三維VOCAL旋轉技術在胎兒肺發育不良臨床診斷的運用研究

王琳玲 周啟昌 湯小康

三維VOCAL旋轉技術在胎兒肺發育不良臨床診斷的運用研究

王琳玲1周啟昌2湯小康1

胎兒；肺發育不良；三維超聲

肺臟是進行呼吸功能的重要臟器，胎兒肺發育不良可以導致新生兒出現嚴重的呼吸功能不全或呼吸衰竭，甚至造成新生兒死亡[1]。產前超聲發現及確定胎兒肺發育不良可為臨床干預提供重要的判斷依據，對降低圍生期胎兒死亡率具有重要的意義[2]。因此，對胎兒肺發育不良的研究是當今產前超聲診斷的研究熱點，而研究胎兒肺容積的正常超聲測量值并評價分析其隨胎兒孕周、質量的變化規律有著尤為重要的意義。三維超聲VOCAL旋轉技術是近年來出現的較為先進的容積自動測量技術，起初主要應用于子宮內膜容積的測量，而現在已經被廣泛應用于各個領域，尤其是測量胎兒器官容積方面[3]。目前，國內關于利用三維容積測量技術對胎兒肺容積的測量報道還甚少，沒有建立不同孕周胎兒肺容積的正常范圍參考值。為此本研究嘗試應用三維超聲VOCAL旋轉技術測量270名正常胎兒和20例肺發育不良高危胎兒的肺容積，以期建立不同孕周胎兒肺容積的正常參考值范圍，并用肺容積與胎兒質量之比對胎兒肺發育不良進行評估，探討正常胎兒肺容積隨胎兒孕周、質量的變化規律及肺容積與胎兒質量比值對產前診斷胎兒肺發育不良的臨床價值。

1 資料與方法

1.1 臨床資料選取2012年10月—2013年10月期間在中南大學湘雅二醫院超聲科進行產前常規超聲檢查的孕婦290例，孕婦年齡范圍為20～43歲，平均（28.06±4.67）歲，胎齡為17～36周，平均（26.85± 3.52）周，其中正常組胎兒270例，肺發育不良高危組胎兒20例。以孕周為單位分組，每一孕周歸為1組。

1.2 納入標準

1.2.1 正常組胎兒納入標準（1）在產科臨床檢查及產前超聲檢查均正常的單胎妊娠；（2）母體末次月經清楚及月經規律者（通過孕早期超聲所測胎兒頭臀長證實）；（3）孕婦孕期未服用藥物，無任何母體合并癥（如母體糖尿病、妊娠高血壓或心、肝、腎等疾病）；（4）母體無酗酒及吸煙史；（5）胎膜完整等。

1.2.2 肺發育不良高危組胎兒納入標準符合胸腔內的病變（如胸腔積液、先天性膈疝及胸腔內腫塊等）、胎兒泌尿系統畸形、持續性羊水過少、骨骼發育異常導致胸廓畸形、先天性神經系統、肌肉異常影響胎兒呼吸樣運動、胸腹壁缺損等其他影響肺臟發育的畸形情況之一的胎兒。

1.3 檢查設備及參數

1.3.1 檢查設備兩組胎兒均使用Voluson E8超聲診斷儀（GE公司），配備常規腹部凸陣探頭（1.5～ 4.6MHz）（GE公司）和內部電機控制的弧形陣列換能器的三維容積探頭（4～8MHz）（GE公司）。

1.3.2 參數標準孕婦取仰臥位或側臥位，在產科檢查模式下使用腹部凸陣探頭進行產前常規超聲檢查并獲取所需的胎兒生物學指標：（1）雙頂徑（BPD）和頭圍（HC）：于丘腦水平橫切面測量。測量的標準切面要求顱骨光環連續完整呈橢圓形，并且左右對稱，能夠清楚顯示左右對稱的兩側丘腦、丘腦之間的裂隙樣第三腦室以及透明隔腔。雙頂徑測量：從近場顱骨的外側緣到遠場顱骨的內側緣之間的距離，必需要垂直于腦中線；頭圍測量：用超聲儀器配備的橢圓功能鍵將測量線恰好包繞胎兒顱骨光環的外緣進行測量所得，不包括顱骨外的頭皮軟組織；（2）腹圍（AC）：測量的標準切面為胎兒腹部最大橫切面，顯示腹部呈圓形或在受壓時呈橢圓形，脊柱為橫切面，并且同時顯示出胎兒的胃泡和胎兒肝臟門靜脈的1/3段。用超聲儀器配備的橢圓功能鍵將測量線恰好包繞胎兒腹壁皮膚的外側緣直接測量所得；（3）股骨長度（FL）：測量的標準切面為要求聲束與股骨的長徑垂直，完全顯示股骨且股骨的兩端呈平行的斜面，測量時以股骨兩端的中點為測量點[4]。以上常規超聲測量參數均測量三次取平均值。然后通過儀器使用Hadlock方程系統自動計算生成得出胎兒質量（EFW）[5].∶EFW=10[1.5115+0.00436×AC+0.1517×FL±0.00321×AC×FL+0.0006923×BPD×HC]

1.4 研究方法

1.4.1 三維圖像采集應用三維容積探頭，在沒有胎動的狀態下，取胎兒胸部橫截面四腔心切面進行容積數據采集（這個橫截面是由二維超聲所確定的）。心尖朝向探頭，盡量避開骨性結構，盡最大可能清晰地顯示出整個肺臟（封二圖1）。對整體圖像的要求應包括鎖骨水平的肺尖、區別于心臟和膈肌的肺部的內側緣和肺部輪廓的外側緣。容積樣本的采集角度為45°～75°，隨孕周的變化進行調整。采集圖像時囑患者屏住呼吸，掃描的持續時間被調整成能獲得最佳的圖像時間，約8～10s。圖像采集完畢后，三個正交平面（水平橫切面、矢狀切面、冠狀切面）同時顯示在屏幕上。三個正交平面圖像用來重構三維超聲圖像，利用旋轉軸觀察移位后的圖像，以驗證已經獲得的圖像質量。在突然胎動的情況下，重復以上的操作，直到獲得滿意的圖像。每個肺臟圖像采集1～3次，將采集后的圖像存入機器內，以備后期數據處理。所有三維圖像的采集均由同一觀察者進行。

1.4.2 肺臟容積的測量采用儀器后處理功能讀取存儲的三維容積數據，利用VOCAL旋轉技術通過旋轉法來測量胎兒肺容積，本研究選取的旋轉步長為30°。在獲得的三個正交平面中，選擇A平面作為初始平面，圍繞“Z軸”轉動，直到180度旋轉完成，獲得6個平面，每個平面上均能比較清晰地顯示出肺的輪廓。進行仔細跟蹤的區域不包括胎兒心臟，膈肌，肋骨及脊椎，手動分別描繪出6個平面上的左、右肺輪廓，根據這些輪廓電腦程序自動構造和呈現出肺的三維模型圖，并生成三維模型容積（封二圖2）。每側肺臟輪廓描繪3次，取3次測量的平均值，總肺容積通過左、右肺容積相加得到。整個過程耗時約5min左右。

1.4.3 計算肺容積與胎兒體質量比值及追蹤隨訪將獲得的胎兒肺容積比系統估測的胎兒體質量即得出肺容積與胎兒質量之比值。產前超聲診斷無肺發育不良胎兒，追蹤隨訪至新生兒分娩后，了解其生后呼吸狀況是否正常，觀察是否出現非梗阻性呼吸功能不全。產前超聲診斷為肺發育不良高危胎兒，根據胎兒父母意愿，對于選擇繼續妊娠者，產后追蹤隨訪至新生兒分娩后1周，觀察是否出現呼吸困難及非梗阻性呼吸功能不全；對于選擇終止妊娠者行胎尸解剖后獲得濕肺質量及胎兒體質量，計算胎兒濕肺質量與胎兒質量之比值，采用水容積置換法得到實際肺容積，并行組織病理學檢查。胎兒肺發育不良的病理診斷標準為妊娠28周前胎兒濕肺質量與胎兒質量之比＜0.015，妊娠28周及28周以后濕肺質量與胎兒質量之比＜0.012[6]。

1.4.4 重復性檢驗觀察者間測量差異的重復性檢驗：從納入統計學分析的三維超聲容積圖像中隨機抽取孕周為21～22周、27～28周、32～33周各10例容積圖像樣本進行重復性檢驗，由兩位觀察者應用VOCAL旋轉技術重復3次分別對左肺容積和右肺容積進行測量，進行觀察者間的重復性檢驗。同一觀察者測量差異的重復性檢驗：從納入統計學分析的三維超聲容積圖像中隨機抽取孕周為21～22周、27～28周、32～33周各10例容積圖像樣本，由同一位觀察者間隔2周應用VOCAL旋轉技術重復3次分別對左肺容積和右肺容積進行測量，進行觀察者內的重復性檢驗。

2 結果

270名胎兒中，268名胎兒經自然生產或剖宮產后分娩，嬰兒健康，無明顯呼吸功能不全；2名因母體原因引產后經尸體解剖及組織病理學檢查證實無肺發育不良。應用VOCAL技術成功獲得了270名正常胎兒的肺容積（見表1）。正常胎兒肺臟呈實質性的稍高回聲，胸廓橫截面心臟四腔心水平上顯示胎兒右肺容積大于左肺容積。正常胎兒肺容積隨孕周的增加而增加（封二圖3），左肺容積的均值從20周的4.05mL、28周的17.39mL到34周的32.16mL，右肺容積的均值從20周的5.64mL、28周的22.25mL到34周的40.24mL，總肺容積的均值從20周的9.69mL、28周的39.64mL到34周的72.40mL。獲得胎兒左肺、右肺和總肺容積的直線回歸方程分別為Y=1.85x-34.763、Y=2.228x-39.988和Y=3.964x-71.562（R分別為0.946、0.950、0.957，P均＜0.01）。肺容積隨胎兒質量的增加亦呈現上升的趨勢（封二圖4），獲得直線回歸方程為Y=3.577+0.028X，（R= 0.960，P＜0.01）。肺容積與孕周、胎兒質量具有顯著統計學意義上的正相關關系。對正常組胎兒肺容積與孕周及胎兒質量分別進行雙變量相關分析，結果示肺容積與孕周及胎兒質量高度相關，且肺容積與胎兒質量的相關性（r=0.980）高于與孕周的相關性（r= 0.978）。

3 討論

3.1 產前評價胎兒肺容積的意義胎兒肺發育不良的研究已經成為當今產前超聲診斷研究的熱點之一。因此，了解胎兒肺容積的正常超聲測量值并評價分析其隨孕周、胎兒質量的變化規律就顯得尤為重要。胎兒肺發育不良是指胎兒肺臟在發育的過程中出現影響肺容積和肺內外液體平衡因素而引發的肺發育不全或發育遲緩，可發生于單側或雙側肺，常見的發病原因有胸廓內占位性病變、雙腎發育不良、持續性胎膜早破、骨骼導致的胸廓畸形、神經肌肉異常影響胎兒呼吸樣運動、胸腹壁缺損等。肺發育不良可以在胎兒出生后立即引發嚴重的呼吸衰竭或呼吸功能不全,甚至造成新生兒死亡。據報道,這種疾病的發生率在出生時為1.1‰，而與之伴隨的死亡率則高達70%（55%～100%）[7]，因此胎兒肺發育不良受到臨床及許多國內外學者的廣泛關注。

近年來，一些研究學者通過二維超聲評價胎兒呼吸運動，胸圍，肺長度以及胸圍與腹圍的比例來估測胎兒肺容積。然而，這些參數在對肺發育不良的臨床診治方面不夠敏感、不夠具體，被證明不能有效和可靠地應用于肺發育不良的臨床判斷和診斷[8]。Moeglin等[9]研究表明，二維測量結果較三維測量結果進行比較所得到的容積偏小。國外的多數研究學者[10-11]更加關注于膈疝胎兒的肺發育情況，并提出了肺頭比概念（即胎兒膈疝側面積與頭圍的比值）,但是他們認為用肺頭比指標來評價膈疝胎兒肺發育情況具有較高的準確度，但是這一指標并不能評價其他原因引起的肺發育不良。肺的適當發育及可利用的容積決定了肺組織的功能，那么評價胎兒預后最有效的方法就是產前能夠準確測定肺容積，任何原因引起的肺發育不良它都可以反映。同時，鑒于胎肺質量與胎兒質量之比為診斷肺發育不良的“金標準”，并且胎兒肺容積與胎兒肺質量之間的相關性比較強[12]，如果能夠在產前準確的估測胎兒體質量和胎兒肺容積，就有可能在產前準確診斷胎兒肺發育不良。采用HadloCk方程系統自動計算生成胎兒體質量已被公認為產前評估胎兒體質量最準確的方法,因此,對胎兒肺容積的準確評估就成為了研究的關鍵。

表1 正常胎兒各孕周肺容積、胎兒體質量和肺容積/胎兒質量的測量均值及標準差（）

表1 正常胎兒各孕周肺容積、胎兒體質量和肺容積/胎兒質量的測量均值及標準差（）

孕周（周）17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36例數（例）4 3 3 4 4 2 1 20 42 35 20 20 20 13 13 10 10 15 6 3 4左肺容積（mL）1.86±0.66 2.93±0.54 3.42±0.87 4.05±1.14 5.00±1.38 6.80±1.48 8.51±1.85 9.24±2.43 11.84±2.74 14.01±2.82 15.26±3.23 17.39±3.11 17.91±2.20 21.06±4.20 24.59±2.94 24.96±1.99 28.52±2.57 32.16±2.49 33.38±2.58 34.07±2.65右肺容積（mL）2.33±0.79 3.62±0.88 4.09±0.92 5.64±1.33 6.58±1.52 8.89±1.77 10.99±1.76 13.81±3.02 18.49±3.31 19.40±3.80 20.39±4.09 22.25±3.94 24.71±3.61 28.57±5.62 29.87±3.15 32.12±1.67 34.74±2.99 40.24±2.85 41.20±3.02 42.83±3.11總肺容積（mL）4.20±1.03 6.56±1.27 7.50±1.68 9.69±2.42 11.58±2.87 15.60±3.20 19.50±3.37 23.06±5.42 30.33±6.03 33.41±6.48 35.66±7.19 39.64±7.21 42.62±5.80 49.63±9.70 54.46±5.92 57.08±3.17 63.27±4.85 72.40±5.28 74.58±5.57 76.91±5.76胎兒體質量（g）189±10 257±11 203±8 367±23 401±23 532±76 626±91 695±74 846±81 1030±113 1117±66 1222±72 1361±75 1580±101 1776±75 1881±169 2070±167 2434±110 2719±65 2964±105肺容積與胎兒體質量比值（mL/g）0.022±0.002 0.025±0.002 0.024±0.008 0.029±0.005 0.029±0.005 0.029±0.004 0.031±0.004 0.033±0.004 0.034±0.003 0.032±0.004 0.032±0.002 0.032±0.002 0.031±0.002 0.031±0.001 0.031±0.001 0.030±0.002 0.030±0.007 0.029±0.001 0.027±0.001 0.025±0.005

3.2 應用VOCAL旋轉技術評價胎兒肺容積的可靠性及準確度三維超聲肺容積測量方法起初多采用多平面成像技術，但是該方法耗時，過程較繁瑣，且在胎兒肺組織輪廓被繪制后，不能隨意被修改，因此用于臨床的實用性比較低[13]。有研究使用間接方法來估測肺容積，即通過估測胸腔的總容積減去心臟的容積從而得到肺的容積[14]。這種測量方法的缺陷在于得出的肺容積測量值不僅僅只是肺的容積，還包括了血管和胸腺的容積，而且這種測量方法不能分別得到左、右肺組織的容積。近年來，隨著三維超聲VOCAL旋轉技術的出現，除了能改善以上測量方法的缺陷外，其成本低，效率高，操作簡單，使用迅速并且很容易被患者接受等優點，受到各個領域的廣泛應用。Ruano等人首先將該技術應用于胎兒肺容積的測量，并且在8例先天性膈疝患兒中證實此方法測量肺容積的可行性[12]。VOCAL旋轉技術的優勢在于：一是整個肺都是仿真的，延伸至圖像圓頂的肺部最低端也包含在其中；二是VOCAL旋轉技術不僅可以初步計算肺容積，而且也可以修正每個平面的輪廓以獲得更加精確的最終測量結果。本研究表明,應用VOCAL旋轉技術測量胎兒的肺容積具有較好的可靠性及可行性。通過對270名正常胎兒肺臟的研究發現，在所研究的整個孕期中，我們觀察到胎兒左、右肺容積之間存在一個固定的線性相關性，左右肺容積既相互關聯，又相對獨立地分別對應占據整個肺容積的44%和56%，這項結論與其他研究者通過解剖所獲得的結論相一致[15]。應用VOCAL旋轉技術測量胎兒肺容積的可重復性比較高。我們將兩種測量方法進行了雙變量相關分析，結果顯示兩者間具有很高的相關性。因此，三維超聲VOCAL旋轉技術被證明可以可靠、有效、準確地測量胎兒的肺容積。

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（收稿：2017-02-09 修回：2017-03-05）

book=776,ebook=45

國家自然基金面上項目（No.81271593）；湖南省科技計劃項目（No.2013SK3035）

1湖南中醫藥大學第一附屬醫院功能檢查科（王琳玲）、骨傷科（湯小康）（長沙410007）；2中南大學湘雅二醫院超聲診斷科（長沙410011）

王琳玲，Tel：0731-85600741；E-mail：ys001wll@163.com