超聲斷層成像技術（TUI）在顯示胎兒心臟結構的應用探索

王家奎 龔麗君 曾 玲

（重慶市渝北區中醫院，重慶401120）

?論著／心臟及血管病?

超聲斷層成像技術（TUI）在顯示胎兒心臟結構的應用探索

王家奎 龔麗君 曾 玲

（重慶市渝北區中醫院，重慶401120）

目的 探索超聲斷層顯像技術（TUI）應用于胎兒心臟產前檢查能否合格顯示標準切面，取得與傳統二維超聲（2D）相同的效果，了解該技術臨床應用中的優勢，總結實踐中得出的操作經驗。方法 由一名超聲醫師檢查217例中孕期的正常胎兒心臟，并分別存儲二維超聲和三維容積超聲采集的相關圖像信息；再由另外兩名超聲醫師將同一胎兒心臟的9個二維標準切面圖像與TUI重建的心臟各標準切面圖像進行質量評分。結果 217例正常胎兒心臟有211例獲得滿意容積數據。TUI重建圖像與二維超聲顯像的一致性比較，在4VC、5VC、LVOT、RVOT和SAV切面，一致性極好，在LAV-AOA、LAV-DA、SVC+IVC和SVV切面，一致性極好；在大動脈短軸切面TUI與2D的合格顯示率分別為80.1%和96.2%，兩者差異有統計學意義；其他8個切面TUI合格顯示率高于2D，但是差異無統計學意義。結論 超聲斷層顯像技術（TUI）應用于中孕期的胎兒心臟檢查能簡便快捷地獲得與傳統二維超聲同樣效果的標準切面的圖像，降低了心臟篩查的難度，提高了篩查效率，有助于胎兒心臟檢查的推廣應用。對于大動脈短軸切面，TUI的合格顯示率明顯高于傳統二維超聲，差異有統計學意義。這個切面的顯示在篩查流出道膜部的室缺、右室流出道狹窄和主動脈瓣畸形等問題有重要意義。

超聲斷層成像TUI；胎兒心臟

目前二維超聲心動圖檢查仍是篩查和診斷胎兒心臟畸形最常用和主要的手段。超聲醫師經過短期培訓后即可采用胎兒心臟超聲四腔心切面篩查出部分胎兒心臟畸形。但由于左、右心室流出道和大動脈短軸等多切面檢查操作難度較大，從而限制了胎兒心臟超聲篩查的普及應用。超聲斷層成像技術（Tomographic ultrasound imaging，TUI）是近來年開發研制的新型三維超聲顯像模式，利用容積超聲原理對所采集的容積數據進行多方位斷層，可實時成像也可脫機分析。本研究探討TUI技術在胎兒心臟結構超聲顯像中應用的可行性。

1 資料與方法

1.1 研究對象

2014年1月1日-2014年6月31日期間，行常規胎兒產科超聲檢查均未明顯異常的正常胎兒217例，孕周20-27周，平均（23.2±2.7）周，孕婦19-42歲，平均（26.7±2.3）歲，無妊娠高危因素。

1.2 儀器與方法

超聲儀器采用GE公司生產的Voluson E8超聲診斷儀，具有胎兒心臟智能校正技術（STIC）模式，三維容積探頭RAB4-8L，頻率4.0-8.5MHz。

對所有胎兒進行二維胎兒超聲心動圖檢查，除外心臟結構畸形和心律失常。首先由一位機器操作熟練的超聲醫師（a）采用二維超聲觀察，同時存儲四腔心、左右心室流出道、主動脈弓及腔靜脈長軸等美國超聲心動圖學會2004年提出的9個標準切面圖像供對比分析。然后啟動STIC模式，調整取樣框使之包絡整個胎兒胸腔，囑孕婦屏住呼吸后，開始掃描，完成三維數據采集。采集時間設為7.5-10s，掃描角度為20°-40°。掃描過程中，如發現胎兒有明顯活動，則中斷掃描，按上述步驟重新開始。胎兒心臟非連續照射時間控制在5min以內。將所采集的全部容積數據轉存至離線工作站硬盤中。重復上述采集3-5次，以增加診斷信息并選取最佳圖像。

對每個獲得的STIC數據采用GE 4D Viewer 5.0軟件脫機分析。TUI模式的默認狀態下，顯示層數為9層。以“九宮格”的形式顯示，左上角是定位平面，是正交三平面模式下的平面，其上有9條平行的標志線，分別代表TUI所顯示的各平面在胎兒長軸方向上的相互位置關系。中心層標記為“0”，位于“九宮格”中心；中心層上下各4個切面，分別標記為“-4”至“-1”和“1”至“4”。調節層厚、層間距、中心層位置分別顯示四腔心切面（4-ChamberView，4CV）、五腔心切面（5-Chamber View，5CV）、左室流出道長軸切面（Left Ventricularoutflow tract View，LVOT）、右室流出道切面（Right Ventricularoutflow tract View，RVOT）、大動脈短軸切面（Shot axis of the Aorta View，SAV）、主動脈弓長軸切面（Long axis View of the arch，LAV-AOV）、動脈導管弓切面（Long axis view of the Duct，LAV-DA）、腔靜脈長軸切面（Superipr and Inferior Vena Cava，SVC+IVC）和心室短軸切面（Short axis View of the Ventricle，SVV）共9個切面的連續動態剖面圖。

由兩名經驗豐富的產科超聲醫師（b、c）對同一胎兒的二維圖像與TUI重建顯示的各個切面圖像對比，進行質量評分，I級：顯示該切面應顯示的部分解剖結構，清晰度一般；II級：基本顯示該切面應顯示的全部解剖結構，清晰度一般；III級：顯示該切面應顯示的全部解剖結構，清晰度優秀。定義II級以上為合格顯示。

1.3 統計學處理

采用SPSS13.0進行的統計學分析，TUI重現的心臟各切面用顯示率來表示，圖像質量評分后采用Kappa一致性檢驗評價2D與TUI兩種方法顯示圖像的一致性，P>0.05為差異無統計學意義。當Kappa值<0.4時兩者一致性差；0.4≤Kappa值≤0.75時兩者一致性較好；當Kappa值≥0.75時兩者一致性較好。

2 結果

所有研究對象中除去6例因胎兒胎位、胎動羊水等原因始終無法獲得合格容積數據外，其余211例均獲得合格數據納入研究。211例均為單胎，無高危因素，產前檢查未見明顯異常。用4DView軟件分析可任意調整層間距0.5-10mm，平移圖像，對感興趣區域進行重點觀察；也可通過選擇A、B、C平面或者旋轉圖像，獲得不同方向上的連續平行斷層切面；對細微結構的觀察可以放大圖像倍數進行分析；可選擇3×3或2×2顯像模式在同一屏面顯示9幀或4幀圖像。左上角的圖像與各斷層垂直，各平行的線條表示各斷層在各自的容積數據庫中的位置。線條數可調以此來增減斷面層數（3-19層）。

TUI重建的心臟各切面與傳統2D方法獲取的圖像比較，圖像的合格顯示率如表1所示。211例胎兒數據中，對于SAV（大動脈短軸切面）切面2D與TUI的顯示率分別為80.1%和96.2%，兩者差異有統計學意義（P<0.05）；其他8個切面TUI顯示率高于2D，但是差異無統計學意義。

TUI重建圖像和傳統2D方法獲取的圖像質量對比，其一致性總體較好。在4CV、5CV、LVOT、RVOT和SAV切面，TUI重建的圖像質量于2D所獲圖像達到了極好的一致性，其 Kappa值分別為0.89，0.90，0.89，0.80；在LAV-AOA、LAV-DA、SVC+ LVC和SVV的圖像質量和2D所獲圖像的一致性較好，其Kappa值分別為0.70，0.67，0.75，0.65；見表2。

3 討 論

表1 2D和TUI各切面顯示率對比

產科超聲檢查目前是產前診斷的最常用的主要無創影像技術。準確有效的產前超聲檢查對于胎兒的預后評估及產科診斷與治療都極其重要，TUI是一種新興的三維超聲成像技術，存儲容積數據用4D View程序脫機后處理及分析，可為產科診斷提供較傳統二維及三維更多的信息，通過調節TUI層間距和旋轉圖像，在同一屏幕上顯示從四腔心到三血管的連續性變化，達到CT和MRI的斷層顯像效果，并且操作相對簡單[1-2]，能夠對正常胎兒心血管的結構和運動進行全面的觀察分析，較準確的判斷胎兒心臟的運動時相。

表2 各個切面2D和TUI圖像質量評價對比

在STIC容積數據的采集過程中，多數學者推薦起始平面采用四腔心切面，只要能顯示4CV平面即可完成數據采集，但是這種數據集合是由容積探頭呈扇形連續掃描感興趣區域獲得，是一組連續的2D切面的集合。起始平面（A平面）及與其平行的切面是最清晰的，如以4CV起始的容積數據，則重建的五腔心切面和三血管平面顯示較清晰；而與A平面垂直的B、C平面為電腦的重建圖像，清晰度則稍低，如心臟主動脈弓長軸和動脈導管弓切面。本研究以四腔心為起始切面，結果顯示，TUI重建圖像何四腔心、五腔心、左室流出道、右室流出道切面的顯示合格率均比較高（96.7%-100%），和二維圖像沒有顯著差別，并在Kappa檢驗提示以上切面的圖像質量與二維圖像有極好的一致性（Kappa值>0.75），甚至在大動脈短軸切面上，其圖像合格率顯著高于二維。主動脈弓長軸和動脈導管弓切面的顯示方面，雖然和二維圖像沒有顯著差異，但是明顯偏低（85.3%-86.3%）Kappa值也位于0.4-0.75之間，一致性較好。國際上有學者提出，對于主動脈弓、動脈導管弓等心臟矢狀面的顯示，可選用主動脈弓長軸作為起始切面采集容積數據[3]。但由于這兩個切面本身獲取有一定難度，對檢查者和胎兒胎位等因素的依賴性比較大，推廣應用尚有一定難度。因此，根據容積數據的采集特點，不同起始切面獲取的胎兒心臟信息的側重點不一樣，心臟的橫切面和矢狀面不能達到完美的兼顧，因此，因根據研究目的來選擇合適的起始切面，亦可選擇2個以上的起始切面進行采集，達到后期分析時圖像信息的互補，提高胎兒先天心臟缺陷的檢出率。

傳統二維檢查時常見的影像因素如孕婦腹壁厚度、胎兒胎位胎齡、偶發心律不齊、羊水量等，也可影響容積數據的采集。除此之外，采集角度和采集時間的影響，采集角度過小，則會導致信息收集的不完整，角度過大又會導致掃描時間的延長和圖像分辨率的下降，因此因根據胎兒胎齡選擇合適角度。采集時間越短，獲得的圖像分辨率越低，時間越長，受到胎兒胎動的影響可能性就越大，因此采集時間的選擇要考量這兩者的影響，要避免掃描速度過慢在B平面形成偽像的基礎上獲得最大分辨率的圖像。我們的211例樣本中，采取7.5-10s，后期處理重建的切面質量合格率達85.3%-100%。

一次徹底的胎兒心臟篩查除了四腔心切面，還要顯示兩個流出道及其相連的大動脈的信息，以免漏診大動脈轉位等動脈錐干發育異常。大動脈短軸切面的顯示對手法要求較高，而主動脈弓長軸、動脈導管弓長軸和上下腔靜脈長軸的顯示對篩查主動脈弓離斷、下腔靜脈離斷等有重大意義的切面，除依賴手法和經驗外，對胎兒胎位的要求也高，傳統二維超聲顯示很困難。我們的數據顯示利用TUI圖像重建簡單方便的獲得了與二維一致性較好甚至極好的各個切面圖像，對于大動脈短軸切面，TUI的合格顯示率還明顯高于二維超聲顯像，差異有統計學意義。這個切面的顯示在篩查流出道膜部的室缺、右室流出道狹窄和主動脈瓣畸形等問題有重要意義。

［1］ Espinoza J,Kusanovic JP,Goncalves LF,et al.A Novel Algorithm for Comprehensive Fetal Echocardiography using 4D Ultrasound and Tomographic Imaging.Ultrasoud Med,2006,25:947-956.

［2］ Paladini D,Vassallo M,Sglavo G,etal.The role of spatio-temporal image correlation (STIC)with tomographic ultrasound imaging (TUI)in the sequential analysis of fetal congenital heart disease. Ultrasound Obstet Gynecol,2006,27(5):555-561.

［3］ Goncalves LF,Lee W,Espinoza J,et al.Examination of the fetal heart by four-dimensional(4D)ultrasound with spatio-temporal image correlation (STIC).Ultrasound Obstet Gynecol,2006,27 (3): 336-3481.

王家奎，1961年生，男，本科學歷，副主任醫師，主要從事醫學超聲診斷工作。