实时三维彩色多普勒经胸超声心动图对结构性心脏病术前评估的应用

朱延波，张秀红，关欣△，耿婕，骆永娟，张利霞，耿庆国

实时三维彩色多普勒经胸超声心动图对结构性心脏病术前评估的应用

朱延波1，张秀红2，关欣1△，耿婕3，骆永娟1，张利霞1，耿庆国1

目的 探讨实时三维彩色多普勒经胸超声心动图（RT-3D-CDTTE）在结构性心脏病（SHD）外科手术前评估应用中的可行性及诊断价值。方法 应用RT-3D-CDTTE技术对111例患者进行术前评估，其中SHD患者31例，非SHD患者80例作为阴性对照，对比常规二维彩色多普勒经胸超声心动图（2D-CDTTE），以心血管造影和术中直视所见为“金标准”，首先进行术前超声心动图检查及诊断，然后追踪造影及手术结果，以验证术前超声诊断的准确性。结果 （1）RT-3D-CDTTE能够在术前清晰显示SHD病变的三维结构及血流动力学状态，与心血管造影和术中直视所见基本一致。（2）2D-CDTTE对比“金标准”McNemar检验的P值大于0.05，Kappa=0.654（P＜0.001）。RT-3D-CDTTE对比“金标准”McNemar检验的P值大于0.05，Kappa=0.932（P＜0.001）。结论 RT-3D-CDTTE为SHD外科手术前评价及决策提供了重要信息。

超声心动描记术，三维；血流动力学；经胸超声心动图；结构性心脏病；术前评价

近年来由于计算机技术及成像设备的进步，使得实时三维灰阶及彩色多普勒血流成像成为可能，不仅缩短了成像时间，而且可以进行在机和脱机任意平面切割、重建、分析［1］，尤其是为结构性心脏病（structural heart disease，SHD）的三维空间结构和血流动力学状态提供了更加准确的信息，对于术前评估具有重要的价值［2］。目前大多数关于三维超声心动图的研究是应用术中经食管三维超声心动图［3］，研究方向也多是对于自体瓣膜和人工瓣膜的评价［4-5］。经胸三维超声心动图由于成像分辨率在近年来才基本达到诊断要求，而实时三维彩色多普勒经胸超声心动图（real time three-dimensional colorDoppler transthoracic echocardiography，RT-3D-CDTTE）更是最新的技术［1］。本研究通过对SHD患者进行术前RT-3D-CDTTE检查，探讨其在外科手术前评估应用中的可行性及诊断价值。

1 资料与方法

1.1 一般资料 2014年2月—8月在我院接受心脏外科手术的患者111例，男60例，女51例，年龄2～76岁，平均（43.1±23.6）岁。SHD患者31例，其中二尖瓣脱垂6例（2例合并腱索断裂），继发孔房间隔缺损6例，风湿性心脏病二尖瓣狭窄5例，主动脉瓣狭窄3例（1例为二叶化），部分型心内膜垫缺损合并继发孔房间隔缺损2例，动脉导管未闭2例，法洛四联症1例，室间隔缺损1例，室间隔缺损修补术残余漏1例，二尖瓣位人工生物瓣瓣周漏1例，三尖瓣下移畸形1例，梗阻性肥厚型心肌病1例，肺动脉瓣狭窄1例，非SHD患者80例作为阴性对照。

1.2 仪器与方法

1.2.1 图像采集设备与软件 使用Philips iE Elite超声诊断仪，X5-1经胸实时三维超声探头（实际工作频率1.4～4.2 MHz），可进行二维多普勒经胸超声心动图检查（2D-CDTTE）和RT-3D-CDTTE，提供90°×45°“金字塔”形灰阶三维成像，30°×15°实时三维彩色多普勒血流成像，30°×30°“3D-Zoom”实时三维彩色多普勒血流成像。后处理分析软件为Philips QLAB 9.1，可进行任意面切割，获得感兴趣区域的三维立体图像。

1.2.2 图像采集方法 患者于术前进行超声检查时，连接同步心电图，设置连续7个心动周期，首先进行经胸二维超声检查，通过调节增益、聚焦、滤波等将图像调至最佳，常规采集胸骨旁左心室长轴切面、左心室短轴切面、大动脉短轴切面、心尖四腔心切面、心尖五腔心切面、以及右心室流入道切面（对于三尖瓣病变患者），确定并重点观察感兴趣区域；然后切换至3D模式，采集时嘱患者在呼气末屏气，于胸骨旁数据库及心尖数据库，分别点击“Live 3D”、“Full volume”、“3D Zoom”按键采集实时三维图像，再点击“Color”按键获取实时三维彩色多普勒血流图像，检查结束后将图像存盘，以供后处理分析。

1.2.3 切割及观察方法 使用Philips QLAB 9.1后处理分析软件调节图像大小、灰阶及彩色增益、对比度、平滑度、压缩比例、亮度、切片厚度等尽量使图像显示最佳，从不同方向进行切割，尽量使感兴趣区域的三维结构及血流信息显示最佳，并进行定量测量。对于单一结构的病变主要使用“Live 3D”及“3D Zoom”功能显示并进行适当切割，对于复杂先天性心脏病空间关系的确定主要使用“Full volume”功能并进行切割；房室瓣主要从心房面或心室面进行正面观察，半月瓣主要从心室面向大动脉面进行观察，房间隔缺损主要从右心房向左心房进行观察，室间隔缺损主要从右心室向左心室进行观察，人工瓣膜主要从心房面进行观察，动脉导管主要从肺动脉根部向降主动脉进行观察。

1.3 统计学方法 以心血管造影和术中直视所见为“金标准”，采用SPSS 22.0统计软件进行统计学分析，两种技术准确度的差异用McNemar检验，两种技术间一致性的评价用Kappa检验，比较2D-CDTTE和RT-3D-CDTTE的诊断结果，以P＜0.05为差异有统计学意义，并且计算灵敏度、特异度、Youden指数、阳性预测值及阴性预测值。

2 结果

2.1 图像直观观察结果 31例中1例患者因为心房纤颤而导致三维图像拼接伪影，无法进行图像切割，其余30例均能得到较为满意的任意面三维图像，并且均能与心血管造影以及手术诊断吻合，一次采集时间为5～15 min，三维切割重建分析的时间为20～30 min。综上可以看出，RT-3D-CDTTE可以纠正和补充2D-CDTTE诊断，相比2D-CDTTE在超声图像直观观察方面具有较大优势，不仅可以显示心脏畸形的准确位置，而且可以准确评价畸形的程度，甚至可以发现2D-CDTTE无法显示的畸形位置，与造影及术中所见一致，见图1～4。

2.2 诊断试验结果 2D-CDTTE对比“金标准”McNemar检验的差别无统计学意义，Kappa检验2D-CDTTE和“金标准”两种方法结果一致性一般。RT-3D-CDTTE对比“金标准”McNemar检验的差别无统计学意义，Kappa检验RT-3D-CDTTE和“金标准”两种方法结果一致性较高。RT-3D-CDTTE的灵敏度、特异度、Youden指数、阳性预测值、阴性预测值均大于2D-CDTTE，见表1～3。

Tab.1 Evaluation of screening test between 2DCDTTE and Golden Standard表1 2D-CDTTE与金标准筛检试验评价

Tab.2 Evaluation of screening test between RT-3D-CDTTE and Golden Standard表2 RT-3D-CDTTE与金标准筛检试验评价

Tab.3 Summary of statistical analysis results表3 统计分析结果汇总

3 讨论

近年来实时三维经胸超声探头的研制成功，已经能够实现实时三维灰阶成像和三维彩色多普勒血流成像，帧频亦能满足临床诊断需求，而且能进行现场在机分析和脱机后处理分析［1］。常规二维超声心动图仅能探测二维平面，而心脏是一个立体结构，对结构异常的检查需要超声医师在头脑中经过“想象”形成三维图像，要求有比较丰富的临床经验和空间想象能力；而三维彩色多普勒超声心动图则仅需通过几个不同位置数据库的成像，通过计算机后处理来切割、加工以暴露解剖结构和血流动力学的异常，降低了对于检查者临床经验和空间想象能力的依赖性，其特殊的“外科视角”能让外科医师直接读懂图像，进一步简化了超声医师与外科医师的交流方式与过程。SHD包括先天性心血管结构异常、瓣膜性心脏病、心肌病等，其共同特点是均存在心脏结构上和血流动力学的异常［2］，超声心动图作为一种无创性的检查方法对于这类疾病的评估具有先天的优势。

从本研究可以看出，2D-CDTTE和金标准两种方法结果一致性一般，RT-3D-CDTTE和金标准两种方法结果一致性较高，说明RT-3D-CDTTE相比2D-CDTTE与金标准评价的一致性更高。在心脏结构性异常的评价方面［6］，如判断缺损位置、缺损形状、毗邻关系、是否合并其他畸形以及畸形位点、是否合并腱索断裂、瓣叶反流程度、狭窄的瓣口面积、瓣环直径、瓣叶数目等方面均可以提供更为详细而精确的解剖信息，对于外科术前决定封堵伞大小或者补片大小、手术方式、瓣叶脱垂的分区及人工瓣膜型号的选择等起到了很大的指导作用。在心内异常血流动力学状态的评价方面［7-8］，如分流方向以及血流动力学意义、瓣周漏位置、瓣口大小、瓣膜狭窄程度及下移瓣叶的位置和程度等方面提供了较为准确的血流动力学信息，与术中诊断的一致性较高，完全可以作为临床常规应用的检查手段。

RT-3D-CDTTE的应用也存在一些局限性。首先，三维成像是建立在二维成像基础之上的，如果二维图像质量不佳，便无法得到质量好的三维图像［9］，因此对于患者的选择就显得更为重要，而经食管三维超声心动图由于声束多位于近场，可以弥补图像质量差的不足之处［10］，但是由于其应用条件所限，不是所有患者均能进行经食管超声检查。其次，由于三维图像采集需要患者屏气以减少呼吸运动伪影，部分年龄较小患者以及心功能差的患者由于无法配合完成屏气动作，导致三维图像质量较差；而且部分心律失常患者的三维图像常常有拼接伪影，导致三维图像无法观察以及后处理［1］。最后，由于三维成像的数据库“金字塔”锥体角度所限，尤其是彩色多普勒三维成像的角度较窄，此时感兴趣区域必须位于锥体的中心位置，而这会导致某些毗邻结构无法包含在采集的数据库中，从而可能会漏掉一些关键信息。

总之，RT-3D-CDTTE作为一种近年来兴起的超声心动图彩色血流成像技术可以作为常规临床应用，随着时间的推移和技术的进步，其应用范围会更加广泛。

（图1～4见插页）

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（2014-08-28收稿 2015-01-14修回）

（本文编辑 魏杰）

Application of real-time three-dimensional color doppler transthoracic echocardiography on preoperative assessment of patients with structural heart disease

ZHU Yanbo1，ZHANG Xiuhong2，GUAN Xin1△，GENG Jie3，LUO Yongjuan1，ZHANG Lixia1，GENG Qingguo1，
1 Department of Ultrasound，Tianjin Chest Hospital，Tianjin 300222，China；2 Department of Nursing Management，Tianjin Children’s Hospital，Tianjin 300074，China；3 Department of Cardiac Intensive Care Unit，Tianjin Chest Hospital，Tianjin 300222，China
△Corresponding Author E-mail:gx.zwd@hotmail.com

Objective To investigate the diagnostic value of preoperative real-time three-dimensional color Doppler transthoracic echocardiography on assessment of patients with structural heart disease（SHD）.Methods A total of 111 patients were assessed preoperatively using real-time three-dimensional color Doppler transthoracic echocardiography（RT-3D-CDTTE），which include 31 SHD patients and 80 patients without SHD that were designed as negative control.Conventional two-dimensional color Doppler transthoracic echocardiography（2D-CDTTE）were used to compared with RT-3DCDTTE while cardiovascular angiography and intraoperative findings were used as“Golden Standard”simultaneously.First of all，preoperative echocardiographic examination were performed and diagnosis was given.Angiography and intraoperative findings were hired to verify the accuracy of echocardiographic diagnosis before operation.Results （1）The preoperative RT-3D-CDTTE displayed three-dimensional structure and hemodynamic status of SHD cardiac lesions clearly，which were consistent with cardiovascular angiography and intraoperative findings.（2）P value of McNemar test between 2D-CDTTE and“Golden Standard”was greater than 0.05，Kappa=0.654（P＜0.001）.P value of McNemar test between RT-3D-CDTTE and“Golden Standard”was greater than 0.05，Kappa=0.932（P＜0.001）.Conclusion RT-3D-CDTTE can provides essential information for preoperative evaluation which is important for decision of SHD management.

echocardiography，three-dimensional；hemodynamics；transthoracic echocardiography；structural heart disease；preoperative evaluation

R540.4+5

A DOI:10.11958/j.issn.0253-9896.2015.06.020

天津市医药卫生重点攻关项目（14KG125）

1天津市胸科医院超声科（邮编300222）；2天津市儿童医院护理部；3天津市胸科医院CICU

朱延波（1984），男，主治医师，硕士，主要从事超声心动图研究

△E-mail:gx.zwd@hotmail.com