時(shí)間-空間相關(guān)成像技術(shù)評(píng)估中孕期胎兒心功能的初步研究

姬宏娟 JI Hongjuan

汪龍霞 WANG Longxia

王軍燕 WANG Junyan

徐 虹 XU Hong

周春艷 ZHOU Chunyan

先天性心臟病是新生兒最常見的嚴(yán)重先天畸形，在活產(chǎn)嬰兒中發(fā)生率約為8‰，分別是染色體異常和神經(jīng)管畸形發(fā)生率的6.5倍和4倍，是新生兒死亡的主要原因[1]。先天性心臟病可分為結(jié)構(gòu)異常和功能異常。影響胎兒心功能的原因有先天性心臟結(jié)構(gòu)畸形、胎兒全身水腫、胎兒糖尿病心肌病、宮內(nèi)發(fā)育遲緩或雙胎輸血綜合征等。精確地評(píng)估胎兒心功能可為臨床提供有意義的診斷和監(jiān)護(hù)價(jià)值。常規(guī)二維超聲檢查對(duì)分析先天性心臟病結(jié)構(gòu)異常較精確，但評(píng)估心臟功能方面則受到限制[2]。三維/四維超聲因自身的特點(diǎn)，具有二維超聲無法比擬的優(yōu)勢(shì)，越來越廣泛地應(yīng)用于臨床診斷中。本研究初步探討三維/四維超聲時(shí)間-空間相關(guān)成像（spatior-temporal image correlation，STIC）技術(shù)在中孕期胎兒心功能評(píng)估中的應(yīng)用。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象 2010-11～2011-06110例在我院行中孕期超聲檢查的孕婦，孕周20～27+6周；孕婦年齡20～39歲，平均（28.00±3.55）歲。納入標(biāo)準(zhǔn)：孕婦均有準(zhǔn)確停經(jīng)史，或在早孕期超聲檢查證實(shí)胎齡與孕周相符；身體健康，無吸煙、無嗜酒等不良嗜好，無高血壓、糖尿病、心、肝、腎等慢性疾病，無先天性心臟病生育史和家族史；均為單胎妊娠，經(jīng)產(chǎn)科臨床檢查未發(fā)現(xiàn)異常，中孕期常規(guī)二維超聲檢查未發(fā)現(xiàn)心臟結(jié)構(gòu)異常和其他結(jié)構(gòu)異常，羊水最大深度正常（3～8cm）。

1.2 主要儀器 二維超聲檢查及STIC采集均使用GE voluson E8彩色多普勒超聲診斷儀和RAB 4～8MHz容積探頭。

1.3 容積資料采集及分析

1.3.1 采集前準(zhǔn)備 在二維模式下常規(guī)檢查胎兒心臟及其他部分無結(jié)構(gòu)異常。再次核對(duì)孕周，確定胎兒數(shù)量、測量雙頂徑、頭圍、腹圍、股骨，了解胎兒生長發(fā)育情況并估測胎兒體重。

1.3.2 采集方法 在三維/四維模式下獲得胎兒標(biāo)準(zhǔn)心尖四腔心切面（圖1），優(yōu)化四腔心切面圖像，主要采用圖像放大和調(diào)整對(duì)比度，將圖像放大至整個(gè)顯示屏的1/2～2/3，調(diào)整對(duì)比度至8～9。囑孕婦采集時(shí)屏氣，啟動(dòng)STIC自動(dòng)采集功能，采集容積數(shù)據(jù)應(yīng)包括完整的心動(dòng)周期，如圖像不滿意則重新采集。采集時(shí)間12.5～15s，采集角度25°～35°。采集過程中要求：①胎兒基本處于靜止?fàn)顟B(tài)，少或無胎動(dòng)；②胎兒心臟沒有或極少有肋骨遮擋；③探頭掃描范圍應(yīng)包括上縱隔橫切面和上腹部橫切面。采集完成后存至硬盤留做分析。

1.3.3 分析方法 采用容積分析工具體器官計(jì)算機(jī)輔助分析軟件（virtual organ computer-aided analysis,VOCAL）讀取硬盤中STIC采集的容積資料，容積資料為3個(gè)正交平面，觀察整個(gè)胎兒心臟循環(huán)，在心臟收縮和舒張末期房室瓣開放和關(guān)閉的瞬間停幀，心臟收縮末期為房室瓣開放前，心臟舒張末期為房室瓣關(guān)閉后，將左、右心室分別圍繞“固定軸”（即將參照點(diǎn)移至左、右心室的中心部位）旋轉(zhuǎn)180°，設(shè)每30°旋轉(zhuǎn)一個(gè)心室平面，共6個(gè)平面，手動(dòng)勾畫出每個(gè)心室不同平面的輪廓，即自動(dòng)計(jì)算出左、右心室收縮和舒張末期容積。手動(dòng)勾畫的范圍包括整個(gè)心室內(nèi)膜層，右心室應(yīng)包括調(diào)節(jié)束（圖2A、B）。

圖1 采用STIC技術(shù)獲得心尖四腔心切面。LV：左心室；RV：右心室；LA：左心房；RA：右心房。圖2 采用VOCAL軟件描畫心室容積。A：LEDV；B：LESV

1.3.4 計(jì)算心室容積和射血分?jǐn)?shù)[3-5]得出每個(gè)心室舒張末期容積（end-diastole volume，EDV）和收縮末期容積（end-systole volume，ESV）后，計(jì)算每搏量（stroke volume，SV）、心排血量（cardiac output，CO）、射血分?jǐn)?shù)（ejection fraction，EF）。

1.4 統(tǒng)計(jì)學(xué)方法 采用SPSS 13.0軟件，計(jì)量資料數(shù)據(jù)以表示，采用Pearson相關(guān)分析評(píng)價(jià)LSV、RSV、LCO、RCO、LVEF、RVEF與孕齡的相關(guān)性，采用方差分析比較本研究結(jié)果與其他方法研究結(jié)果的一致性。以P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

110例胎兒中，94例（85.5%）獲得滿意心臟容積，16例因胎動(dòng)頻繁未能獲得滿意容積。孕20～27+6周正常胎兒左、右心室EDV、ESV見表1。LSV、RSV、LCO、RCO隨孕齡增加而逐漸增加（圖3～6），與孕齡呈正相關(guān)（表2）。孕20～27+6周間LVEF為（49.48±4.12）%；RVEF 為（51.07±4.00）%；LVEF、RVEF較穩(wěn)定，不隨孕齡增加而增加，與孕齡無明顯相關(guān)性（r＝0.02、0.04，P＞0.05）（圖7、8）。本研究結(jié)果與采用不同方法所得左、右心室SV、CO值比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（P ＞ 0.05），LSV（F＝0.094，P＝0.911），RSV（F＝0.364，P＝0.705），LCO（F＝0.043，P＝0.958），RCO（F＝0.110，P＝0.897）。

表1 孕20～27＋6周正常胎兒心室EDV、ESV（ ，ml）

表1 孕20～27＋6周正常胎兒心室EDV、ESV（ ，ml）

表2 孕20～27＋6周正常胎兒心室SV、CO與孕齡的相關(guān)性（ ）

表2 孕20～27＋6周正常胎兒心室SV、CO與孕齡的相關(guān)性（ ）

圖3 LSV與孕齡的相關(guān)性。

圖4 RSV與孕齡的相關(guān)性

圖5 LCO與孕齡的相關(guān)性。圖6 RCO與孕齡的相關(guān)性。圖7 LVEF與孕齡的相關(guān)性。圖8 RVEF與孕齡的相關(guān)性

3 討論

胎兒心臟功能是臨床觀察胎兒宮內(nèi)情況的一個(gè)重要指標(biāo)，探討胎兒心功能的變化，可以及時(shí)了解胎兒宮內(nèi)生長發(fā)育情況，尤其對(duì)于高危胎兒的臨床監(jiān)護(hù)至關(guān)重要。因此，及時(shí)發(fā)現(xiàn)心臟功能異常，是圍生期超聲檢測的一項(xiàng)重要任務(wù)。

在成人和兒童，常用于評(píng)價(jià)心功能的監(jiān)測指標(biāo)為EF和SV，這2個(gè)指標(biāo)由ESV和EDV容積計(jì)算得出。常規(guī)二維超聲通常用辛普森法計(jì)算，即取心尖正交兩切面（四腔心切面和兩腔心切面），沿左心室長軸將心室分成若干等分圓柱體，其容積之和即為心室容積。辛普森法是將心室看成一個(gè)正圓柱形，受到數(shù)學(xué)形態(tài)幾何學(xué)假設(shè)的限制，使得心室容積誤差較大，重復(fù)性差[6,7]。另一個(gè)常用方法是Tei指數(shù)，為心室等容收縮時(shí)間（isovolumetric contraction time, ICT）與等容舒張時(shí)間（isovolumic relaxation time, IRT）之和除以心室射血時(shí)間（ejection time, ET）,即（ICT＋I(xiàn)RT）/ET。Tei指數(shù)是一個(gè)綜合反映心功能的新指標(biāo)，它具有不受心室?guī)缀涡螤罨蛟兄苡绊懙葍?yōu)點(diǎn)，但對(duì)胎兒心律失常者應(yīng)用受到限制[8]。其他估測胎兒心功能的常用方法有：①用M型曲線測定胎兒左心室功能。②用多普勒超聲估測胎兒心臟收縮及舒張功能等。以上各種方法在臨床評(píng)價(jià)胎兒心功能方面發(fā)揮了重要作用，但也受到諸多因素的限制，包括胎兒心臟體積小、心內(nèi)膜顯示不清、心率較快、胎位及心室形態(tài)的影響，不易獲得準(zhǔn)確數(shù)據(jù)[8]。

STIC技術(shù)是近幾年發(fā)展起來的一項(xiàng)新的胎兒心臟檢查的三維/四維超聲方法。它將三維數(shù)據(jù)的采集與信息的獲取結(jié)合起來，可以直接進(jìn)行胎兒心臟動(dòng)態(tài)三維超聲成像，彌補(bǔ)了二維超聲的不足[9]。近年STIC技術(shù)已較多用于胎兒心臟結(jié)構(gòu)檢查及診斷，其在胎兒心功能方面的應(yīng)用報(bào)道較少。STIC技術(shù)結(jié)合VOCAL軟件用于檢測胎兒心臟容積，評(píng)估胎兒心功能，可為臨床提供更多胎兒心功能方面的信息。VOCAL軟件是用于體積測量的一個(gè)新技術(shù)，它通過180°旋轉(zhuǎn)，自主設(shè)置每個(gè)旋轉(zhuǎn)平面的角度對(duì)其進(jìn)行自動(dòng)或手動(dòng)勾畫出組織輪廓來進(jìn)行容積測量。如旋轉(zhuǎn)角度為6°、9°、15°、30°，需分別勾畫30、20、12、6個(gè)二維旋轉(zhuǎn)切面。旋轉(zhuǎn)角度為30°是理想角度，既可以節(jié)省后期勾畫時(shí)間，又可以得到滿意的容積數(shù)據(jù)[10-12]。該方法的優(yōu)勢(shì)為：①后期容積勾畫操作簡便，只需設(shè)置好旋轉(zhuǎn)角度，VOCAL軟件可自動(dòng)根據(jù)設(shè)置角度選擇勾畫平面；②避免了二維超聲中對(duì)心臟功能評(píng)估時(shí)需要將心室腔假設(shè)成幾何形狀，并不受心率或心律的影響；③后期勾畫容積時(shí)，可以直接觀察到勾畫的情況及心室腔的邊界；④勾畫完成后，可以對(duì)每個(gè)平面的勾畫邊界進(jìn)行調(diào)整，以盡量確保容積測量的精確性。該方法的局限性：①STIC容積的采集受孕婦腹壁脂肪層的厚度及胎動(dòng)的影響，本研究中16例因胎動(dòng)頻繁未獲得滿意的容積數(shù)據(jù)；②胎兒心臟位置、呼吸運(yùn)動(dòng)、隨孕周增加，脊柱、肋骨骨化明顯造成的聲影，均會(huì)對(duì)容積圖像采集造成影響；③隨孕周增加，胎兒心肌及室間隔漸薄，對(duì)其分辨率降低，對(duì)確定精確勾畫邊界造成影響；④手動(dòng)勾畫，受操作者主觀意識(shí)的影響，其所測容積的可重復(fù)性可能會(huì)降低。

胎兒期隨孕齡逐漸增加，胎兒體重相應(yīng)增加， 需 氧 量 增 加，LSV、RSV、LCO、RCO應(yīng)逐漸增加以滿足胎兒生長發(fā)育的需求。本研究顯示，LSV、RSV、LCO、RCO值均隨孕周增加而增加，與理論相符。胎兒期特殊的心血管循環(huán)系統(tǒng)使得右心功能強(qiáng)于左心功能[10,11]，本研究發(fā)現(xiàn)，孕20～27+6周 LSV 為（0.33±0.06）～（1.13±0.11）ml；LCO 為（49.66±8.10）～（163.51±17.68）ml/min；RSV 為（0.40±0.07）～（1.29±0.11）ml；RCO 為（59.96±9.43）～（187.57±15.98）ml/min；LVEF 為（49.48±4.12）%；RVEF為（51.07±4.00）%，其LSV、LCO、LVEF均低于RSV、RCO、RVEF，與理論相符。成人正常心臟LVEF為（67±8）%[6]，本研究通過STIC技術(shù)VOCAL軟件所得LVEF低于成人，考慮由于胎兒期心肌尚未發(fā)育完全、心肌順應(yīng)性差、心肌收縮力低所致。Uittenbogaard等[3]用三維多層分析法、Messing等[4]用STIC技術(shù)反轉(zhuǎn)模式分析方法、Molina等[5]用STIC技術(shù)VOCAL分析法對(duì)胎兒期心功能進(jìn)行評(píng)估，其在孕20～27+6周所 得 LSV（0.33～ 1.07）ml、RSV（0.32～ 1.18）ml、LCO（43.45～ 112.77）ml/min、RCO（46.72～ 165.32）ml/min。本研究結(jié)果與不同方法所得左、右心室SV、CO值比較無明顯差異，測值相似，一致性好。Mielke等[12]和De Smedt等[13]通過二維超聲心動(dòng)圖測得孕24周LCO值分別為125ml/min、150ml/min，RCO值均為175ml/min，而本研究中孕24周LCO值（101.40±14.23）ml/min，RCO值（114.60±17.37） ml/min，較文獻(xiàn)報(bào)道結(jié)果略低。原因可能是由于二維超聲心動(dòng)圖在評(píng)價(jià)心功能時(shí)多是將心室假設(shè)成一個(gè)規(guī)則的圓柱形，這樣會(huì)造成誤差增大，致使測值增大。滿意的容積資料采集可以增加容積測值的精確性，必須要有滿意的二維圖像。二維圖像應(yīng)盡量獲得標(biāo)準(zhǔn)心尖四腔心切面。心尖四腔心心肌及室間隔較心底四腔心壁薄且光滑，可確保后期處理中精確勾畫出心室的輪廓，以獲得較精確的容積數(shù)據(jù)。

綜上所述，運(yùn)用STIC技術(shù)VOCAL軟件評(píng)估胎兒心功能操作簡單，能較為準(zhǔn)確客觀地測量胎兒心室容積，有望成為胎兒心功能檢查的一種新方法，值得進(jìn)一步探討。

[1]周啟昌.重視時(shí)間-空間相關(guān)成像技術(shù)產(chǎn)前診斷胎兒心臟病的研究與應(yīng)用.中華超聲醫(yī)學(xué)雜志(電子版), 2010,7(3): 328-333.

[2]Esh-Broder E, Ushakov FB, Imbar T, et al.Application of free-hand three-dimensional echocardiography in the evaluation of fetal cardiac ejection fraction: a preliminary study.Ultrasound Obstet Gynecol, 2004, 23(6): 546-551.

[3]Uittenbogaard LB, Haak MC, Spreeuwenberg MD, et al.Fetal cardiac function assessed with four-dimensional ultrasound imaging using spatiotemporal image correlation.Ultrasound Obstet Gynecol, 2009, 33(3): 272-281.

[4]Messing B, Cohen SM, Valsdy DV, et al.Fetal cardiac ventricle volumetry in the second half of gestation assessed by 4D ultrasound using STIC combined, with inversion mode.Ultrasound Obstet Gynecol, 2007, 30(2): 142-151.

[5]Molina FS, Faro C, Sotiriadis A, et al.Heart stroke volume and cardiac output by four-dimensional ultrasound in normal fetuses.Ultrasound Obstet Gynecol, 2008, 32(2):181-187.

[6]姜志榮,金利新,卜培莉,等.超聲心動(dòng)圖學(xué)基礎(chǔ)與臨床.北京：科學(xué)出版社, 2009: 65-67.

[7]Simpson JM, Cook A.Repeatability of echocardiographic measurements in the human fetus.Ultrasound Obstet Gynecol, 2002, 20(4): 332-339.

[8]李劍,吳瑛.時(shí)間-空間相關(guān)成像在胎兒心功能測定上的應(yīng)用進(jìn)展.中華醫(yī)學(xué)超聲雜志(電子版), 2010, 7(3):461-464.

[9]DeVore GR, Falkensammer P, Sklansky MS, et al.Spatiotemporal image correlation (STIC): new technology for evaluation of the fetal heart.Ultrasound Obstet Gynecol,2003, 22(4): 380-387.

[10]Simioni C, Nardozza LM, Araujo Junior E, et al.Fetal cardiac function assessed by spatio-temporal image correlation.Arch Gynecol Obstet, 2011, 284(1): 253-260.

[11]Callen PW.婦產(chǎn)科超聲學(xué).常才, 戴晴, 謝曉燕, 譯.北京: 人民衛(wèi)生出版社, 2010: 501-504.

[12]Mielke G, Benda N.Cardiac output and central distribution of blood flow in the human fetus.Circulation, 2001,103(12): 1662-1668.

[13]De Smedt MC, Visser GH, Meijboom EJ.Fetal cardiac output estimated by Doppler echocardiography during midand late gestation.Am J Cardiol, 1987, 60(4): 338-342.