三维VOCAL旋转技术在胎儿肺发育不良临床诊断的运用研究

王琳玲 周启昌 汤小康

三维VOCAL旋转技术在胎儿肺发育不良临床诊断的运用研究

王琳玲1周启昌2汤小康1

胎儿；肺发育不良；三维超声

肺脏是进行呼吸功能的重要脏器，胎儿肺发育不良可以导致新生儿出现严重的呼吸功能不全或呼吸衰竭，甚至造成新生儿死亡[1]。产前超声发现及确定胎儿肺发育不良可为临床干预提供重要的判断依据，对降低围生期胎儿死亡率具有重要的意义[2]。因此，对胎儿肺发育不良的研究是当今产前超声诊断的研究热点，而研究胎儿肺容积的正常超声测量值并评价分析其随胎儿孕周、质量的变化规律有着尤为重要的意义。三维超声VOCAL旋转技术是近年来出现的较为先进的容积自动测量技术，起初主要应用于子宫内膜容积的测量，而现在已经被广泛应用于各个领域，尤其是测量胎儿器官容积方面[3]。目前，国内关于利用三维容积测量技术对胎儿肺容积的测量报道还甚少，没有建立不同孕周胎儿肺容积的正常范围参考值。为此本研究尝试应用三维超声VOCAL旋转技术测量270名正常胎儿和20例肺发育不良高危胎儿的肺容积，以期建立不同孕周胎儿肺容积的正常参考值范围，并用肺容积与胎儿质量之比对胎儿肺发育不良进行评估，探讨正常胎儿肺容积随胎儿孕周、质量的变化规律及肺容积与胎儿质量比值对产前诊断胎儿肺发育不良的临床价值。

1 资料与方法

1.1 临床资料选取2012年10月—2013年10月期间在中南大学湘雅二医院超声科进行产前常规超声检查的孕妇290例，孕妇年龄范围为20～43岁，平均（28.06±4.67）岁，胎龄为17～36周，平均（26.85± 3.52）周，其中正常组胎儿270例，肺发育不良高危组胎儿20例。以孕周为单位分组，每一孕周归为1组。

1.2 纳入标准

1.2.1 正常组胎儿纳入标准（1）在产科临床检查及产前超声检查均正常的单胎妊娠；（2）母体末次月经清楚及月经规律者（通过孕早期超声所测胎儿头臀长证实）；（3）孕妇孕期未服用药物，无任何母体合并症（如母体糖尿病、妊娠高血压或心、肝、肾等疾病）；（4）母体无酗酒及吸烟史；（5）胎膜完整等。

1.2.2 肺发育不良高危组胎儿纳入标准符合胸腔内的病变（如胸腔积液、先天性膈疝及胸腔内肿块等）、胎儿泌尿系统畸形、持续性羊水过少、骨骼发育异常导致胸廓畸形、先天性神经系统、肌肉异常影响胎儿呼吸样运动、胸腹壁缺损等其他影响肺脏发育的畸形情况之一的胎儿。

1.3 检查设备及参数

1.3.1 检查设备两组胎儿均使用Voluson E8超声诊断仪（GE公司），配备常规腹部凸阵探头（1.5～ 4.6MHz）（GE公司）和内部电机控制的弧形阵列换能器的三维容积探头（4～8MHz）（GE公司）。

1.3.2 参数标准孕妇取仰卧位或侧卧位，在产科检查模式下使用腹部凸阵探头进行产前常规超声检查并获取所需的胎儿生物学指标：（1）双顶径（BPD）和头围（HC）：于丘脑水平横切面测量。测量的标准切面要求颅骨光环连续完整呈椭圆形，并且左右对称，能够清楚显示左右对称的两侧丘脑、丘脑之间的裂隙样第三脑室以及透明隔腔。双顶径测量：从近场颅骨的外侧缘到远场颅骨的内侧缘之间的距离，必需要垂直于脑中线；头围测量：用超声仪器配备的椭圆功能键将测量线恰好包绕胎儿颅骨光环的外缘进行测量所得，不包括颅骨外的头皮软组织；（2）腹围（AC）：测量的标准切面为胎儿腹部最大横切面，显示腹部呈圆形或在受压时呈椭圆形，脊柱为横切面，并且同时显示出胎儿的胃泡和胎儿肝脏门静脉的1/3段。用超声仪器配备的椭圆功能键将测量线恰好包绕胎儿腹壁皮肤的外侧缘直接测量所得；（3）股骨长度（FL）：测量的标准切面为要求声束与股骨的长径垂直，完全显示股骨且股骨的两端呈平行的斜面，测量时以股骨两端的中点为测量点[4]。以上常规超声测量参数均测量三次取平均值。然后通过仪器使用Hadlock方程系统自动计算生成得出胎儿质量（EFW）[5].∶EFW=10[1.5115+0.00436×AC+0.1517×FL±0.00321×AC×FL+0.0006923×BPD×HC]

1.4 研究方法

1.4.1 三维图像采集应用三维容积探头，在没有胎动的状态下，取胎儿胸部横截面四腔心切面进行容积数据采集（这个横截面是由二维超声所确定的）。心尖朝向探头，尽量避开骨性结构，尽最大可能清晰地显示出整个肺脏（封二图1）。对整体图像的要求应包括锁骨水平的肺尖、区别于心脏和膈肌的肺部的内侧缘和肺部轮廓的外侧缘。容积样本的采集角度为45°～75°，随孕周的变化进行调整。采集图像时嘱患者屏住呼吸，扫描的持续时间被调整成能获得最佳的图像时间，约8～10s。图像采集完毕后，三个正交平面（水平横切面、矢状切面、冠状切面）同时显示在屏幕上。三个正交平面图像用来重构三维超声图像，利用旋转轴观察移位后的图像，以验证已经获得的图像质量。在突然胎动的情况下，重复以上的操作，直到获得满意的图像。每个肺脏图像采集1～3次，将采集后的图像存入机器内，以备后期数据处理。所有三维图像的采集均由同一观察者进行。

1.4.2 肺脏容积的测量采用仪器后处理功能读取存储的三维容积数据，利用VOCAL旋转技术通过旋转法来测量胎儿肺容积，本研究选取的旋转步长为30°。在获得的三个正交平面中，选择A平面作为初始平面，围绕“Z轴”转动，直到180度旋转完成，获得6个平面，每个平面上均能比较清晰地显示出肺的轮廓。进行仔细跟踪的区域不包括胎儿心脏，膈肌，肋骨及脊椎，手动分别描绘出6个平面上的左、右肺轮廓，根据这些轮廓电脑程序自动构造和呈现出肺的三维模型图，并生成三维模型容积（封二图2）。每侧肺脏轮廓描绘3次，取3次测量的平均值，总肺容积通过左、右肺容积相加得到。整个过程耗时约5min左右。

1.4.3 计算肺容积与胎儿体质量比值及追踪随访将获得的胎儿肺容积比系统估测的胎儿体质量即得出肺容积与胎儿质量之比值。产前超声诊断无肺发育不良胎儿，追踪随访至新生儿分娩后，了解其生后呼吸状况是否正常，观察是否出现非梗阻性呼吸功能不全。产前超声诊断为肺发育不良高危胎儿，根据胎儿父母意愿，对于选择继续妊娠者，产后追踪随访至新生儿分娩后1周，观察是否出现呼吸困难及非梗阻性呼吸功能不全；对于选择终止妊娠者行胎尸解剖后获得湿肺质量及胎儿体质量，计算胎儿湿肺质量与胎儿质量之比值，采用水容积置换法得到实际肺容积，并行组织病理学检查。胎儿肺发育不良的病理诊断标准为妊娠28周前胎儿湿肺质量与胎儿质量之比＜0.015，妊娠28周及28周以后湿肺质量与胎儿质量之比＜0.012[6]。

1.4.4 重复性检验观察者间测量差异的重复性检验：从纳入统计学分析的三维超声容积图像中随机抽取孕周为21～22周、27～28周、32～33周各10例容积图像样本进行重复性检验，由两位观察者应用VOCAL旋转技术重复3次分别对左肺容积和右肺容积进行测量，进行观察者间的重复性检验。同一观察者测量差异的重复性检验：从纳入统计学分析的三维超声容积图像中随机抽取孕周为21～22周、27～28周、32～33周各10例容积图像样本，由同一位观察者间隔2周应用VOCAL旋转技术重复3次分别对左肺容积和右肺容积进行测量，进行观察者内的重复性检验。

2 结果

270名胎儿中，268名胎儿经自然生产或剖宫产后分娩，婴儿健康，无明显呼吸功能不全；2名因母体原因引产后经尸体解剖及组织病理学检查证实无肺发育不良。应用VOCAL技术成功获得了270名正常胎儿的肺容积（见表1）。正常胎儿肺脏呈实质性的稍高回声，胸廓横截面心脏四腔心水平上显示胎儿右肺容积大于左肺容积。正常胎儿肺容积随孕周的增加而增加（封二图3），左肺容积的均值从20周的4.05mL、28周的17.39mL到34周的32.16mL，右肺容积的均值从20周的5.64mL、28周的22.25mL到34周的40.24mL，总肺容积的均值从20周的9.69mL、28周的39.64mL到34周的72.40mL。获得胎儿左肺、右肺和总肺容积的直线回归方程分别为Y=1.85x-34.763、Y=2.228x-39.988和Y=3.964x-71.562（R分别为0.946、0.950、0.957，P均＜0.01）。肺容积随胎儿质量的增加亦呈现上升的趋势（封二图4），获得直线回归方程为Y=3.577+0.028X，（R= 0.960，P＜0.01）。肺容积与孕周、胎儿质量具有显著统计学意义上的正相关关系。对正常组胎儿肺容积与孕周及胎儿质量分别进行双变量相关分析，结果示肺容积与孕周及胎儿质量高度相关，且肺容积与胎儿质量的相关性（r=0.980）高于与孕周的相关性（r= 0.978）。

3 讨论

3.1 产前评价胎儿肺容积的意义胎儿肺发育不良的研究已经成为当今产前超声诊断研究的热点之一。因此，了解胎儿肺容积的正常超声测量值并评价分析其随孕周、胎儿质量的变化规律就显得尤为重要。胎儿肺发育不良是指胎儿肺脏在发育的过程中出现影响肺容积和肺内外液体平衡因素而引发的肺发育不全或发育迟缓，可发生于单侧或双侧肺，常见的发病原因有胸廓内占位性病变、双肾发育不良、持续性胎膜早破、骨骼导致的胸廓畸形、神经肌肉异常影响胎儿呼吸样运动、胸腹壁缺损等。肺发育不良可以在胎儿出生后立即引发严重的呼吸衰竭或呼吸功能不全,甚至造成新生儿死亡。据报道,这种疾病的发生率在出生时为1.1‰，而与之伴随的死亡率则高达70%（55%～100%）[7]，因此胎儿肺发育不良受到临床及许多国内外学者的广泛关注。

近年来，一些研究学者通过二维超声评价胎儿呼吸运动，胸围，肺长度以及胸围与腹围的比例来估测胎儿肺容积。然而，这些参数在对肺发育不良的临床诊治方面不够敏感、不够具体，被证明不能有效和可靠地应用于肺发育不良的临床判断和诊断[8]。Moeglin等[9]研究表明，二维测量结果较三维测量结果进行比较所得到的容积偏小。国外的多数研究学者[10-11]更加关注于膈疝胎儿的肺发育情况，并提出了肺头比概念（即胎儿膈疝侧面积与头围的比值）,但是他们认为用肺头比指标来评价膈疝胎儿肺发育情况具有较高的准确度，但是这一指标并不能评价其他原因引起的肺发育不良。肺的适当发育及可利用的容积决定了肺组织的功能，那么评价胎儿预后最有效的方法就是产前能够准确测定肺容积，任何原因引起的肺发育不良它都可以反映。同时，鉴于胎肺质量与胎儿质量之比为诊断肺发育不良的“金标准”，并且胎儿肺容积与胎儿肺质量之间的相关性比较强[12]，如果能够在产前准确的估测胎儿体质量和胎儿肺容积，就有可能在产前准确诊断胎儿肺发育不良。采用HadloCk方程系统自动计算生成胎儿体质量已被公认为产前评估胎儿体质量最准确的方法,因此,对胎儿肺容积的准确评估就成为了研究的关键。

表1 正常胎儿各孕周肺容积、胎儿体质量和肺容积/胎儿质量的测量均值及标准差（）

表1 正常胎儿各孕周肺容积、胎儿体质量和肺容积/胎儿质量的测量均值及标准差（）

孕周（周）17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36例数（例）4 3 3 4 4 2 1 20 42 35 20 20 20 13 13 10 10 15 6 3 4左肺容积（mL）1.86±0.66 2.93±0.54 3.42±0.87 4.05±1.14 5.00±1.38 6.80±1.48 8.51±1.85 9.24±2.43 11.84±2.74 14.01±2.82 15.26±3.23 17.39±3.11 17.91±2.20 21.06±4.20 24.59±2.94 24.96±1.99 28.52±2.57 32.16±2.49 33.38±2.58 34.07±2.65右肺容积（mL）2.33±0.79 3.62±0.88 4.09±0.92 5.64±1.33 6.58±1.52 8.89±1.77 10.99±1.76 13.81±3.02 18.49±3.31 19.40±3.80 20.39±4.09 22.25±3.94 24.71±3.61 28.57±5.62 29.87±3.15 32.12±1.67 34.74±2.99 40.24±2.85 41.20±3.02 42.83±3.11总肺容积（mL）4.20±1.03 6.56±1.27 7.50±1.68 9.69±2.42 11.58±2.87 15.60±3.20 19.50±3.37 23.06±5.42 30.33±6.03 33.41±6.48 35.66±7.19 39.64±7.21 42.62±5.80 49.63±9.70 54.46±5.92 57.08±3.17 63.27±4.85 72.40±5.28 74.58±5.57 76.91±5.76胎儿体质量（g）189±10 257±11 203±8 367±23 401±23 532±76 626±91 695±74 846±81 1030±113 1117±66 1222±72 1361±75 1580±101 1776±75 1881±169 2070±167 2434±110 2719±65 2964±105肺容积与胎儿体质量比值（mL/g）0.022±0.002 0.025±0.002 0.024±0.008 0.029±0.005 0.029±0.005 0.029±0.004 0.031±0.004 0.033±0.004 0.034±0.003 0.032±0.004 0.032±0.002 0.032±0.002 0.031±0.002 0.031±0.001 0.031±0.001 0.030±0.002 0.030±0.007 0.029±0.001 0.027±0.001 0.025±0.005

3.2 应用VOCAL旋转技术评价胎儿肺容积的可靠性及准确度三维超声肺容积测量方法起初多采用多平面成像技术，但是该方法耗时，过程较繁琐，且在胎儿肺组织轮廓被绘制后，不能随意被修改，因此用于临床的实用性比较低[13]。有研究使用间接方法来估测肺容积，即通过估测胸腔的总容积减去心脏的容积从而得到肺的容积[14]。这种测量方法的缺陷在于得出的肺容积测量值不仅仅只是肺的容积，还包括了血管和胸腺的容积，而且这种测量方法不能分别得到左、右肺组织的容积。近年来，随着三维超声VOCAL旋转技术的出现，除了能改善以上测量方法的缺陷外，其成本低，效率高，操作简单，使用迅速并且很容易被患者接受等优点，受到各个领域的广泛应用。Ruano等人首先将该技术应用于胎儿肺容积的测量，并且在8例先天性膈疝患儿中证实此方法测量肺容积的可行性[12]。VOCAL旋转技术的优势在于：一是整个肺都是仿真的，延伸至图像圆顶的肺部最低端也包含在其中；二是VOCAL旋转技术不仅可以初步计算肺容积，而且也可以修正每个平面的轮廓以获得更加精确的最终测量结果。本研究表明,应用VOCAL旋转技术测量胎儿的肺容积具有较好的可靠性及可行性。通过对270名正常胎儿肺脏的研究发现，在所研究的整个孕期中，我们观察到胎儿左、右肺容积之间存在一个固定的线性相关性，左右肺容积既相互关联，又相对独立地分别对应占据整个肺容积的44%和56%，这项结论与其他研究者通过解剖所获得的结论相一致[15]。应用VOCAL旋转技术测量胎儿肺容积的可重复性比较高。我们将两种测量方法进行了双变量相关分析，结果显示两者间具有很高的相关性。因此，三维超声VOCAL旋转技术被证明可以可靠、有效、准确地测量胎儿的肺容积。

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（收稿：2017-02-09 修回：2017-03-05）

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国家自然基金面上项目（No.81271593）；湖南省科技计划项目（No.2013SK3035）

1湖南中医药大学第一附属医院功能检查科（王琳玲）、骨伤科（汤小康）（长沙410007）；2中南大学湘雅二医院超声诊断科（长沙410011）

王琳玲，Tel：0731-85600741；E-mail：ys001wll@163.com