三维超声监测胎盘功能研究进展

王学举 赵扬玉

（北京大学第三医院 妇产科，北京 100191）

自2000年以来，三维超声逐渐应用于围产医学领域，随着近年来计算机技术及显像技术不断进步，目前国内外将三维超声应用于产前诊断方面趋于成熟。胎盘是介于母体与胎儿之间的重要、复杂、特殊的器官，胎盘功能对胎儿的生长有着重要影响。许多研究显示，妊娠并发症包括子痫前期、低出生体重儿等与胎盘功能密切相关，因此研究胎盘功能始终是围产医学领域的热点。传统二维超声已经广泛应用于评估胎盘功能，包括胎盘形态、解剖、位置、大小及血流情况，而三维超声凭借其立体优势引入了新的监测指标，例如胎盘表面成像、体积测量等。随着近些年三维超声能量多普勒（3D power Doppler，3DPD）以及三维超声多普勒数量直方图分析技术的引进，使得胎盘血管及血流分布的监测成为可能。本文就应用三维超声多普勒监测胎盘功能作一综述。

1 三维超声简介

与传统二维超声点面显示截然不同，三维超声为我们呈现的是一个立体的虚拟显像，通过计算机技术可以实现多个角度检查。三维显示包括表面成像（surface rendering）和容积成像（volume rendering）。表面成像先根据表面信息与周围组织的声阻抗差，从容积数据库中提取物体表面信息，再综合应用纹理、映射、浓淡、照明等技术，反映感兴趣区结构的立体形态、表面特征及空间毗邻关系，并能对其进行提取及容积测量；容积成像是根据声阻抗特点，给每个体元像素赋于灰度值，应用光线投射原理，将声束经过的每个体元像素的数据叠加计算，得到平面上相应点的信息，即形成立体容积图像。

与二维超声类似，三维超声数据采集基本的扫描方式包括线性平行扫描（平扫）、扇形扫描（扇扫）及旋转扫描（旋扫）（见图1）。平扫控制简单，二维图像序列与三维关系最直接，但要求轨迹平面平滑，扫查部位有一定的局限性；扇扫获取的数据分辨率是各向异性的，超声波在组织中传播时的衰减决定了离开超声探头越远分辨率越低，同时摆动成像的方式决定了离开摆动轴越远原始图像之间的角度距离虽相同，但线性增大，空间采样率减低，从而导致分辨率降低；旋转扫描与扇扫有相似的问题，但图像相交轴的分辨率要高于扇扫，只要有一个合适的声窗即可，且图像采集间隔均匀，应用较广泛[1]。

图1 三维超声数据采集的3种方式

2 胎盘评估常用的三维超声技术

2.1 三维表面成像技术（3D surface-rendered image） 三维表面成像技术原理同前所述。尽管目前二维超声即能相对精确地进行大多数胎盘异常病例的产前诊断，但应用三维表面成像技术，可以为产科医生、产妇及其家属呈现一个更加形象的立体虚拟胎盘，便于对胎盘进行畸形诊断及相应的医患沟通。Hata等[2]对比二维超声与三维超声对6例胎盘畸形的诊断，提示两者均可轻易诊断胎盘畸形，但三维超声对于畸形胎盘的表面结构显示直观、立体，且有连续性，一目了然。国内张玲等[3]对44例二维超声怀疑胎盘形态异常病例，对其胎盘及相关部位进行三维超声表面及容积成像技术，立体显示胎盘形态，显示出脐带进出胎盘的位置及胎盘内血管树的立体构型，更准确地判断胎盘的功能。目前大多数研究推荐应用二维超声初查后，对于可疑病例可行三维超声确诊。

2.2 虚拟器官计算机辅助分析技术（virtual organ computer-aided analysis，VOCAL） 三维超声测量胎盘等实物体积均基于VOCAL技术，VOCAL能自动进行结构轮廓检测和后续的立体计算，通过多平面显示，控制可视化处理精度。与传统的平行面积法不同的是，VOCAL技术首先确定感兴趣结构的上下极及中心轴，再选择相应的旋转角度，自动或手动勾画不同角度感兴趣区的边缘，可立即得到容积数据测量值。VOCAL技术测量胎盘体积时应力求测量人员固定，要求利用三维容积探头在胎盘长轴切面行常规二维超声扫描，获得最佳的二维切面后，固定探头，选择适当大小的三维取样框，采集胎盘的三维图像，将旋转角度固定，手动勾画出胎盘边界，勾画6个层面上的边界后系统自动重建胎盘的三维图像并给出体积，存档并记录测量结果。有研究利用VOCAL测得仿体体积与实际体积高度相关（r为0.992～0.999），误差低于4%。目前多数研究[4－8]集中在单胎妊娠不同孕周阶段，均证实正常单胎妊娠胎盘体积与孕龄呈正相关。Wegrzyn等[9]利用VOCAL技术测量了11～13＋6周之间的290例双胎妊娠和37例三胎妊娠，提示其正常胎盘中位体积分别为单胎妊娠胎盘中位体积的1.66倍和2.28倍。

2.3 三维能量多普勒超声技术（3D power Doppler ultrasound，3DPD） 二维彩色多普勒超声对胎盘内血管研究较少的原因是由于胎盘血管床内血流速度很低，且有许多血管与超声声速垂直，使彩色多普勒很难探测。然而利用三维能量多普勒超声可以达到胎盘内血管树的构建，从而评价胎盘功能。三维能量多普勒超声可以描绘出血管密度、分支、管径变化及弯曲程度。Matijevic等[10]研究提示三维能量多普勒技术与二维彩色多普勒相比，对于孕晚期胎盘主干血管两者显示无明显差异，对于胎盘远端终末血管，3DPD技术优势明显。国内薛敏等[11]用三维能量多普勒超声显示20～39周32例正常单胎妊娠胎盘内绒毛血管树分支，且在分娩结束后对娩出的胎盘用电子显微镜观察胎盘内绒毛血管树分支结构，结果三维能量多普勒超声显示的胎盘内绒毛血管树状结构与病理结构基本一致，三维能量多普勒超声对初级绒毛血管、次级绒毛血管和三级绒毛血管的显示率分别为100%、100%和90%。早孕期11～14周胎盘血管的显示目前尚缺乏研究证实。

此外，在三维血管重建方面，新近引入三维高分辨率血流显示技术（3D-HD flow），其利用更小的容积测量，减少空间重叠对于血流信号的遮挡，更加有利于胎盘终末血管树的重建。胎盘血管树的重建，对于胎盘血管密度减低、各级绒毛循环受损显示清晰，有助于预测既往二维超声难以发现的胎儿宫内生长受限[12]。

2.4 定量三维能量多普勒直方图分析技术（quantitative 3DPD histogram analysis） 在利用 VOCAL技术提取胎盘虚拟组织的三维结构之后，应用多普勒能量测量技术，将不同区域的能量表示成直方图模型，在此基础上进行数据分析。1999年Pairleitner等[1]首先提出运用该技术的测算软件获取3个指数，即血管化指数（vascularization index，VI）、血流指数（flow index，FI）和血管化－血流指数（vascularization-flow index，VFI），用于定量评估目标器官组织的血流灌注情况。血管化指数（VI）为血管内彩色体素/（总的体素一背景体素）的值，代表感兴趣区内单位容积内的血管数目，表示该组织内血管的丰富或稀疏程度；血流指数（FI）为加权平均彩色体元/彩色体元，是所有血流的平均彩色值或血流密度，代表目标容积内血流信号的平均强度，表示三维扫查的瞬间有多少血细胞；血管化血流指数（VFI）为加权彩色体元/（彩色体元一背景体元），是感兴趣区域内加权的彩色值（振幅的加权），是存在的血管信息和血流信息的综合表示。其后国外多位学者[13－18]在动物及临床实验中肯定了其可重复性及临床应用价值。

3 三维超声监测胎盘功能常用指标及其临床意义

3.1 胎盘体积（placental volume，PV） De Paula等[5]应用三维超声VOCAL测量技术研究指出胎盘体积与孕龄呈线性正相关。Thame等[19]研究表明，胎盘体积与胎儿生长具有相关性。早孕期胎盘体积测量可以预测高危妊娠的发生，特别是子痫前期和FGR。Rizzo等[13]研究表明，早孕期胎盘体积较小的孕妇子痫前期发生率较高，中孕期测量胎盘体积预测妊娠并发症有可行性。胎盘体积与诊断FGR具有相关性，二者相关性达到52.5%[14]。胎盘体积与孕龄及胎儿超声测量径线的相关性为进一步研究将胎盘体积作为FGR的预测指标提供了依据。此外 Metzenbauer等[20]研究显示，三维超声VOCAL测量孕期胎盘体积与胎儿的顶臀径及母体的一些生化指标高度相关，国内一些研究[21，22]同样支持这一观点。如前所述，目前大多数研究均集中在单胎妊娠胎盘体积测量及妊娠期疾病研究方面，双胎及多胎妊娠相关研究较少。

3.2 胎盘商（placental quotient，PQ） 不同个体之间胎盘体积大小存在差异，为了明确早孕期胎儿与其附属胎盘大小是否相称，Hafner等[23]提出了胎盘商的概念，即应用VOCAL技术测出早孕后期胎盘体积、胎儿顶臀长，前者除以后者的值即为胎盘商。多数[24，25]研究显示胎盘商在单胎妊娠孕妇中可有效预测妊娠期高血压、子痫前期、胎儿生长受限等妊娠合并症。然而Hafner[26]通过一个样本量多达2489例的研究对胎盘商的临床价值提出质疑。因此，胎盘商对于妊娠并发症的预测价值尚待更多研究证实。另外，随着三维超声技术不断进步，超声显像清晰度增加，未来应对于早孕期双胎、三胎等多胎妊娠的胎盘份额以及胎盘商进行研究。

3.3 胎盘血流灌注参数VI、FI、VFI 目前二维超声主要通过观察脐动脉S/D值间接提示胎盘功能，但是S/D值并不具有特异性，母体、胎儿因素均可致S/D值异常；另一方面，胎儿已有动脉血流再分布的表现时，其脐动脉血流波形也可以是正常的，也就是说胎盘内血流灌注减少的发生早于脐带阻力指数的升高，而S/D难以及时反映出来，因此需要一种能更早地发现胎儿胎盘血流异常变化的检查手段。Yu、Merce等[14，15，17]研究提示定量三维能量多普勒能对正常胎儿胎盘血流进行定量评价，胎盘灌注参数与胎儿部分生长参数的相关性好，可重复性好。Mihu[27]、刘雪玲等[28]应用定量三维能量多普勒测量妊高症患者血流参数VI、FI及VFI，提示血流参数可敏感显示不同程度妊高症患者胎盘血流灌注改变，敏感性较脐动脉S/D值高。3DCPA血流参数VI、FI及VFI可用于临床监测妊高症患者胎盘血流灌注。同样，多数研究[29－31]显示，VI、FI、VFI同样可用于胎儿生长受限的研究，但目前研究均集中于单胎妊娠，对于双胎妊娠生长不一致尚未见到研究报道。

此外，如前所述，该参数的测定主要利用VOCAL技术及直方图分析，可对组织局部血流灌注情况进行分析，有学者形象地称为“胎盘血管超声活检”。Jones等[32]提出在能量直方图分析中需考虑到VOCAL技术测量时产生的深度相关的血流信号衰减。Noguchi等[31]学者建议为避免深度相关的信号衰减，“胎盘血管超声活检”主要用于前壁胎盘血流灌注的研究。

4 总结与展望

三维超声形象、立体，为产科医生监测胎盘功能提供了广阔的用前景。目前应用三维超声监测单胎妊娠胎盘体积、血流灌注来预测、诊治妊娠合并症如妊娠期高血压、子痫前期、胎儿生长受限等已趋于成熟。目前较多的体外胎盘灌注及研究提示胎盘功能，如双胎胎盘份额比例、胎盘血管交通等因素在复杂性双胎妊娠的发病、预后监测及诊治中极其关键，相信未来凭借三维超声在胎盘体积测量及血流灌注监测方面的独特优势，可以为复杂性双胎的诊治决策及预后评估带来益处。

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