三维超声评估胎儿心室壁体积的可行性

姚梦霞,章 鸣,周嘉炜,曾 施,周 丹 ,谭 宜*

(1.广东省人民医院 广东省医学科学院超声科，广东 广州 510080；2.中南大学湘雅二医院超声科，湖南 长沙 410011)

三维超声评估胎儿心室壁体积的可行性

姚梦霞1,章 鸣2,周嘉炜2,曾 施2,周 丹2,谭 宜2*

(1.广东省人民医院 广东省医学科学院超声科，广东 广州 510080；2.中南大学湘雅二医院超声科，湖南 长沙 410011)

目的探讨三维超声时空相关成像(STIC)及虚拟器官计算机辅助分析(VOCAL)技术评估胎儿心室壁体积的可行性。方法测量247胎22～32+6周正常胎儿心室壁体积，采用组内相关系数(ICC)分析观察者内及观察者间一致性。测量14胎心脏异常胎儿数据进行有效性验证。结果胎儿心脏平均室壁体积与孕周具有良好相关性，左心室壁体积=-6.542+0.339×孕周(r2=0.98)，右心室壁体积=-7.509+0.384×孕周(r2=0.74)。右心室壁体积(ICC=0.994、0.888)及左心室壁体积(ICC=0.995、0.972)的观察者内及观察者间一致性良好。14胎心脏异常胎儿中，6胎心室壁体积发生改变(小于第5或大于第95百分位数)。结论STIC及VOCAL技术可用于估测胎儿心室壁体积的参考范围，可重复性良好。

超声检查，产前；心室；胎儿

图1 采用STIC及VOCAL技术计算胎儿左心室腔内及左心室外容积 A.校准光标放置于二尖瓣内边缘及心内膜边缘； B.手动测量心室腔内面积； C.校准光标放置于二尖瓣外边缘及心肌上； D.手动测量心室外面积，包括所有室间隔

近年来，三维超声时空相关成像(spatiotemporal image correlation， STIC)及虚拟器官计算机辅助分析(virtual organ computer-aided analysis， VOCAL)技术已广泛用于胎儿心脏，尤其是心功能的研究[1-4]。胎儿先天性心脏病、先天性心律失常、心肌病、心外畸形，甚至孕妇的某些慢性疾病均可引起胎儿心室壁的改变。当胎儿心室壁发生明显改变时可致流出道梗阻或瓣膜关闭不全，最终影响心功能。传统二维超声评估心室壁厚度改变时，仅能观察到某一切面的静态平面图像，所得数据因扫查角度及扫查切面不同可能相差较大，无法全面评估心室壁的改变。三维超声可全方位显示胎儿心室壁的立体结构，评估室壁体积更加精确[5-6]。本研究采用STIC及VOCAL技术测量正常胎儿心室壁体积的参考范围，并在心脏异常胎儿中进行数据验证。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2015年12月—2016年2月于我院接受检查的22～32+6周单胎孕妇261名，年龄18～44岁，平均(29.7±0.5)岁。261胎中，正常胎儿247胎，异常胎儿14胎。正常胎儿入选标准：孕龄明确的正常单胎胎儿；胎儿各项超声指标与孕龄相符；孕妇无重大基础疾病和妊娠合并症。正常胎儿的排除标准：胎儿俯卧位(脊柱位于时钟位11点～1点)；胎儿畸形；胎儿体质量估测低于正常的10%或高于90%；羊水指数低于正常的3%或高于97%；孕妇合并慢性病；孕妇有抽烟、吸毒或长期服药史；产后结果无法获得者。异常胎儿的诊断均经产后随访证实。

1.2 仪器与方法 采用GE Voluson E8超声诊断仪，探头频率4～8 MHz，具有胎儿心脏三维检查STIC模式。所有操作均由1名检查者进行。在胎儿完全休息或孕妇呼吸暂停时采集容积数据，以四腔心起始，采用STIC技术自动扫描，范围从上纵隔至上腹部。容积数据采集标准[7]：以胎儿脊柱位于6点时钟位为初始平面，避免脊柱位于时钟位11点～1点；选取较窄的ROI以获得最大帧频，使图像瞬时分辨率最优；妊娠中期扫查角度标准化在20°～25°，妊娠晚期扫查角度标准化在35°～40°；采集时间7.5～15.0 s。容积数据储存标准[8]：胎先露为头先露时，胎儿心脏左侧与检查者左侧相一致；胎先露为臀先露时，胎儿心脏左侧与检查者右侧相一致，则将A平面绕着y轴旋转180°，使胎儿心脏左侧与检查者左侧相一致。检查后多平面重建图像(图1)。于舒张末期(此时心室与室壁均处于最大伸展状态[9])测量心室腔内及心室外容积，心室壁体积为心室外容积与心室腔内容积之差。

初次测量30天后，同一检查者及与该检查者具有类似产科检查经验的第2名检查者分别再进行1次测量。

1.3 统计学分析 采用SPSS 18.0统计分析软件。计算每个孕周胎儿心室壁体积的第5、第50及第95百分位数；采用线性相关和回归方法分析胎儿心室壁体积与孕周的关系；采用组内相关系数(ICC)评估观察者内及观察者间一致性；采用Blade-Altman散点图的平均相对差与一致性界限评估观察者内与观察者间可靠性。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 正常胎儿心室壁体积值 胎儿左、右心室壁平均体积与孕周具有良好相关性：左心室壁体积=-6.542+0.339×孕周(r2=0.98)，右心室壁体积=-7.509+0.384×孕周(r2=0.74)。胎儿右心室与左心室壁平均体积比值1.13±0.03(1.07～1.18)。见表1。

2.2 一致性分析 右心室壁体积(ICC=0.994、0.888)及左心室壁体积(ICC=0.995、0.972)的观察者内及观察者间一致性良好。右心室壁体积与左心室壁体积有较好的观察者内可靠性，平均相对差分别为4.38%(一致性界限为-18.66%～9.90%)及2.42%(一致性界限为-18.14%～13.30%)。右心室壁体积与左心室壁体积观察者间可靠性适中，平均相对差为11%(一致性界限为-36.4%～58.4%)及9.46%(一致性界限为-30.39%～49.31%)。

2.3 心脏异常胎儿心室壁体积 14胎心脏异常胎儿中6胎胎儿的心室室壁体积发生明显改变，见表2。

3 讨论

三维超声在观察心脏瓣膜[10]、大血管连接与毗邻位置及心脏容积方面均有较大优势。此外，三维超声还可显示室间隔[11]、二尖瓣环等解剖结构，且传统二维超声难以发现这些解剖结构。STIC技术联合心动周期的相位信息与心脏三维数据的获取，具有以下优势：①可获得融入胎心率的心室容积数据，并具较佳瞬时分辨率；②对检查者技术依赖性减低，缩短了检查时间；③循环回放模式可模拟一个完整的心动周期，显示与采集平面正交的平面，获得大量图像[12]。测量形态不规则的组织器官，VOCAL技术应用最广，且可重复性高[13]。

表1 STIC及VOCAL技术测量正常胎儿心室壁体积(cm3)

表2 心脏异常胎儿心室壁体积及位于正常范围的百分位数

本研究采用三维超声的STIC和VOCAL技术确定正常胎儿心室壁体积的参考范围，并通过心室壁异常胎儿验证该参考范围的有效性。本组14胎胎儿心脏结构或功能异常，其中6胎心室壁发生明显变化。1胎31+6周心房扑动胎儿心胸面积比增大至0.39，左、右心室壁体积均超过了第95百分位数；1胎28+1周心肌病变/主动脉弓发育不良胎儿左、右心室壁均明显增厚，尸体解剖证实为肥厚型心肌病。1胎25+4周左心发育不良综合征胎儿，左心室壁体积明显减小，右心室壁体积正常，右心室壁与左心室壁体积比值达2.5。2胎法洛四联症胎儿左心室壁体积均有所减小，右心室壁体积均处于正常范围，与出生后的法洛四联症不同，可能由于胎儿期左、右心室后负荷相当，不会引起右心室收缩压增高所致。1胎32周肺动脉狭窄/重度三尖瓣反流胎儿，肺动脉狭窄严重，左、右心室比例失调，右心室减小，右心室壁体积亦减小至第3百分位数。

心室壁体积可间接反映心肌的发育状况。心肌是心脏收缩的基础，心肌体积改变导致心室顺应性改变，影响心肌收缩功能，进而影响整个心功能。因此，评估心室壁体积的变化，对于心脏结构或功能异常的胎儿，以及处于其他病理状态下的胎儿均有重要意义。心室壁体积可与其他心脏参数一起评估胎儿心功能的发展趋势与严重程度，指导产前胎儿监护，估测产前干预的恰当时机。另外评估胎儿心室壁体积，有助于了解胎儿心脏对胎盘后负荷增加做出的反应：如妊娠高血压综合征时，孕妇全身小血管痉挛，胎盘血管阻力增高，胎盘灌注容量减少，影响胎儿营养及血氧的供给，使胎儿缺氧、宫内窘迫，胎儿心肌细胞代偿性增生肥大，从而导致胎儿心肌肥厚。

本研究的不足：①缺乏大量先天性心脏病及其他高危条件胎儿的有效性验证，这些高危条件包括胎儿宫内生长受限、贫血、水肿、妊娠前期和妊娠期糖尿病以及妊娠高血压综合征等；②缺乏低于孕22周及高于孕32周胎儿的心室壁体积数据；有待增加样本量行进一步研究。

总之，采用STIC及VOCAL技术评估胎儿心室壁体积可行且有效，有望将其进一步应用于胎儿心脏的产前诊断。

[1] Messing B, Cohen SM, Valsky DV, et al. Fetal cardiac ventricle volumetry in the second half of gestation assessed by 4D ultrasound using STIC combined with inversion mode. Ultrasound Obstet Gynecol, 2007,30(2):142-151.

[2] Molina FS, Faro C, Sotiriadis A, et al. Heart stroke volume and cardiac output by four-dimensional ultrasound in normal fetuses. Ultrasound Obstet Gynecol, 2008,32(2):181-187.

[3] Simioni C, Nardozza LM, Araujo Júnior E, et al. Heart stroke volume, cardiac output, and ejection fraction in 265 normal fetus in the second half of gestation assessed by 4D ultrasound using spatio-temporal image correlation. J Matern Fetal Neonatal Med, 2011,24(9):1159-1167.

[4] Simioni C, Araujo Junior E, Martins WP, et al. Fetal cardiac output and ejection fraction by spatio-temporal image correlation (STIC): Comparison between male and female fetuses. Rev Bras Cir Cardiovasc, 2012,27(2):275-282.

[5] Peralta CF, Cavoretto P, Csapo B, et al. Lung and heart volumes by three-dimensional ultrasound in normal fetuses at 12-32 weeks' gestation. Ultrasound Obstet Gynecol, 2006,27(2):128-133.

[6] Barreto EQ, Milani HJ, Haratz KK, et al. Reference intervals for fetal heart volume from 3-dimensional sonography using the extended imaging virtual organ computer-aided analysis method at gestational ages of 20 to 34 weeks. J Ultrasound Med, 2012,31(5):673-678.

[7] Gonçalves LF, Lee W, Espinoza J, et al. Examination of the fetal heart by four-dimensional (4D) ultrasound with spatio-temporal image correlation (STIC). Ultrasound Obstet Gynecol, 2006,27(3):336-348.

[8] Paladini D. Standardization of on-screen fetal heart orientation prior to storage of spatio-temporal image correlation (STIC) volume datasets. Ultrasound Obstet Gynecol, 2007,29(6):605-611.

[9] Messing B, Cohen SM, Valsky DV, et al. Fetal heart ventricular mass obtained by STIC acquisition combined with inversion mode and VOCAL. Ultrasound Obstet Gynecol, 2011,38(2):191-197.

[10] Rolo LC, Nardozza LM, Araujo Júnior E, et al. Reference ranges of atrioventricular valve areas by means of four-dimensional ultrasonography using spatiotemporal image correlation in the rendering mode. Prenat Diagn, 2013,33(1):50-55.

[11] Rolo LC, Santana EF, Da Silva PH, et al. Fetal cardiac interventricular septum: Volume assessment by 3D/4D ultrasound using spatio-temporal image correlation (STIC) and virtual organ computer-aided analysis (VOCAL). J Matern Fetal Neonatal Med, 2015,28(12):1388-1393.

[13] Martins WP, Ferriani RA, Barra DA, et al. Reliability and

validity of tissue volume measurement by three-dimensional ultrasound: An experimental model. Ultrasound Obstet Gynecol, 2007,29(2):210-214.

Feasibilityofthree-dimensionalultrasoundinassessmentoffetalcardiacventricularwallvolume

YAOMengxia1,ZHANGMing2,ZHOUJiawei2,ZENGShi2,ZHOUDan2,TANYi2*
(1.DepartmentofUltrasound,GuangdongGeneralHospital,GuangdongAcademyofMedicalSciences,Guangzhou510080,China; 2.DepartmentofUltrasound,theSecondXiangyaHospitalofCentralSouthUniversity,Changsha410011,China)

ObjectiveTo explore the feasibility of spatiotemporal image correlation (STIC) and virtual organ computer-aided analysis (VOCAL) in assessment of fetal cardiac ventricular wall volume.MethodsTwo hundred and forty-seven normal singleton pregnancies from 22-week to 32+6-week were analyzed. The intraclass correlation coefficient (ICC) was used to assess intra-observer and inter-observer concordance. The ventricular wall volume of 14 fetuses with cardiac disorders were evaluated.ResultsThere was good correlation between the mean wall volume and gestational age (GA): The volume of left cardiac ventricular wall=-6.542+0.339×GA (r2=0.98), while the volume of right cardiac ventricular wall=-7.509+0.384×GA (r2=0.74). The intra-observer and inter-observer concordance in assessing the volume of the right (ICC=0.994, 0.888) and left ventricular wall (ICC=0.995, 0.972) were good. The volume of the right and left ventricular wall were altered (<5th percentile and/or >95th percentile) in 6 fetuses of 14 fetuses with cardiac disorders.ConclusionThe reference ranges for the volume of the right and left ventricular wall can be calculated with three-dimensional ultrasound using STIC and VOCAL, and the reproducibility is good.

Ultrasonography, prenatal; Heart ventricles; Fetus

10.13929/j.1003-3289.201703179

R714.43; R445.1

A

1003-3289(2017)10-1535-05

姚梦霞(1989—)，女(瑶族)，广西梧州人，硕士，医师。研究方向：胎儿心脏超声。E-mail: 417015310@qq.com

谭宜，中南大学湘雅二医院超声科，410011。E-mail: 340332424@qq.com

2017-03-31

2017-07-23