吳　晶(綜述)，張志坤，吳鐘瑜(審校)

(天津市中心婦產科醫(yī)院超聲科，天津 300052)

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超聲評價胎兒心臟功能的研究進展

吳晶※(綜述)，張志坤，吳鐘瑜(審校)

(天津市中心婦產科醫(yī)院超聲科，天津 300052)

摘要：在許多胎兒疾病(包括胎兒宮內生長受限、先天性心臟病、雙胎輸血綜合征、特發(fā)性水腫及胎兒心律失常等)病情嚴重程度的評價中，胎兒心功能異常作為一個重要標志已在臨床得到證明。超聲評價胎兒心臟功能一般是以針對患者進行管理和評價的模式，使其為先天性心臟病提供相對完整、準確的診斷依據，從而進行患者咨詢，或對胎兒心臟進行介入治療。該文就超聲評價胎兒心臟功能的研究進展予以綜述。

關鍵詞：M型超聲；四維時空關聯(lián)成像；每搏輸出量；心排血量；胎兒心臟檢查

在胎兒宮內生長受限、先天性心臟病、雙胎輸血綜合征、特發(fā)性水腫及胎兒心律失常等疾病研究中，胎兒心臟功能異常成為重要指標之一。許多參數(shù)都被設計來評價胎兒心臟功能，其中大多數(shù)是從成人或小兒心臟病學借用過來的，如每搏輸出量、心排血量、射血分數(shù)、短軸縮短率及心肌做功指數(shù)。超聲醫(yī)師可以通過各種方式得到這些參數(shù)，通過三維、四維超聲檢查獲得心室容積計算每搏輸出量、心排血量和射血分數(shù)；通過M型超聲評估測量短軸縮短率或房室瓣環(huán)位移；利用多普勒成像評價心肌性能和心前靜脈指數(shù)(如在靜脈導管和許多其他目標靜脈中的血流)。現(xiàn)就M型超聲和四維時空關聯(lián)成像(4D spatio-temporal image correlation，4D-STIC)在胎兒心臟檢查中的作用、可測量的參數(shù)及其在臨床實踐中的應用進行綜述。

1M型超聲

M型超聲是指應用于評價包括瓣膜、游離壁和間隔等心臟結構運動的超聲檢查。波束是由一個單一的晶體在發(fā)送器和接收器之間快速交替產生，更替頻率在1000 Hz以上。高時間分辨率可以識別心臟節(jié)律細微的異常和對心臟事件的相對定時測定。M型超聲也被用于評價心臟尺寸,如房室壁厚度或房室大小。目前，M型超聲通常是結合二維超聲定位波速。

1.1M型超聲評價心律失常胎兒M型超聲最常見的應用之一是對胎兒心律失常的評價，這是通過將光束同時通過心房和心室壁獲得的[1]。M型超聲取樣線放置應通過右心室前壁、主動脈瓣和左心房后壁，如果胎兒目前的位置不允許，可以將取樣線放置在右心房壁和左心室后壁[2]。在胎兒期中，最常見的心律失常是陣發(fā)性室上性心動過速和心房撲動，發(fā)生室上性心動過速時，心率明顯增加，但是心房和心室率之比為1∶1；發(fā)生心房撲動時，心房率可達到300～450次/min，而心室率可能有很大的不同；一些心房搏動被阻斷而一些沒有，所以心房和心室率之比可能是2∶1或4∶1，這可能會隨時間而變化[3]。在發(fā)生胎兒心臟傳導阻滯時，心房和心室的搏動相互獨立，在M型超聲中這種分離是顯而易見的。

1.2短軸縮短率在懷疑胎兒心臟功能紊亂的情況下，M型超聲可通過舒張末期心室直徑和收縮末期心室直徑獲得短軸縮短率[短軸縮短率=(舒張末期心室直徑-收縮末期心室直徑)/舒張末期心室直徑]。這時取樣線垂直于室間隔沿著四腔心短軸的位置放置。短軸縮短率長期以來被認為是評價心室功能的替代指標。

1.3心臟長軸診斷用M型超聲測量瓣環(huán)位移應測量長軸而不是短軸[2]。這種方法最適合右心室檢查，這是由于右心室的肌肉纖維多為縱向的性質，而左心室的肌肉纖維主要為圓周方向[2，4]。

1.4三尖瓣環(huán)位移三尖瓣環(huán)位移是指從舒張末期至收縮末期測量三尖瓣環(huán)與右心室游離壁交界處的最大距離。在成人的測量中，右心室功能被證明有預后意義，而左心室功能卻沒有。在胎兒期，M型超聲可用于測量二尖瓣和三尖瓣環(huán)的位移，這些都是隨著胎齡的增加而更容易表現(xiàn)出來的[5]?，F(xiàn)代的超聲儀器基本上都可以使用M型超聲技術檢測胎兒心臟瓣環(huán)位移，然而這些尚未被驗證，也沒有與其他胎兒心臟功能檢查的方法相比較。M型超聲在胎兒期檢查中的應用缺點在于讓胎兒在表現(xiàn)心臟問題時處于一個適合掃描測量的位置，并在這個位置保持足夠長的時間。

23D/4D-STIC

STIC和其在胎兒超聲心動圖中的地位已有文獻報道[6]。簡單地說，STIC是一種基于5個橫向平面的掃描胎兒心臟的方法。儲存掃描或采集含有一個完整心動周期的容積數(shù)據重建，大約由1500張圖像組成[7]。操作者可以通過利用后處理工具保存空間和時間的數(shù)據集。從這個保存的容積內，操作者可以在心動周期的任何階段獲得感興趣的目標區(qū)域。

2.1STIC-M型超聲STIC-M型超聲最近作為后處理工具被添加在具有STIC功能的機器上。這個工具可以幫助M型超聲的測量，包括短軸縮短率和瓣環(huán)位移，克服由于胎兒的位置帶來的困難。STIC-M型超聲允許通過修改圖像定位來調整波模式，操作者可以通過旋轉來優(yōu)化圖像從而獲得所需的平面。該方法最近被應用于心臟的生物測量[8]。STIC-M型超聲也被應用于測量正常胎兒和發(fā)生胎兒水腫時的短軸縮短率[9]。測量環(huán)位移時，一般會旋轉和調整容積使其顯示在心尖四腔心面，M型超聲應用于三尖瓣環(huán)，測量所產生的波的振幅；而STIC調整圖像的角度則有助于指導M型超聲取樣線的放置，這是一個很有前途的應用，但還尚未在大型研究中得到驗證。

2.2胎兒心臟的容量分析超聲醫(yī)師首先通過從上到下移動，從保存的STIC容積中可以獲得舒張末期和收縮末期的四腔心面，然后通過對瓣膜的動作識別，再通過手動或半自動的方法來進行心室容積的測量。如上所述，許多心臟功能的測量是基于心室容積的測量。三維/四維超聲是最常用于胎兒心臟功能評估和從獲得的心室容積推測胎兒每搏輸出量(流速時間積分×瓣口面積，一個收縮期的心臟排血量)、射血分數(shù)(每搏輸出量/舒張末期容積)及心排血量(每搏輸出量×心率)的檢查手段[10-14]。心室容積可用于評估有心室大小困擾的疑似冠狀動脈粥樣硬化性心臟病樣疾病的嚴重程度，如心臟肥大和心肌病、主動脈瓣狹窄和演變的左心發(fā)育不良綜合征或Ebstein畸形。專業(yè)的計算程序通過測量STIC容積來計算心室容積[10-12，15-16]。這種技術還可以擴展到獲得心室重量[17]。模擬器官計算機輔助分析措施通過繞一個固定的中心軸線重建平面來測量限定區(qū)域的體積，操作者可以決定繞軸數(shù)量來提高測量的分辨率，啟動應用程序，確定感興趣器官的體積，使模擬器官計算機輔助分析與反轉模式相結合；在研究中，反轉模式是一種區(qū)分容積中流體填充區(qū)域(黑色)與組織區(qū)域(灰色)并反轉它們表現(xiàn)特征的工具，結合模擬器官計算機輔助分析與反轉模式，心室內區(qū)域的測量會更加準確[11,17]。方法和命令的各種組合在可行性和可重復性上進行了比較[16]。心室容量的另一種測量方法是在STIC容積的基礎上進行手動分割[13]。對保存的STIC容積從上至下使用多維平面重建，連續(xù)切成厚度為1 mm薄片，使用手動描畫軌跡的方法以及應用Simpson法對心室進行測量。4D-STIC的不足之處是它依賴于后處理技術而不能從目前的一般超聲機器上得到。就操作者而言，也需要一個較長的學習過程，關于獲取和顯示數(shù)據的最佳方法目前還沒有達成一致。然而，這是一個試圖在時間和空間上最準確地表現(xiàn)胎兒心臟真實尺寸的有前途的技術，可計算而不是估計每搏輸出量和心排血量。

3觀點與爭議

產前超聲篩查和診斷胎兒心臟結構畸形已成為目前研究的熱點，早期正確的診斷先天性心臟病是超聲醫(yī)師的重任。常規(guī)二維超聲掃查胎兒心臟對操作者的專業(yè)經驗依賴性大，且易受胎動影響，掃查用時較長。STIC技術在短時間內可以完成對整個胎兒心臟的掃描，以動態(tài)三維的方式顯示胎兒心動周期的各個切面，并可重建房室間隔、大血管的立體形態(tài)，有利于胎兒心臟大血管畸形和復雜心臟畸形的診斷[18]。Vinals等[19]認為，具有豐富四維超聲經驗的醫(yī)師應用STIC技術才有效果，故不作為胎兒心臟篩查的常規(guī)手段。Tonni等[18]研究認為，目前將STIC技術納入中晚孕胎兒心臟篩查仍不成熟。而Uittenbogaard等[13]研究認為，將STIC技術納入常規(guī)胎兒超聲心動圖檢查是可行的，且對于不具有豐富的 4D-STIC 技術者也可獲取高質量的STIC心臟容積數(shù)據。Wanitpongpan等[20]研究認為，只要經過短期培訓無需更多的二維超聲檢查經驗即可確認心臟流出道的畸形。Espinoza等[21]研究了7個中心應用四維胎兒超聲心動圖技術，發(fā)現(xiàn)四維體積數(shù)據集可以遠程采集，且在不同研究中心準確地解讀，在有技術專長的研究中心也是準確和可靠的方法。趙艷春等[22]認為，無論二維超聲產前篩查經驗是否豐富，即使無STIC操作經驗醫(yī)師，只要通過短期的培訓，亦可獲得滿意的離線診斷分析結果，因為STIC技術易于被超聲醫(yī)師掌握；但若同時具有豐富的二維超聲檢查和STIC離線分析經驗，其診斷效能將顯著提高。林小影等[23]研究認為，STIC技術掃描胎兒心臟四腔心切面加胸部正中矢狀切面為基礎的容積數(shù)據可獲得完整的心臟切面，能對胎兒心血管畸形二維超聲心動圖診斷進行補充。Wang等[24]研究認為，4D-STIC被應用于孕中晚期胎兒心臟尺寸的測量是可行、準確的，同時與二維超聲心動圖保持良好的一致性，不同的觀察者均可實施該項技術，且之間差異無統(tǒng)計學意義。

4小結

M型超聲和4D-STIC作為評價胎兒心臟功能的兩種技術，是超聲技術發(fā)展過程中的兩個極端。前者存在已久、相對技術含量低、方便快捷，已被廣泛應用，已建立了一些參數(shù)的參考范圍，但僅能提供功能的替代測量；而后者是比較專業(yè)的、耗時的和尖端前沿的超聲技術，理論上能提供更精確的測量結果。隨著技術的進步，闡明每一種胎兒心臟功能的評估方法是非常重要的。但將4D-STIC技術納入常規(guī)的產前二維超聲心臟篩查尚有爭議，還需要進一步探討。

參考文獻

[1]Jaeggi E.Electrophysiology for the perinatologist[M]//Archer N，Manning N.Fetal Cardiology.2th ed.New York：Informa Healthcare，2009：435-447.

[2]Gardiner HM，Pasquini L，Wolfenden J，etal.Myocardial tissue Doppler and long axis function in the fetal heart[J].Int J Cardiol，2006，113(1)：39-47.

[3]Simpson J，Silverman NH.Diagnosis of fetal arrhythmias during fetal life[M]// Yagel S，Silverman NH，Gembruch U.Fetal Cardiology.London：Martin Dunitz，2003：333-344.

[4]Ho SY，Nihoyannopoulos P.Anatomy，echocardiography，and normal right ventricular dimensions[J].Heart，2006，92 Suppl 1：i2-13.

[5]Kjaergaard J，Akkan D，Iversen KK，etal.Right ventricular dysfunction as an independent predictor of short-and long-term mortality in patients with heart failure[J].Eur J Heart Fail，2007，9(6/7)：610-616.

[6]Yagel S，Cohen SM，Shapiro I，etal.3D and 4D ultrasound in fetal cardiac scanning:a new look at the fetal heart[J].Ultrasound Obstet Gynecol，2007，29(1)：81-95.

[7]Yagel S，Cohen SM，Achiron R，etal.Examination of the fetal heart by five short-axis views:a proposed screening method for comprehensive cardiac evaluation[J].Ultrasound Obstet Gynecol，2001，17(5)：367-369.

[8]Luewan S，Yanase Y，Tongprasert F，etal.Fetal cardiac dimensions at 14-40 weeks′ gestation obtained using cardio-STIC-M[J].Ultrasound Obstet Gynecol，2011，37(4)：416-422.

[9]Tongsong T，Wanapirak C，Piyamongkol W，etal.Fetal ventricular shortening fraction in hydrops fetalis[J].Obstet Gynecol，2011，117(1)：84-91.

[10]Esh-Broder E，Ushakov FB，Imbar T，etal.Application of free-hand three-dimensional echocardiography in the evaluation of fetal cardiac ejection fraction:a preliminary study[J].Ultrasound Obstet Gynecol，2004，23(6)：546-551.

[11]Rizzo G，Capponi A，Cavicchioni O，etal.Fetal cardiac stroke volume determination by four-dimensional ultrasound with spatio-temporal image correlation compared with two-dimensional and Doppler ultrasonography[J].Prenat Diagn，2007，27(12)：1147-

1150.

[12]Molina FS，F(xiàn)aro C，Sotiriadis A，etal.Heart stroke volume and cardiac output by four-dimensional ultrasound in normal fetuses[J].Ultrasound Obstet Gynecol，2008，32(2)：181-187.

[13]Uittenbogaard LB，Haak MC，Spreeuwenberg MD，etal.Fetal cardiac function assessed with four-dimensional ultrasound imaging using spatiotemporal image correlation[J].Ultrasound Obstet Gynecol，2009，33(3)：272-281.

[14]Hamill N，Yeo L，Romero R，etal.Fetal cardiac ventricular volume，cardiac output，and ejection fraction determined with 4-dimensional ultrasound using spatiotemporal image correlation and virtual organ computer-aided analysis[J].Am J Obstet Gynecol，2011，205(1)：76.

[15]Kusanovic JP，Nien JK，Gon?alves LF，etal.The use of inversion mode and 3D manual segmentation in volume measurement of fetal fluid-filled structures:comparison with Virtual Organ Computer-aided AnaLysis(VOCAL)[J].Ultrasound Obstet Gynecol，2008，31(2)：177-186.

[16]Hamill N，Romero R，Hassan SS，etal.Repeatability and reproducibility of fetal cardiac ventricular volume calculations using spatiotemporal image correlation and virtual organ computer-aided analysis[J].J Ultrasound Med，2009，28(10)：1301-1311.

[17]Messing B，Cohen SM，Valsky DV，etal.Fetal heart ventricular mass obtained by STIC acquisition combined with inversion mode and VOCAL[J].Ultrasound Obstet Gynecol，2011，38(2)：191-197.

[18]Tonni G，Centini G，Taddei F．Can 3D ultrasound and doppler angiography of great arteries be included in second trimester ecocardiographic examination?A prospective study on low-risk pregnancy population[J]．Echocardiography，2009，26(7)：815-822．

[19]Vinals F，Mandujano L，Vargas G，etal．Prenatal diagnosis of congenital heart disease using four-dimensional spatio-temporal image correlation(STIC)telemedicine via an internet link：a pilot study[J]．Ultrasound Obstet Gynecol，2005，25(1)：25-31．

[20]Wanitpongpan P，Kanagawa T，Kinugasa Y，etal．Spatio-ternporal image correlation(STIC)used by general obstetricians is marginally clinically effective compared to 2D fetal echocardio-graphy scanning by experts[J]．Prenat Diagn，2008，28(10)：923-928．

[21]Espinoza J,Lee W,Comstock C,etal.Collaborative study on 4-dimensional echocardiography for the diagnosis of fetal heart defects:the COFEHD study[J].J Ultrasound Med，2010,29(11):1573-1580.

[22]趙艷春，呂國榮，陳秋月，等.四維超聲時空關聯(lián)成像納入常規(guī)心臟篩查的可行性[J].中國超聲醫(yī)學雜志，2012，8(28)：754-758.

[23]林小影，郭又問，朱才義，等.時空關聯(lián)成像在胎兒心臟檢查中的應用研究[J/CD].中華超聲醫(yī)學雜志：電子版，2011，1(8)：48-57.

[24]Wang N,Xie HN,Peng R,etal.Accuracy,agreement,and reliability of fetal cardiac measurements using 4-dimensional spatiotemporal image correlation[J].J Ultrasound Med,2012,31(11):1719-1726.

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編輯：鄭雪

doi：10.3969/j.issn.1006-2084.2015.20.039

中圖分類號：R714.54

文獻標識碼：A

文章編號：1006-2084(2015)20-3751-03