電子時(shí)空影像關(guān)聯(lián)技術(shù)在胎心檢查中的應(yīng)用價(jià)值

王 彧，齊 禹，張 穎

（中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院超聲科，遼寧沈陽 110004）

胎兒心超聲檢查一直以來都是產(chǎn)前篩查的重點(diǎn)難點(diǎn)，心解剖結(jié)構(gòu)的評(píng)估對(duì)于大多數(shù)醫(yī)生來說仍具有挑戰(zhàn)性。常規(guī)胎兒超聲心動(dòng)圖對(duì)超聲醫(yī)生的經(jīng)驗(yàn)、手法要求較高。檢查實(shí)時(shí)進(jìn)行，要求醫(yī)生在短時(shí)間內(nèi)做出明確診斷，對(duì)于二維超聲沒有掃查到的切面無法進(jìn)行回顧性分析，在臨床實(shí)際工作中容易造成漏診和誤診［1］?？臻g時(shí)間相關(guān)成像（spatiotemporal imaging correlation，STIC）技術(shù)是應(yīng)用于胎兒心超聲診斷的四維成像技術(shù)，獲取容積數(shù)據(jù)后可利用多種成像模式獲得感興趣結(jié)構(gòu)的四維重建圖像［2-4］。STIC 技術(shù)的出現(xiàn)，促進(jìn)了胎心的超聲診斷和超聲數(shù)據(jù)的存儲(chǔ)及后處理分析。但通過STIC 技術(shù)采集的容積數(shù)據(jù)質(zhì)量易受胎兒運(yùn)動(dòng)的影響［5］。目前使用的標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械探頭，獲得高質(zhì)量的STIC 容積數(shù)據(jù)需要7.5～15 s，然而在這期間，胎兒通常不能始終保持靜止?fàn)顟B(tài)，而胎動(dòng)嚴(yán)重影響了STIC 容積數(shù)據(jù)的質(zhì)量和后期分析。新近推出的胎心電子矩陣探頭使得STIC技術(shù)有了質(zhì)的飛躍，利用電子空間時(shí)間相關(guān)成像（electronic spa?tiotemporal image correlation，eSTIC）技術(shù)快速控制不同位置的晶片發(fā)射聲束并在預(yù)先設(shè)定的區(qū)域采集容積數(shù)據(jù)，采集時(shí)間大大縮短且容積數(shù)據(jù)的分辨率顯著提高。本研究擬對(duì)eSTIC 技術(shù)顯示正常胎心結(jié)構(gòu)的效果與價(jià)值進(jìn)行評(píng)價(jià)，并評(píng)估與傳統(tǒng)STIC 技術(shù)相比，eSTIC 是否會(huì)提高胎兒超聲檢查的成功率。

1 材料與方法

1.1 一般資料

研究對(duì)象為隨機(jī)選取的2018年1月至2019年12 月在中國醫(yī)科大學(xué)附屬盛京醫(yī)院進(jìn)行產(chǎn)前胎兒心超聲檢查的180名孕婦。研究對(duì)象納入標(biāo)準(zhǔn)：①中期妊娠單胎。②常規(guī)胎兒超聲檢查無心內(nèi)及心外畸形。③排除合并妊娠糖尿病、高血壓、高血脂等疾病以及有先心病家族遺傳史的孕婦。經(jīng)我院倫理委員會(huì)批準(zhǔn)，所有孕婦均知情同意。

1.2 儀器與方法

超聲檢查采用Voluson E10 彩色超聲診斷儀。首先采用胎兒整體掃查程序以排除心外畸形。根據(jù)美國醫(yī)用超聲研究所（American Institute of Ultrasound in Medicine，AIUM）推薦的橫斷面連續(xù)掃查法［6］進(jìn)行檢查來排除心內(nèi)畸形。使用eM6C電子曲面矩陣三維探頭（探頭頻率為1～6 MHz）與RM6C 傳統(tǒng)曲面三維探頭（探頭頻率為1～6 MHz）分別采集胎心的容積數(shù)據(jù)。胎兒心的檢查及對(duì)所有容積數(shù)據(jù)的采集由一名經(jīng)過一個(gè)月STIC 容積數(shù)據(jù)采集培訓(xùn)的有5 年工作經(jīng)驗(yàn)的超聲醫(yī)師完成。

STIC 容積數(shù)據(jù)采集時(shí)，取樣框僅包含胎心結(jié)構(gòu)，設(shè)定采集角度為30～35°，采集時(shí)間為10～12.5 s，以四腔心切面為初始采集切面獲取圖像。eSTIC 容積數(shù)據(jù)采集時(shí)，選擇“最高質(zhì)量”，使用和STIC 容積數(shù)據(jù)采集時(shí)相似的設(shè)置，采集時(shí)間為系統(tǒng)默認(rèn)2～3 s。每個(gè)入組患者每種采集方法僅允許采集兩次心容積數(shù)據(jù)。存儲(chǔ)容積數(shù)據(jù)并用于后續(xù)脫機(jī)分析。

1.3 胎兒心的結(jié)構(gòu)識(shí)別及容積數(shù)據(jù)分析

容積數(shù)據(jù)存儲(chǔ)在計(jì)算機(jī)上，由另兩名有5 年工作經(jīng)驗(yàn)的超聲醫(yī)生，經(jīng)過兩周4Dview 軟件（GE Medical Systems）的操作培訓(xùn)，同時(shí)對(duì)容積數(shù)據(jù)進(jìn)行脫機(jī)分析。選擇每個(gè)患者每種方法獲得的兩個(gè)容積數(shù)據(jù)中較好的一個(gè)用于分析。

按照標(biāo)準(zhǔn)流程識(shí)別四腔心、左室流出道、右室流出道、三血管氣管、主動(dòng)脈弓長軸及頭臂動(dòng)脈、導(dǎo)管弓長軸6 個(gè)切面（表1），分別記錄結(jié)構(gòu)識(shí)別例數(shù)與識(shí)別率。

Yagel 等［7］描述了一種通過STIC 容積數(shù)據(jù)渲染成像顯示室間隔和房室環(huán)的方法。根據(jù)這些切面的顯示效果可以評(píng)價(jià)STIC 容積數(shù)據(jù)的質(zhì)量。從左心室的角度可以顯示完整的室間隔，認(rèn)定為“可識(shí)別”。從心室角度可以清晰顯示房室瓣環(huán)記為“可識(shí)別”。

1.4 統(tǒng)計(jì)分析

采用SPSS 17.0 統(tǒng)計(jì)分析軟件處理數(shù)據(jù)，符合正態(tài)分布的計(jì)量資料以X±S表示，計(jì)數(shù)資料以例數(shù)及百分?jǐn)?shù)表示。采用χ2檢驗(yàn)比較STIC 與eSTIC兩種方法容積數(shù)據(jù)質(zhì)量及對(duì)結(jié)構(gòu)顯示的差異。采用雙側(cè)檢驗(yàn)，P<0.05 為差異具有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。

2 結(jié)果

2.1 一般情況

2018 年1 月至2019 年12 月在我院進(jìn)行產(chǎn)前胎心超聲檢查的180名孕婦中，孕周18～28（24.2±2.9）周；孕婦年齡21～36（27.4±2.5）歲（表2）。

表1 胎心切面需要識(shí)別的結(jié)構(gòu)Table 1 Anatomical structures to be identified in different fetal cardiac views

表2 患者一般資料Table 2 General characteristic of patients （n，）

表2 患者一般資料Table 2 General characteristic of patients （n，）

2.2 eSTIC 與STIC 成像對(duì)比結(jié)果

STIC 技術(shù)由于采集時(shí)間過長，容積數(shù)據(jù)質(zhì)量易受胎動(dòng)的影響（圖1）。研究發(fā)現(xiàn)eSTIC 比STIC更能清晰的顯示心解剖結(jié)構(gòu)（圖2、3）。應(yīng)用STIC技術(shù)采集容積數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)識(shí)別率在60.00%到78.33%不等，應(yīng)用eSTIC技術(shù)采集的容積數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)識(shí)別率在72.78%到93.33%不等（表3）。eSTIC對(duì)室間隔和房室環(huán)的渲染成功率同樣高于STIC技術(shù)。用STIC 與eSTIC 技術(shù)對(duì)室間隔渲染的成功率分別為60.56%、81.67%（P<0.001；圖4）。這兩種技術(shù)對(duì)房室環(huán)渲染的成功率分別為51.11%、68.33%（P<0.01；圖5）。通過計(jì)算所有正確結(jié)構(gòu)識(shí)別率的平均值得到總的正確識(shí)別率。STIC 和eSTIC 的總體正確識(shí)別率分別為65.69%和80.97%（P<0.01）。

3 討論

圖1 應(yīng)用STIC 技術(shù)采集的受胎動(dòng)影響圖像質(zhì)量不佳的胎心容積數(shù)據(jù)Fig.1 The poor image qualityof fetal heart volume datacollected with STIC technology，due to fetal movement

圖2 應(yīng)用eSTIC 技術(shù)TUI 模式顯示的胎心多個(gè)切面Fig.2 Themultiple viewsoffetal heart shown by the TUI mode of eSTIC technology

圖3 應(yīng)用eSTIC 技術(shù)OmniView 模式顯示的主動(dòng)脈弓和導(dǎo)管弓切面Fig.3 The aortic arch and ductus arteriosus viewsshown by the OmniView mode of eSTIC technology

圖4 應(yīng)用eSTIC 技術(shù)渲染模式顯示的完整室間隔Fig.4 The complete ventricular septumshown by the rendering mode of eSTIC technology

圖5 應(yīng)用eSTIC 技術(shù)渲染模式顯示的房室瓣環(huán)Fig.5 Atrioventricular annulusdisplayedwiththe rendering mode of eSTIC technology

四維胎兒超聲心動(dòng)圖技術(shù)的產(chǎn)生是產(chǎn)科領(lǐng)域上的一個(gè)重大飛躍，與二維超聲相比減少了對(duì)胎兒體位和超聲醫(yī)生技術(shù)水平的依賴［8-11］。一旦獲得完整的容積數(shù)據(jù)，就可以方便地進(jìn)行離線分析，通過對(duì)圖像的后處理獲得新的信息，而無需重新掃描患者。此外，智能導(dǎo)航工具的出現(xiàn)可以自動(dòng)生成胎心的診斷切面，加快了檢查速度同時(shí)降低了對(duì)檢查者手法的依賴性［12］。在脫機(jī)狀態(tài)下通過容積數(shù)據(jù)的處理與分析，專家可以遠(yuǎn)程獲取更多的信息并指導(dǎo)診斷，還可以促進(jìn)學(xué)習(xí)與交流。通過對(duì)容積數(shù)據(jù)的渲染成像，可以顯示傳統(tǒng)的二維超聲無法觀察到的切面，如室間隔的冠狀切面，為評(píng)估和檢測(cè)較小的室間隔缺損提供了可能［13］，房室環(huán)切面可顯示四個(gè)瓣環(huán)，有助于評(píng)估房室瓣和大血管的排列［14］。胎心4D 超聲檢查的主要缺點(diǎn)是很難獲得較高質(zhì)量的容積數(shù)據(jù)，本研究應(yīng)用STIC 技術(shù)在中孕期采集胎心容積數(shù)據(jù)，其中約有60%能夠獲得較高質(zhì)量的數(shù)據(jù)，與Uittenbogaard 和Novaes 等的研究結(jié)果相近［15-16］。

表3 STIC 與eSTIC 獲取容積數(shù)據(jù)的結(jié)構(gòu)識(shí)別數(shù)和識(shí)別率Table 3 Structure identification number and identification rate of volume data obtained by STIC and eSTIC ［n（%）］

eSTIC 技術(shù)是在STIC 技術(shù)的基礎(chǔ)上，實(shí)時(shí)快速地獲取容積數(shù)據(jù)。eSTIC 應(yīng)用電子矩陣探頭以電子方式偏轉(zhuǎn)超聲波束掃描預(yù)定的容積區(qū)域進(jìn)行灰階容積數(shù)據(jù)的采集［8］，比機(jī)械探頭采集速度更快，僅需3 s 左右就可以完成一次容積數(shù)據(jù)的采集。本研究通過比較兩種四維技術(shù)獲取的胎心容積數(shù)據(jù)后處理呈現(xiàn)的心結(jié)構(gòu)顯示率，評(píng)價(jià)兩種方法在臨床工作中的價(jià)值。對(duì)于灰階圖像獲取的容積數(shù)據(jù)，eSTIC 更有優(yōu)勢(shì)，結(jié)構(gòu)識(shí)別率均遠(yuǎn)遠(yuǎn)高于STIC 技術(shù)。eSTIC 技術(shù)對(duì)室間隔和房室環(huán)的渲染成功率同樣高于STIC（81.67%vs.60.56%，68.33%vs.51.11%）。因此有理由認(rèn)為在評(píng)估較小的室間隔缺損和圓錐動(dòng)脈干畸形方面，使用eSTIC 的成功率更高。原因在于采集同樣的容積數(shù)據(jù)，eSTIC只需3 s。而目前的研究都認(rèn)為，獲取STIC 容積數(shù)據(jù)質(zhì)量最佳的時(shí)間設(shè)置是10～15 s，期間胎動(dòng)、孕婦呼吸造成的偽差很難避免。因此，在日常工作中，使用eSTIC 技術(shù)不僅有效地縮短采集時(shí)間，而且能獲得高質(zhì)量的圖像，在臨床中廣泛推廣eSTIC技術(shù)進(jìn)行容積數(shù)據(jù)的采集是可行的。

我們研究首次將電子矩陣探頭的性能與標(biāo)準(zhǔn)機(jī)械探頭進(jìn)行了比較，證明胎心容積數(shù)據(jù)的獲取有了顯著改善。但同時(shí)，我們的研究也存在著一定的局限性。首先，胎心容積數(shù)據(jù)的獲取依賴于操作者的經(jīng)驗(yàn)［17-18］，限制采集過程的最重要因素是胎兒運(yùn)動(dòng)和胎兒體位不佳，電子矩陣探針將前者的影響降至最低，但對(duì)后者沒有影響。熟練的操作者比經(jīng)驗(yàn)不足的超聲醫(yī)生能更好地克服胎兒體位所帶來的影響，因此不同經(jīng)驗(yàn)的操作者所得到的結(jié)果可能與我們的結(jié)果不一致。其次，我們的研究結(jié)果表明eSTIC 可以方便地用于胎兒解剖結(jié)構(gòu)的識(shí)別。我們認(rèn)為，確認(rèn)正常解剖結(jié)構(gòu)的能力可以很好地識(shí)別高危和低危胎兒的心異常，未來還需要進(jìn)行適當(dāng)?shù)那罢靶匝芯繎?yīng)用eSTIC 技術(shù)來篩查胎心畸形［19］。

eSTIC 技術(shù)由于其采集容積數(shù)據(jù)耗時(shí)更短，在臨床中觀察胎心結(jié)構(gòu)具有更高的應(yīng)用價(jià)值。在日常工作中應(yīng)用二維超聲聯(lián)合eSTIC 技術(shù)可以更好的顯示胎心結(jié)構(gòu)篩查心畸形。熟練應(yīng)用eSTIC 技術(shù)可以更好的進(jìn)行病例的回顧分析，方便通過容積數(shù)據(jù)進(jìn)行遠(yuǎn)程會(huì)診，有著廣泛的應(yīng)用前景。