24节段斑点追踪技术评估胎儿左心室容积和功能的研究

陆红妤 包凌云 黄安茜 张丽 黄乐文 韩佳霖 付凯文

胎儿心脏大小和功能测量评估是产前胎儿心脏研究的重要内容，如何更准确评估胎儿时期的心脏大小和功能，已成为近年研究的热点和难点。胎儿心室容积及功能评估的方法较多，包括M型超声检查、多普勒超声检查、三维时间-空间相关成像（spatiotemporal image correlation,STIC）技术、Simpson法等，这类技术各有优缺点，在评价胎儿左心功能的准确性方面均有欠缺。新技术24节段斑点追踪技术（speckle tracking imaging,STI）通过追踪胎儿心内膜边界，可测量评估心室容积及功能。本研究分析24节段STI评估胎儿左心室容积与功能的可靠性和准确性，旨在为临床胎儿心功能评估提供准确可行的辅助方法，现将结果报道如下。

1 对象和方法

1.1 对象 选择2019年9月至2020年5月在浙江大学医学院附属杭州市第一人民医院超声科行胎儿超声检查孕20～40周的单胎孕妇149例为健康组，年龄 18～43（31.9±4.3）岁；有准确的停经史，或孕周经产科超声检查评估与停经史计算的孕周相符。排除标准：胎儿心脏或心脏外异常，包括染色体异常、颈项透明层增厚，妊娠期糖尿病、高血压等。另选择同期同院左心室异常风险胎儿7例为风险组，其中主动脉狭窄（aortic stenosis,AS）5例、心内膜弹力纤维增生症（endocardial fibroelastosis,EFE）及胎儿宫内生长受限（intrauterine growth restriction，IUGR）各1例，详见表1。本研究经医院伦理委员会审查批准[审批号：（2020）科研医伦初审第（007）号-01]，患者或家属均签署知情同意书。

表1 7例风险组胎儿资料

1.2 方法

1.2.1 健康组超声数据采集 采用美国GE Voluson E10超声诊断仪，配备EM6C、RM6C矩阵容积探头，频率2～6 MHz。优化图像以增强血池和心内膜之间的边界。由1名高级职称医师采集标准四腔心切面二维动态图，动态视频长3 s，储存于机器后台。同时测量胎儿生物学生长参数包括：双顶径（biparietal diameter,BPD）、头围（head circumference,HC）、腹围（abdominal circumference,AC）、股骨长（femoral length,FL）、估测体重（estimated fetal weight,EFW），评估孕周（gestation age,GA）。

1.2.2 24节段STI测量左心室参数 由2名经操作培训的医师，将获得的标准四腔心切面二维动态图，导入超声仪自带的fetal HQ分析软件，应用M型超声模式确定心室舒张末期、收缩末期，采用斑点自动追踪或手动微调模式，将49个追踪点定位于左心室舒张末期至收缩末期的心内膜面（图1），获得左心室参数，将原始数据导出。左心室测量参数包括：舒张末期容积（enddiastolic volume,EDV）、收缩末期容积（end-systolic volume,ESV），由软件计算得出每搏量（stroke volume,SV）、心输出量（cardiac output,CO）、射血分数（ejection fraction,EF）。

图1 24节段斑点追踪技术（STI）对胎儿心内膜追踪定位示意图（a：左心室舒张末期；b：左心室收缩末期）

1.2.3 两组胎儿左心室参数的Z-评分比较 测量风险组胎儿生物学生长参数，评估GA，采用24节段STI测量左心室参数EDV、SV、CO、EF。两组胎儿左心室参数行Z-评分比较。公式：Z-评分=（风险组左心室实测值-健康组左心室均值）/健康组左心室标准差（健康组左心室均值及标准差方程见表2）。Z-评分＞1.28（第90百分位）或＜-1.28（第10百分位）提示超出正常范围。算法举例：如本研究中风险组的例3测得左心室EDV为 0.83ml，根据公式 Z-评分=（0.83-6.143e-5×GA2.953）/（-0.173+9.490e-4×GA2-8.000e-6×GA3），计算结果为-1.82。

1.2.4 其他研究健康胎儿与本研究健康组胎儿左心室参数Z-评分比较 通过PubMed检索既往其他研究采用相同或不同技术得到的结果，包括Simioni等[1]、Uittenbogaard 等[2]、Hamill等[3]、Molina等[4]的三维 STIC 技术，Schmidt等[5]的二维双平面 Simpson 法，Luewan 等[6]、Kiserud等[7]采用的多普勒技术以及DeVore等[8]采用同样的24节段STI研究。将所选研究与本研究进行左心室参数Z-评分对比，具体采用以下公式：Delta Z-评分=（其他研究均值-本研究均值）/本研究标准差（本研究均值及标准差方程见表2）。Delta Z-评分位于±2以内认为差异无统计学意义。算法举例：以DeVore等[8]的研究结果为例，根据GA计算左心室EDV的均值方程y=8.147+16 009.54×1/GA2-6 374.693×ln（GA）/GA2，以 GA计算EDV的标准差方程为y=-0.836 342 3+0.043 867 75×GA。根据公式，以孕33周为例，则Delta Z-评分=[8.147 834+16 009.54×1/GA2-6 374.693×ln（GA）/GA2-（6.143e-5×GA2.953）]/[0.173+9.490e-4×GA2-8.000e-6×GA3]，计算结果为-0.886。

1.3 统计学处理 采用SPSS 18.0统计软件。以健康组胎儿生物学生长参数及GA为自变量，左心室参数EDV、SV、CO和EF为因变量，多元回归分析选取最佳拟合线得到健康组均值和标准差。百分位数计算公式：第5百分位（均值 -1.65×标准差），第10百分位（均值-1.28×标准差），第90百分位（均值+1.28×标准差）和第95百分位（均值+1.65×标准差）。

2 结果

2.1 健康组生物学生长参数、孕周与左心室参数多元回归分析 见表2。

由表2可见，左心室的EDV、SV、CO与根据自变量BPD、HC、AC、FL、EFW、GA 回归得到均值和标准差的拟合方程。多元回归分析显示除了EFW与EDV较好的拟合平方回归方程外（R2=0.528），EDV、SV、CO 与 6个自变量均呈幂回归方程（R2=0.479～0.769）。EF与6个自变量，相关性差（R2=0.062～0.084），EF 为（64.00±6.07）%。2.2 风险组与健康组左心室参数的Z-评分比较 见图 2（插页）。

表2 健康组生物学生长参数、孕周与左心室参数多元回归分析

图2 风险组与健康组左心室参数的Z-评分比较[a：左心室EDV的Z-评分比较；b：左心室的SV的Z-评分比较；c：左心室CO的Z-评分比较；d：左心室EF的Z-评分比较；灰色区域代表健康组Z-评分所在区间：-1.28（第10百分位）～1.28（第90百分位）；BPD为双顶径；HC为头围；AC为腹围；FL为股骨长；EFW为估测体重；GA为孕周；EDV为舒张末期容积；SV为每搏量；CO为心输出量；EF为射血分数；AS为主动脉狭窄；EFE为心内膜弹力纤维增生症；IUGR为胎儿宫内生长受限]

由图2可见，风险组胎儿左心室的EDV、SV、CO、EF与健康组（阴影部分）的Z-评分对比显示：5例AS胎儿左心室EDV的Z-评分位于-1.24～-2.23，SV的Z-评分位于-1.77～-4.73，CO 的 Z-评分位于-1.63～-4.68，EF的Z-评分位于-2.67～-7.78，均有不同程度的下降。1例EFE胎儿左心室的EDV、SV及CO的Z-评分均高于健康组，而EF略低于-1.28。1例IUGR胎儿左心室的EDV、SV、CO 及 EF 的 Z-评分均在-1.28～+1.28。

2.3 其他研究与本研究健康组左心室参数Z-评分比较 见图3（插页）。

图3 其他研究与本研究健康组左心室参数Z-评分比较（a：左心室EDV的Z-评分比较；b：左心室SV的Z-评分比较；c：左心室CO的Z-评分的比较；d：左心室EF的Z-评分的比较；灰色区域代表本研究24节段STI建立健康组Z-评分的±2区间；EDV为舒张末期容积；SV为每搏量；CO为心输出量；EF为射血分数）

由图3可见，左心室EDV的Z-评分比较中，Uittenbogaard 等[2]、Hamill等[3]采用三维 STIC 技术，Hamill等[3]左心室EDV的Z-评分从孕周20～40均位于与本研究Z-评分的±2之间，而Uittenbogaard等[2]所有孕周均大于本研究2个Z-评分，Schmidt等[5]的二维双平面Simpson法自28周后大于本研究2个Z-评分，而De-Vore采用同样的24节段STI从孕周20～40均位于与本研究Z-评分的±1之间。左心室SV的Z-评分比较中，Uittenbogaard 等[2]、Hamill等[3]、Molina 等[4]采用三维STIC技术，其绝大部分孕周的Z-评分位于本研究Z-评分的±2之间，而DeVore的24节段STI所有孕周其Z-评分均位于本研究Z-评分的±1之间。左心室CO的Z-评分的比较中，Simioni等[1]、Uittenbogaard 等[2]、Hamill等[3]、Molina等[4]采用三维STIC技术研究者的Z-评分基本位于本研究的±2之间，Schmidt等用二维双平面Simpson法自28周后大于本研究2个Z-评分；Luewan等[6]、Kiserud等[7]采用多普勒技术在32周后均大于本研究2个Z-评分，DeVore的24节段STI所有孕周Z-评分均位于与本研究的±1之间。左心室EF的Z-评分的比较中，无论采用何种技术或方法，其EF的Z-评分基本在本研究Z-评分的±1之间。

3 讨论

传统M型超声心动图通过测量左心室收缩末期和舒张末期心室内径的差异，计算左心室缩短分数和EF，然而M型超声受观测角度依赖大，EF的计算对心脏的几何假设可能不适用于较小的心脏[9]。多普勒技术可通过测量流出道血流速度结合半月瓣瓣环内径用于估计SV和CO，然而受胎位、胎动影响大[10]。三维STIC应用虚拟器官计算机辅助分析（virtual organ computer-aided analysis,VOCAL）软件可以较准确测量胎儿左心室容积，但研究者报道用VOCAL技术测量成功率为64%，且获取心脏三维图像困难、分析繁琐耗时[11]。本研究通过24节段STI获得20～40周正常胎儿左心室的EDV、SV、CO 和 EF 与自变量 BPD、HC、AC、FL、EFW及GA的均值和标准差，并建立了百分位和Z-评分参考值范围。

本研究将7例风险组胎儿与健康组对比。5例AS患儿根据陆红妤等[12]的研究模型用孕周计算主动脉内径Z-评分，其主动脉Z-评分为-2.52～-5.16，测得结果发现AS左心室的EDV、SV、CO及EF与主动脉狭窄的程度呈正比，随着主动脉狭窄的加重而显著下降，与病理相符。EFE胎儿因其左心室的增大，EDV、SV及CO的Z-评分均有增加，而EF略下降。IUGR胎儿的4个心脏参数与健康组间差异无统计学意义，但是左心室EDV以BPD、HC为自变量时其Z-评分均较接近+1.28。以上表明24节段STI可以准确、敏感地评估异常风险胎儿左心室容积及功能的变化。

因目前胎儿左心室容积和功能评估尚缺乏一个金标准，为进一步验证24节段STI的可靠性，笔者将本研究结果与应用三维STIC、频谱多普勒、二维双平面Simpson法、24节段STI 4种方法或技术、并提供公式的研究进行Z-评分对比分析，对比以GA为自变量，左心室的EDV、SV、CO和EF为因变量。结果显示：（1）与三维STIC技术的研究进行Delta Z-评分对比，发现除了Uittenbogaard的左心室EDV显著大于本研究外，其他数据与本研究一致性较高[1-4]，与张云姣等[13]及Schoonderwaldt等[14]报道的无论三维STIC技术测量还是单平面Simpson法测量心室EDV、SV可靠性差异无统计学意义的观点一致。（2）Schmidt等[5]应用二维双平面Simpson法测量，其EDV及CO的Delta Z-评分在晚孕期与本研究差异有统计学意义，分析原因可能是研究发表于1995年，与当时的探头技术及图像质量不足有很大关系，即使是现在，采用二维双平面Simpson法测量评估胎儿心室大小和功能依然是很大的挑战。（3）多普勒技术结合半月瓣瓣环内径估计SV和CO，房室瓣和半月瓣细小的测量差异可导致心输出量值较大的改变[10，15]，本研究对Luewan等[6]、Kiserud等[7]应用多普勒技术测量得到的CO进行比较，发现两者的Delta Z-评分在32周后显著高于本研究，亦大于STIC的Z-评分，提示应用多普勒技术在晚孕期评估胎儿左心输出量时存在高估的可能。（4）DeVore等[8]与本研究采用相同的24节段STI技术，其左心室的4个参数EDV、SV、CO和EF与本研究比较差异均无统计学意义，甚至明显小于三维STIC技术之间的差异，提示无论是不同检查者还是分析者，24节段STI测量左心室容积和功能具有高度的一致性和重复性。

本研究认为24节段STI能对胎儿左心室容积和功能作出准确、可靠的评估，可作为深入了解发育中的胎儿心脏结构和功能的方法。但本研究的不足之处在于样本量不够大，故尚需进一步研究。