應(yīng)用iSTIC技術(shù)評(píng)價(jià)正常胎兒右心室容積與收縮功能

孫婷婷，孫佳星，解麗梅，王 冰，王 超

（中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院超聲科，遼寧 沈陽(yáng) 110004）

?婦產(chǎn)影像學(xué)?

應(yīng)用iSTIC技術(shù)評(píng)價(jià)正常胎兒右心室容積與收縮功能

孫婷婷，孫佳星，解麗梅，王 冰，王 超

（中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院超聲科，遼寧 沈陽(yáng) 110004）

目的：探討iSTIC技術(shù)在評(píng)價(jià)正常胎兒右心室容積及收縮功能方面的應(yīng)用價(jià)值。方法：選擇2014年10月—2015年9月我院行產(chǎn)前超聲檢查的正常單胎妊娠孕婦167例，應(yīng)用iSTIC技術(shù)采集胎兒整個(gè)心動(dòng)周期的容積數(shù)據(jù)，采集完成后存儲(chǔ)于機(jī)器內(nèi)置硬盤中，QLAB軟件進(jìn)行脫機(jī)分析。根據(jù)房室瓣的開閉定義心臟收縮末期、舒張末期兩個(gè)時(shí)相，手動(dòng)勾勒出兩個(gè)時(shí)相胎兒右心室容積，記錄右心室收縮末期容積（RESV）及舒張末期容積（REDV），計(jì)算出右心每搏輸出量（RSV）、右心輸出量（RCO）及右心射血分?jǐn)?shù)（REF）。分析上述各項(xiàng)指標(biāo)值隨孕周（GA）的變化關(guān)系。隨機(jī)抽取30例，由兩名獨(dú)立的觀察者分別測(cè)量右心室容積進(jìn)行觀察者間的可重復(fù)性檢驗(yàn)，同一觀察者分別測(cè)量?jī)纱芜M(jìn)行觀察者內(nèi)的可重復(fù)性檢驗(yàn)。結(jié)果：167例胎兒，140例應(yīng)用iSTIC技術(shù)采集圖像清晰用于后期分析，采集成功率為83.8%，REDV從孕22周的（0.99±0.34）mL增加到35周+6的（3.70± 0.35）mL；RESV從孕22周的（0.43±0.18）mL增加到35周+6的（1.37±0.21）mL；RSV從孕22周的（0.62±0.29）mL增加到35周+6的（2.32±0.19）mL；RCO從孕22周的（92.23±40.67）mL/min增加到35周+6的（337.21±29.02）mL/min；REDV、RESV、RSV、RCO隨孕周的增長(zhǎng)而增加，與孕周呈線性相關(guān)關(guān)系（P<0.001）。REF不隨孕周的增長(zhǎng)而變化，在整個(gè)孕期相對(duì)恒定，與孕周無(wú)明顯相關(guān)性（P>0.05）。結(jié)論：應(yīng)用iSTIC技術(shù)可以定量測(cè)量胎兒右心室容積，操作相對(duì)簡(jiǎn)單，重復(fù)性較好，iSTIC技術(shù)有望為臨床評(píng)價(jià)胎兒心功能提供新方法。

心室功能，右；胎兒；超聲檢查，產(chǎn)前

先天性心臟病是目前產(chǎn)前超聲診斷的難點(diǎn)及圍產(chǎn)醫(yī)學(xué)研究的重點(diǎn)，先天性心臟病可以分為結(jié)構(gòu)異常和功能異常，胎兒心臟結(jié)構(gòu)與功能的異常往往可導(dǎo)致心室容積的改變，心室容積作為評(píng)價(jià)胎兒心血管發(fā)育的重要指標(biāo)，可靠有效的方法用于評(píng)價(jià)胎兒心室容積及心功能將為超聲準(zhǔn)確診斷及臨床有效治療先心病提供信息引導(dǎo)。應(yīng)用傳統(tǒng)的二維超聲定量評(píng)價(jià)胎兒心功能，在準(zhǔn)確性方面并未得到廣泛接受[1]。三維超聲基于時(shí)間-空間相關(guān)成像（STIC）技術(shù)在測(cè)量胎兒心室容積、評(píng)價(jià)胎兒心功能方面克服了傳統(tǒng)二維超聲的許多不足，近來(lái)已有較多研究應(yīng)用STIC技術(shù)聯(lián)合器官計(jì)算機(jī)輔助分析（VOCAL）軟件測(cè)量胎兒心室容積、評(píng)價(jià)心功能，其研究結(jié)果證明了這項(xiàng)技術(shù)的準(zhǔn)確性與可行性[2-4]。但STIC技術(shù)也有許多限制因素，其成像原理決定了其本身并非實(shí)時(shí)的三維成像技術(shù)，掃描過程中傳感器執(zhí)行緩慢的單向掃描，造成了采集圖像時(shí)間相對(duì)較長(zhǎng)，易受胎動(dòng)、孕婦呼吸的影響，導(dǎo)致圖像質(zhì)量下降[5-6]。

最新出現(xiàn)的iSTIC技術(shù)采用電子矩陣式探頭，探頭由數(shù)千個(gè)振元組成，采集數(shù)據(jù)生成實(shí)時(shí)的三維圖像，獲取一個(gè)心動(dòng)周期的高分辨率容積圖像，僅需2 s，減少了胎兒運(yùn)動(dòng)對(duì)圖像的影響，iSTIC技術(shù)實(shí)現(xiàn)了對(duì)胎兒心臟的實(shí)時(shí)三維可視化，已顯示出較多的優(yōu)越性[7-11]。本研究應(yīng)用iSTIC技術(shù)測(cè)量正常胎兒右心室容積，評(píng)價(jià)胎兒右心收縮功能，旨在為超聲更準(zhǔn)確、簡(jiǎn)便評(píng)價(jià)胎兒心功能提供新方法。

圖1 iSTIC技術(shù)獲得的胎兒REDV示意圖。Figure 1.REDV measurements by iSTIC technique.

圖2 iSTIC技術(shù)獲得的胎兒RESV示意圖。Figure 2.RESV measurements by iSTIC technique.

1 資料與方法

1.1 一般資料

選擇2014年10月—2015年9月我院行產(chǎn)前超聲檢查的正常單胎妊娠孕婦167例，140例入選，入選孕婦年齡22～36歲，平均（26.60±3.54）歲，孕周22～35周+6，平均（28.60±3.99）周，其中22～23周+620例，24～25周+624例，26～27周+620例，28～29周+618例，30～31周+621例，32～33周+618例，34～35周+619例。入選標(biāo)準(zhǔn)：①單胎妊娠；②胎兒生物學(xué)測(cè)量指標(biāo)與相應(yīng)孕周相符；③二維超聲檢查胎兒無(wú)明顯解剖結(jié)構(gòu)異常；④向孕婦告知檢查目的，獲取知情同意后采集圖像；⑤行胎兒心臟實(shí)時(shí)三維iSTIC技術(shù)采集的圖像清晰，無(wú)偽影干擾。

1.2 使用儀器

采用Philips公司IU22三維彩色多普勒超聲診斷儀，電子矩陣探頭，頻率2～4 MHz，QLAB軟件進(jìn)行圖像分析與后處理。

1.3 數(shù)據(jù)采集

詢問孕婦末次月經(jīng)，核對(duì)孕周并記錄。孕婦仰臥，選擇X6-1探頭，啟動(dòng) fetal echo程序，經(jīng)腹掃查，在采集過程中囑孕婦屏氣，避免運(yùn)動(dòng)偽影干擾，在胎兒標(biāo)準(zhǔn)四腔心切面啟動(dòng)3D/4D iSTIC技術(shù)模式，將3D/4D取樣框位置及取樣涉及范圍進(jìn)行調(diào)整，要求取樣框包括整個(gè)胎兒心臟進(jìn)行3D/4D容積數(shù)據(jù)采集，采集完成后測(cè)量胎兒心率并保存，將所有圖像存儲(chǔ)于機(jī)器內(nèi)置硬盤中，以備脫機(jī)分析。

1.4 數(shù)據(jù)分析

①三維圖像后處理：將存儲(chǔ)于機(jī)器內(nèi)置硬盤的圖像調(diào)出，應(yīng)用QLAB軟件，在整個(gè)心動(dòng)周期中通過觀察房室瓣開閉定幀舒張末期和收縮末期，調(diào)整好圖像亮度及對(duì)比度，要求心內(nèi)膜顯示清晰，在兩個(gè)時(shí)相分別測(cè)量胎兒右心室容積。收縮末期定義為房室瓣開放前的瞬間，舒張末期定義為房室瓣關(guān)閉后的瞬間[12]。將中心點(diǎn)置于右心室中心部位，選擇stacked contours，沿右心室心尖處心內(nèi)膜到三尖瓣瓣緣處劃線，軟件自動(dòng)進(jìn)行分層，在心臟短軸切面上逐層手動(dòng)勾畫每層心內(nèi)膜的輪廓，勾畫范圍包括肌小梁及調(diào)節(jié)束。計(jì)算機(jī)自動(dòng)計(jì)算出右心室的容積 （圖1，2）。右心室舒張末期容積（REDV）、右心室收縮末期容積（RESV）均由同一觀察者重復(fù)測(cè)量3次，取平均值。②心功能指標(biāo)計(jì)算：右心每搏輸出量（RSV）=REDV-RESV，右心輸出量 （RCO）=RSV×胎心率（FHR），右心射血分?jǐn)?shù)（REF）=RSV/REDV。③重復(fù)性檢驗(yàn)：隨機(jī)調(diào)取圖像30例，每例胎兒右心室容積均由兩名觀察者獨(dú)立測(cè)量?jī)纱斡?jì)算不同的觀察者和同一觀察者兩次的測(cè)量結(jié)果的可重復(fù)性，不同觀察者間比較為對(duì)同一觀察者兩次測(cè)量數(shù)據(jù)取平均值后再進(jìn)行比較。

1.5 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)學(xué)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)錄入與處理分析。計(jì)量資料數(shù)據(jù)以±s表示，應(yīng)用線性與回歸的方法分析胎兒右心室容積及右心功能參數(shù)隨孕周的變化關(guān)系，采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)（ICC）評(píng)價(jià)觀察者內(nèi)與觀察者間的可重復(fù)性。P＜0.05差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 相關(guān)性分析結(jié)果

正常胎兒REDV、RESV、RSV、RCO隨孕周的變化呈現(xiàn)明顯的線性相關(guān)關(guān)系（P均＜0.001）。上述各參數(shù)測(cè)量值與孕周關(guān)系所擬合的直線方程如下，REDV：Y=-3.976+0.215X（R2=0.826，P＜0.001），RESV：Y=-1.371+0.077X（R2=0.776，P＜0.001），RSV：Y=-2.588+ 0.138X （R2=0.777，P＜0.001），RCO：Y=-366.376+ 19.693X（R2=0.767，P＜0.001）（圖3～6）。REF不隨孕周的增長(zhǎng)而變化，在整個(gè)孕期相對(duì)恒定，與孕周無(wú)明顯相關(guān)性（P＞0.05）（圖7）。應(yīng)用iSTIC技術(shù)測(cè)得的胎兒右心室容積與心功能各指標(biāo)值見表1。

2.2 可重復(fù)性檢驗(yàn)結(jié)果

表1 孕22～35周+6正常胎兒REDV、RESV、RSV、RCO、REF測(cè)量值

圖3 REDV與孕齡的關(guān)系圖。Figure 3.The correlation between REDV and GA.

圖4 RESV與孕齡的關(guān)系圖。Figure 4. The correlation between RESV and GA.

圖5 RSV與孕齡的關(guān)系圖。Figure 5.The correlation between RSV and GA.

圖6 RCO與孕齡的關(guān)系圖。Figure 6. The correlation between RCO and GA.

圖7 REF與孕齡的關(guān)系圖。Figure 7.The correlation between REF and GA.

同一觀察者測(cè)量REDV的ICC為0.989，95%的可信區(qū)間 0.978～0.995，測(cè)量 RESV的 ICC為0.978，95%的可信區(qū)間0.955～0.989；不同觀察者測(cè)量REDV的ICC為0.988，95%的可信區(qū)間0.975～0.944，測(cè)量RESV的ICC為0.988，95%的可信區(qū)間0.900～0.977。ICC值均＞0.9，表明同一觀察者及不同觀察者應(yīng)用iSTIC技術(shù)測(cè)量RESV、REDV具有較好的可重復(fù)性。

3 討論

傳統(tǒng)的二維超聲仍是目前診斷胎兒先心病的金標(biāo)準(zhǔn)[13]，但二維超聲在定量評(píng)價(jià)胎兒心室容積及心功能方面存在著較多的局限性。尤其是應(yīng)用二維超聲在測(cè)量胎兒心室容積方面無(wú)法避免地對(duì)胎兒心臟的幾何形態(tài)進(jìn)行假想，這就導(dǎo)致了當(dāng)胎兒異常而引起心臟幾何形態(tài)發(fā)生明顯改變時(shí)，二維超聲則很難準(zhǔn)確的對(duì)胎兒心室容積進(jìn)行測(cè)量進(jìn)而對(duì)心功能進(jìn)行定量評(píng)估[14]。

目前STIC成像技術(shù)應(yīng)用于胎兒心臟領(lǐng)域方面已有相對(duì)廣泛研究，它是在三維數(shù)據(jù)采集的過程中加入了時(shí)間因素，傳感器在目標(biāo)區(qū)域進(jìn)行單向連續(xù)掃描，記錄由每一個(gè)二維切面組成三維容積數(shù)據(jù)庫(kù)，容積數(shù)據(jù)采集完成后，軟件可自動(dòng)對(duì)處于同一時(shí)間點(diǎn)的二維切面進(jìn)行分組，重組出整個(gè)胎兒心動(dòng)周期的圖像[7，14]，圖像后處理的心動(dòng)周期中可根據(jù)房室瓣的開閉定義收縮末期、舒張末期時(shí)相?？朔硕S超聲對(duì)心臟幾何形態(tài)的假想，其圖像采集過程也相對(duì)簡(jiǎn)單，減少了對(duì)操作者的經(jīng)驗(yàn)要求,易于操作。但其成像原理決定了STIC技術(shù)并非實(shí)時(shí)的成像技術(shù)，而是延時(shí)的。因而當(dāng)胎兒心臟異常引起心室運(yùn)動(dòng)不同步時(shí)，這種方法可能會(huì)不準(zhǔn)確的估計(jì)胎兒心室的最大、最小體積，例如REDV和RESV。

相比之下，iSTIC技術(shù)可以生成實(shí)時(shí)的三維圖像，電子矩陣探頭采用陣元縱橫排列的二維探頭實(shí)現(xiàn)矩陣容積成像，聲束能夠自動(dòng)旋轉(zhuǎn)進(jìn)行大范圍掃描，這就能顯著地縮短采集三維圖像數(shù)據(jù)的時(shí)間，同時(shí)也提高了工作效率。STIC技術(shù)采集1幅圖像的時(shí)間需要8～12 s，而iSTIC技術(shù)僅需要2 s，iSTIC技術(shù)成像時(shí)間較STIC技術(shù)明顯縮短，解決了STIC技術(shù)成像慢與胎兒心率快之間所存在矛盾點(diǎn)，同時(shí)也減少了胎動(dòng)、孕婦呼吸等因素對(duì)圖像質(zhì)量的影響，所獲得的圖像分辨率也隨之提高[7-11]。理論上iSTIC技術(shù)對(duì)胎兒心室容積測(cè)量的準(zhǔn)確性也較STIC技術(shù)更高，同時(shí)也減少了胎兒接受超聲波的照射時(shí)間。

胎兒先心病是嚴(yán)重的先天性疾病之一，胎兒心臟異常往往會(huì)引起血流動(dòng)力學(xué)的改變，血流動(dòng)力學(xué)的變化可以導(dǎo)致胎兒心腔容積發(fā)生改變繼而導(dǎo)致心功能的改變，因此及早發(fā)現(xiàn)胎兒心功能異常對(duì)早期診斷先心病以及了解先心病發(fā)病機(jī)制具有重要意義。不僅先心病可以導(dǎo)致胎兒心功能的改變，胎兒的許多疾病，例如胎兒心律失常，胎兒宮內(nèi)發(fā)育遲緩，胎兒水腫等疾病均可以導(dǎo)致心功能的改變，孕婦妊娠期高血糖也可以引起胎兒心功能的改變[15]。因此胎兒心功能可以作為評(píng)價(jià)胎兒宮內(nèi)生長(zhǎng)發(fā)育情況的重要監(jiān)測(cè)指標(biāo)，超聲作為產(chǎn)前診斷的重要手段，應(yīng)用超聲尋求一種有效評(píng)價(jià)胎兒心功能的方法將對(duì)臨床診斷胎兒疾病及監(jiān)護(hù)母嬰健康至關(guān)重要。

本研究應(yīng)用iSTIC技術(shù)對(duì)140例正常胎兒進(jìn)行心功能研究，結(jié)果表明，胎兒REDV、RESV、RSV、RCO隨著孕周的增長(zhǎng)而增大，與孕周具有較好的相關(guān)性，REF不隨孕周的增長(zhǎng)而變化，在整個(gè)孕期較為恒定。Zheng等[16]也應(yīng)用實(shí)時(shí)三維超聲技術(shù)對(duì)正常胎兒心功能進(jìn)行研究，研究結(jié)果顯示，除了REF外，胎兒其他右心功能指標(biāo)均隨孕周的增長(zhǎng)而增大，并與孕周呈指數(shù)相關(guān)關(guān)系，與本研究的研究結(jié)果有所不同，因其研究對(duì)象的孕周范圍為16.7～34.6周，與本研究的孕周范圍不同，可能與此因素有關(guān)。張靜等[17]應(yīng)用STIC技術(shù)對(duì)孕24～37周+6正常胎兒右心功能進(jìn)行研究，結(jié)果表明胎兒REDV、RESV、RSV、RCO隨孕周的增加呈增長(zhǎng)趨勢(shì)，與孕周呈二次項(xiàng)線性相關(guān)關(guān)系，這可能與STIC技術(shù)與iSTIC技術(shù)采集圖像原理不同而造成研究結(jié)果的不同有關(guān)。在整個(gè)胎兒生長(zhǎng)發(fā)育過程中，循環(huán)系統(tǒng)起著決定性作用，與成人不同的是胎兒時(shí)期右心室承擔(dān)了主要的循環(huán)功能，而右心室本身所具有的解剖結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，形態(tài)不規(guī)則，尖部有調(diào)節(jié)束，心內(nèi)膜面較左心室內(nèi)膜面粗糙，因此尋找一種準(zhǔn)確可靠的方法測(cè)量胎兒右心室容積及心功能指標(biāo)尤為重要。

本研究三維圖像后處理應(yīng)用 QLAB軟件，stacked contours方法進(jìn)行容積測(cè)量，中心點(diǎn)設(shè)定完成后，系統(tǒng)對(duì)右心室自動(dòng)進(jìn)行分層并形成7層勾畫平面，操作者可以調(diào)節(jié)圖像的亮度與對(duì)比度使右心室內(nèi)膜面清晰顯示，便可以通過觀察右心室各層心內(nèi)膜邊界逐層勾畫右心腔輪廓，得到右心室容積。這種方法不需要人為的對(duì)旋轉(zhuǎn)角度和勾畫層數(shù)進(jìn)行選擇，操作簡(jiǎn)單，同時(shí)也縮短了勾畫時(shí)間，勾畫過程中操作者完全不依賴對(duì)右心室?guī)缀涡螒B(tài)的假想。勾畫完成后軟件可以自動(dòng)生成右心室的三維立體模型圖，通過對(duì)右心室三維立體模型圖的直觀觀察，可以發(fā)現(xiàn)右心室的幾何形態(tài)并不規(guī)則，此方法可以較為客觀的測(cè)量胎兒右心室的容積。

本研究也存在一定的不足之處，采集到167例正常胎兒四腔心圖像，實(shí)際用于后期分析的圖像只有140例，采集圖像的失敗率為16.2%，導(dǎo)致樣本量較少，造成采集的圖像無(wú)法用于后期分析的原因有：孕婦腹壁厚造成圖像模糊，部分晚孕胎兒心臟受體位、骨骼偽影的干擾顯示不清，由于采集者采集經(jīng)驗(yàn)不足而造成的失敗，因此圖像采集的成功率有待提高。圖像后處理采用手動(dòng)勾畫心內(nèi)膜的方法，這就要求采集到的圖像心內(nèi)膜清晰，多次測(cè)量取平均值雖盡可能地減小測(cè)量誤差，但由于右心室心內(nèi)膜表面不光滑，不可避免的造成測(cè)量誤差。而且由于研究對(duì)象的特殊性，目前尚無(wú)評(píng)估胎兒心功能的金標(biāo)準(zhǔn)，我們應(yīng)用iSTIC技術(shù)獲得的數(shù)據(jù)無(wú)法與之進(jìn)行比較。

綜上所述，iSTIC技術(shù)用于定量測(cè)量胎兒右心室容積，評(píng)價(jià)右心室收縮功能已顯示出較多的優(yōu)越性，其在產(chǎn)前診斷中的應(yīng)用前景值得進(jìn)一步研究與探討。

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Evaluation of intelligent spatiotemporal image correlation on normal fetal right ventricular volume and systolic function

SUN Ting-ting,SUN Jia-xing,XIE Li-mei,WANG Bing,WANG Chao
(Department of Ultrasound,Shengjing Hospital of China Medical University,Shenyang 110004,China)

Objective:To investigate the value of intelligent spatiotemporal image correlation(iSTIC)in researching normal fetal right heart ventricular volume and systolic function.Methods:From October 2014 to September 2015 in our prenatal ultrasound examinations of normal pregnancy,167 cases of pregnant women were included.The application of iSTIC technology was to acquire the whole fetal cardiac volume data and the QLAB software was for off-line analysis.We defined cardiac systolic and diastolic phase by atrioventricular valve open and following atrioventricular value closure.Two phases of volumetric data were measured by manual tracting and summation of multiple slices,recording the right ventricular end-systolic volume (RESV)and the right ventricular end-diastolic volume(REDV).These volumes were used to calculate the right stroke volume (RSV),the right cardiac output(RCO)and the right ejection fraction(REF).Analysis of the relationship between the above-mentioned index changing with the gestational age(GA).In 30 randomly selected cases the right ventricular volume were measured by the same sonographer twice and the intraobserver agreement measurements were calculated.Results:Among 167 cases of fetal,140 cases of application of iSTIC technology acquisition images clarity for later analysis,the successful rate was 83.8%. The mean REDV increased from(0.99±0.34)at 22 weeks to(3.70±0.35)at 35 weeks+6;the mean RESV increased from(0.43± 0.18)at 22 weeks to(1.37±0.21)at 35 weeks+6;the mean RSV increased from(0.62±0.29)at 22 weeks to(2.32±0.19)at 35 weeks+6;the mean RCO increased from(92.23±40.67)at 22 weeks to(337.21±29.02)at 35 weeks+6.REDV,RESV,RSV,RCO were increased with the gestational age,there are linear correlation with gestational age(P<0.001).REF had no obvious correlation with GA(P>0.05).Conclusion:Application of iSTIC technology can quantitatively measure the fetal right ventricular volume,relatively simple operation,and high repeatability.iSTIC technology is expected to provide a new method for clinical evaluation of the fetal cardiac function.

Ventricular function,right;Fetus;Ultrasonography,prenatal

R714.51；R445.1

A

1008－1062（2016）11－0807－05

2016－03－14

孫婷婷（1989-），女，山東威海人，在讀碩士研究生。E-mail：stt109116@163.com

解麗梅，中國(guó)醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院超聲科，110004。E-mail：xielm72@163.com

遼寧省科技廳科學(xué)技術(shù)計(jì)劃項(xiàng)目（2012225019）。