24節段斑點追蹤技術評估胎兒左心室容積和功能的研究

陸紅妤 包凌云 黃安茜 張麗 黃樂文 韓佳霖 付凱文

胎兒心臟大小和功能測量評估是產前胎兒心臟研究的重要內容，如何更準確評估胎兒時期的心臟大小和功能，已成為近年研究的熱點和難點。胎兒心室容積及功能評估的方法較多，包括M型超聲檢查、多普勒超聲檢查、三維時間-空間相關成像（spatiotemporal image correlation,STIC）技術、Simpson法等，這類技術各有優缺點，在評價胎兒左心功能的準確性方面均有欠缺。新技術24節段斑點追蹤技術（speckle tracking imaging,STI）通過追蹤胎兒心內膜邊界，可測量評估心室容積及功能。本研究分析24節段STI評估胎兒左心室容積與功能的可靠性和準確性，旨在為臨床胎兒心功能評估提供準確可行的輔助方法，現將結果報道如下。

1 對象和方法

1.1 對象 選擇2019年9月至2020年5月在浙江大學醫學院附屬杭州市第一人民醫院超聲科行胎兒超聲檢查孕20～40周的單胎孕婦149例為健康組，年齡 18～43（31.9±4.3）歲；有準確的停經史，或孕周經產科超聲檢查評估與停經史計算的孕周相符。排除標準：胎兒心臟或心臟外異常，包括染色體異常、頸項透明層增厚，妊娠期糖尿病、高血壓等。另選擇同期同院左心室異常風險胎兒7例為風險組，其中主動脈狹窄（aortic stenosis,AS）5例、心內膜彈力纖維增生癥（endocardial fibroelastosis,EFE）及胎兒宮內生長受限（intrauterine growth restriction，IUGR）各1例，詳見表1。本研究經醫院倫理委員會審查批準[審批號：（2020）科研醫倫初審第（007）號-01]，患者或家屬均簽署知情同意書。

表1 7例風險組胎兒資料

1.2 方法

1.2.1 健康組超聲數據采集 采用美國GE Voluson E10超聲診斷儀，配備EM6C、RM6C矩陣容積探頭，頻率2～6 MHz。優化圖像以增強血池和心內膜之間的邊界。由1名高級職稱醫師采集標準四腔心切面二維動態圖，動態視頻長3 s，儲存于機器后臺。同時測量胎兒生物學生長參數包括：雙頂徑（biparietal diameter,BPD）、頭圍（head circumference,HC）、腹圍（abdominal circumference,AC）、股骨長（femoral length,FL）、估測體重（estimated fetal weight,EFW），評估孕周（gestation age,GA）。

1.2.2 24節段STI測量左心室參數 由2名經操作培訓的醫師，將獲得的標準四腔心切面二維動態圖，導入超聲儀自帶的fetal HQ分析軟件，應用M型超聲模式確定心室舒張末期、收縮末期，采用斑點自動追蹤或手動微調模式，將49個追蹤點定位于左心室舒張末期至收縮末期的心內膜面（圖1），獲得左心室參數，將原始數據導出。左心室測量參數包括：舒張末期容積（enddiastolic volume,EDV）、收縮末期容積（end-systolic volume,ESV），由軟件計算得出每搏量（stroke volume,SV）、心輸出量（cardiac output,CO）、射血分數（ejection fraction,EF）。

圖1 24節段斑點追蹤技術（STI）對胎兒心內膜追蹤定位示意圖（a：左心室舒張末期；b：左心室收縮末期）

1.2.3 兩組胎兒左心室參數的Z-評分比較 測量風險組胎兒生物學生長參數，評估GA，采用24節段STI測量左心室參數EDV、SV、CO、EF。兩組胎兒左心室參數行Z-評分比較。公式：Z-評分=（風險組左心室實測值-健康組左心室均值）/健康組左心室標準差（健康組左心室均值及標準差方程見表2）。Z-評分＞1.28（第90百分位）或＜-1.28（第10百分位）提示超出正常范圍。算法舉例：如本研究中風險組的例3測得左心室EDV為 0.83ml，根據公式 Z-評分=（0.83-6.143e-5×GA2.953）/（-0.173+9.490e-4×GA2-8.000e-6×GA3），計算結果為-1.82。

1.2.4 其他研究健康胎兒與本研究健康組胎兒左心室參數Z-評分比較 通過PubMed檢索既往其他研究采用相同或不同技術得到的結果，包括Simioni等[1]、Uittenbogaard 等[2]、Hamill等[3]、Molina等[4]的三維 STIC 技術，Schmidt等[5]的二維雙平面 Simpson 法，Luewan 等[6]、Kiserud等[7]采用的多普勒技術以及DeVore等[8]采用同樣的24節段STI研究。將所選研究與本研究進行左心室參數Z-評分對比，具體采用以下公式：Delta Z-評分=（其他研究均值-本研究均值）/本研究標準差（本研究均值及標準差方程見表2）。Delta Z-評分位于±2以內認為差異無統計學意義。算法舉例：以DeVore等[8]的研究結果為例，根據GA計算左心室EDV的均值方程y=8.147+16 009.54×1/GA2-6 374.693×ln（GA）/GA2，以 GA計算EDV的標準差方程為y=-0.836 342 3+0.043 867 75×GA。根據公式，以孕33周為例，則Delta Z-評分=[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]，計算結果為-0.886。

1.3 統計學處理 采用SPSS 18.0統計軟件。以健康組胎兒生物學生長參數及GA為自變量，左心室參數EDV、SV、CO和EF為因變量，多元回歸分析選取最佳擬合線得到健康組均值和標準差。百分位數計算公式：第5百分位（均值 -1.65×標準差），第10百分位（均值-1.28×標準差），第90百分位（均值+1.28×標準差）和第95百分位（均值+1.65×標準差）。

2 結果

2.1 健康組生物學生長參數、孕周與左心室參數多元回歸分析 見表2。

由表2可見，左心室的EDV、SV、CO與根據自變量BPD、HC、AC、FL、EFW、GA 回歸得到均值和標準差的擬合方程。多元回歸分析顯示除了EFW與EDV較好的擬合平方回歸方程外（R2=0.528），EDV、SV、CO 與 6個自變量均呈冪回歸方程（R2=0.479～0.769）。EF與6個自變量，相關性差（R2=0.062～0.084），EF 為（64.00±6.07）%。2.2 風險組與健康組左心室參數的Z-評分比較 見圖 2（插頁）。

表2 健康組生物學生長參數、孕周與左心室參數多元回歸分析

圖2 風險組與健康組左心室參數的Z-評分比較[a：左心室EDV的Z-評分比較；b：左心室的SV的Z-評分比較；c：左心室CO的Z-評分比較；d：左心室EF的Z-評分比較；灰色區域代表健康組Z-評分所在區間：-1.28（第10百分位）～1.28（第90百分位）；BPD為雙頂徑；HC為頭圍；AC為腹圍；FL為股骨長；EFW為估測體重；GA為孕周；EDV為舒張末期容積；SV為每搏量；CO為心輸出量；EF為射血分數；AS為主動脈狹窄；EFE為心內膜彈力纖維增生癥；IUGR為胎兒宮內生長受限]

由圖2可見，風險組胎兒左心室的EDV、SV、CO、EF與健康組（陰影部分）的Z-評分對比顯示：5例AS胎兒左心室EDV的Z-評分位于-1.24～-2.23，SV的Z-評分位于-1.77～-4.73，CO 的 Z-評分位于-1.63～-4.68，EF的Z-評分位于-2.67～-7.78，均有不同程度的下降。1例EFE胎兒左心室的EDV、SV及CO的Z-評分均高于健康組，而EF略低于-1.28。1例IUGR胎兒左心室的EDV、SV、CO 及 EF 的 Z-評分均在-1.28～+1.28。

2.3 其他研究與本研究健康組左心室參數Z-評分比較 見圖3（插頁）。

圖3 其他研究與本研究健康組左心室參數Z-評分比較（a：左心室EDV的Z-評分比較；b：左心室SV的Z-評分比較；c：左心室CO的Z-評分的比較；d：左心室EF的Z-評分的比較；灰色區域代表本研究24節段STI建立健康組Z-評分的±2區間；EDV為舒張末期容積；SV為每搏量；CO為心輸出量；EF為射血分數）

由圖3可見，左心室EDV的Z-評分比較中，Uittenbogaard 等[2]、Hamill等[3]采用三維 STIC 技術，Hamill等[3]左心室EDV的Z-評分從孕周20～40均位于與本研究Z-評分的±2之間，而Uittenbogaard等[2]所有孕周均大于本研究2個Z-評分，Schmidt等[5]的二維雙平面Simpson法自28周后大于本研究2個Z-評分，而De-Vore采用同樣的24節段STI從孕周20～40均位于與本研究Z-評分的±1之間。左心室SV的Z-評分比較中，Uittenbogaard 等[2]、Hamill等[3]、Molina 等[4]采用三維STIC技術，其絕大部分孕周的Z-評分位于本研究Z-評分的±2之間，而DeVore的24節段STI所有孕周其Z-評分均位于本研究Z-評分的±1之間。左心室CO的Z-評分的比較中，Simioni等[1]、Uittenbogaard 等[2]、Hamill等[3]、Molina等[4]采用三維STIC技術研究者的Z-評分基本位于本研究的±2之間，Schmidt等用二維雙平面Simpson法自28周后大于本研究2個Z-評分；Luewan等[6]、Kiserud等[7]采用多普勒技術在32周后均大于本研究2個Z-評分，DeVore的24節段STI所有孕周Z-評分均位于與本研究的±1之間。左心室EF的Z-評分的比較中，無論采用何種技術或方法，其EF的Z-評分基本在本研究Z-評分的±1之間。

3 討論

傳統M型超聲心動圖通過測量左心室收縮末期和舒張末期心室內徑的差異，計算左心室縮短分數和EF，然而M型超聲受觀測角度依賴大，EF的計算對心臟的幾何假設可能不適用于較小的心臟[9]。多普勒技術可通過測量流出道血流速度結合半月瓣瓣環內徑用于估計SV和CO，然而受胎位、胎動影響大[10]。三維STIC應用虛擬器官計算機輔助分析（virtual organ computer-aided analysis,VOCAL）軟件可以較準確測量胎兒左心室容積，但研究者報道用VOCAL技術測量成功率為64%，且獲取心臟三維圖像困難、分析繁瑣耗時[11]。本研究通過24節段STI獲得20～40周正常胎兒左心室的EDV、SV、CO 和 EF 與自變量 BPD、HC、AC、FL、EFW及GA的均值和標準差，并建立了百分位和Z-評分參考值范圍。

本研究將7例風險組胎兒與健康組對比。5例AS患兒根據陸紅妤等[12]的研究模型用孕周計算主動脈內徑Z-評分，其主動脈Z-評分為-2.52～-5.16，測得結果發現AS左心室的EDV、SV、CO及EF與主動脈狹窄的程度呈正比，隨著主動脈狹窄的加重而顯著下降，與病理相符。EFE胎兒因其左心室的增大，EDV、SV及CO的Z-評分均有增加，而EF略下降。IUGR胎兒的4個心臟參數與健康組間差異無統計學意義，但是左心室EDV以BPD、HC為自變量時其Z-評分均較接近+1.28。以上表明24節段STI可以準確、敏感地評估異常風險胎兒左心室容積及功能的變化。

因目前胎兒左心室容積和功能評估尚缺乏一個金標準，為進一步驗證24節段STI的可靠性，筆者將本研究結果與應用三維STIC、頻譜多普勒、二維雙平面Simpson法、24節段STI 4種方法或技術、并提供公式的研究進行Z-評分對比分析，對比以GA為自變量，左心室的EDV、SV、CO和EF為因變量。結果顯示：（1）與三維STIC技術的研究進行Delta Z-評分對比，發現除了Uittenbogaard的左心室EDV顯著大于本研究外，其他數據與本研究一致性較高[1-4]，與張云姣等[13]及Schoonderwaldt等[14]報道的無論三維STIC技術測量還是單平面Simpson法測量心室EDV、SV可靠性差異無統計學意義的觀點一致。（2）Schmidt等[5]應用二維雙平面Simpson法測量，其EDV及CO的Delta Z-評分在晚孕期與本研究差異有統計學意義，分析原因可能是研究發表于1995年，與當時的探頭技術及圖像質量不足有很大關系，即使是現在，采用二維雙平面Simpson法測量評估胎兒心室大小和功能依然是很大的挑戰。（3）多普勒技術結合半月瓣瓣環內徑估計SV和CO，房室瓣和半月瓣細小的測量差異可導致心輸出量值較大的改變[10，15]，本研究對Luewan等[6]、Kiserud等[7]應用多普勒技術測量得到的CO進行比較，發現兩者的Delta Z-評分在32周后顯著高于本研究，亦大于STIC的Z-評分，提示應用多普勒技術在晚孕期評估胎兒左心輸出量時存在高估的可能。（4）DeVore等[8]與本研究采用相同的24節段STI技術，其左心室的4個參數EDV、SV、CO和EF與本研究比較差異均無統計學意義，甚至明顯小于三維STIC技術之間的差異，提示無論是不同檢查者還是分析者，24節段STI測量左心室容積和功能具有高度的一致性和重復性。

本研究認為24節段STI能對胎兒左心室容積和功能作出準確、可靠的評估，可作為深入了解發育中的胎兒心臟結構和功能的方法。但本研究的不足之處在于樣本量不夠大，故尚需進一步研究。