時(shí)間空間相關(guān)成像聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)用于正常胎兒心臟超聲篩查

胡麗蓉，冉海濤，羅 瑜，馬曉娟，楊 芳，王志剛

(1.成都市第一人民醫(yī)院超聲科，四川 成都 610041；2.重慶醫(yī)科大學(xué)超聲影像學(xué)研究所，重慶 400010)

常規(guī)二維超聲是胎兒心臟超聲篩查的基礎(chǔ)，對(duì)于檢出胎兒先天性心臟病(簡稱先心病)具有重要意義[1]；但胎兒心臟體積小、搏動(dòng)快、結(jié)構(gòu)復(fù)雜，且產(chǎn)前超聲醫(yī)師水平參差不齊，對(duì)胎兒先心病檢出率不一，且較為耗時(shí)。時(shí)間空間相關(guān)成像(spatiotemporal image correlation， STIC)技術(shù)采用容積探頭，可在短時(shí)間內(nèi)完成對(duì)胎兒心臟的連續(xù)掃描，獲取容積數(shù)據(jù)；5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)可對(duì)容積數(shù)據(jù)進(jìn)行智能導(dǎo)航，并呈現(xiàn)胎兒心臟相應(yīng)切面聲像圖。本研究采用STIC聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)對(duì)正常胎兒心臟進(jìn)行檢查，并與常規(guī)二維超聲比較，探討其在正常胎兒心臟超聲篩查中的應(yīng)用價(jià)值。

1 資料與方法

1.1 一般資料 收集2018年1—8月在我院經(jīng)胎兒心臟超聲篩查未見明顯異常的114胎胎兒，均為單胎，孕22～26周，平均(24.77±0.63)周；孕婦年齡20～43歲，平均(28.6±4.6)歲，無妊娠高危因素；受檢孕婦均簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用Samsung WS80A超聲診斷儀，配備胎兒心臟掃查模式和5D Heart智能導(dǎo)航胎兒心臟分析軟件。

常規(guī)二維超聲檢查：采用CA1-7A凸陣探頭，頻率3～5 MHz，選擇胎兒心臟模式，采集9個(gè)胎兒心臟切面：四腔心(four-chamber， 4-CH)切面、五腔心(five-chamber， 5-CH)切面、左心室流出道(left ventricular outflow tract， LVOT)切面、右心室流出道(right ventricular outflow tract， RVOT)切面、三血管氣管(three vessels and trachea， 3VT)切面、主動(dòng)脈弓(aortic-arch， Ao-Arch)切面、動(dòng)脈導(dǎo)管弓(ductal-arch， D-Arch)切面、腔靜脈長軸(vena cava， VC)切面和胃泡水平腹部(abdomen， Ab)橫切面。容積數(shù)據(jù)采集：采用CV1-8A容積探頭，頻率4～8 MHz，選擇胎兒心臟-5D模式，設(shè)置掃描時(shí)間15 s，掃描角度40°，以4-CH切面為初始切面，容積取樣框位于4-CH切面，包括整個(gè)胸腔(即包含心臟、肺組織、脊柱、雙側(cè)肋骨)，囑孕婦屏氣后啟動(dòng)STIC容積數(shù)據(jù)采集，并將數(shù)據(jù)存儲(chǔ)至硬盤。分別記錄2種檢查方法采集圖像所需時(shí)間。以上操作均由同一名醫(yī)師(醫(yī)師甲，具有產(chǎn)前診斷資質(zhì)和3年胎兒心臟超聲篩查經(jīng)驗(yàn))完成。

采用5D Heart智能導(dǎo)航分析軟件對(duì)STIC容積數(shù)據(jù)進(jìn)行自動(dòng)導(dǎo)航、識(shí)別，并逐步標(biāo)記7個(gè)導(dǎo)航點(diǎn)(圖1)，必要時(shí)行人工校正以確保導(dǎo)航點(diǎn)位置準(zhǔn)確：于Ab切面上定位降主動(dòng)脈，4-CH切面上定位胸主動(dòng)脈、房室交點(diǎn)、右心房壁，3VT切面上定位肺動(dòng)脈瓣、上腔靜脈、主動(dòng)脈橫弓；軟件可自動(dòng)于儀器同一屏幕呈現(xiàn)與常規(guī)二維超聲相同的9個(gè)胎兒心臟切面(圖2)。

1.3 圖像分析 由醫(yī)師甲分別對(duì)常規(guī)二維超聲和STIC聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)呈現(xiàn)的9個(gè)胎兒心臟切面的圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分；間隔1周后，醫(yī)師甲再次、醫(yī)師乙(具有產(chǎn)前診斷資質(zhì)及3年胎兒心臟超聲篩查經(jīng)驗(yàn))首次對(duì)STIC聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)的圖像質(zhì)量進(jìn)行評(píng)分。評(píng)分標(biāo)準(zhǔn)[2]：1分，未能完全顯示該切面應(yīng)顯示的所有解剖結(jié)構(gòu)；2分，基本顯示該切面應(yīng)顯示的所有解剖結(jié)構(gòu)，但清晰度一般；3分，清晰顯示該切面應(yīng)顯示的所有解剖結(jié)構(gòu)。2、3分為合格圖像，計(jì)算顯示合格率。

2 結(jié)果

對(duì)114胎成功完成常規(guī)二維超聲檢查；采集心臟容積數(shù)據(jù)114胎，其中2胎因胎動(dòng)明顯無法確定導(dǎo)航點(diǎn)位置而被排除，對(duì)其余112胎進(jìn)行了分析；采集容積數(shù)據(jù)和常規(guī)二維超聲圖像的時(shí)間分別為(94.76±35.21)s和(595.88±139.29)s，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(t=-36.321，P<0.001)。

醫(yī)師甲分析常規(guī)二維超聲與STIC聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)對(duì)各胎兒心臟切面的顯示合格率均較高，LVOT和Ab切面二維超聲圖像顯示合格率高于STIC聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)(P均<0.05)，其他切面合格率差異均無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05，表1)。醫(yī)師甲2次分析STIC聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)Ao-Arch切面圖像質(zhì)量評(píng)分一致性較好(Kappa=0.593)，其余各切面圖像質(zhì)量評(píng)分的一致性好(Kappa均>0.75，表2)。醫(yī)師甲、乙之間分析STIC聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)3VT切面圖像質(zhì)量評(píng)分一致性較差(Kappa=0.387)，Ao-Arch切面一致性較好(Kappa=0.593)，其余各切面評(píng)分一致性好(Kappa均>0.75，表3)。

表1 醫(yī)師甲采用2種檢查方法對(duì)各切面的顯示合格率比較[胎(%)]

表2 醫(yī)師甲2次分析STIC聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)各切面評(píng)分的一致性檢驗(yàn)

表3 醫(yī)師甲與醫(yī)師乙之間分析STIC聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)各切面評(píng)分一致性檢驗(yàn)

圖15D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)對(duì)容積數(shù)據(jù)逐步標(biāo)記7個(gè)導(dǎo)航點(diǎn) A.于Ab切面定位降主動(dòng)脈； B～D.于4-CH切面定位胸主動(dòng)脈、房室交點(diǎn)和右心房壁； E～G.于3VT切面定位肺動(dòng)脈瓣、上腔靜脈和主動(dòng)脈橫弓

圖2 STIC聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)呈現(xiàn)9個(gè)胎兒心臟切面 A.3VT； B.4-CH； C.5-CH； D.LVOT； E.RVOT； F.Ab； G.D-Arch； H.Ao-Arch； I.VC

3 討論

胎兒先天性心臟畸形是最常見的先天性畸形，約占全部胎兒畸形的30%[3]。超聲是胎兒先天性心臟畸形最重要的影像學(xué)篩查方法[4]。國際婦產(chǎn)超聲協(xié)會(huì)最新中孕期胎兒心臟超聲檢查指南中，推薦將4-CH、LVOT、RVOT、3VT、Ab切面作為胎兒心臟超聲篩查的常用切面[1]；一旦發(fā)現(xiàn)心臟異常，則掃查更多輔助切面來分析心臟大血管結(jié)構(gòu)，包括Ao-Arch、D-Arch及VC等美國超聲心動(dòng)圖學(xué)會(huì)關(guān)于胎兒超聲心動(dòng)圖檢查指南推薦的切面[5]。心臟大血管節(jié)段性分析法是目前國際公認(rèn)的分析心臟結(jié)構(gòu)畸形的重要方法，可使診斷簡單化、條理化，也是診斷先天性心臟畸形最為準(zhǔn)確的影像學(xué)方法。該法將心臟分為心房、心室和大動(dòng)脈3個(gè)節(jié)段，節(jié)段間有靜脈心房連接、心房心室連接及心室動(dòng)脈連接，通過分析內(nèi)臟位置、各節(jié)段連接及空間排列關(guān)系等對(duì)胎兒心臟結(jié)構(gòu)進(jìn)行篩查。本研究運(yùn)用STIC聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)呈現(xiàn)9個(gè)胎兒心臟切面，包含之前推薦的所有掃查切面，亦包含心臟大血管節(jié)段性分析法對(duì)胎兒心臟進(jìn)行分析的所有要素。同時(shí)，STIC聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)生成動(dòng)態(tài)圖像，可觀察心動(dòng)周期內(nèi)不同時(shí)相房室瓣及半月瓣開閉情況。

本研究中STIC聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)對(duì)4-CH、5-CH、RVOT、3VT、Ao-Arch、D-Arch、VC切面的顯示率均在90%以上，與常規(guī)二維超聲比較差異無統(tǒng)計(jì)學(xué)意義(P均>0.05)；對(duì)Ab切面的顯示率為94.64%(106/112)，低于常規(guī)二維超聲(114/114，100%，P=0.012)。分析原因，可能在于本研究獲取容積數(shù)據(jù)的掃描角度均為40°、掃描時(shí)間均為15 s，掃描范圍未完全包括胎兒上腹部，從而影響了對(duì)該切面的顯示。本研究中LVOT切面的顯示合格率低于常規(guī)二維超聲(P=0.033)，可能因主動(dòng)脈管徑相對(duì)于肺動(dòng)脈主干管徑及各房室徑較為細(xì)小，而LVOT切面與4-CH切面夾角較小(約30°)[6]，使容積數(shù)據(jù)內(nèi)LVOT切面信息數(shù)據(jù)相對(duì)減少，影響該切面圖像重建，與Veronese等[7]的研究結(jié)果基本一致。

4-CH切面是胎兒心臟超聲篩查最重要和最基礎(chǔ)的切面[1,6]。本研究采集容積數(shù)據(jù)是以4-CH切面為初始切面，簡單易行，超聲醫(yī)師經(jīng)過短期的培訓(xùn)便可熟練操作[8-9]；5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)基于STIC技術(shù)獲取容積數(shù)據(jù)，對(duì)容積數(shù)據(jù)自動(dòng)導(dǎo)航、標(biāo)記7個(gè)導(dǎo)航點(diǎn)即可獲得9個(gè)胎兒心臟切面[10]。分析容積數(shù)據(jù)的醫(yī)師需熟悉胎兒心臟解剖結(jié)構(gòu)，可辨認(rèn)聲像圖中正常及異常胎兒心臟結(jié)構(gòu)。本研究中參與圖像分析的醫(yī)師均具有產(chǎn)前診斷資質(zhì)和3年胎兒心臟超聲篩查經(jīng)驗(yàn)。不同醫(yī)師間(除3VT和Ao-Arch切面)及同一醫(yī)師不同時(shí)間(除Ao-Arch切面)分析容積數(shù)據(jù)后對(duì)各切面的評(píng)分一致性好(Kappa均>0.75)，提示STIC聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)對(duì)胎兒心臟各切面顯示的操作性強(qiáng)、可重復(fù)性好。

受多種因素影響，常規(guī)二維胎兒心臟超聲檢查耗時(shí)較長，而國際超聲界一直遵循ALARA(as low as reasonably achievable)原則，故縮短檢查時(shí)間非常必要。本研究采用STIC聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)，圖像采集時(shí)間明顯少于常規(guī)二維胎兒心臟超聲。

本研究的局限性：5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)是基于STIC技術(shù)進(jìn)行，圖像質(zhì)量受胎位、胎動(dòng)、羊水量、骨骼聲影等的影響；彩色多普勒血流信息有助于識(shí)別心臟結(jié)構(gòu)瓣膜異常[11]，而本研究所呈現(xiàn)的胎兒心臟切面均為灰階切面，且僅觀察了正常胎兒心臟，已有學(xué)者[12]運(yùn)用該技術(shù)對(duì)右位心合并復(fù)雜先天性心臟畸形胎兒做出正確診斷；評(píng)估胎兒心功能有賴于定量分析心室容積等[13]，本研究所用技術(shù)主要顯示胎兒心臟大血管結(jié)構(gòu)，無法進(jìn)行數(shù)據(jù)測量及定量分析。

綜上所述，STIC聯(lián)合5D Heart智能導(dǎo)航技術(shù)對(duì)胎兒心臟容積數(shù)據(jù)采集簡便，可縮短檢查時(shí)間，呈現(xiàn)的9個(gè)胎兒心臟切面圖像質(zhì)量能夠滿足胎兒心臟超聲篩查的需要；但參與圖像分析的醫(yī)師需具備診斷胎兒心臟先天畸形的能力；該技術(shù)在正常胎兒心臟超聲篩查中具有可行性和可重復(fù)性，應(yīng)用前景廣闊。