三維超聲體積自動(dòng)測量技術(shù)評估肺血減少型先天性心臟病胎兒肺體積變化

郭 勇，劉曉偉，張 燁，孫 琳，谷孝艷，韓建成，何怡華

(首都醫(yī)科大學(xué)附屬北京安貞醫(yī)院超聲心動(dòng)科二部 胎兒心臟病母胎醫(yī)學(xué)研究北京市重點(diǎn)實(shí)驗(yàn)室 北京安貞醫(yī)院胎兒心臟病母胎醫(yī)學(xué)會(huì)診中心，北京 100029)

肺血減少型先天性心臟病(congenital heart defect with decreased pulmonary blood flow， CHD-DPBF)是指以肺血管發(fā)育不良、肺血循環(huán)減少為特征的先天性心臟病，其中以法洛四聯(lián)癥(tetralogy of Fallot， TOF)最為常見。在人類胚胎的發(fā)育過程中，呼吸系統(tǒng)和循環(huán)系統(tǒng)的發(fā)生、發(fā)育幾乎同時(shí)進(jìn)行，兩者關(guān)系密切，嚴(yán)重呼吸衰竭是CHD-DPBF嬰幼兒死亡的主要原因之一[1-3]。因此，探究CHD-DPBF對胎兒肺臟發(fā)育的影響具有十分重要的意義和臨床價(jià)值。本研究應(yīng)用三維超聲體積自動(dòng)測量技術(shù)——計(jì)算機(jī)輔助虛擬臟器分析(virtual organ computer-aided analysis，VOCAL)對41胎TOF胎兒肺體積的變化進(jìn)行分析，旨在探討CHD-DPBF對胎兒肺發(fā)育的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2015年1月—2017年4月于我院接受胎兒心臟超聲檢查，并診斷為TOF的胎兒資料。納入標(biāo)準(zhǔn)：①單胎妊娠；②產(chǎn)前超聲檢查診斷為TOF，且經(jīng)胎兒尸體解剖或出生后影像學(xué)檢查證實(shí)；③胎兒肺臟超聲圖像清晰；④超聲檢查發(fā)現(xiàn)胎兒伴有動(dòng)脈導(dǎo)管血流逆灌。排除標(biāo)準(zhǔn)：①同時(shí)合并其他心外畸形或染色體異常；②合并宮內(nèi)發(fā)育遲緩、心功能衰竭；③合并其他可能影響胎兒肺發(fā)育的因素，如先天性膈疝、持續(xù)性羊水過少等；④超聲檢查發(fā)現(xiàn)胎兒肺血主要來源于肺動(dòng)脈側(cè)支循環(huán)。最終納入41胎TOF胎兒(TOF組)，孕婦年齡22～47歲，中位年齡31歲，孕周21.4～34.0周，中位孕周25.2周。

選取同期與TOF組孕周匹配、超聲檢查正常的110胎胎兒為對照組，孕婦年齡23～41歲，中位年齡31歲，孕周21.3～31.5周，中位孕周25.2周。本研究經(jīng)北京安貞醫(yī)院倫理學(xué)委員會(huì)批準(zhǔn)。根據(jù)醫(yī)學(xué)倫理學(xué)原則，向所有孕婦及其家屬告知課題內(nèi)容、具體步驟及相關(guān)檢查項(xiàng)目，并簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Voluson E8彩色多普勒超聲診斷儀，RAB4-8-D寬帶凸陣三維容積探頭，頻率2～8 MHz，隨機(jī)配備體質(zhì)量估算軟件及三維超聲VOCAL技術(shù)。

1.2.1 二維超聲測量 孕婦取仰臥位，常規(guī)測量胎兒雙頂徑、頭圍、腹圍和股骨長，通過儀器內(nèi)置軟件估算胎兒體質(zhì)量(estimated fetal weight， EFW)和孕周，然后測量胎兒胸廓橫徑、心臟橫徑，計(jì)算胎兒心胸比(cardiothoracic ratio， CTR)。

1.2.2 三維圖像采集 選擇三維容積探頭，啟動(dòng)3D模式，調(diào)節(jié)取樣框大小，使其包含整個(gè)胸廓；根據(jù)孕周及胎兒體位不同，調(diào)整容積掃查角度，盡量避開骨性結(jié)構(gòu)，使肺臟成像最清晰；以四腔心切面為起始切面，在孕婦屏氣及無胎動(dòng)時(shí)采集肺臟三維圖像；每側(cè)肺臟圖像采集3次，存儲最清晰圖像，以備數(shù)據(jù)后處理。

1.2.3 肺臟體積測量 調(diào)取肺臟三維原始數(shù)據(jù)，啟動(dòng)VOCAL體積測量程序，選擇A平面為旋轉(zhuǎn)初始平面，調(diào)整A平面，以垂直縱軸為旋轉(zhuǎn)軸(圖1A)，選擇旋轉(zhuǎn)步長為30°，上下極分別定位于肺尖和膈肌水平，手動(dòng)描記相應(yīng)6個(gè)切面的肺臟輪廓(圖1B)，軟件自動(dòng)模擬出肺臟的三維立體輪廓，并計(jì)算出相應(yīng)肺體積(圖1C)。每側(cè)肺臟輪廓描記2次，取平均值，左右兩側(cè)肺體積相加即得到胎兒肺體積，然后計(jì)算胎兒肺體積與EFW的比值，即為胎兒超聲肺重比。計(jì)算胎兒肺體積與孕周的比值。

1.2.4 重復(fù)性檢驗(yàn) 隨機(jī)抽取30胎胎兒的三維超聲圖像，由2名觀察者以VOCAL技術(shù)分別獨(dú)立測量胎兒肺體積，相隔1周后，由其中的1名觀察者以同樣方法再次測量此30胎胎兒的肺體積，評價(jià)觀察者內(nèi)及觀察者間測量胎兒肺體積的重復(fù)性。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析 采用SPSS 18.0統(tǒng)計(jì)分析軟件。符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以±s表示，TOF組與對照組間比較采用獨(dú)立樣本t檢驗(yàn)。胎兒肺體積與孕周的相關(guān)性分析采用Pearson相關(guān)分析。觀察者內(nèi)及觀察者間測量肺體積重復(fù)性檢驗(yàn)采用組內(nèi)相關(guān)系數(shù)。P<0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 臨床及超聲結(jié)果比較 TOF組與對照組間孕婦年齡、胎兒孕周、EFW及肺體積差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)，TOF組胎兒CTR大于對照組胎兒 (P<0.001)，胎兒肺體積與孕周比值及超聲肺重比小于對照組胎兒(P均<0.05)，見表1。

表1 TOF胎兒與對照組胎兒臨床及超聲參數(shù)比較(±s)

表1 TOF胎兒與對照組胎兒臨床及超聲參數(shù)比較(±s)

組別孕婦年齡(歲)胎兒孕周EFW(g)CTR肺體積(ml)肺體積與孕周比值(毫升/周)超聲肺重比(ml/g)TOF組(n=41)32.1±5.626.1±2.8900.63±340.580.55±0.0725.52±4.200.98±0.130.03±0.01對照組(n=110)30.4±3.825.4±1.7811.53±204.660.50±0.0526.36±4.921.04±0.170.04±0.01t值-1.784-1.602-1.573-5.2391.0462.2822.092P值0.0800.1150.122<0.0010.2990.0250.038

圖1 三維超聲VOCAL技術(shù)測量胎兒肺體積 A.設(shè)置測量中心旋轉(zhuǎn)軸； B.設(shè)置測量上下極并進(jìn)行肺輪廓描記； C.VOCAL軟件自動(dòng)模擬出肺臟三維輪廓 圖2 TOF組及對照組胎兒肺體積與孕周相關(guān)性散點(diǎn)圖

2.2 相關(guān)性分析 TOF組及對照組胎兒肺體積與孕周均呈正相關(guān)(r=0.611、0.547，P均<0.001；圖2)。

2.3 可重復(fù)性檢驗(yàn) 觀察者內(nèi)組內(nèi)相關(guān)系數(shù)為0.96，觀察者間組內(nèi)相關(guān)系數(shù)為0.94。

3 討論

超聲檢查作為無創(chuàng)性診斷胎兒先天畸形最簡便、最有效的影像學(xué)檢查手段，多年來一直被臨床廣泛應(yīng)用。近年來隨著三維超聲自動(dòng)成像技術(shù)的出現(xiàn)，克服了傳統(tǒng)二維超聲無法進(jìn)行不規(guī)則器官體積測量的限制，使得超聲可以對胎兒器官體積進(jìn)行準(zhǔn)確評估，如對胎兒肝臟、膽囊、肺臟、腎臟、腎上腺、大腦及小腦等器官體積的測量[4-6]，三維超聲VOCAL技術(shù)對于胎兒主要器官體積評估具有較好的可行性、可重復(fù)性及臨床應(yīng)用價(jià)值[7]。本研究中觀察者內(nèi)及觀察者間的組內(nèi)相關(guān)系數(shù)均>0.9，提示應(yīng)用三維超聲VOCAL技術(shù)測量胎兒肺體積的重復(fù)性好。

既往有關(guān)三維超聲VOCAL技術(shù)胎兒肺體積研究[8]的病例多局限于先天性膈疝胎兒，而缺乏先天性心臟病胎兒宮內(nèi)肺臟體積變化的相關(guān)報(bào)道。在CHD-DPBF患兒中，肺血管床發(fā)育異常及肺功能受損普遍存在，而現(xiàn)階段國內(nèi)外對CHD-DPBF引起肺臟器官異常的研究主要局限于術(shù)前評價(jià)或手術(shù)前后療效評估，研究手段多釆用測量肺動(dòng)脈內(nèi)徑或肺臟通氣換氣功能，而缺乏肺體積變化的相關(guān)研究[8]，且目前研究對象多為先天性心臟病患兒，針對宮內(nèi)胎兒的研究鮮見。嚴(yán)重的呼吸功能衰竭也是CHD-DPBF胎兒出生后死亡的主要原因之一[1，3]，因此，如果能將CHD-DPBF對肺體積發(fā)育影響情況的評估提早到產(chǎn)前，以此指導(dǎo)圍生期管理，對于出生后及時(shí)干預(yù)治療，減低或預(yù)防呼吸衰竭的發(fā)生及進(jìn)展，降低患兒死亡率都具有重要的臨床意義。

目前，CHD-DPBF導(dǎo)致胎兒肺發(fā)育異常肺體積減小的病因機(jī)制尚不完全明確，可能與胚胎發(fā)育過程中肺血流灌注異常有關(guān)。在人類胚胎的發(fā)育過程中，肺臟和心臟的發(fā)生、發(fā)育幾乎同時(shí)進(jìn)行，兩者相互影響、關(guān)系密切。肺動(dòng)脈伴隨氣管、支氣管一起發(fā)育，氣管、支氣管起模板、支撐作用，血管提供氣管發(fā)育必備營養(yǎng)物質(zhì)供給，肺血管發(fā)育異常會(huì)影響肺內(nèi)氣管及正常氣血屏障結(jié)構(gòu)的形成。CHD-DPBF胎兒往往伴有嚴(yán)重的肺動(dòng)脈狹窄或肺動(dòng)脈閉鎖，長期的肺血流量減少和肺動(dòng)脈灌注壓降低，容易導(dǎo)致肺血管床發(fā)育不良，阻礙肺組織的正常發(fā)育，多數(shù)患兒在出生不久即出現(xiàn)紫紺，缺血缺氧嚴(yán)重者甚至可導(dǎo)致死亡，預(yù)后較差[1，3，9]。有研究[9]表明CHD-DPBF可伴有肺小動(dòng)脈的肌層和管壁厚度增加，管壁彈性蛋白比例下降，膠原蛋白比例上升，管腔變細(xì)等改變。因此推測，這些改變可能是造成此類先天性心臟病患兒肺內(nèi)結(jié)構(gòu)和肺功能異常的主要原因。

胎兒肺重比是目前診斷胎兒肺發(fā)育不良的金標(biāo)準(zhǔn)。既往研究[10-11]采用的肺重比是病理尸體解剖胎兒肺質(zhì)量與胎兒體質(zhì)量之比，胎兒肺重比正常值為0.018～0.022，妊娠28周前肺重比<0.015或妊娠28周及以后胎兒肺重比≤0.012，即可診斷為胎兒肺發(fā)育不良。鑒于胎兒期肺體積與肺重量之間存在良好的相關(guān)性(1 ml肺體積重量為1 g)[12]，本研究先通過二維超聲估測胎兒的體質(zhì)量，再通過三維超聲VOCAL技術(shù)獲得胎兒肺體積(基本等同于胎兒肺質(zhì)量)，然后計(jì)算超聲肺重比，可消除不同孕周及胎兒個(gè)體差異對研究結(jié)果的干擾[13-14]。

本研究采用三維超聲VOCAL技術(shù)測量CHD-DPBF胎兒肺體積，以此評估胎兒宮內(nèi)肺發(fā)育情況，結(jié)果顯示，雖然TOF組與對照組相比肺體積絕對值無明顯差異，并且均隨孕周呈線性增長趨勢，但經(jīng)過孕周或體質(zhì)量標(biāo)準(zhǔn)化后的肺體積(胎兒肺體積與孕周比值及超聲肺重比)較對照組胎兒明顯減小，表明CHD-DPBF對于胎兒肺體積的發(fā)育有一定不良影響，可導(dǎo)致胎兒肺臟發(fā)育較同胎齡正常胎兒減慢。

本研究的局限性：①CHD-DPBF種類復(fù)雜，不同類型病變其血流動(dòng)力學(xué)改變也有所差異，本研究僅對最常見的TOF胎兒進(jìn)行分析，期待未來繼續(xù)積累病例進(jìn)行更加詳盡的分類及深入分析；②部分晚孕期胎兒由于受胎兒胎位、骨骼偽影遮擋等因素干擾無法獲取較高質(zhì)量的肺臟二維圖像，使得其三維圖像的采集描繪受到限制，因此本研究中晚孕期胎兒數(shù)較少，其分析結(jié)果存在一定的局限及誤差。

總之，本研究初步探討了TOF胎兒與正常胎兒之間肺體積發(fā)育的差異性，并且進(jìn)一步驗(yàn)證了三維超聲VOCAL技術(shù)測量胎兒肺體積的可重復(fù)性，為未來后續(xù)的研究積累一定的經(jīng)驗(yàn)和病例資料。