应用三维超声测量正常胎儿与先天性心脏病胎儿全脑容积的研究

龙 璨 周启昌 曹丹鸣 周嘉炜 曾 施 田蕾琪

先天性心脏病(CHD)是当前新生儿中发病率最高的先天畸形，在活产新生儿中发病率为7‰～8‰［1］。在CHD患儿中，神经系统发育及功能异常普遍存在［2～5］，有越来越多的影像学证据表明CHD胎儿或新生儿存在神经系统功能不全［6～13］。目前国外对CHD引起神经系统发育异常的研究主要集中在心脏手术中体外循环技术的应用，或术中心脏停博时间对于神经系统的损伤，以及术后神经系统保护措施的疗效等，研究方法多采用MRI对比评估大脑白质损伤与脑室周围白质软化，结合病理分析对大脑的损伤进行研究［3］，而少有关于儿童CHD术前或CHD胎儿产前神经系统发育异常与损伤的研究。目前国内对于胎儿颅脑的MRI实施难度大，尚未普及，相关研究几近空白;且国内外对CHD胎儿颅脑血流动力学变化的研究少有涉及;目前国内外研究数据分析表明，CHD胎儿在发生神经系统结构损伤的同时，多会伴有神经系统功能的改变及脑血流动力学的变化［14，15］。因此，如果能运用超声诊断技术将CHD患儿或胎儿神经系统损伤情况的评估提早到术前或产前，将会为临床早期干预、早期治疗提供指导性意见，减轻出生后或术后神经系统损伤的程度，甚至可以降低或预防神经系统损伤的发生与进展。

1 方法

1.1 研究设计 选择未发现明显异常的胎儿(正常胎儿组)，测量双顶径(BPD)和头围(HC);选择发现CHD的胎儿并测量BPD及HC，在产后新生儿超声和终止妊娠胎儿尸体解剖诊断为CHD(CHD胎儿组)，初步建立正常胎儿三维全脑容积参数及其与胎儿孕周、BPD、HC变化的生长曲线及其与CHD胎儿的差异。

1.2 正常胎儿组纳入和剔除标准 ①孕18～36周在中南大学湘雅二院(我院)超声科常规产前检查及产科超声检查并经本文第一作者确认的未发现明显异常的胎儿;②单胎妊娠;③孕妇在怀孕期间否认服用致畸性药物，孕妇无CHD等家族病史，无妊娠期糖尿病、高血压等产科并发症。剔除孕期因产妇因素终止妊娠胎儿。

需要说明的是，鉴于文献报道，产前超声筛查为正常的胎儿在产后经超声证实为CHD的概率约为0.3%［16］，本研究未对正常胎儿组行产后超声检查。

1.3 胎儿CHD的超声诊断 运用二维超声结合彩色多普勒超声观察胎儿心脏的四腔心切面(横向、纵向)，左、右室流出道切面，三血管切面，三血管-气管切面，大动脉短轴切面，主动脉弓切面，上、下腔静脉汇入右心房切面等，并测量胎儿心脏各房室大小，主动脉、肺动脉的内径及流速;通过切面的观察及数据的测量分析胎儿心脏是否存在结构和节律异常，若存在异常，则需明确CHD的类型。

1.4 CHD胎儿组纳入标准 ①孕18～36周在我院超声科产前常规超声检查并经本文第一作者确认的胎儿CHD;②新生儿期行心脏超声检查或经胎儿父母同意并签署授权书后终止妊娠行胎儿尸体解剖，证实CHD的胎儿。

1.5 CHD胎儿组排除标准 ①胎儿染色体异常及合并其他超声检查可识别的心外畸形;②孕中多次超声检查提示胎儿宫内发育迟缓;③合并可能导致胎儿宫内缺氧的危险因素，如:通过超声确定胎盘功能不全，胎儿脐带绕颈等;④母亲患有可能会影响妊娠期胎儿血流动力学的疾病(妊娠期糖尿病、妊娠期高血压、甲状腺功能亢进等);⑤母亲末次月经时间不详，无法准确判断孕龄;⑥双胎妊娠;⑦未引起明显血流动力学改变的CHD或心脏先天性肿瘤。

1.6 诊断胎儿CHD后的处理原则 产前超声诊断为CHD的胎儿，均向孕妇及其家属告知胎儿目前在宫内的生长发育情况、可能的发育趋势、预后、产后治疗的可能性以及超声检查的局限性等。根据胎儿父母的意愿，选择继续妊娠的胎儿，每隔4～6周行超声检查直至分娩，新生儿期行彩色多普勒心脏超声复查;选择引产终止妊娠者行胎儿尸体解剖，确定CHD类型。

1.7 胎儿孕周的确定 胎儿孕周的主要依据孕妇的末次月经时间，并在孕早期进行超声检查时测量胚胎的头臀长估测实际孕周来进行校正。

1.8 测量指标及方法 采用GE Voluson Expert E8彩色多普勒超声诊断仪，二维腹部凸阵探头(频率为3.0～6.0 MHz)测量胎儿BPD和HC，RAB 4-8-D三维容积探头(频率为4～8 MHz)测量胎儿三维全脑容积。

1.8.1 BPD和HC测量方法 取丘脑水平的横切面。图像清楚明确地显示透明隔腔、双侧丘脑以及丘脑间的第三脑室，且两侧丘脑对称，颅骨光环连续完整呈椭圆形且左右对称。BPD的标准测量是垂直于脑中线测量从近场颅骨骨板的外侧缘至远场颅骨骨板的内侧缘之间的距离;HC的标准测量是测量曲线恰好完整包绕颅骨光环的外侧缘长度。

1.8.2 胎儿三维全脑容积计算方法 使用三维容积探头获取胎儿颅脑的三维全脑容积图像，孕妇取仰卧位，调节增益、深度及聚焦等，将二维图像质量调整到最佳且能较清晰显示胎儿颅脑结构时启动3D模式，根据胎头的大小调整取样框的大小，使胎头占取样框面积的3/4左右，扫查角度设为80°，扫查的质量获取设置为高质量，在胎儿没有胎动时嘱孕妇屏气以BPD切面(即丘脑水平切面)采集胎儿颅脑的三维图像，所获取的三维图像要求能包含整个胎头。在获取胎儿颅脑三维容积图像后检查横切面、冠状切面和矢状切面，在横切面及冠状切面的图像均能清晰显示，未出现扭曲及模糊的图像即认为该三维容积图像有效，以DICOM模式存储于仪器硬盘中。使用GE Kretz 4D View软件(version 7.0)采用虚拟器官计算机辅助分析技术(VOCAL技术)进行三维全脑容积分析。测量起始切面为丘脑水平横切面，即BPD和HC的标准测量切面。图像描

绘时以BPD测量径线为旋转轴，测量的两个顶点分别置于胎儿颅骨的内侧面。旋转角度为30°，共计生成6个在空间上相互关联的独立描绘测量切面，在每个切面上使用Sphere法进行描绘，描绘时尽可能使每个描绘切面上胎儿的颅骨能较为完整的显示，描绘曲线沿颅骨的内侧面进行，通过软件包整合每一个独立切面的数据信息并重建出三维数据模型，计算出胎儿全脑的三维体积。

1.9 统计学方法 研究过程中取得的所有数据采用SPSS 17.0统计软件包进行统计学分析。计算正常胎儿组各孕周三维全脑容积的范围、中位数和±s。对正常胎儿组三维全脑容积与孕周、BPD及HC关系采用曲线回归及多项式回归模型，采用复相关系数R评价两者间的相关性，R值越大，证明两者间的相关性越好;采用决定系数R2评价曲线的拟合程度，R2值越大，证明曲线的拟合程度越好。对于正常胎儿组与CHD胎儿组三维全脑容积、BPD和HC的比较采用t检验。(P＜0.05)为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 一般情况 2013年2月至2014年2月在我院超声科进行产前常规超声检查的孕妇，符合本文正常胎儿组的纳入标准172例胎儿，剔除4例因胎膜早破等其他原因终止妊娠胎儿，正常胎儿组168例数据进入本文分析，孕20～36(27.8±4.5)周。符合本文CHD胎儿组纳入标准86例胎儿，剔除2例合并心外畸形，4例母亲患有妊娠期糖尿病、妊娠期高血压、甲状腺功能亢进等疾病，7例新生儿期未行心脏超声检查或终止妊娠未行尸体解剖的胎儿，CHD胎儿组73例进入本文分析，孕20～36(27.6±4.1)周，其中28例经尸体解剖证实为CHD，余为经由产后超声检查证实为CHD。CHD类型:左心发育不良综合征15例、主动脉弓发育不良12例、主动脉弓离断2例、右心发育不良综合征3例、法洛氏四联症9例、肺动脉狭窄6例、完全型大动脉转位11例、永存动脉干5例、完全型房室间隔缺损6例、大室间隔缺损(类似单心室)4例。

2.2 正常胎儿组三维全脑容积 表1显示，20～36孕周三维全脑容积范围、中位数和±s。胎儿三维全脑容积随着孕周的增加而增大。

2.3 正常胎儿组三维全脑容积与孕周、BPD和HC相关性

将正常胎儿组三维全脑容积与孕周的关系进行曲线拟合，在常用的数字模型中，S曲线、二次方程和三次方程模型的曲线拟合R2较高，分别为0.976、0.973和0.973。胎儿三维全脑容积与孕周关系的S曲线方程式为:胎儿三维全脑容积=e8.321-85.031/孕周，其拟合曲线图如图1A所示。

胎儿三维全脑容积随着BPD的增加而增大，将胎儿三维全脑容积与BPD的关系进行曲线拟合，S曲线、幂函数模型具有较高的曲线拟合R2，分别为0.970和0.968;胎儿三维全脑容积与BPD关系的S曲线方程式为:胎儿三维全脑容积=e8.006-19.425/BPD，拟合曲线如图1B所示。

表1 正常胎儿组各孕周三维全脑容积(mL)范围、中位数和均值、标准差Tab 1Thedistribution of 3D brain volume in normal fetuses by gestational week

图1 正常胎儿组三维全脑容积与孕周、BPD和HC关系的散点图及拟合曲线Fig 1The scattergram of fetal 3D brain volume versus gestational age，biparietaldiameter andhead circumference，and the fitting curve

胎儿三维全脑容积随着HC的增加而增大，将胎儿三维全脑容积与HC的关系进行曲线拟合，幂函数、二次方程和三次方程模型的曲线拟合R2较高，分别为0.992、0.990和0.990;胎儿三维全脑容积与HC关系的幂函数方程式为:胎儿三维全脑容积=0.005×HC3.211，拟合曲线如图1C所示。

2.4 CHD胎儿组与正常胎儿组BPD、HC和三维全脑容积测值的结果比较 表2显示，两组全样本和＜30孕周样本的BPD和HC差异均无统计学意义;而在≥30孕周样本中，CHD胎儿组的BPD和HC均小于正常胎儿组，差异有统计学意义((P＜0.05))。两组全样本和≥30孕周样本中，

CHD胎儿组的三维全脑容积均小于正常胎儿组，差异有统计学意义((P＜0.05));而＜30孕周样本三维全脑容积差异无统计学意义。图2显示，CHD胎儿组和正常胎儿组三维全脑容积均随孕周增加而增大，但随着孕周增加，两组三维全脑容积的差距呈逐渐增大趋势。

表2 正常胎儿组与CHD胎儿组测量参数的比较Tab 2 3D ultrasound measurements between normal group and CHD group

图2 CHD胎儿组与正常胎儿组三维全脑容积与孕周关系散点图Fig 2The scattergram of fetal 3D brain volume and gestational age in normal group and CHD group

3 讨论

现有研究表明胎儿在胎盘功能不全、宫内生长受限［17］以及患有严重CHD［18～20］等导致胎儿宫内缺氧的情况下会出现“脑保护效应”［21］，即胎儿在缺血缺氧的病理状态下会导致心输出量的重新分布、心率调节和大动脉压升高等一系列应激反应［22，23］，脑部、心脏等重要器官的血管扩张，而肾脏、肢体等相对次要器官的血管收缩，从而使得心、脑等重要系统的血液供应能够得到最大限度的保证，形成对胎儿整体发育限制而对脑发育保证的模式［24］。在CHD胎儿中，类似的“脑保护效应”也会发生，通过调整脑/脐血管比值从而保证脑部的血流量。运用超声对于脑血流动力学的研究最早见于2001年，Meise等［25］对CHD胎儿的血流动力学及大脑中动脉的频谱研究，提示患有CHD的胎儿大脑中动脉搏动指数(MCA-PI)及脐动脉搏动指数(UA-PI)与正常胎儿组差异无统计学意义。但随后Kaltman等［20］和Modena等［26］的研究表明CHD胎儿脑血流阻力降低，MCA-PI低于正常胎儿。2009年周启昌等［14］对于CHD胎儿脑血流动力学根据CHD的类型进行了更加详细的分组研究，研究结果表明各种类型的宫内CHD胎儿均出现MCA-PI下降、UA-PI升高和脑/脐血管比值(CPR)降低等一系列血流动力学改变。而在其他影像学检查手段方面，Licht等［267］于2004年的研究表明，在具有左心发育不良综合征及大动脉转位的复杂CHD的新生儿中应用MRI技术，测量所得的脑血流量降低，且这一部分CHD新生儿的HC也低于正常新生儿，提示可能新生儿大脑生长与发育的受损［16］。这与在本研究中CHD胎儿三维全脑容积较正常胎儿减小的结论相一致。

目前衡量和判断胎儿神经系统生长与发育的主要超声指标是胎儿的BPD、小脑横径和HC，存在较大的局限性，有研究表明胎儿的颅脑容积值比径线值能更准确的反映胎儿颅脑发育的水平。本研究通过采集正常胎儿颅脑的三维图像建立在各个孕周的三维全脑容积的参考值范围，建立胎儿三维全脑容积与孕周的关系曲线;测量CHD胎儿的三维全脑容积，与相同孕周正常胎儿进行对比。本研究发现正常胎儿的颅脑容积随着胎儿孕周的增长而增长，并得到了胎儿三维全脑容积随孕周、BPD及HC增长的增长曲线，各孕周胎儿三维全脑容积测量的范围、中位数、±s参考值，为后续对胎儿神经系统生长发育情况、分析与对比提供了一定的参考数据。而对≥30孕周CHD胎儿的三维全脑容积的研究表明，其三维全脑容积＜同孕周正常胎儿，差异具有统计学意义。这表明，CHD对于胎儿神经系统的生长发育有影响，将会导致胎儿神经系统的发育较同孕周正常胎儿减慢。

本研究存在一定局限性:①样本量相对较少，疾病种类不够全面，未能根据胎儿CHD的类型、血流动力学改变的特点进行更为详细的分类及统计学分析，只对于患有CHD的胎儿与正常胎儿的三维全脑容积关系进行了概况的研究;②本研究不同孕周胎儿的三维全脑容积为横断面数据;③目前应用三维超声进行胎儿三维全脑容积测量的方法国内外尚无公认标准，对于测量方法的准确性及可靠性仍需进一步的研究验证，以期确立一个可重复性强、可操作性高、可信度高的测量方法。

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