超声断层成像技术（TUI）在显示胎儿心脏结构的应用探索

王家奎 龚丽君 曾 玲

（重庆市渝北区中医院，重庆401120）

✿论著／心脏及血管病✿

超声断层成像技术（TUI）在显示胎儿心脏结构的应用探索

王家奎 龚丽君 曾 玲

（重庆市渝北区中医院，重庆401120）

目的 探索超声断层显像技术（TUI）应用于胎儿心脏产前检查能否合格显示标准切面，取得与传统二维超声（2D）相同的效果，了解该技术临床应用中的优势，总结实践中得出的操作经验。方法 由一名超声医师检查217例中孕期的正常胎儿心脏，并分别存储二维超声和三维容积超声采集的相关图像信息；再由另外两名超声医师将同一胎儿心脏的9个二维标准切面图像与TUI重建的心脏各标准切面图像进行质量评分。结果 217例正常胎儿心脏有211例获得满意容积数据。TUI重建图像与二维超声显像的一致性比较，在4VC、5VC、LVOT、RVOT和SAV切面，一致性极好，在LAV-AOA、LAV-DA、SVC+IVC和SVV切面，一致性极好；在大动脉短轴切面TUI与2D的合格显示率分别为80.1%和96.2%，两者差异有统计学意义；其他8个切面TUI合格显示率高于2D，但是差异无统计学意义。结论 超声断层显像技术（TUI）应用于中孕期的胎儿心脏检查能简便快捷地获得与传统二维超声同样效果的标准切面的图像，降低了心脏筛查的难度，提高了筛查效率，有助于胎儿心脏检查的推广应用。对于大动脉短轴切面，TUI的合格显示率明显高于传统二维超声，差异有统计学意义。这个切面的显示在筛查流出道膜部的室缺、右室流出道狭窄和主动脉瓣畸形等问题有重要意义。

超声断层成像TUI；胎儿心脏

目前二维超声心动图检查仍是筛查和诊断胎儿心脏畸形最常用和主要的手段。超声医师经过短期培训后即可采用胎儿心脏超声四腔心切面筛查出部分胎儿心脏畸形。但由于左、右心室流出道和大动脉短轴等多切面检查操作难度较大，从而限制了胎儿心脏超声筛查的普及应用。超声断层成像技术（Tomographic ultrasound imaging，TUI）是近来年开发研制的新型三维超声显像模式，利用容积超声原理对所采集的容积数据进行多方位断层，可实时成像也可脱机分析。本研究探讨TUI技术在胎儿心脏结构超声显像中应用的可行性。

1 资料与方法

1.1 研究对象

2014年1月1日-2014年6月31日期间，行常规胎儿产科超声检查均未明显异常的正常胎儿217例，孕周20-27周，平均（23.2±2.7）周，孕妇19-42岁，平均（26.7±2.3）岁，无妊娠高危因素。

1.2 仪器与方法

超声仪器采用GE公司生产的Voluson E8超声诊断仪，具有胎儿心脏智能校正技术（STIC）模式，三维容积探头RAB4-8L，频率4.0-8.5MHz。

对所有胎儿进行二维胎儿超声心动图检查，除外心脏结构畸形和心律失常。首先由一位机器操作熟练的超声医师（a）采用二维超声观察，同时存储四腔心、左右心室流出道、主动脉弓及腔静脉长轴等美国超声心动图学会2004年提出的9个标准切面图像供对比分析。然后启动STIC模式，调整取样框使之包络整个胎儿胸腔，嘱孕妇屏住呼吸后，开始扫描，完成三维数据采集。采集时间设为7.5-10s，扫描角度为20°-40°。扫描过程中，如发现胎儿有明显活动，则中断扫描，按上述步骤重新开始。胎儿心脏非连续照射时间控制在5min以内。将所采集的全部容积数据转存至离线工作站硬盘中。重复上述采集3-5次，以增加诊断信息并选取最佳图像。

对每个获得的STIC数据采用GE 4D Viewer 5.0软件脱机分析。TUI模式的默认状态下，显示层数为9层。以“九宫格”的形式显示，左上角是定位平面，是正交三平面模式下的平面，其上有9条平行的标志线，分别代表TUI所显示的各平面在胎儿长轴方向上的相互位置关系。中心层标记为“0”，位于“九宫格”中心；中心层上下各4个切面，分别标记为“-4”至“-1”和“1”至“4”。调节层厚、层间距、中心层位置分别显示四腔心切面（4-ChamberView，4CV）、五腔心切面（5-Chamber View，5CV）、左室流出道长轴切面（Left Ventricularoutflow tract View，LVOT）、右室流出道切面（Right Ventricularoutflow tract View，RVOT）、大动脉短轴切面（Shot axis of the Aorta View，SAV）、主动脉弓长轴切面（Long axis View of the arch，LAV-AOV）、动脉导管弓切面（Long axis view of the Duct，LAV-DA）、腔静脉长轴切面（Superipr and Inferior Vena Cava，SVC+IVC）和心室短轴切面（Short axis View of the Ventricle，SVV）共9个切面的连续动态剖面图。

由两名经验丰富的产科超声医师（b、c）对同一胎儿的二维图像与TUI重建显示的各个切面图像对比，进行质量评分，I级：显示该切面应显示的部分解剖结构，清晰度一般；II级：基本显示该切面应显示的全部解剖结构，清晰度一般；III级：显示该切面应显示的全部解剖结构，清晰度优秀。定义II级以上为合格显示。

1.3 统计学处理

采用SPSS13.0进行的统计学分析，TUI重现的心脏各切面用显示率来表示，图像质量评分后采用Kappa一致性检验评价2D与TUI两种方法显示图像的一致性，P>0.05为差异无统计学意义。当Kappa值<0.4时两者一致性差；0.4≤Kappa值≤0.75时两者一致性较好；当Kappa值≥0.75时两者一致性较好。

2 结果

所有研究对象中除去6例因胎儿胎位、胎动羊水等原因始终无法获得合格容积数据外，其余211例均获得合格数据纳入研究。211例均为单胎，无高危因素，产前检查未见明显异常。用4DView软件分析可任意调整层间距0.5-10mm，平移图像，对感兴趣区域进行重点观察；也可通过选择A、B、C平面或者旋转图像，获得不同方向上的连续平行断层切面；对细微结构的观察可以放大图像倍数进行分析；可选择3×3或2×2显像模式在同一屏面显示9帧或4帧图像。左上角的图像与各断层垂直，各平行的线条表示各断层在各自的容积数据库中的位置。线条数可调以此来增减断面层数（3-19层）。

TUI重建的心脏各切面与传统2D方法获取的图像比较，图像的合格显示率如表1所示。211例胎儿数据中，对于SAV（大动脉短轴切面）切面2D与TUI的显示率分别为80.1%和96.2%，两者差异有统计学意义（P<0.05）；其他8个切面TUI显示率高于2D，但是差异无统计学意义。

TUI重建图像和传统2D方法获取的图像质量对比，其一致性总体较好。在4CV、5CV、LVOT、RVOT和SAV切面，TUI重建的图像质量于2D所获图像达到了极好的一致性，其 Kappa值分别为0.89，0.90，0.89，0.80；在LAV-AOA、LAV-DA、SVC+ LVC和SVV的图像质量和2D所获图像的一致性较好，其Kappa值分别为0.70，0.67，0.75，0.65；见表2。

3 讨 论

表1 2D和TUI各切面显示率对比

产科超声检查目前是产前诊断的最常用的主要无创影像技术。准确有效的产前超声检查对于胎儿的预后评估及产科诊断与治疗都极其重要，TUI是一种新兴的三维超声成像技术，存储容积数据用4D View程序脱机后处理及分析，可为产科诊断提供较传统二维及三维更多的信息，通过调节TUI层间距和旋转图像，在同一屏幕上显示从四腔心到三血管的连续性变化，达到CT和MRI的断层显像效果，并且操作相对简单[1-2]，能够对正常胎儿心血管的结构和运动进行全面的观察分析，较准确的判断胎儿心脏的运动时相。

表2 各个切面2D和TUI图像质量评价对比

在STIC容积数据的采集过程中，多数学者推荐起始平面采用四腔心切面，只要能显示4CV平面即可完成数据采集，但是这种数据集合是由容积探头呈扇形连续扫描感兴趣区域获得，是一组连续的2D切面的集合。起始平面（A平面）及与其平行的切面是最清晰的，如以4CV起始的容积数据，则重建的五腔心切面和三血管平面显示较清晰；而与A平面垂直的B、C平面为电脑的重建图像，清晰度则稍低，如心脏主动脉弓长轴和动脉导管弓切面。本研究以四腔心为起始切面，结果显示，TUI重建图像何四腔心、五腔心、左室流出道、右室流出道切面的显示合格率均比较高（96.7%-100%），和二维图像没有显著差别，并在Kappa检验提示以上切面的图像质量与二维图像有极好的一致性（Kappa值>0.75），甚至在大动脉短轴切面上，其图像合格率显著高于二维。主动脉弓长轴和动脉导管弓切面的显示方面，虽然和二维图像没有显著差异，但是明显偏低（85.3%-86.3%）Kappa值也位于0.4-0.75之间，一致性较好。国际上有学者提出，对于主动脉弓、动脉导管弓等心脏矢状面的显示，可选用主动脉弓长轴作为起始切面采集容积数据[3]。但由于这两个切面本身获取有一定难度，对检查者和胎儿胎位等因素的依赖性比较大，推广应用尚有一定难度。因此，根据容积数据的采集特点，不同起始切面获取的胎儿心脏信息的侧重点不一样，心脏的横切面和矢状面不能达到完美的兼顾，因此，因根据研究目的来选择合适的起始切面，亦可选择2个以上的起始切面进行采集，达到后期分析时图像信息的互补，提高胎儿先天心脏缺陷的检出率。

传统二维检查时常见的影像因素如孕妇腹壁厚度、胎儿胎位胎龄、偶发心律不齐、羊水量等，也可影响容积数据的采集。除此之外，采集角度和采集时间的影响，采集角度过小，则会导致信息收集的不完整，角度过大又会导致扫描时间的延长和图像分辨率的下降，因此因根据胎儿胎龄选择合适角度。采集时间越短，获得的图像分辨率越低，时间越长，受到胎儿胎动的影响可能性就越大，因此采集时间的选择要考量这两者的影响，要避免扫描速度过慢在B平面形成伪像的基础上获得最大分辨率的图像。我们的211例样本中，采取7.5-10s，后期处理重建的切面质量合格率达85.3%-100%。

一次彻底的胎儿心脏筛查除了四腔心切面，还要显示两个流出道及其相连的大动脉的信息，以免漏诊大动脉转位等动脉锥干发育异常。大动脉短轴切面的显示对手法要求较高，而主动脉弓长轴、动脉导管弓长轴和上下腔静脉长轴的显示对筛查主动脉弓离断、下腔静脉离断等有重大意义的切面，除依赖手法和经验外，对胎儿胎位的要求也高，传统二维超声显示很困难。我们的数据显示利用TUI图像重建简单方便的获得了与二维一致性较好甚至极好的各个切面图像，对于大动脉短轴切面，TUI的合格显示率还明显高于二维超声显像，差异有统计学意义。这个切面的显示在筛查流出道膜部的室缺、右室流出道狭窄和主动脉瓣畸形等问题有重要意义。

［1］ Espinoza J,Kusanovic JP,Goncalves LF,et al.A Novel Algorithm for Comprehensive Fetal Echocardiography using 4D Ultrasound and Tomographic Imaging.Ultrasoud Med,2006,25:947-956.

［2］ Paladini D,Vassallo M,Sglavo G,etal.The role of spatio-temporal image correlation (STIC)with tomographic ultrasound imaging (TUI)in the sequential analysis of fetal congenital heart disease. Ultrasound Obstet Gynecol,2006,27(5):555-561.

［3］ Goncalves 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): 336-3481.

王家奎，1961年生，男，本科学历，副主任医师，主要从事医学超声诊断工作。