超声评价胎儿心脏功能的研究进展

吴　晶(综述)，张志坤，吴钟瑜(审校)

(天津市中心妇产科医院超声科，天津 300052)



超声评价胎儿心脏功能的研究进展

吴晶※(综述)，张志坤，吴钟瑜(审校)

(天津市中心妇产科医院超声科，天津 300052)

摘要：在许多胎儿疾病(包括胎儿宫内生长受限、先天性心脏病、双胎输血综合征、特发性水肿及胎儿心律失常等)病情严重程度的评价中，胎儿心功能异常作为一个重要标志已在临床得到证明。超声评价胎儿心脏功能一般是以针对患者进行管理和评价的模式，使其为先天性心脏病提供相对完整、准确的诊断依据，从而进行患者咨询，或对胎儿心脏进行介入治疗。该文就超声评价胎儿心脏功能的研究进展予以综述。

关键词：M型超声；四维时空关联成像；每搏输出量；心排血量；胎儿心脏检查

在胎儿宫内生长受限、先天性心脏病、双胎输血综合征、特发性水肿及胎儿心律失常等疾病研究中，胎儿心脏功能异常成为重要指标之一。许多参数都被设计来评价胎儿心脏功能，其中大多数是从成人或小儿心脏病学借用过来的，如每搏输出量、心排血量、射血分数、短轴缩短率及心肌做功指数。超声医师可以通过各种方式得到这些参数，通过三维、四维超声检查获得心室容积计算每搏输出量、心排血量和射血分数；通过M型超声评估测量短轴缩短率或房室瓣环位移；利用多普勒成像评价心肌性能和心前静脉指数(如在静脉导管和许多其他目标静脉中的血流)。现就M型超声和四维时空关联成像(4D spatio-temporal image correlation，4D-STIC)在胎儿心脏检查中的作用、可测量的参数及其在临床实践中的应用进行综述。

1M型超声

M型超声是指应用于评价包括瓣膜、游离壁和间隔等心脏结构运动的超声检查。波束是由一个单一的晶体在发送器和接收器之间快速交替产生，更替频率在1000 Hz以上。高时间分辨率可以识别心脏节律细微的异常和对心脏事件的相对定时测定。M型超声也被用于评价心脏尺寸,如房室壁厚度或房室大小。目前，M型超声通常是结合二维超声定位波速。

1.1M型超声评价心律失常胎儿M型超声最常见的应用之一是对胎儿心律失常的评价，这是通过将光束同时通过心房和心室壁获得的[1]。M型超声取样线放置应通过右心室前壁、主动脉瓣和左心房后壁，如果胎儿目前的位置不允许，可以将取样线放置在右心房壁和左心室后壁[2]。在胎儿期中，最常见的心律失常是阵发性室上性心动过速和心房扑动，发生室上性心动过速时，心率明显增加，但是心房和心室率之比为1∶1；发生心房扑动时，心房率可达到300～450次/min，而心室率可能有很大的不同；一些心房搏动被阻断而一些没有，所以心房和心室率之比可能是2∶1或4∶1，这可能会随时间而变化[3]。在发生胎儿心脏传导阻滞时，心房和心室的搏动相互独立，在M型超声中这种分离是显而易见的。

1.2短轴缩短率在怀疑胎儿心脏功能紊乱的情况下，M型超声可通过舒张末期心室直径和收缩末期心室直径获得短轴缩短率[短轴缩短率=(舒张末期心室直径-收缩末期心室直径)/舒张末期心室直径]。这时取样线垂直于室间隔沿着四腔心短轴的位置放置。短轴缩短率长期以来被认为是评价心室功能的替代指标。

1.3心脏长轴诊断用M型超声测量瓣环位移应测量长轴而不是短轴[2]。这种方法最适合右心室检查，这是由于右心室的肌肉纤维多为纵向的性质，而左心室的肌肉纤维主要为圆周方向[2，4]。

1.4三尖瓣环位移三尖瓣环位移是指从舒张末期至收缩末期测量三尖瓣环与右心室游离壁交界处的最大距离。在成人的测量中，右心室功能被证明有预后意义，而左心室功能却没有。在胎儿期，M型超声可用于测量二尖瓣和三尖瓣环的位移，这些都是随着胎龄的增加而更容易表现出来的[5]。现代的超声仪器基本上都可以使用M型超声技术检测胎儿心脏瓣环位移，然而这些尚未被验证，也没有与其他胎儿心脏功能检查的方法相比较。M型超声在胎儿期检查中的应用缺点在于让胎儿在表现心脏问题时处于一个适合扫描测量的位置，并在这个位置保持足够长的时间。

23D/4D-STIC

STIC和其在胎儿超声心动图中的地位已有文献报道[6]。简单地说，STIC是一种基于5个横向平面的扫描胎儿心脏的方法。储存扫描或采集含有一个完整心动周期的容积数据重建，大约由1500张图像组成[7]。操作者可以通过利用后处理工具保存空间和时间的数据集。从这个保存的容积内，操作者可以在心动周期的任何阶段获得感兴趣的目标区域。

2.1STIC-M型超声STIC-M型超声最近作为后处理工具被添加在具有STIC功能的机器上。这个工具可以帮助M型超声的测量，包括短轴缩短率和瓣环位移，克服由于胎儿的位置带来的困难。STIC-M型超声允许通过修改图像定位来调整波模式，操作者可以通过旋转来优化图像从而获得所需的平面。该方法最近被应用于心脏的生物测量[8]。STIC-M型超声也被应用于测量正常胎儿和发生胎儿水肿时的短轴缩短率[9]。测量环位移时，一般会旋转和调整容积使其显示在心尖四腔心面，M型超声应用于三尖瓣环，测量所产生的波的振幅；而STIC调整图像的角度则有助于指导M型超声取样线的放置，这是一个很有前途的应用，但还尚未在大型研究中得到验证。

2.2胎儿心脏的容量分析超声医师首先通过从上到下移动，从保存的STIC容积中可以获得舒张末期和收缩末期的四腔心面，然后通过对瓣膜的动作识别，再通过手动或半自动的方法来进行心室容积的测量。如上所述，许多心脏功能的测量是基于心室容积的测量。三维/四维超声是最常用于胎儿心脏功能评估和从获得的心室容积推测胎儿每搏输出量(流速时间积分×瓣口面积，一个收缩期的心脏排血量)、射血分数(每搏输出量/舒张末期容积)及心排血量(每搏输出量×心率)的检查手段[10-14]。心室容积可用于评估有心室大小困扰的疑似冠状动脉粥样硬化性心脏病样疾病的严重程度，如心脏肥大和心肌病、主动脉瓣狭窄和演变的左心发育不良综合征或Ebstein畸形。专业的计算程序通过测量STIC容积来计算心室容积[10-12，15-16]。这种技术还可以扩展到获得心室重量[17]。模拟器官计算机辅助分析措施通过绕一个固定的中心轴线重建平面来测量限定区域的体积，操作者可以决定绕轴数量来提高测量的分辨率，启动应用程序，确定感兴趣器官的体积，使模拟器官计算机辅助分析与反转模式相结合；在研究中，反转模式是一种区分容积中流体填充区域(黑色)与组织区域(灰色)并反转它们表现特征的工具，结合模拟器官计算机辅助分析与反转模式，心室内区域的测量会更加准确[11,17]。方法和命令的各种组合在可行性和可重复性上进行了比较[16]。心室容量的另一种测量方法是在STIC容积的基础上进行手动分割[13]。对保存的STIC容积从上至下使用多维平面重建，连续切成厚度为1 mm薄片，使用手动描画轨迹的方法以及应用Simpson法对心室进行测量。4D-STIC的不足之处是它依赖于后处理技术而不能从目前的一般超声机器上得到。就操作者而言，也需要一个较长的学习过程，关于获取和显示数据的最佳方法目前还没有达成一致。然而，这是一个试图在时间和空间上最准确地表现胎儿心脏真实尺寸的有前途的技术，可计算而不是估计每搏输出量和心排血量。

3观点与争议

产前超声筛查和诊断胎儿心脏结构畸形已成为目前研究的热点，早期正确的诊断先天性心脏病是超声医师的重任。常规二维超声扫查胎儿心脏对操作者的专业经验依赖性大，且易受胎动影响，扫查用时较长。STIC技术在短时间内可以完成对整个胎儿心脏的扫描，以动态三维的方式显示胎儿心动周期的各个切面，并可重建房室间隔、大血管的立体形态，有利于胎儿心脏大血管畸形和复杂心脏畸形的诊断[18]。Vinals等[19]认为，具有丰富四维超声经验的医师应用STIC技术才有效果，故不作为胎儿心脏筛查的常规手段。Tonni等[18]研究认为，目前将STIC技术纳入中晚孕胎儿心脏筛查仍不成熟。而Uittenbogaard等[13]研究认为，将STIC技术纳入常规胎儿超声心动图检查是可行的，且对于不具有丰富的 4D-STIC 技术者也可获取高质量的STIC心脏容积数据。Wanitpongpan等[20]研究认为，只要经过短期培训无需更多的二维超声检查经验即可确认心脏流出道的畸形。Espinoza等[21]研究了7个中心应用四维胎儿超声心动图技术，发现四维体积数据集可以远程采集，且在不同研究中心准确地解读，在有技术专长的研究中心也是准确和可靠的方法。赵艳春等[22]认为，无论二维超声产前筛查经验是否丰富，即使无STIC操作经验医师，只要通过短期的培训，亦可获得满意的离线诊断分析结果，因为STIC技术易于被超声医师掌握；但若同时具有丰富的二维超声检查和STIC离线分析经验，其诊断效能将显著提高。林小影等[23]研究认为，STIC技术扫描胎儿心脏四腔心切面加胸部正中矢状切面为基础的容积数据可获得完整的心脏切面，能对胎儿心血管畸形二维超声心动图诊断进行补充。Wang等[24]研究认为，4D-STIC被应用于孕中晚期胎儿心脏尺寸的测量是可行、准确的，同时与二维超声心动图保持良好的一致性，不同的观察者均可实施该项技术，且之间差异无统计学意义。

4小结

M型超声和4D-STIC作为评价胎儿心脏功能的两种技术，是超声技术发展过程中的两个极端。前者存在已久、相对技术含量低、方便快捷，已被广泛应用，已建立了一些参数的参考范围，但仅能提供功能的替代测量；而后者是比较专业的、耗时的和尖端前沿的超声技术，理论上能提供更精确的测量结果。随着技术的进步，阐明每一种胎儿心脏功能的评估方法是非常重要的。但将4D-STIC技术纳入常规的产前二维超声心脏筛查尚有争议，还需要进一步探讨。

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Research Progress of Ultrasound in the Evaluation of Fetal Cardiac FunctionWUJing，ZHANGZhi-kun，WUZhong-yu.(DepartmentofUltrasonography，TianjinCentralHospitalofGynecology&Obstetrics，Tianjin300052，China)

Abstract：Fetal cardiac function has been shown to be a marker of disease severity in many conditions，including intrauterine growth restriction，congenital heart defects or disease(CHD)，twin-to-twin transfusion syndrome，idiopathic hydrops，fetal arrhythmias，and others.It is often targeted for evaluation of patient management，for providing complete and accurate diagnosis in CHD，for patient counseling，or in referring for fetal cardiac interventions.Here is to make a review of the research progress in ultrasonography for cardiac function assessment.

Key words：M-mode; 4D spatio-temporal image correlation; Stroke volume; Cardiac output; Fetal cardiac examination

收稿日期：2014-12-22修回日期：2015-04-27编辑：郑雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.20.039

中图分类号：R714.54

文献标识码：A

文章编号：1006-2084(2015)20-3751-03