应用iSTIC技术评价正常胎儿右心室容积与收缩功能

孙婷婷，孙佳星，解丽梅，王 冰，王 超

（中国医科大学附属盛京医院超声科，辽宁 沈阳 110004）

◁妇产影像学▷

应用iSTIC技术评价正常胎儿右心室容积与收缩功能

孙婷婷，孙佳星，解丽梅，王 冰，王 超

（中国医科大学附属盛京医院超声科，辽宁 沈阳 110004）

目的：探讨iSTIC技术在评价正常胎儿右心室容积及收缩功能方面的应用价值。方法：选择2014年10月—2015年9月我院行产前超声检查的正常单胎妊娠孕妇167例，应用iSTIC技术采集胎儿整个心动周期的容积数据，采集完成后存储于机器内置硬盘中，QLAB软件进行脱机分析。根据房室瓣的开闭定义心脏收缩末期、舒张末期两个时相，手动勾勒出两个时相胎儿右心室容积，记录右心室收缩末期容积（RESV）及舒张末期容积（REDV），计算出右心每搏输出量（RSV）、右心输出量（RCO）及右心射血分数（REF）。分析上述各项指标值随孕周（GA）的变化关系。随机抽取30例，由两名独立的观察者分别测量右心室容积进行观察者间的可重复性检验，同一观察者分别测量两次进行观察者内的可重复性检验。结果：167例胎儿，140例应用iSTIC技术采集图像清晰用于后期分析，采集成功率为83.8%，REDV从孕22周的（0.99±0.34）mL增加到35周+6的（3.70± 0.35）mL；RESV从孕22周的（0.43±0.18）mL增加到35周+6的（1.37±0.21）mL；RSV从孕22周的（0.62±0.29）mL增加到35周+6的（2.32±0.19）mL；RCO从孕22周的（92.23±40.67）mL/min增加到35周+6的（337.21±29.02）mL/min；REDV、RESV、RSV、RCO随孕周的增长而增加，与孕周呈线性相关关系（P<0.001）。REF不随孕周的增长而变化，在整个孕期相对恒定，与孕周无明显相关性（P>0.05）。结论：应用iSTIC技术可以定量测量胎儿右心室容积，操作相对简单，重复性较好，iSTIC技术有望为临床评价胎儿心功能提供新方法。

心室功能，右；胎儿；超声检查，产前

先天性心脏病是目前产前超声诊断的难点及围产医学研究的重点，先天性心脏病可以分为结构异常和功能异常，胎儿心脏结构与功能的异常往往可导致心室容积的改变，心室容积作为评价胎儿心血管发育的重要指标，可靠有效的方法用于评价胎儿心室容积及心功能将为超声准确诊断及临床有效治疗先心病提供信息引导。应用传统的二维超声定量评价胎儿心功能，在准确性方面并未得到广泛接受[1]。三维超声基于时间-空间相关成像（STIC）技术在测量胎儿心室容积、评价胎儿心功能方面克服了传统二维超声的许多不足，近来已有较多研究应用STIC技术联合器官计算机辅助分析（VOCAL）软件测量胎儿心室容积、评价心功能，其研究结果证明了这项技术的准确性与可行性[2-4]。但STIC技术也有许多限制因素，其成像原理决定了其本身并非实时的三维成像技术，扫描过程中传感器执行缓慢的单向扫描，造成了采集图像时间相对较长，易受胎动、孕妇呼吸的影响，导致图像质量下降[5-6]。

最新出现的iSTIC技术采用电子矩阵式探头，探头由数千个振元组成，采集数据生成实时的三维图像，获取一个心动周期的高分辨率容积图像，仅需2 s，减少了胎儿运动对图像的影响，iSTIC技术实现了对胎儿心脏的实时三维可视化，已显示出较多的优越性[7-11]。本研究应用iSTIC技术测量正常胎儿右心室容积，评价胎儿右心收缩功能，旨在为超声更准确、简便评价胎儿心功能提供新方法。

图1 iSTIC技术获得的胎儿REDV示意图。Figure 1.REDV measurements by iSTIC technique.

图2 iSTIC技术获得的胎儿RESV示意图。Figure 2.RESV measurements by iSTIC technique.

1 资料与方法

1.1 一般资料

选择2014年10月—2015年9月我院行产前超声检查的正常单胎妊娠孕妇167例，140例入选，入选孕妇年龄22～36岁，平均（26.60±3.54）岁，孕周22～35周+6，平均（28.60±3.99）周，其中22～23周+620例，24～25周+624例，26～27周+620例，28～29周+618例，30～31周+621例，32～33周+618例，34～35周+619例。入选标准：①单胎妊娠；②胎儿生物学测量指标与相应孕周相符；③二维超声检查胎儿无明显解剖结构异常；④向孕妇告知检查目的，获取知情同意后采集图像；⑤行胎儿心脏实时三维iSTIC技术采集的图像清晰，无伪影干扰。

1.2 使用仪器

采用Philips公司IU22三维彩色多普勒超声诊断仪，电子矩阵探头，频率2～4 MHz，QLAB软件进行图像分析与后处理。

1.3 数据采集

询问孕妇末次月经，核对孕周并记录。孕妇仰卧，选择X6-1探头，启动 fetal echo程序，经腹扫查，在采集过程中嘱孕妇屏气，避免运动伪影干扰，在胎儿标准四腔心切面启动3D/4D iSTIC技术模式，将3D/4D取样框位置及取样涉及范围进行调整，要求取样框包括整个胎儿心脏进行3D/4D容积数据采集，采集完成后测量胎儿心率并保存，将所有图像存储于机器内置硬盘中，以备脱机分析。

1.4 数据分析

①三维图像后处理：将存储于机器内置硬盘的图像调出，应用QLAB软件，在整个心动周期中通过观察房室瓣开闭定帧舒张末期和收缩末期，调整好图像亮度及对比度，要求心内膜显示清晰，在两个时相分别测量胎儿右心室容积。收缩末期定义为房室瓣开放前的瞬间，舒张末期定义为房室瓣关闭后的瞬间[12]。将中心点置于右心室中心部位，选择stacked contours，沿右心室心尖处心内膜到三尖瓣瓣缘处划线，软件自动进行分层，在心脏短轴切面上逐层手动勾画每层心内膜的轮廓，勾画范围包括肌小梁及调节束。计算机自动计算出右心室的容积 （图1，2）。右心室舒张末期容积（REDV）、右心室收缩末期容积（RESV）均由同一观察者重复测量3次，取平均值。②心功能指标计算：右心每搏输出量（RSV）=REDV-RESV，右心输出量 （RCO）=RSV×胎心率（FHR），右心射血分数（REF）=RSV/REDV。③重复性检验：随机调取图像30例，每例胎儿右心室容积均由两名观察者独立测量两次计算不同的观察者和同一观察者两次的测量结果的可重复性，不同观察者间比较为对同一观察者两次测量数据取平均值后再进行比较。

1.5 统计学分析

采用SPSS 17.0统计学软件进行数据录入与处理分析。计量资料数据以±s表示，应用线性与回归的方法分析胎儿右心室容积及右心功能参数随孕周的变化关系，采用组内相关系数（ICC）评价观察者内与观察者间的可重复性。P＜0.05差异具有统计学意义。

2 结果

2.1 相关性分析结果

正常胎儿REDV、RESV、RSV、RCO随孕周的变化呈现明显的线性相关关系（P均＜0.001）。上述各参数测量值与孕周关系所拟合的直线方程如下，REDV：Y=-3.976+0.215X（R2=0.826，P＜0.001），RESV：Y=-1.371+0.077X（R2=0.776，P＜0.001），RSV：Y=-2.588+ 0.138X （R2=0.777，P＜0.001），RCO：Y=-366.376+ 19.693X（R2=0.767，P＜0.001）（图3～6）。REF不随孕周的增长而变化，在整个孕期相对恒定，与孕周无明显相关性（P＞0.05）（图7）。应用iSTIC技术测得的胎儿右心室容积与心功能各指标值见表1。

2.2 可重复性检验结果

表1 孕22～35周+6正常胎儿REDV、RESV、RSV、RCO、REF测量值

图3 REDV与孕龄的关系图。Figure 3.The correlation between REDV and GA.

图4 RESV与孕龄的关系图。Figure 4. The correlation between RESV and GA.

图5 RSV与孕龄的关系图。Figure 5.The correlation between RSV and GA.

图6 RCO与孕龄的关系图。Figure 6. The correlation between RCO and GA.

图7 REF与孕龄的关系图。Figure 7.The correlation between REF and GA.

同一观察者测量REDV的ICC为0.989，95%的可信区间 0.978～0.995，测量 RESV的 ICC为0.978，95%的可信区间0.955～0.989；不同观察者测量REDV的ICC为0.988，95%的可信区间0.975～0.944，测量RESV的ICC为0.988，95%的可信区间0.900～0.977。ICC值均＞0.9，表明同一观察者及不同观察者应用iSTIC技术测量RESV、REDV具有较好的可重复性。

3 讨论

传统的二维超声仍是目前诊断胎儿先心病的金标准[13]，但二维超声在定量评价胎儿心室容积及心功能方面存在着较多的局限性。尤其是应用二维超声在测量胎儿心室容积方面无法避免地对胎儿心脏的几何形态进行假想，这就导致了当胎儿异常而引起心脏几何形态发生明显改变时，二维超声则很难准确的对胎儿心室容积进行测量进而对心功能进行定量评估[14]。

目前STIC成像技术应用于胎儿心脏领域方面已有相对广泛研究，它是在三维数据采集的过程中加入了时间因素，传感器在目标区域进行单向连续扫描，记录由每一个二维切面组成三维容积数据库，容积数据采集完成后，软件可自动对处于同一时间点的二维切面进行分组，重组出整个胎儿心动周期的图像[7，14]，图像后处理的心动周期中可根据房室瓣的开闭定义收缩末期、舒张末期时相。克服了二维超声对心脏几何形态的假想，其图像采集过程也相对简单，减少了对操作者的经验要求,易于操作。但其成像原理决定了STIC技术并非实时的成像技术，而是延时的。因而当胎儿心脏异常引起心室运动不同步时，这种方法可能会不准确的估计胎儿心室的最大、最小体积，例如REDV和RESV。

相比之下，iSTIC技术可以生成实时的三维图像，电子矩阵探头采用阵元纵横排列的二维探头实现矩阵容积成像，声束能够自动旋转进行大范围扫描，这就能显著地缩短采集三维图像数据的时间，同时也提高了工作效率。STIC技术采集1幅图像的时间需要8～12 s，而iSTIC技术仅需要2 s，iSTIC技术成像时间较STIC技术明显缩短，解决了STIC技术成像慢与胎儿心率快之间所存在矛盾点，同时也减少了胎动、孕妇呼吸等因素对图像质量的影响，所获得的图像分辨率也随之提高[7-11]。理论上iSTIC技术对胎儿心室容积测量的准确性也较STIC技术更高，同时也减少了胎儿接受超声波的照射时间。

胎儿先心病是严重的先天性疾病之一，胎儿心脏异常往往会引起血流动力学的改变，血流动力学的变化可以导致胎儿心腔容积发生改变继而导致心功能的改变，因此及早发现胎儿心功能异常对早期诊断先心病以及了解先心病发病机制具有重要意义。不仅先心病可以导致胎儿心功能的改变，胎儿的许多疾病，例如胎儿心律失常，胎儿宫内发育迟缓，胎儿水肿等疾病均可以导致心功能的改变，孕妇妊娠期高血糖也可以引起胎儿心功能的改变[15]。因此胎儿心功能可以作为评价胎儿宫内生长发育情况的重要监测指标，超声作为产前诊断的重要手段，应用超声寻求一种有效评价胎儿心功能的方法将对临床诊断胎儿疾病及监护母婴健康至关重要。

本研究应用iSTIC技术对140例正常胎儿进行心功能研究，结果表明，胎儿REDV、RESV、RSV、RCO随着孕周的增长而增大，与孕周具有较好的相关性，REF不随孕周的增长而变化，在整个孕期较为恒定。Zheng等[16]也应用实时三维超声技术对正常胎儿心功能进行研究，研究结果显示，除了REF外，胎儿其他右心功能指标均随孕周的增长而增大，并与孕周呈指数相关关系，与本研究的研究结果有所不同，因其研究对象的孕周范围为16.7～34.6周，与本研究的孕周范围不同，可能与此因素有关。张静等[17]应用STIC技术对孕24～37周+6正常胎儿右心功能进行研究，结果表明胎儿REDV、RESV、RSV、RCO随孕周的增加呈增长趋势，与孕周呈二次项线性相关关系，这可能与STIC技术与iSTIC技术采集图像原理不同而造成研究结果的不同有关。在整个胎儿生长发育过程中，循环系统起着决定性作用，与成人不同的是胎儿时期右心室承担了主要的循环功能，而右心室本身所具有的解剖结构特点，形态不规则，尖部有调节束，心内膜面较左心室内膜面粗糙，因此寻找一种准确可靠的方法测量胎儿右心室容积及心功能指标尤为重要。

本研究三维图像后处理应用 QLAB软件，stacked contours方法进行容积测量，中心点设定完成后，系统对右心室自动进行分层并形成7层勾画平面，操作者可以调节图像的亮度与对比度使右心室内膜面清晰显示，便可以通过观察右心室各层心内膜边界逐层勾画右心腔轮廓，得到右心室容积。这种方法不需要人为的对旋转角度和勾画层数进行选择，操作简单，同时也缩短了勾画时间，勾画过程中操作者完全不依赖对右心室几何形态的假想。勾画完成后软件可以自动生成右心室的三维立体模型图，通过对右心室三维立体模型图的直观观察，可以发现右心室的几何形态并不规则，此方法可以较为客观的测量胎儿右心室的容积。

本研究也存在一定的不足之处，采集到167例正常胎儿四腔心图像，实际用于后期分析的图像只有140例，采集图像的失败率为16.2%，导致样本量较少，造成采集的图像无法用于后期分析的原因有：孕妇腹壁厚造成图像模糊，部分晚孕胎儿心脏受体位、骨骼伪影的干扰显示不清，由于采集者采集经验不足而造成的失败，因此图像采集的成功率有待提高。图像后处理采用手动勾画心内膜的方法，这就要求采集到的图像心内膜清晰，多次测量取平均值虽尽可能地减小测量误差，但由于右心室心内膜表面不光滑，不可避免的造成测量误差。而且由于研究对象的特殊性，目前尚无评估胎儿心功能的金标准，我们应用iSTIC技术获得的数据无法与之进行比较。

综上所述，iSTIC技术用于定量测量胎儿右心室容积，评价右心室收缩功能已显示出较多的优越性，其在产前诊断中的应用前景值得进一步研究与探讨。

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Evaluation of intelligent spatiotemporal image correlation on normal fetal right ventricular volume and systolic function

SUN Ting-ting,SUN Jia-xing,XIE Li-mei,WANG Bing,WANG Chao
(Department of Ultrasound,Shengjing Hospital of China Medical University,Shenyang 110004,China)

Objective:To investigate the value of intelligent spatiotemporal image correlation(iSTIC)in researching normal fetal right heart ventricular volume and systolic function.Methods:From October 2014 to September 2015 in our prenatal ultrasound examinations of normal pregnancy,167 cases of pregnant women were included.The application of iSTIC technology was to acquire the whole fetal cardiac volume data and the QLAB software was for off-line analysis.We defined cardiac systolic and diastolic phase by atrioventricular valve open and following atrioventricular value closure.Two phases of volumetric data were measured by manual tracting and summation of multiple slices,recording the right ventricular end-systolic volume (RESV)and the right ventricular end-diastolic volume(REDV).These volumes were used to calculate the right stroke volume (RSV),the right cardiac output(RCO)and the right ejection fraction(REF).Analysis of the relationship between the above-mentioned index changing with the gestational age(GA).In 30 randomly selected cases the right ventricular volume were measured by the same sonographer twice and the intraobserver agreement measurements were calculated.Results:Among 167 cases of fetal,140 cases of application of iSTIC technology acquisition images clarity for later analysis,the successful rate was 83.8%. The mean REDV increased from(0.99±0.34)at 22 weeks to(3.70±0.35)at 35 weeks+6;the mean RESV increased from(0.43± 0.18)at 22 weeks to(1.37±0.21)at 35 weeks+6;the mean RSV increased from(0.62±0.29)at 22 weeks to(2.32±0.19)at 35 weeks+6;the mean RCO increased from(92.23±40.67)at 22 weeks to(337.21±29.02)at 35 weeks+6.REDV,RESV,RSV,RCO were increased with the gestational age,there are linear correlation with gestational age(P<0.001).REF had no obvious correlation with GA(P>0.05).Conclusion:Application of iSTIC technology can quantitatively measure the fetal right ventricular volume,relatively simple operation,and high repeatability.iSTIC technology is expected to provide a new method for clinical evaluation of the fetal cardiac function.

Ventricular function,right;Fetus;Ultrasonography,prenatal

R714.51；R445.1

A

1008－1062（2016）11－0807－05

2016－03－14

孙婷婷（1989-），女，山东威海人，在读硕士研究生。E-mail：stt109116@163.com

解丽梅，中国医科大学附属盛京医院超声科，110004。E-mail：xielm72@163.com

辽宁省科技厅科学技术计划项目（2012225019）。