实时三维超声用于先天性心脏病诊治中的进展

2021-04-02刘媛媛天津市北辰医院超声科天津300400

中国医疗器械信息 2021年12期

刘媛媛天津市北辰医院超声科（天津 300400）

内容提要：先天性心脏病（先心病）是新生儿发病率较高的发育缺陷性疾病，据调查数据显示我国新生儿先心病每年发生率在4%～10%左右，可对患儿的健康和成长发育造成严重的不良影响，目前临床中尚无该疾病的特效疗法。早期筛查，及时终止妊娠对降低缺陷儿出生率有重要作用，也是提升人口质量的关键。以往针对先心病的诊治以传统二维超声为主，但是该种方法缺乏良好分辨率，不能获得三维图像，因此不能及时明确胎儿是否有器质性病变等情况，临床应用效果较差。近年来医学技术在社会经济的影响下得到良好的发展，实时三维超声技术因为无侵入性操作的优势逐渐在临床多种疾病诊治中发挥着重要作用，该技术可在短时间进行胎心扫描并获得检查图像，可为疾病筛查诊断和治疗提供有效信息。本文将对实时三维超声技术在先心病诊治中进展进行分析。

三维超声是新兴的医学影像学技术，目前在临床多个科室的疾病诊断和治疗中均有良好的应用效果。其发展过程包括三个阶段，具体指的是一维M超声，二维断面超声以及实时三维超声心动图（RT-3DE）[1]。妇产科中应用RT-3DE技术可以有效提升子宫异常的诊断精确性，从二维超声到三维超声的发展较快，并获得了较大的提升，很多可以通过二维超声诊治的疾病均可通过RT-3DE技术进行完整和直接的补充，是医学影像学的重大突破。本文将针对RT-3DE在先心病临床诊断治疗中的应用进行如下综述。

1.三维超声工作原理、工作步骤和优势

临床中三维超声技术的应用不断增加，其应用效果不仅与仪器质量的优劣有较为明显相关性，还与操作者的工作能力、经验、对该技术工作原理和使用方法的掌握度有关。操作者必须具备丰富的理论知识，熟练掌握该技术的工作原理和使用方法，才能有效保证其临床应用效果。

1.1 三维超声工作原理

该技术的工作原理主要包括立体几何构成法、体元模型法和表面轮廓提取法三种[2]，其中立体几何构成法的临床应用并不多，该方法将脏器划分为许多形态有差异的几何体并将其组合后形成；体元模型法能够对组织信息进行分析和重建，在临床中的应用是三种原理中最多的；表面轮廓提取法需要在三维超声空间内选取合适坐标点，标记后相互连接并形成直线，通过各种直线描述不同脏器的轮廓，然而其不能对解剖结构的细节进行良好展现，因此应用不多。

1.2 三维超声工作步骤

该技术工作步骤包括：①设定超声容积探头参数在病变处扫描，采集数据。现阶段临床中应用较多的三维探头中多配备了扇形或凸阵探头，在探头内部安装了电磁感应器，可对每个断层的位置与断层方向进行电磁感应。再将断面二维图像、方位、空间位置等信息转化为数字化信息被传输至电脑；②获取探头扫描后的三维数据传输至电脑中进行三维数据库建立；③利用三维数据库对三维切面、立体三维进行重建，根据各种图像重建三维图像[3]。

1.3 三维超声技术的优势

三维超声的图像更加清晰和直观，可以通过人机交互方式对三维数据图像进行放大、剖切或旋转处理，能够多角度全方位对心脏整体进行观察，进而提升诊断有效性；具有更准确的结构参数，获得心脏的三维数据和结构信息后能够提升心室容积等参数精确性；能够精准定位病变组织，并且不会对周围正常组织产生不良影响；同时可缩短扫描和数据收集时间，通过计算机系统可以储存扫描图像，可以此为依据进行病灶观察和疾病诊断，无需通过二维探头进行扫描，即便患儿出院后仍可进行病变组织的观察。

2.三维超声在先心病诊治中的应用

先心病是最常见的先天性畸形病变，指的是胚胎发育期间因心脏发育障碍、大血管形成不良等情况导致其解剖结构异常，或出生后原本有自动关闭功能的通道关闭不全。在各种先天性畸形病变中先心病占比达到28%，产前发病率在3%～4%左右。根据2000年世界卫生组织的报道显示，先心病是造成多个国家和地区新生儿、婴儿死亡的主要原因[4]。该疾病的发病因素较多，其中因环境污染、病毒感染以及射线辐射等环境因素诱发的先心病占比超过90%，患儿会出现拒食、成长发育不良、免疫力低下等症状，先心病血管畸形在产前超声检查中具有较高的漏诊风险。目前针对该疾病的治疗以外科手术为主，多数患儿需要基于体外循环开展手术，少数简单先心病可进行介入治疗获得良好的效果。

心脏属于结构复杂具有三维形态的动态器官，构成主要包括心房和心室各两个，是先心病病灶高发部位。先心病以是否有分流情况为依据可分为：主动脉缩窄或肺动脉狭窄等无分流病变；室间隔或房间隔缺损、动脉导管关闭不全等从左到右分流病变；大血管错位或法洛氏四联症等从右到左分流病变。RT-3DE技术能够从两侧对房、室间隔结构进行显示，经两个正交切面切割后可呈现出缺损边缘、平面与形态并计算，对先心病缺损面积有良好的测量作用[5]。但常规二维超声只能对一维径线和二维面积进行测量再以此估测心房容积，因此具有较大的测量误差。在梁彩霞[6]等人的研究中，为345例单胎妊娠孕妇进行二维超声和RT-3DE产前检查，活检及尸检结果显示先心病胎儿共22例，二维超声检查显示34例阳性，RT-3DE检查显示24例阳性，其中二维超声检查灵敏度90.91%，特异度95.67%，准确率95.36%，误诊率4.33%，漏诊率9.09%；RT-3DE超声检查灵敏度95.45%，特异度99.07%，准确率98.84%，误诊率0.93%，漏诊率4.55%；两种检查方式中RT-3DE特异度和准确率显著高于二维超声，误诊率低于二维超声（P<0.05），其他指标无明显差异（P>0.05），由此可见RT-3DE的应用效果更理想。

RT-3DE技术的检查效果不受病变心腔无规则几何形态的干扰，可辅助诊断先天性心脏复杂畸形，相比二维超声准确度更高，在先心病定量定性诊断中作用更高。相比常规二维超声，RT-3DE技术临床诊断定性的优势较多[7]，例如可以促进超声医师、临床医师之间的和谐有效沟通，对病变解剖结构、位置，个别结构和周围组织存在的关系理解度更高；可保证所提供的瓣叶情况更准确，对瓣膜功能可进行实时评估；可保证穿刺操作的准确引导。在诊断定量方面的优势体现在：可对左室整体的收缩情况进行准确评价；对室壁节段运动进行有效评估；间隔缺损面积或溶剂的测量准确性更高；狭窄瓣口面积测量具有更高的精准度；能够更准确的测量反流量；对心脏再同步化治疗有辅助作用。

RT-3DE技术与二维超声心动图相比，对不对称几何形态以及合并室壁瘤的左室容积、左室收缩功能诊断有更理想的准确性和重复性。有负荷试验结果显示，二维超声心动图操作比较复杂，耗时较长，图像质量普遍偏低，主要原因是其需要进行多个声窗检查后才能得到比较完整的左室图像，但是RT-3DE技术可以直接从容积图像数据库内获取大量二维标准切面信息，短时间内良好成像[8]。用于心肌声学造影时，二维超声心动图可分析的平面有限，无法对左室不同节段图像进行完整显示，获取图像时间更长，因此会加重患儿家属的经济负担，也会对其造成巨大的伤害，但RT-3DE技术可对上述不足进行有效弥补。在心脏右心室容积方面，右室具有较为复杂的结构，二维超声心动图对其容积测量有较大的误差，但RT-3DE技术能够对右室容积进行准确测量。左室心肌重量在心功能评价中应用较多，可以有效评价和预测患者心脏病变情况和临床预后，相比于二维超声心动图RT-3DE技术具有更准确的诊断结果[9]。对局部室壁运动进行评价时，二维超声心动图切面较少，无法对左室内膜面进行完整显示，但RT-3DE技术能够完整显示左室情况，并且具有回放功能，可有效提升检查准确性。

RT-3DE技术的应用可以对正常和不正常的心内结构进行准确显示，可以准确测量心肌重量、心室腔容积并进行良好评价。此外还有三维彩色多普勒血流显像技术可对血流动力学信息进行准确测量，有效提升先心病检出率。三维超声重建技术可经食管或胸多平面探头降低固定间隔角度绕定轴转动取图法的难度；同时应用矩阵列传感器的3D系统成像元素更大，能够实时采集三维数据[10]。

3.展望

上世纪50年代建立超声成像，在70年代逐渐有了良好的发展，并应用于疾病的筛查、诊疗。先心病可进行超声心动图诊断，对其血流动力学变化、病灶位置和病变范围、程度进行评估，以此为依据制定临床治疗方案，在先心病诊疗中有重要作用[11]。三维超声成像的相关研究在医学技术和社会经济不断发展的前提下也有了长足进步，但若要将其作为临床常用的检查工具还需要进一步努力。这对临床应用，医务人员需要习惯从二维平面图像观察到三维图像操作的转变和适应，还需要掌握三维超声的工作原理和具体操作步骤，保证操作更准确，避免人为操作导致的诊断结果误差，有效保证三维超声诊断准确性。用于先心病诊疗时，与二维超声技术相比，三维超声的优势更显著，包括可快速成像，能够重复检查，数据准确度高和误差小等，由此可见在先心病的诊疗中三维超声技术更适用。但需要注意的是，三维超声也存在一定的不足，包括探头体积普遍偏大，不利于对全部结构进行有效观察，总体成像可能会因为患者变化体位、呼吸或移位等情况造成扫描图像出现重组或错位情况，该技术的成像质量与二维超声采集优劣有直接影响；检查结果易受到患儿肺内气体或骨骼的干扰等[12]。现今社会的飞速发展，三维超声技术也在进行完善和优化，在先心病诊疗中的优势也会不断凸显。