测量，选择至少有3个连续心动周期的回声，并且必须完全显示LV。通过追踪每个选定图像上的内膜边界，在PLAX视图和A4C视图中直接或离线测量SMOD确定的LV容积，主动脉在两个视图中均不可见。用于测量左室舒张末期容积（LVEDV）的框架是从QRS波群开始时的框架中选择的，当时二尖瓣关闭，容积最大（可能不是在QRS波群开始时），以及用于测量左室收缩末期容积（LVESV）的框架被选为二尖瓣开放前的最后一帧，通常在T波结束后，体积最小。在所选帧中，从前瓣叶到后瓣叶追踪内膜边界，并在二尖瓣环上画一条线以标记LV区域。左室的最大长度由二尖瓣环与心尖之间的距离确定。数学算法将该区域划分为相等的圆盘，并通过以下公式计算LV体积：

　　

　　其中n对应于圆盘的数量，L代表LV长度，a和b与圆盘的直径相关。

　　使用3次连续测量的平均值确定用于生成参考值的值。

　　使用商用软件（PASWStatistics,Version25.0.0,IBMCorporation,Armonk,NewYork;MedCalcVersion15.6,Ostend,Belgium）和开源软件R（RCoreTeam,Vienna,Austria）进行统计分析。根据美国兽医临床病理学会（ASVCP）关于确定兽医物种参考间隔的指南，使用Tukey四分位数范围，通过Horn算法评估所有变量是否存在可能的异常值，如有必要，将其排除在外。如果认为发生了明显的测量误差，则仅考虑去除相应的测量值（即统计异常值）。

　　观察者内测量变异性通过计算变异系数(CV)来量化，该变异系数(CV)由独立统计师选择，基于20名患者在两个不同日期的两次测量。观察者对以前的测量视而不见。使用Wilcoxon检验对右侧Plax视图和左侧A4C视图的测量值进行比较。使用Bland-Altman曲线图分析并以图形方式显示同意限度。理论上，容积测量应该与体重最相关，但与体长(Kg1/3)和体表面积(BSA；Kg2/3)的关系也是按照以前的研究报告计算的。

　　使用对数LV容积的回归模型估计LV容积RIs。由于数据的原始分布基本上是倾斜的，所以对对数变换进行了预处理。值被转换回RIs的计算。为了确定BW是否线性影响响应参数，将模型作为线性回归模型和具有潜在非线性效应的加性模型进行估计。使用P样条基估计非线性效应。模型的形式如下：

　　

　　式中，Yi指犬i的左心室容积，前面提到的公式中的β0对应于截距（纵坐标处的交点），f对应于待估计重量的线性或平滑效应，εi指犬i的未解释误差，其中误差假设为独立且相同分布（iid）.使用R软件包mgcv中的函数gam估计加性模型。参考间隔估计为95%的PIs，如前所述计算。

　　对于线性模型，其中f（weighti）=β1*weighti特定值的95%PIs权重0估计如下：

　　

　　其中，β^0和β^1是估计的回归系数，tn?2（0.975）是t分布的97.5%分位数，σy0是前面描述的预测值的估计SD。非线性模型的预测区间以相应的方式估计。

　　使用似然比检验对线性回归模型和加性回归模型进行比较。在所有分析中，P值<0.05被认为是显著的。

　　此外，LVEDV和LVESV的测量值首先以千克为单位与体重指数相关联(LVEDV-I，LVESV-I)，然后使用非参数百分位数法计算出RI值，该方法由ASVCP兽医物种参考区间确定指南和临床和实验室标准协会(CLSI)建立RIs指南推荐。2.5%和97.5%分别被定义为参考下限和参考上限。根据建议，还确定了这些限值周围的90%置信区间。

　　共有1331只犬被纳入研究。种群由128个不同品种和许多混合品种组成（表1）。667只为雌性（338只为绝育犬），654只为雄性（226只为绝育犬）。年龄介于1至16.9岁之间，中位数为6.16岁。中位体重为24.7千克（范围为1.5-87.5千克）。如第2节所述，我们希望避免只将犬纳入先前研究的95%RI或特定品种的RI，这也是1263只健康犬的群体（基于先前公布的参考值）。因此，在1263只犬中添加了68只犬（分别来自参考值上方和下方2.5%的34只犬），以建立1331只犬（100%）的研究群体。

　　

　　经过第一次分析，研究群体被分为两组。第一组只包括视觉猎犬(120只)，第二组包括所有其他犬(1211只)。

　　观察者内测量变异性良好，舒张期和收缩期PLAX视图的变异性分别为3.46%和8.62%，左A4C视图的变异性分别为4.11%和4.87%。

　　从Plax和左侧A4C切面测得的容积有显著性差异(LVEDV，P=0.004；LVESV，P<0.0001)。而左室舒张末期容积(LVEDV)和左室舒张末期容积(LVESV)的平均差值仅为0.2mL和1.2mL。Bland-Altman分析显示没有系统性的低估或高估，中位数分别为0.3(左心室舒张末期容积)和0.6(左心室收缩末期容积)，舒张期?5.8mL~6.3mL，收缩期?5.4mL~4.3mL(图1)。为了进一步分析，计算了右侧胸骨旁和左侧心尖切面(LVEDV双平面、LVESV双平面)的平均容积，并用于创建RIS。

　　LVEDV与体重(公斤)、BSA(Kg2/3)(平方米)、体长(Kg1/3)的线性回归关系如图2所示，LVESV则有可比性。图3中将使用加法模型的线性回归模型与其PI进行比较的图形显示显示，加法模型比线性回归模型更符合可用数据，具有轻微的曲线曲线(图3)。似然比检验表明，两种模型的拟合优度有显著性差异(P<0.001)，证实了二者之间的非线性关系。SMOD使用加法模型的RIS获得的LVEDV和LVESV的基于重量的RI的结果显示在表2中，用于所有非视力品种，表3用于有视力的品种。LV容积归一化为BW后计算的LVEDV-I和LVESV-I的RI，在表4中分别提供了无视力品种和有视力品种的RI，以及右侧和左侧A4C视图的EF。EF与BW呈微弱的负相关(?0.39；P<0.001)。在表4中，LVEDV-I和LVESV-I的RI分别为无视力品种和有视力品种，以及右侧和左侧A4C视图的EF。EF与BW呈微弱的负相关(LVEV-I和LVESV-I)。在图4中，归一化的LVEDV-I和LVESV-I值在散点图中绘制，其中带有一条回归线和95%PI，用于对照BW的回归曲线。

　　

　　图5展示了视觉犬品种对使用加法模型计算LVEDV和LVESVRIS的影响。为了说明各种品种在RI中的分布，图6显示了大丹犬、纽芬兰犬、西高地白梗犬和法国斗牛犬的数据点。

　　

　　兽医心脏病专家面临着与许多不同品种的动物打交道的问题，因此也面临着各种各样不同的身体和体型的问题。为了诊断心脏增大，或者不太常见地评估心脏是否容量负荷不足，有必要将获得的测量结果与RIS进行比较。最好的情况是拥有特定品种的RI，这些RI是由大量健康的种群产生的。由于许多品种都没有这样的RI，而且患者中有许多混血犬，因此从不同大小和品种的犬的大样本中产生的RI是一种替代方案，但这些RI必须与规模相关。如果使用异速生长标尺将心脏尺寸归一化为BW，则横截面积应与BSA成正比(与BW2/3成正比)，线性尺寸(如M型)应与体长有关(通常按BW1/3计算)，体积理论上应与BW呈线性关系。最近的研究发现体积与BSA之间有更好的关系，因此人类以及杜宾犬、拳狮犬、萨路基猎犬和惠比特犬的参考值都以mL/m2为单位发表，但体积与BW的关系几乎是相同的。在我们的研究中，使用SMOD的体积测量与体重最相关(图2)，因此我们研究中的参考值是以体重(Kg)为基础的。使用具有不同BW的表也更容易在临床实践中使用，因为不需要对BSA进行归一化(即，不进行计算)。

　　所有发现体重与BSA的相关性比体重与体重的相关性更好的研究都使用了单一品种，这可能解释了为什么以前的研究没有找到更好的与体重的关系，因为他们处理的是小范围的不同体重。

　　测量左心室容积对于评估左侧心脏病的进展至关重要。如前所述，线性方法以及基于线性测量的体积方法存在假设过多的风险。SMOD不仅是人类医学中用于评估EF和LV容积的超声心动图标准方法，而且被推荐为诊断杜宾犬DCM的首选方法。在以前的研究中，SMOD方法比Teichholz方法更优越。

　　我们的研究包括各种不同的品种，并有大量的注册犬。并不是每只出现在诊所的犬都被纳入研究组。由于该诊所对杜宾犬、拳狮犬、惠比特犬和萨鲁基犬品种特别感兴趣，因此出现了更多的这些品种的犬，因此惠佩特犬和萨路基猎犬登记的犬的数量减少到中位数n=24，杜宾犬和拳狮犬登记的犬的数量减少到中位数n=26，以避免过度代表。从过度代表的品种中选择进行分析的犬是从数据库中随机选择的。

　　在超声心动图检查期间，导管的角度被优化以避免低估左室容积。在正确的PLAX视图中，经验较少的检查者倾向于将探头放置得太靠近胸骨，或者不够颅侧，因此左心室不能以其全部尺寸显示。此外，当探头位于颅侧太远或胸骨太远时(即左心室可能缩短)，左心尖视图可以直接显示。成像只能由认证医生完成，因此可能的错误可以立即纠正。肺部的重叠也应该避免，否则心内膜的边界不能被精确地描绘出来。为了预测准确的左心室容积，在人类医学中推荐了两个正交视图。我们建议使用右侧PLAX和左侧A4C视图测量SMOD，并使用更大的体积，因为只要主动脉不可视化，就不可能高估(即视图是真正的4腔视图)。

　　在以前的研究中使用的线性回归模型在我们的研究中没有提供令人满意的结果。当使用非对数化的数字时，检测到的问题是低权重范围内的负RIs，当对测量值进行对数化以避免第一个问题时，在权重部分检测到的问题是不现实的宽范围。因此，线性模型是有限的，没有提供足够的灵活性。为了解决这个问题，使用了另一个独立于线性或任何其他函数的模型。该加性模型基于将codomain划分为交叉点处边界较小的间隔。根据每个区间的多项式函数估计权重对命令变量的影响。应用的间隔越多，估计效应的整体函数就越灵活。重量的影响几乎是线性的，但在中间扇区有弯曲的偏差。为了获得最精确的RIs，在该区域设置了更多的交叉口。因此，生成的RIs以最佳方式适应给定数据。因此，这种计算RI的方法的优点是，在某些体重等级中，可以更好地调整和拟合RI，这可能是由于体型和品种差异造成的。与我们基于模型的区间相比，仅根据CLSI51建议并在最近的兽医研究中使用的体重标准化测量的2.5%和97.5%来估计RIs，将导致更简单的RIs（适用于所有BWs）。我们还进行了这些计算（表4）。然而，这种方法会隐式地对我们的数据不适用的标准化值做出2个统计假设。图4显示了这两个点，图中绘制了非盲犬和盲犬品种的标准化LVEDV-I和LVESV-I值与体重的关系。该图还包括一条从BW到标准化值的线性回归线，以及BW上恒定大小的不确定度区间，以便于进行以下解释。首先，只有当标准化值在所有BW上具有可比的观测测量范围时，从这些标准化值得出1RI才是合理的。但情况并非如此，因为BWs越高，标准化LVEDV-I值越小（图4）。第二，1RI假设所有BW的标准化值具有可比变化。但情况并非如此，因为小BW的变化较大，而高BW的变化较小（图4）。由于这两个缺点，使用这种基于标准化值的更简单的方法在统计上是不合理的，因为产生的RIs不能充分描述数据中的变化，但出于说明和比较目的，我们将其包括在内。

　　在不同体重的非视觉猎犬品种中计算出的RIs似乎没有很大的不同，可能会像以前的研究中建议的那样用于临床，而在视觉猎犬中的使用是有问题的，并且从我们的加法模型中计算出的RIs更准确，因为模型会根据观察到的变化进行调整(表3)。表4中的标准化风险指数(ml/kg)略大于之前的一项研究，该研究使用了122只正常犬，LVEDV-一级上限风险指数为3.27ml/kg，相比之下为2.99ml/kg，LVESV-一级上限正常风险指数为1.54ml/kg，相比之下为1.35ml/kg，我们的研究中的风险指数较小，这可能是因为我们的研究使用了更大的群体。最近发表的研究也只使用右侧胸骨旁图像进行SMOD测量。

　　早期的研究发表了特定品种的RIs，发现被国际犬业联合会按照联合犬舍俱乐部(UKC)的指导方针归类为第10组的视觉猎犬品种，往往比其他品种有更大的心脏。已经公布了M模式和SMOD的参考值，显示出比可比品种(身高和体重)更大的RI。在我们使用加性模型(图5)的研究中，视觉猎犬品种对LVEDV和LVESV的RIs计算的影响表明，当排除视觉猎犬品种时，RIs明显更小。这一观察证实，当计算一般犬类群体的RIs时，应排除或单独处理视觉猎犬品种。“运动心脏”在人类医学中被描述为运动员的心脏变化，其中运动员的左心室容积大于不运动的对照组。目前还不知道视觉猎犬品种中较大的左室容积是代表训练效果还是与遗传背景有关。为了避免基于过宽的RI遗漏病理变化的问题，在我们的研究中建立了亚组，将研究人群分为视觉猎犬和其他品种。如果参考值具有临床相关性，并且文献已经记录了亚组之间的差异，质量保证和实验室标准委员会的指南建议采用这种方法。仅当每个组至少可以分配40人时，才允许进行这种细分。

　　视觉猎犬品种的参考值包含120个个体，排除视觉猎犬品种的所有其他品种的组由1211个个体组成。因此，较大数量的视觉猎犬品种对整体RI没有影响。即使在所有其他品种的群体中，品种之间的差异也可以被注意到，显示出影响RI的趋势。法国斗牛犬、纽芬兰犬、西高地白梗和大丹犬尤其表现出强烈的偏见。这些差异可以用身体形状对心脏大小和形状的影响来解释。深胸品种，如视觉猎犬品种以及大丹犬，比平胸品种，如法国斗牛犬和西部高地白梗，心脏体积更大。这些差异可能源于犬的主要用途:视觉猎犬品种和大丹犬被用于狩猎，而像法国斗牛犬这样的伴侣犬则不被期望有很高的运动表现。特定品种的RIs对选定的品种仍然很重要，但是我们研究中的个体数量不足以建立这样的RIs。

　　我们的研究有几个局限性。健康状况仅通过体检和超声心动图进行评估，可能影响超声心动图检查结果的系统性非对称性疾病未通过额外的诊断测试排除。包括被认为是正常和健康的犬是基于尽可能多的变量（主要是体格检查、历史记录、超声心动图、经验和主观印象），但也基于先前公布的特定品种的RIs，如果不可用，则基于先前公布的可能导致结果偏差的PIs。此外，潜在的心律失常，如致心律失常性心脏肌病，没有通过动态心电图检查进行进一步评估。

　　这些检查由一名以上的心脏病专家进行，但在以前的研究中，SMOD测量的观察者间测量变异性较低。这一因素也可能是一个优势，因为这项研究的结果可能会被其他心脏病专家所利用。

　　RI>40kg的个体比较低体重范围的个体少，因此不那么健壮。应该进行额外的研究，包括体重较重的犬(>40公斤)，以及确定特定品种的RIs。尽管如此，基于我们研究的RIs评估更高体重的犬仍然是可能的，但是在解释结果时应该考虑个体和品种的差异。

　　在人类中观察到的心脏尺寸随年龄变化的现象尚未得到证实，但必须考虑与年龄相关的变化。

　　我们的研究提供了SMOD的超声心动图RIs，不受品种和大小的影响，并且可能使兽医心脏病学家能够使用PLAX或A4C视图或两者同时使用，对所有犬使用该方法。更多的研究必须证明SMOD在检测早期腔室扩大方面优于M模式，这一点已经在杜宾犬身上得到证实。

　　本研究未收到任何资助。

　　作者声明没有利益冲突。

　　作者声明没有在标签外使用抗菌药。

　　这项研究符合德国动物福利法律的规定。

　　作者声明这项研究不需要人类伦理批准。

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