常见先天性心脏缺损平面几何形态学的二维与三维超声对比研究

任书堂

武红涛2WU Hongtao

孙佳英1SUN Jiaying

周建华1ZHOU Jianhua李冬蓓1LI Dongbei

黄云洲1HUANG Yunzhou

常见先天性心脏缺损平面几何形态学的二维与三维超声对比研究

任书堂1REN Shutang

武红涛2WU Hongtao

孙佳英1SUN Jiaying

周建华1ZHOU Jianhua
李冬蓓1LI Dongbei

黄云洲1HUANG Yunzhou

目的应用二维超声心动图（2DE）显示常见先天性心脏间隔缺损的平面图像并进行平面几何学测量，评价2DE显示缺损平面图像的可行性及潜在临床价值。资料与方法应用2DE和RT3DE对包括房间隔缺损、室间隔缺损、完全型心内膜垫缺损、主-肺动脉间隔缺损和窗型动脉导管未闭在内的经手术证实的81例先天性心脏病患者进行观察，使用特殊的2DE切面显示心脏缺损的平面图像，使用电子游标测量缺损长轴径、短轴径、面积及偏心比值，并与RT3DE结果进行对比。结果81例患者中，67例应用2DE成功获得与RT3DE显像形态学相似的理想的缺损平面图像，房屋间隔缺损在2DE缺损平面图像上的长轴径、短轴径、面积及偏心比值与RT3DE测值高度相关（r= 0.99、0.99、0.99、0.95,P＜0.001），差异均无统计学意义（P＞0.05）。结论2DE对先天性心脏缺损可获得与 RT3DE效果相似的平面图像，能精确地评价缺损形状、位置及毗邻关系，并可借以实现缺损平面几何参数的直接测量。

心脏缺损，先天性；超声心动描记术；对比研究

实时三维超声心动图（RT3DE）在房间隔缺损（ASD）或室间隔缺损（VSD）平面成像的价值已得到公认[1-3]，但RT3DE对仪器要求较高，并且给患者增加了额外的检查费用。黄新胜等[4,5]于2006年提出应用二维超声心动图（2DE）显示ASD或VSD的冠状切面，但当时尚缺乏其他精确的影像学对照或手术结果证实。为了进一步明确该方法的可行性和精确性，本研究同时应用2DE和RT3DE技术对81例常见的先天性心脏间隔缺损实施平面显像，并对二者的成像效果及几何测值差异进行对比分析，探讨2DE显示心脏间隔缺损平面图像的方法学、临床价值及影响因素。

1 资料与方法

1.1 研究对象 2010-06～2011-10泰达国际心血管病医院诊治ASD、VSD、心内膜垫缺损（ECD）、主-肺动脉间隔缺损（APSD）和动脉导管未闭（PDA）等在内的常见先天性心脏病患者81例，男37例，女44例；年龄2个月～61岁，中位年龄3岁。除1例VSD并发艾森曼格综合征未行手术治疗外，其余均经手术证实。1.2 仪器与方法 采用GE E9彩色多普勒超声诊断仪，M5S探头（频率2～4MHz）用于常规2DE成像，4D探头（频率2～4MHz）用于RT3DE成像；Philips Sonos 7500彩色多普勒超声诊断仪，S4探头（频率2～4MHz）用于常规2DE成像，X4探头（频率2～4MHz）用于RT3DE成像。患者取平卧位或左侧卧位，经胸骨旁、心尖部、剑突下及胸骨上窝等部位扫查记录各常规切面的2DE及彩色多普勒血流显像，并测量缺损直径，记录最大测值（Dc）。同时利用胸骨旁、心尖部、剑突下及胸骨上窝等声窗显示ASD、VSD、TECD、APSD和PDA的缺损口平面图像，观察形态学特征，测量长轴径（Dmaj）、最小径（Dmin），并应用电子游标轨迹法测量缺损口面积（Area），并计算缺损口偏心比值（Re）＝Dmaj/Dmin，并与RT3DE相应测值作对比。2DE显示缺损平面图像的方法：①ASD冠状切面：嘱患者摆好最合适体位，以获得最佳声窗条件，依据患者心脏在胸腔的位置将探头分别置于胸骨旁高位、低位肋间、心尖部或剑突下，显示ASD并将缺损口调至声束轴向正中（仪器屏幕正中央），在此切面基础上将探头旋转90°左右，并缓慢上下移动探头位置使心脏间隔方向与声束接近平行，将探头倾斜方向及旋转角度加以细微调整，逐渐显示完整缺损口的平面图像，测量其Dmaj、Dmin、Re及Area。②VSD冠状切面：膜周部VSD选择胸骨旁或剑突下声窗，肌部小梁部VSD选择心尖部声窗，嵴内或干下型VSD选择心尖部或剑突下声窗，其余操作同ASD。③ECD冠状切面：选择胸骨旁或心尖部声窗，清晰显示ECD，其余操作同ASD。④APSD冠状切面：首先经胸骨旁高位肋间显示标准大动脉短轴切面，清晰显示APSD，其余操作同ASD。⑤PDA截面观切面：首先经胸骨上窝清晰显示PDA，其余操作同ASD。

图像质量分级：Ⅰ级：残端清晰，缺损周长显示≥80%。Ⅱ级：残端显示清晰，但60%≤缺损周长＜80%；或残端显示欠清晰，但缺损周长＞80%。Ⅲ级：残端显示不清晰，或缺损周长＜60%。本研究纳入图像质量Ⅰ、Ⅱ级者，图像质量Ⅲ级者弃用。

1.3 统计学方法 采用SPSS 11.0软件，计量资料数据以±s表示，采用配对t检验，相关性检验采用Pearson相关分析，P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

81例患者中，67例（共71处缺损）应用2DE成功显示了与RT3DE图像相似的缺损口平面图像，显示成功率为82.7%（67/81）。包括20例单孔继发孔中央型ASD，3例双孔继发孔中央型ASD，6例单发下腔混合型ASD，1例中央型合并下腔型ASD，1例原发孔型ASD；26例膜周型VSD，2例干下型VSD，1例肌部小梁部VSD，1例合并法洛四联症的嵴下型VSD，2例合并右心室双出口的复合型VSD（主动脉瓣下1例，双半月瓣下1例）；1例TECD，1例窗型PDA，2例APSD。其中图像质量Ⅰ级46例，Ⅱ级21例。67例患者均行心脏外科矫治手术，术中所见缺损的形态学特征与超声结果一致。

2.1 ASD 共35处缺损经2DE成功显示缺损的平面图像（图1、2），显示成功率为85.4%（35/41），包括20例单孔中央型ASD、3例双孔中央型ASD、1例下腔型合并中央型ASD、6例下腔混合型ASD、1例原发孔ASD。ASD长轴方向与心室流入道长轴的夹角为45°～90°。35处缺损的2DE冠状切面显像与RT3DE均显示出相似的缺损形态，各项2DE及RT3DE指标测值见表1，平均值相近或相差极小。另外，Dmaj、Dmin、Area及Re的2DE测值和RT3DE测值均呈直线 相 关（r=0.99、0.99、0.99、0.95,P＜0.001）；而 Dc与RT3DE测值比较，差异有统计学意义（P＜0.001）。Dc与RT3DE测值Dmaj和Dmin的回归方程为Dc＝0.146Dmaj+0.839Dmin+0.027（R=0.980,R2=0.958）。

2.2 VSD 共32处缺损经2DE成功显示缺损的平面图像（图3～5），显示成功率为80.0%（32/40），包括26处膜周型VSD，2例干下型VSD，1例肌部小梁部VSD，1例合并法洛四联症的嵴下型VSD，2例合并右心室双出口的复合型VSD（主动脉瓣下1例，双半月瓣下1例）。膜周部VSD的长轴方向与左心室流出道长轴互相垂直，干下型VSD的长轴方向则与右室流出道长轴互相垂直，肌部小梁部VSD的长轴方向则与左室长轴方向互相垂直。32处缺损的2DE冠状切面显像与RT3DE均显示出相似的缺损形态，各项2DE及RT3DE指标测值见表1，平均值相近或相差极小。另外，Dmaj、Dmin、Area及Re的2DE测值和RT3DE测值均呈正相关（r=0.97、0.94、0.99、0.90,P＜0.001）；而Dc与RT3DE测得的Dmaj比较，差异有统计学意义（P＜0.001）。Dc与 RT3DE测值 Dmaj和 Dmin的回归方程为Dc＝0.734Dmaj+0.080Dmin+0.030（R=0.952,R2=0.906）。

2.3 TECD、APSD和PDA 1例TECD、2例APSD和1例窗型PDA均经2DE特殊切面成功显示缺损的平面图像（图6～8），各项2DE及RT3DE指标测值见表1，1例TECD、2例APSD和1例窗型PDA的传统2DE切面测得的最大径（Dc）均小于2DE平面显像所测得的最大径（Dmaj），见表1。

图1 继发孔型房间隔缺损的超声心动图像。A.2DE胸骨旁低位肋间冠状切面显示继发孔中央型房间隔缺损；B.RT3DE右房剖视面显像，箭示房间隔缺损。图2 原发孔型房间隔缺损的超声心动图像。A.2DE胸骨旁低位肋间冠状切面显示原发孔型房间隔缺损；B.RT3DE右房剖视面显像，箭示房间隔缺损。图3 膜周部室间隔缺损的超声心动图像。A.2DE剑突下冠状切面显示膜周部室间隔缺损；B.RT3DE右室剖视面显像，箭示室间隔缺损。图4 肌部小梁部室间隔缺损的超声心动图像。A.2DE心尖部冠状切面显示肌部小梁部室间隔缺损；B.RT3DE右室剖视面显像，箭示室间隔缺损。图5 干下型室间隔缺损的超声心动图像。A.2DE心尖部冠状切面显示干下型室间隔缺损；B.RT3DE右室剖视面显像，箭示室间隔缺损， 缺损口可见肺动脉瓣遮挡。图6 主-肺动脉间隔缺损的超声心动图像。A.2DE胸骨旁高位肋间冠状切面显示主-肺动脉间隔缺损；B.RT3DE肺动脉剖视面显像，箭示主-肺动脉间隔缺损。图7 窗型动脉导管未闭的超声心动图像。A.2DE胸骨旁高位肋间冠状切面显示窗型动脉导管未闭；B.RT3DE肺动脉剖视面显像，箭示动脉导管未闭。图8 完全型心内膜垫缺损的超声心动图像。A.2DE心尖部冠状切面显示心内膜垫缺损；B.RT3DE右室剖视面显像，箭示心内膜垫缺损（RVOT：右室流出道；AA：主动脉弓；AO：主动脉；RPA：右肺动脉；PA：肺动脉）

表1 心脏间隔缺损的二维超声及实时三维超声测值比较（±s ）

表1 心脏间隔缺损的二维超声及实时三维超声测值比较（±s ）

注：ASD：房间隔缺损；VSD；室间隔缺损；TECD：完全型心内膜垫缺损；APSD：主-肺动脉间隔缺损；PDA：动脉导管未闭；Dc：传统二维超声测得的最大缺损直径；Dmaj、Dmin、Area、Re分别为二维或三维平面成像时测得的缺损长轴径、短轴径、面积及偏心比值

RT3DE Dmaj(mm) Dmin(mm)Area(cm2) Re Dmaj(mm)Dmin(mm)Area(cm2) Re ASD 35 15.3±11.5 19.7±12.8 13.5±11.2 3.1±5.1 1.6±0.3 19.2±12.3 13.4±10.4 3.1±4.8 1.6±0.6 VSD 32 1 2.0±5.8 1 5.4±7.0 1 0.1±5.1 14.4±13.1 1.7±0.3 1 4.9±7.1 1 0.2±4.7 1.4±1.3 1.5±0.3 TECD 1 28.0 43.0 28.0 9.3 1.5 48.0 28.0 9.5 1.7 APSD 2 (14.0, 5.0) (15.0, 9.0) (14.0, 4.0) (1.6, 0.3) (1.1, 2.3) (16.0, 9.0) (15.0, 5.0) (1.7, 0.4) (1.1, 1.8)PDA 1 10.0 16.0 10.0 1.3 1.6 15.0 10.0 1.2 1.5缺损类型 缺损数 Dc(mm) 2DE

3 讨论

本研究发现，除缺损面积很大的少数病例外，多数心脏缺损为椭圆形。膜周部VSD的长轴方向常与左心室流出道长轴互相垂直，干下型VSD的长轴方向则与右心室流出道长轴互相垂直，肌部小梁部VSD的长轴方向与左室长轴方向互相垂直；而ASD长轴方向与心室流入道长轴的夹角为45°～90°，上述形态学特点提示在传统2DE标准切面上很难测得缺损口真正的最大径。本研究得出的回归方程亦显示，VSD在传统2DE切面所能测得的最大缺损径Dc与RT3DE测得的长轴径Dmaj偏相关系数为0.746，二者差值最大可达8mm；而在ASD这一偏相关系数则更低，仅为0.146，二者差值最大可达16mm，考虑上述差异与VSD及ASD长轴走向的影响有密切关系。目前对于心脏间隔缺损的平面成像，已有包括磁共振和超声等多种技术研究[6,7]，但RT3DE特有的深度视觉效果是其他影像技术所不能实现的[1]。因此，RT3DE是目前评价心脏间隔缺损平面成像效果最准确的对照方法。本研究表明，采用2DE显示心脏缺损的平面图像进行几何学测量能有效修正传统2DE切面测量方法所导致的对缺损大小的低估。

无论哪一种心脏缺损，可以成功显示2DE冠状切面的一个前提是：胸骨旁、心尖部和剑突下任一切面中，可以看到缺损的两边断端与图像扇角顶点完全或近似于三点一线，因此，不是所有的心脏缺损都可以应用2DE技术显示平面图像。由于正常人的心脏间隔存在自然弧度，2DE对正常人房间隔和室间隔的完整显示极为困难，显示房间隔瘤或室间隔膜部瘤等则更困难，但对ASD或VSD的显示却不同，除对位不良型VSD外，大多数缺损的断端可以认为是位于同一平面上的，只要缺损所在的平面与声束角度平行，理论上均可用2DE打出缺损的冠状切面。

对于单孔中央型ASD，采用黄新胜等[4]的方法不难获取缺损的2DE冠状切面，但对于下腔混合型ASD或TECD，由于缺损较大，应仔细寻找缺损残端，避免误切导致缺损面积高估。VSD的平面显像容易受主动脉瓣的影响而较难显示缺损的上缘，操作时应注意避免伪像。本研究中2DE冠状切面成像失败的病例包括：VSD合并室间隔膜部瘤、ASD合并房间隔瘤、某些嵴内型VSD、对位不良型VSD、垂位心等。需要提及的是，由于声束方向与缺损所在平面的偏移，2DE与RT3DE一样，均可出现缺损形状失真伪像（缺损形状变窄或变宽等）。对于较大的缺损如TECD，2DE显示最大直径的能力亦不如RT3DE。如前所述，对于ASD患者，在胸骨旁大动脉短轴切面、心尖四腔心切面及剑突下切面等传统2DE切面上测得的最大径Dc更接近缺损的短轴径而非长轴径，因此适当采用2DE特殊切面校正缺损最大径具有实用意义。而VSD较ASD稍好一些，除干下型VSD外，应尽量采取大动脉短轴切面或左心室短轴切面以获取缺损直径，此时测值比较接近缺损的长轴径。对于干下型VSD，则必须采用特殊的冠状切面才能测得缺损的长轴径。尽管本研究中PDA和APSD例数很少，但也初步表明应用2DE可成功获取PDA或APSD的冠状切面显像，对于封堵术的术前评估及术中指导具有潜在的应用价值。

本研究结果显示，应用2DE显示全部心脏间隔缺损的成功率为82.7%，由于本组患者年龄偏小，故在成人的显示成功率可能进一步降低。另外，本组病例显示ASD的成功率约为85.4%（35/41），稍高于黄新胜等[6]报道的80%；显示VSD的成功率为80.0%（32/40），高于赖玉琼等[5]报道的77.6%（10/15），其差异可能与下列因素有关：①本组病例排除了缺损残端显示不清晰者或缺损显示周长＜60%者。②本组患者的中位年龄较小，而黄新胜等[4,5]报道的病例年龄较大，故本研究的2DE平面显像成功率可能高于后者。③本研究除采用胸骨旁和心尖部声窗外，还采用了剑突下作为声窗，有助于提高心脏缺损平面图像的成功率。④本组病例大部分经手术证实，并且每例患者均以RT3DE做对照。而黄新胜等[4]的报道大部分病例均未经手术和RT3DE做对照。另外，黄新胜等[4,5]的报道中研究对象未包括下腔型ASD、原发孔型ASD及肌部小梁部VSD等，而本组涵盖了包括上述类型在内的ASD、VSD、TECD、APSD和窗型PDA等在内的更广泛的研究对象，拓展了先天性心脏间隔缺损2DE平面成像的方法学。

总之，应用2DE的特殊切面显示先天性心脏间隔缺损的平面图像是一种有益的尝试，该技术在现阶段传统仪器的基础上发展了2DE扫查方法，充分利用了2DE技术普及性强、价格低廉、分辨力较高等优势，可以为心脏间隔缺损的平面形态学特征提供更多的信息，对完善心脏间隔缺损的定量分析有特殊价值。但该技术对操作者的手法技术要求较高，需要经过一定的训练方可应用。

[1]Chen FL, Hsiung MC, Nanda N, et al. Real time threedimensional echocardiography in assessing ventricular septal defects： an echocardiographic-surgical correlative study. Echocardiography, 2006, 23(7)： 562-568.

[2]任书堂, 黄云洲, 李冬蓓, 等. 实时三维超声对室间隔缺损的直视效果及影响因素分析. 中国超声医学杂志,2006, 22(8)： 589-591.

[3]孙丹丹, 任卫东, 陈昕, 等. 实时三维超声心动图评价继发孔型房间隔缺损面积在心动周期各时相的动态变化特征. 中国医学影像技术, 2009, 25(2)： 233-236.

[4]黄新胜, 黄奕高, 黄涛,等. 二维超声心动图显示房间隔缺损的平面图像. 中国超声医学杂志, 2006, 22(11)： 843-846.

[5]赖玉琼, 黄新胜. 二维超声心动图平面显像显示先天性心脏缺损的形态学特征. 南方医科大学学报, 2007,27(11)： 1743-1745.

[6]Huang X, Shen J, Huang Y, et al. En face view of atrial septal defect by two-dimensional transthoracic echocardiography： comparison to real-time threedimensional transesophageal echocardiography. J Am Soc Echocardiogr, 2010, 23(7)： 714-721.

[7]Thomson LE, Crowley AL, Heitner JF, et al. Direct en face imaging of secundum atrial septal defects by velocity-encoded cardiovascular magnetic resonance in patients evaluated for possible transcatheter closure. Circ Cardiovasc Imaging, 2008, 1(1)： 31-40.

Comparative Study of Two-dimensional and Three-dimensional Echocardiography in Evaluating Plane Geometrical Morphology of Common Congenital Heart Defects

PurposeTo investigate the feasibility and possible clinical value of twodimensional transthoracic echocardiography (2DE) in displaying plane geometrical morphology of patients with congenital heart defects (CHDs) by comparing with real-time three-dimensional echocardiography (RT3DE).Materials and Methods2DE and RT3DE were applied to monitor 81 consecutive patients with CHDs including atrial septal defect, ventricular septal defect, endocardial cushion defect,aortic-pulmonary septal defect, and patent ductus arteriosus. Moreover, special en face view of 2DE was used to display the defect in all patients and long axis length,short axis length, area and eccentricity ratio (major/minor axis length) of the defect were measured. TheResultswere compared with that measured by RT3DE.ResultsSatisfied en face plane views was obtained by 2DE in 67 of 81 patients when compared with RT3DE. The maximum diameters, minimum diameters and areas obtained on from 2DE have significant correlation with that measured by RT3DE(r=0.99, 0.98, 0.99, 0.99,P＜0.001).Conclusion2DE can provide en face views of CHDs which are similar to that of RT3DE. 2DE can assess the shape and location of the defect as well as the adjacent structures, thus, it enables direct measurement of plane geometrical parameter of the defect.

Heart defects, congenital; Echocardiography; Comparative study

10.3969/j.issn.1005-5185.2012.11.014

1. 泰达国际心血管病医院超声科 天津300457

2. 天津市第一中心医院超声科 天津300457

任书堂

Department of Ultrasound, TEDA International Cardiovascular Hospital,Tianjin 300457, China

Address Correspondence to：REN ShutangE-mail： renshutang@yahoo.com.cn

中国图书资料分类法分类号R541.1；R445.1

2012-01-06

2012-08-22

中国医学影像学杂志2012年 第20卷 第11期：849-852，854

Chinese Journal of Medical Imaging 2012 Volume 20(11)： 849-852, 854

（责任编辑 张春辉）