三維超聲體積自動測量技術評估肺血減少型先天性心臟病胎兒肺體積變化

郭 勇，劉曉偉，張 燁，孫 琳，谷孝艷，韓建成，何怡華

(首都醫科大學附屬北京安貞醫院超聲心動科二部 胎兒心臟病母胎醫學研究北京市重點實驗室 北京安貞醫院胎兒心臟病母胎醫學會診中心，北京 100029)

肺血減少型先天性心臟病(congenital heart defect with decreased pulmonary blood flow， CHD-DPBF)是指以肺血管發育不良、肺血循環減少為特征的先天性心臟病，其中以法洛四聯癥(tetralogy of Fallot， TOF)最為常見。在人類胚胎的發育過程中，呼吸系統和循環系統的發生、發育幾乎同時進行，兩者關系密切，嚴重呼吸衰竭是CHD-DPBF嬰幼兒死亡的主要原因之一[1-3]。因此，探究CHD-DPBF對胎兒肺臟發育的影響具有十分重要的意義和臨床價值。本研究應用三維超聲體積自動測量技術——計算機輔助虛擬臟器分析(virtual organ computer-aided analysis，VOCAL)對41胎TOF胎兒肺體積的變化進行分析，旨在探討CHD-DPBF對胎兒肺發育的影響。

1 資料與方法

1.1 一般資料 回顧性分析2015年1月—2017年4月于我院接受胎兒心臟超聲檢查，并診斷為TOF的胎兒資料。納入標準：①單胎妊娠；②產前超聲檢查診斷為TOF，且經胎兒尸體解剖或出生后影像學檢查證實；③胎兒肺臟超聲圖像清晰；④超聲檢查發現胎兒伴有動脈導管血流逆灌。排除標準：①同時合并其他心外畸形或染色體異常；②合并宮內發育遲緩、心功能衰竭；③合并其他可能影響胎兒肺發育的因素，如先天性膈疝、持續性羊水過少等；④超聲檢查發現胎兒肺血主要來源于肺動脈側支循環。最終納入41胎TOF胎兒(TOF組)，孕婦年齡22～47歲，中位年齡31歲，孕周21.4～34.0周，中位孕周25.2周。

選取同期與TOF組孕周匹配、超聲檢查正常的110胎胎兒為對照組，孕婦年齡23～41歲，中位年齡31歲，孕周21.3～31.5周，中位孕周25.2周。本研究經北京安貞醫院倫理學委員會批準。根據醫學倫理學原則，向所有孕婦及其家屬告知課題內容、具體步驟及相關檢查項目，并簽署知情同意書。

1.2 儀器與方法 采用GE Voluson E8彩色多普勒超聲診斷儀，RAB4-8-D寬帶凸陣三維容積探頭，頻率2～8 MHz，隨機配備體質量估算軟件及三維超聲VOCAL技術。

1.2.1 二維超聲測量 孕婦取仰臥位，常規測量胎兒雙頂徑、頭圍、腹圍和股骨長，通過儀器內置軟件估算胎兒體質量(estimated fetal weight， EFW)和孕周，然后測量胎兒胸廓橫徑、心臟橫徑，計算胎兒心胸比(cardiothoracic ratio， CTR)。

1.2.2 三維圖像采集 選擇三維容積探頭，啟動3D模式，調節取樣框大小，使其包含整個胸廓；根據孕周及胎兒體位不同，調整容積掃查角度，盡量避開骨性結構，使肺臟成像最清晰；以四腔心切面為起始切面，在孕婦屏氣及無胎動時采集肺臟三維圖像；每側肺臟圖像采集3次，存儲最清晰圖像，以備數據后處理。

1.2.3 肺臟體積測量 調取肺臟三維原始數據，啟動VOCAL體積測量程序，選擇A平面為旋轉初始平面，調整A平面，以垂直縱軸為旋轉軸(圖1A)，選擇旋轉步長為30°，上下極分別定位于肺尖和膈肌水平，手動描記相應6個切面的肺臟輪廓(圖1B)，軟件自動模擬出肺臟的三維立體輪廓，并計算出相應肺體積(圖1C)。每側肺臟輪廓描記2次，取平均值，左右兩側肺體積相加即得到胎兒肺體積，然后計算胎兒肺體積與EFW的比值，即為胎兒超聲肺重比。計算胎兒肺體積與孕周的比值。

1.2.4 重復性檢驗 隨機抽取30胎胎兒的三維超聲圖像，由2名觀察者以VOCAL技術分別獨立測量胎兒肺體積，相隔1周后，由其中的1名觀察者以同樣方法再次測量此30胎胎兒的肺體積，評價觀察者內及觀察者間測量胎兒肺體積的重復性。

1.3 統計學分析 采用SPSS 18.0統計分析軟件。符合正態分布的計量資料以±s表示，TOF組與對照組間比較采用獨立樣本t檢驗。胎兒肺體積與孕周的相關性分析采用Pearson相關分析。觀察者內及觀察者間測量肺體積重復性檢驗采用組內相關系數。P<0.05為差異有統計學意義。

2 結果

2.1 臨床及超聲結果比較 TOF組與對照組間孕婦年齡、胎兒孕周、EFW及肺體積差異均無統計學意義(P均>0.05)，TOF組胎兒CTR大于對照組胎兒 (P<0.001)，胎兒肺體積與孕周比值及超聲肺重比小于對照組胎兒(P均<0.05)，見表1。

表1 TOF胎兒與對照組胎兒臨床及超聲參數比較(±s)

表1 TOF胎兒與對照組胎兒臨床及超聲參數比較(±s)

組別孕婦年齡(歲)胎兒孕周EFW(g)CTR肺體積(ml)肺體積與孕周比值(毫升/周)超聲肺重比(ml/g)TOF組(n=41)32.1±5.626.1±2.8900.63±340.580.55±0.0725.52±4.200.98±0.130.03±0.01對照組(n=110)30.4±3.825.4±1.7811.53±204.660.50±0.0526.36±4.921.04±0.170.04±0.01t值-1.784-1.602-1.573-5.2391.0462.2822.092P值0.0800.1150.122<0.0010.2990.0250.038

圖1 三維超聲VOCAL技術測量胎兒肺體積 A.設置測量中心旋轉軸； B.設置測量上下極并進行肺輪廓描記； C.VOCAL軟件自動模擬出肺臟三維輪廓 圖2 TOF組及對照組胎兒肺體積與孕周相關性散點圖

2.2 相關性分析 TOF組及對照組胎兒肺體積與孕周均呈正相關(r=0.611、0.547，P均<0.001；圖2)。

2.3 可重復性檢驗 觀察者內組內相關系數為0.96，觀察者間組內相關系數為0.94。

3 討論

超聲檢查作為無創性診斷胎兒先天畸形最簡便、最有效的影像學檢查手段，多年來一直被臨床廣泛應用。近年來隨著三維超聲自動成像技術的出現，克服了傳統二維超聲無法進行不規則器官體積測量的限制，使得超聲可以對胎兒器官體積進行準確評估，如對胎兒肝臟、膽囊、肺臟、腎臟、腎上腺、大腦及小腦等器官體積的測量[4-6]，三維超聲VOCAL技術對于胎兒主要器官體積評估具有較好的可行性、可重復性及臨床應用價值[7]。本研究中觀察者內及觀察者間的組內相關系數均>0.9，提示應用三維超聲VOCAL技術測量胎兒肺體積的重復性好。

既往有關三維超聲VOCAL技術胎兒肺體積研究[8]的病例多局限于先天性膈疝胎兒，而缺乏先天性心臟病胎兒宮內肺臟體積變化的相關報道。在CHD-DPBF患兒中，肺血管床發育異常及肺功能受損普遍存在，而現階段國內外對CHD-DPBF引起肺臟器官異常的研究主要局限于術前評價或手術前后療效評估，研究手段多釆用測量肺動脈內徑或肺臟通氣換氣功能，而缺乏肺體積變化的相關研究[8]，且目前研究對象多為先天性心臟病患兒，針對宮內胎兒的研究鮮見。嚴重的呼吸功能衰竭也是CHD-DPBF胎兒出生后死亡的主要原因之一[1，3]，因此，如果能將CHD-DPBF對肺體積發育影響情況的評估提早到產前，以此指導圍生期管理，對于出生后及時干預治療，減低或預防呼吸衰竭的發生及進展，降低患兒死亡率都具有重要的臨床意義。

目前，CHD-DPBF導致胎兒肺發育異常肺體積減小的病因機制尚不完全明確，可能與胚胎發育過程中肺血流灌注異常有關。在人類胚胎的發育過程中，肺臟和心臟的發生、發育幾乎同時進行，兩者相互影響、關系密切。肺動脈伴隨氣管、支氣管一起發育，氣管、支氣管起模板、支撐作用，血管提供氣管發育必備營養物質供給，肺血管發育異常會影響肺內氣管及正常氣血屏障結構的形成。CHD-DPBF胎兒往往伴有嚴重的肺動脈狹窄或肺動脈閉鎖，長期的肺血流量減少和肺動脈灌注壓降低，容易導致肺血管床發育不良，阻礙肺組織的正常發育，多數患兒在出生不久即出現紫紺，缺血缺氧嚴重者甚至可導致死亡，預后較差[1，3，9]。有研究[9]表明CHD-DPBF可伴有肺小動脈的肌層和管壁厚度增加，管壁彈性蛋白比例下降，膠原蛋白比例上升，管腔變細等改變。因此推測，這些改變可能是造成此類先天性心臟病患兒肺內結構和肺功能異常的主要原因。

胎兒肺重比是目前診斷胎兒肺發育不良的金標準。既往研究[10-11]采用的肺重比是病理尸體解剖胎兒肺質量與胎兒體質量之比，胎兒肺重比正常值為0.018～0.022，妊娠28周前肺重比<0.015或妊娠28周及以后胎兒肺重比≤0.012，即可診斷為胎兒肺發育不良。鑒于胎兒期肺體積與肺重量之間存在良好的相關性(1 ml肺體積重量為1 g)[12]，本研究先通過二維超聲估測胎兒的體質量，再通過三維超聲VOCAL技術獲得胎兒肺體積(基本等同于胎兒肺質量)，然后計算超聲肺重比，可消除不同孕周及胎兒個體差異對研究結果的干擾[13-14]。

本研究采用三維超聲VOCAL技術測量CHD-DPBF胎兒肺體積，以此評估胎兒宮內肺發育情況，結果顯示，雖然TOF組與對照組相比肺體積絕對值無明顯差異，并且均隨孕周呈線性增長趨勢，但經過孕周或體質量標準化后的肺體積(胎兒肺體積與孕周比值及超聲肺重比)較對照組胎兒明顯減小，表明CHD-DPBF對于胎兒肺體積的發育有一定不良影響，可導致胎兒肺臟發育較同胎齡正常胎兒減慢。

本研究的局限性：①CHD-DPBF種類復雜，不同類型病變其血流動力學改變也有所差異，本研究僅對最常見的TOF胎兒進行分析，期待未來繼續積累病例進行更加詳盡的分類及深入分析；②部分晚孕期胎兒由于受胎兒胎位、骨骼偽影遮擋等因素干擾無法獲取較高質量的肺臟二維圖像，使得其三維圖像的采集描繪受到限制，因此本研究中晚孕期胎兒數較少，其分析結果存在一定的局限及誤差。

總之，本研究初步探討了TOF胎兒與正常胎兒之間肺體積發育的差異性，并且進一步驗證了三維超聲VOCAL技術測量胎兒肺體積的可重復性，為未來后續的研究積累一定的經驗和病例資料。