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中华医学超声杂志（电子版）

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2023 , Vol. 20 >Issue 06: 598 - 604

DOI: https://doi.org/10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2023.06.005

妇产科超声影像学

胎儿心脏定量分析技术对正常胎儿心脏形态及收缩功能的评价

  • 谭芳 ,
  • 杨娇娇 ,
  • 沈玉琴 ,
  • 李炎菲海 ,
  • 王海蕊 ,
  • 范思涵 ,
  • 纪学芹 , †
展开
  • 750004　银川，宁夏医科大学临床医学院
  • 750003　银川，宁夏医科大学总医院妇产中心功能检查部
  • 750002　银川，北京大学第一医院宁夏妇女儿童医院（宁夏回族自治区妇幼保健院）超声科
通信作者：纪学芹，Email：

Copy editor: 汪荣

收稿日期: 2022-08-18

  网络出版日期: 2023-10-31

版权

未经授权，不得转载、摘编本刊文章，不得使用本刊的版式设计，除非特别声明，本刊刊出的所有文章不代表中华医学会和本刊编委会的观点。本刊为电子期刊，以网刊形式出版。
收起

Evaluation of normal fetal heart morphology and systolic function by fetal heart quantification technique

  • Fang Tan ,
  • Jiaojiao Yang ,
  • Yuqin Shen ,
  • Yanfeihai Li ,
  • Hairui Wang ,
  • Sihan Fan ,
  • Xueqin Ji , †
Expand
  • Ningxia Medical University Clinical School of Medicine, Yinchuan 750004, China
  • Functional Examination Department of Obstetrics and Gynecology Center, General Hospital of Ningxia Medical University, Yinchuan 750003, China
  • Department of Ultrasound Medicine, Ningxia Women's and Children's Hospital, Beijing University First Hospital (Ningxia Hui Autonomous Region Maternal and Child Health Hospital), Yinchuan 750002, China
Corresponding author: Ji Xueqin, Email:

Received date: 2022-08-18

  Online published: 2023-10-31

Copyright

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Fold

摘要

目的

应用胎儿心脏定量分析（Fetal HQ）技术评估正常胎儿心脏的形态及收缩功能，探讨该技术评估胎儿心功能的可行性。

方法

收集2021年2月至2022年3月在宁夏医科大学总医院妇产中心功能检查部及北京大学第一医院宁夏妇女儿童医院（宁夏回族自治区妇幼保健院）超声科行中晚孕期超声检查的正常单胎孕妇230例。应用Fetal HQ技术定量得出230例正常胎儿四腔心舒张末期长径（L）、横径（TW）、心脏面积（A），左、右心室面积（ED-A）及长径（ED-L），评估胎儿心脏整体及左、右心室大小；测量四腔心舒张末期整体球形指数（GSI）及左、右心室24节段球形指数（SI）评估胎儿心脏形态；测量面积变化分数（FAC）、整体纵向应变（GLS）、左心室射血分数（LVEF）及左、右心室24节段短轴缩短率（FS）评估左、右心室收缩功能，并提供各参数对应的经胎龄校正后的Z值，设定其正常范围为-2~2。

结果

胎儿四腔心舒张末期L（r=0.901，P＜0.001）、TW（r=0.911，P＜0.001）、A（r=0.930，P＜0.001）与孕龄呈线性相关。左心室ED-A、ED-L均大于右心室，差异具有统计学意义（P均＜0.05）。胎儿四腔心舒张末期GSI以及胎儿左、右心室24节段各节段SI与孕龄均无明显相关性（P均＞0.05）。胎儿左心室与右心室的24节段SI进行比较，第1~17、19~24节段差异具有统计学意义（P均＜0.05），第18节段差异无统计学意义（P＞0.05）。胎儿LVEF平均值为（52.79±1.28）%。胎儿左、右心室FAC、GLS及24节段FS与孕龄均无明显相关性（P均＞0.05）。胎儿左心室FAC、GLS大于右心室，差异具有统计学意义（P均＜0.05）。胎儿左心室与右心室的24节段FS比较，第1~3节段差异无统计学意义（P均＞0.05），第4~24节段差异具有统计学意义（P均＜0.05）。24节段SI、FS对应的Z值平均值均在正常范围内。

结论

Fetal HQ技术能够提供多个参数定量分析胎儿心脏的大小、形态及收缩功能，其结果可靠且可行性较好，为胎儿心功能的评估提供了新的有效方法。

关键词： 胎儿心脏定量分析; 超声心动图; 斑点追踪成像; 心脏功能

本文引用格式

谭芳 , 杨娇娇 , 沈玉琴 , 李炎菲海 , 王海蕊 , 范思涵 , 纪学芹 . 胎儿心脏定量分析技术对正常胎儿心脏形态及收缩功能的评价[J]. 中华医学超声杂志（电子版）, 2023 , 20(06) : 598 -604 . DOI: 10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2023.06.005

Abstract

Objective

To use the fetal heart quantification (Fetal HQ) technique to evaluate the morphology and systolic function of the normal fetal heart, and to explore the application value of this technique in evaluating fetal heart function.

Methods

From February 2021 to March 2022, 230 normal singleton pregnant women underwent ultrasound examination at the Functional Examination Department of the Maternity Center of the General Hospital of Ningxia Medical University and the Ultrasound Department of Ningxia Women's and Children's Hospital, Beijing University First Hospital (Ningxia Hui Autonomous Region Maternal and Child Health Hospital). Fetal HQ technique was used to quantitatively obtain the four-chamber end-diastolic length (L), transverse width (TW), heart area (A), and left and right ventricular A and L of 230 normal fetuses and to evaluate the size of the whole fetal heart and left and right ventricles. The global spherical index(GSI) and the spherical index (SI) of the 24 segments of the left and right ventricle were measured to evaluate the fetal heart shape. Fraction area change (FAC), global longitudinal strain (GLS), left ventricular ejection fraction (LVEF), and fractional shortening (FS) of the 24 segments of the left and right ventricles were measured to evaluate left and right ventricular systolic function, and the z values corresponding to each parameter were provided after gestational age correction, and the normal range was set at -2~2.

Results

There was a linear correlation between fetal four-chamber end diastolic L (r=0.901, P＜0.001), TW (r=0.911, P＜0.001), and A (r=0.930, P＜0.001) and gestational age. The ED-A and ED-L of the left ventricle were significantly larger than those of the right ventricle (P＜0.05). There was no significant correlation between fetal four-chamber end diastolic GSI and SI of the 24 segments of the fetal left and right ventricle and gestational age (P＞0.05). When comparing the SI of the 24 segments between the fetal left ventricle and right ventricle, the differences in segments 1-17 and 19-24 were statistically significant (P＜0.05), while the differences in the 18th segment were not statistically significant (P＞0.05). The average fetal LVEF was (52.79±1.28)%. There was no significant correlation between FAC, GLS, and FS of the 24 segments of the fetal left and right ventricle and gestational age (P＞0.05). The FAC and GLS of the fetal left ventricle were significantly larger than those of the right ventricle (P＜0.05). When comparing the FS of the 24 segments of the fetal left ventricle with that of the right ventricle, there was no statistical difference in segments 1-3 (P＞0.05), but there was a statistical difference in segments 4-24 (P＜0.05). The average Z values corresponding to SI and FS in the 24 segments were all within the normal range.

Conclusions

Fetal HQ technique can provide multiple parameters to quantitatively analyze the size, shape, and systolic function of the fetal heart, with reliable and feasible results, which provides a new and effective method for evaluating fetal heart function.

Key words： Fetal heart quantitative; Echocardiography; Speckle tracking imaging; Cardiac function

胎儿心功能已逐步成为先天性心脏病、孕妇妊娠期合并症、双胎输血综合征、宫内生长受限等疾病研究的重要指标之一［1］，心功能的变化可在一定程度反映胎儿在宫内缺血、缺氧等情况［2］，因此准确评估胎儿心功能，对判断胎儿宫内发育情况、监测病情及判断预后具有重要意义。胎儿心脏定量分析技术（fetal heart quantification，Fetal HQ）［3］采用二维斑点追踪技术分别追踪胎儿左、右心室心内膜，将其分别分成等间距的24节段，可定量分析胎儿心脏整体及左右心室的大小、形态及收缩功能。本研究使用Fetal HQ技术对230例正常单胎胎儿心脏大小、形态及收缩功能进行定量分析，评估Fetal HQ技术在分析胎心功能中的可行性。

资料与方法

一、对象

收集2021年2月至2022年3月在宁夏医科大学总医院妇产中心功能检查部及北京大学第一医院宁夏妇女儿童医院（宁夏回族自治区妇幼保健院）超声科行中晚孕期超声检查的正常单胎孕妇。纳入标准：（1）无心脏病等其他疾病；（2）无妊娠期合并症，如高血压、糖尿病、甲状腺功能减退等；（3）既往月经规律，其胎儿超声评估孕龄与停经史计算孕龄相符；（4）二维超声检查胎儿无心脏异常或其他系统异常；（5）胎儿无宫内生长受限等。所有孕妇检查前均签署胎儿超声检查知情同意书，并被告知检查的准确性及局限性。本研究为回顾性研究，经宁夏医科大学总医院伦理委员会（批件号：［202020］0520B）和北京大学第一医院宁夏妇女儿童医院（宁夏回族自治区妇幼保健院）伦理委员会（批件号：KJ-LL-2022-26）批准。

二、仪器与方法

1.仪器：应用GE Voluson E8、E10彩色多普勒超声仪，配备C1-6、C2-9、Em6C 探头及Fetal HQ软件包。
2.一般资料收集：采集孕妇年龄、病史、末次月经等临床资料，对胎儿进行二维超声检查，测量其生物学参数（双顶径、头围、腹围、股骨长、肱骨长）。
3.二维四腔心动态图像采集：选择胎心条件，留取二维四腔心动态图不少于3 s，帧频≥80帧/s，可通过减小扇角或深度，增强心室腔与心内膜的对比度，清晰显示心内膜的边界。留取动态图像过程中尽量避免母体呼吸及胎动的干扰。
4. Fetal HQ技术分析：将所获取的四腔心动态图（4dv格式）导入Fetal HQ软件包中进行分析，确定舒张末期（end-diastole，ED），测量四腔心舒张末期长径（length，L）、横径（transverse width，TW）、心脏面积（area，A），软件自动计算得出心脏面积及整体球形指数（global sphericity index，GSI）（图1），然后在右心室游离壁心尖至基底画线获取M型曲线并结合房室瓣的开闭状态在一个心动周期中确定舒张末期和收缩末期（图2），接着依次在左、右心室收缩期及舒张期室间隔瓣膜插入点、游离壁瓣膜插入点和心尖处放置三点追踪心内膜（图3）。软件自动追踪心内膜，可表现为3种形式，第一种是简单地表示跟踪轮廓的线（图4a）；第二种是整个心动周期中心肌的方向和速度矢量的显示（图4b）；第三种是表现为心动周期中心肌的运动或位移的方向（图4c）。可得出左、右心室的面积（ED-A）和长径（ED-L），以及面积变化分数（fraction area change，FAC）、整体纵向应变（global longitudinal strain，GLS）、左心室射血分数（left ventricular ejection fraction，LVEF），24节段球形指数（sphericity index，SI）、短轴缩短率（fractional shortening，FS）及其Z评分，本研究将Z值＞2或＜-2设为异常［4］。
图1 四腔心舒张末期超声心动图。图中4CV-L-ED为四腔心舒张末期长径，即四腔心基底到心尖部心外膜间的距离；4CV-TW-ED为四腔心舒张末期横径，即心脏横向心外膜间最长距离；4CV-GSI为四腔心整体球形指数；4CV-AREA为四腔心面积
图2 M型曲线结合房室瓣的开闭状态在一个心动周期中确定舒张末期和收缩末期
图3 左心室室间隔瓣膜插入点、游离壁瓣膜插入点和心尖处放置三点追踪心内膜
图4 Fetal HQ软件自动追踪心内膜的三种表现形式。图a为简单地表示跟踪轮廓的线；图b表示整个心动周期中心肌的方向和速度矢量；图c表示心动周期中心肌的运动或位移的方向

三、统计学分析

应用SPSS 26.0软件进行统计学分析，计量资料符合正态分布，以
x¯
±s表示，非正态分布以M（P25，P75）表示，各测量值与孕龄的相关性采用Pearson或Spearman相关进行分析。左、右心室各参数比较正态分布采用配对t检验，非正态分布采用非参数检验。以P＜0.05为差异具有统计学意义。

结果

一、一般资料

本研究共收集230例正常单胎孕妇，成功分析215例（93.5%）（余15例因为测量的胎儿生物学参数数据导入系统后丢失，无法进行分析）。胎儿末次月经推算的孕龄（gestational age，GA）为（24.66±4.04）周，超声检测的平均孕龄（average ultrasound age，AUA）为（24.60±4.06）周，两者比较差异无统计学意义（P=0.877），本研究均以超声孕龄来进行统计分析。

二、胎儿心脏大小参数分析

胎儿四腔心舒张末期L为（31.53±0.45）mm、TW为（27.03±0.44）mm、A为（696.78±22.23）mm²，L（r=0.901，P＜0.001）、TW（r=0.911，P＜0.001）及A（r=0.930，P＜0.001）均与孕龄呈线性相关，其相应Z值与孕龄均无相关性（P均＞0.05，图5）。左心室ED-A、ED-L均大于右心室，差异具有统计学意义（P均＜0.05，表1）。
图5 胎儿心脏大小参数与孕龄的相关性分析散点图。图a为四腔心舒张末期横径、长径与孕龄的相关性分析散点图；图b为四腔心面积与孕龄的相关性分析散点图；图c为四腔心舒张末期横径、长径及四腔心面积相应的Z值与孕龄的相关性分析散点图

注：4CV-TW-ED为四腔心舒张末期横径；4CV-L-ED为四腔心舒张末期长径；4CV-A-ED为四腔心舒张末期面积；GA为孕龄；ZS为Z值

表1 胎儿左心室与右心室心脏大小参数及收缩功能参数比较（
x¯
±s）
参数 例数 ED-A（mm²） ED-L（mm） GLS（%） FAC（%）
LV 215 1.29±0.04 1.66±0.03 -22.16±8.95 43.16±12.40
RV 215 1.15±0.04 1.43±0.02 -18.62±8.27 33.59±12.89
t值 -2.42 6.43 -4.26 7.85
P值 0.016 ＜0.001 ＜0.001 ＜0.001

注：ED-A为舒张末期面积；ED-L为舒张末期长径；GLS为整体球形指数；FAC为面积变化分数；LV为左心室；RV为右心室

三、胎儿心脏形态参数分析

胎儿四腔心舒张末期GSI为（1.18±0.01）%，与孕龄无明显相关性（P＞0.05）。胎儿左、右心室24节段各节段SI与孕龄均无明显相关性（P均＞0.05，图6）。将胎儿左心室与右心室的24节段SI进行两两比较，第1~17、19~24节段两两比较差异具有统计学意义（P均＜0.05），第18节段两两比较差异无统计学意义（P＞0.05，表2）。
图6 胎儿心脏球形指数与孕龄的相关性分析散点图。图a为胎儿心脏整体球形指数与孕龄的相关性分析散点图；图b为胎儿左、右心室第一节段球形指数与孕龄的相关性分析散点图

注：4CV-GSI为四腔心整体球形指数；LV-SI-Segment 1为左心室第一节段球形指数；RV-SI-Segment 1为右心室第一节段球形指数；GA为孕龄

表2 胎儿左心室与右心室24节段SI比较（
x¯
±s，n=215）
节段 LV-SI RV-SI t值 P值
基底段
1 1.87±0.47 1.63±0.38 7.034 ＜0.001
2 1.85±0.45 1.60±0.36 7.818 ＜0.001
3 1.84±0.43 1.58±0.35 8.529 ＜0.001
4 1.84±0.42 1.57±0.34 9.105 ＜0.001
5 1.84±0.41 1.56±0.34 9.559 ＜0.001
6 1.85±0.40 1.56±0.34 9.936 ＜0.001
7 1.87±0.40 1.58±0.34 10.168 ＜0.001
8 1.90±0.40 1.60±0.34 10.198 ＜0.001
中间段
9 1.93±0.40 1.63±0.35 9.980 ＜0.001
10 1.96±0.40 1.66±0.36 9.531 ＜0.001
11 1.99±0.41 1.71±0.38 8.959 ＜0.001
12 2.03±0.42 1.76±0.39 8.222 ＜0.001
13 2.08±0.44 1.82±0.41 7.415 ＜0.001
14 2.14±0.46 1.90±0.43 6.556 ＜0.001
15 2.20±0.49 1.99±0.45 5.574 ＜0.001
16 2.27±0.51 2.09±0.48 4.339 ＜0.001
心尖段
17 2.34±0.52 2.22±0.51 2.665 ＜0.001
18 2.39±0.52 2.37±0.53 0.423 0.673
19 2.48±0.52 2.58±0.57 -2.108 0.036
20 2.65±0.55 2.89±0.65 -4.443 ＜0.001
21 2.98±0.63 3.40±0.80 7.034 ＜0.001
22 3.68±0.79 4.32±1.08 7.818 ＜0.001
23 5.24±1.15 6.28±1.65 8.529 ＜0.001
24 10.18±2.26 12.33±3.35 9.105 ＜0.001

注：SI为球形指数；LV-SI为左心室球形指数；RV-SI为右心室球形指数

四、胎儿心脏收缩功能参数分析

胎儿LVEF平均值为（52.79±1.28）%。胎儿左、右心室FAC、GLS及24节段FS与孕龄均无明显相关性（P均＞0.05，图7）。胎儿左心室FAC、GLS大于右心室，差异具有统计学意义（P均＜0.05）。胎儿左心室与右心室的24节段FS两两比较，第1~3节段差异无统计学意义（P均＞0.05），第4~24节段差异具有统计学意义（P均＜0.05，表3）。胎儿左、右心室24节段FS对应的Z值平均值均在-2~2之间，均在正常范围内。
图7 胎儿心脏收缩功能参数与孕龄的相关性分析散点图。图a为胎儿左、右心室面积变化分数与孕龄的相关性分析散点图；图b为胎儿左、右心室整体纵向应变与孕龄的相关性分析散点图；图c为胎儿左、右心室第一节段短轴缩短率与孕龄的相关性分析散点图

注：LV-FAC为左心室面积变化分数；RV-FAC为右心室面积变化分数；LV-GLS左心室整体纵向应变；RV-GLS右心室整体纵向应变；LV-FS-Segment 1为左心室第一节段短轴缩短率；RV-FS-Segment 1为右心室第一节段短轴缩短率

表3 胎儿左心室与右心室24节段FS比较（%，n=215）
节段 左心室FS（
x¯
±s）		 右心室FS［
x¯
±s或M（P25，P75）］		 统计值 P值
基底段
1 14.98±11.62 15.58±11.30 t=-0.536 0.592
2 16.50±10.96 16.30±10.36 t=0.200 0.841
3 18.00±10.67 16.96±9.82 t=1.056 0.291
4 19.54±10.65 17.54±9.59 t=2.046 0.041
5 21.20±10.73 18.06±9.51 t=3.215 ＜0.001
6 23.04±10.84 18.50±9.50 t=4.612 ＜0.001
7 24.97±11.02 18.87±9.62 t=6.114 ＜0.001
中间段
8 26.89±11.30 19.14±9.91 t=7.556 ＜0.001
9 28.65±11.61 19.30±10.33 t=8.822 ＜0.001
10 30.14±11.89 19.32±10.83 t=9.863 ＜0.001
11 31.39±12.14 19.26±11.41 t=10.670 ＜0.001
12 32.48±12.44 19.18±12.07 t=11.251 ＜0.001
13 33.51±12.77 19.15±12.75 t=11.668 ＜0.001
14 34.54±13.13 19.20±13.37 t=12.001 ＜0.001
15 35.59±13.50 19.26±13.99 t=12.314 ＜0.001
16 36.59±13.81 19.18±14.62 t=12.690 ＜0.001
心尖段
17 37.49±14.02 18.41（8.65，3.09） Z=-10.377 ＜0.001
18 38.21±14.13 18.28（6.93，29.03） Z=-10.508 ＜0.001
19 38.71±14.32 16.56（5.49，27.54） Z=-10.636 ＜0.001
20 39.01±14.71 16.02（4.62，27.19） Z=-10.676 ＜0.001
21 39.17±15.20 14.36（3.24，27.36） Z=-10.661 ＜0.001
22 39.26±15.64 14.37（0.90，26.11） Z=-10.618 ＜0.001
23 39.31±15.95 13.79（-1.29，26.33） Z=-10.567 ＜0.001
24 39.33±16.14 13.49（-1.03，26.75） Z=-10.526 ＜0.001

注：FS为短轴缩短率

讨论

胚胎发育过程中各种因素影响均可能导致胎儿心血管系统发育异常，心脏会经历重塑过程，表现为心肌细胞的适应性增生、肥大及心室形态大小的改变［5, 6］，严重者可导致胎儿心力衰竭，以致胎死宫内。胎儿发育过程中心脏功能也处于动态变化中。因此，早期发现胎儿心功能异常，综合评价胎儿心脏功能的改变，对早期治疗方案的选择及预后评估有重要的临床意义。Fetal HQ技术应用二维斑点追踪技术分别追踪左、右心室心内膜并将其分别分成24节段，其能够定量描述心脏功能的变化［7］，本研究应用Fetal HQ技术定量分析230例中晚孕正常单胎胎儿心脏的形态及收缩功能，并分析此技术的临床应用价值。
本研究的分析成功率为93.5%，表明此技术具有较好的可行性。有研究认为［8］，心脏增大有助于识别胎儿发生心脏畸形和其他异常的风险。既往研究中使用心胸比间接估测心脏的大小，但无法确定是心脏大小变化还是胸腔大小的变化，本研究采用双径法计算胎儿心脏的面积，并结合经胎龄校正的Z值评估胎儿心脏的大小，可直接反映胎儿心脏大小的变化。本研究结果中胎儿四腔心舒张末期L、TW和A均与孕龄呈线性相关，而其相对应的Z值与孕龄无明显相关性，Z值平均值均在正常范围内。本研究结果显示，左心室舒张末期面积及长径均大于右心室，差异具有统计学意义，与DeVore等报道的研究结果一致［9］。
胎儿心脏大小的改变也可能会导致心脏形态改变。有研究表明［10］，成人和儿童心室形状的改变是心脏功能障碍的标志。SI是反映心脏形态改变的指标，以往研究仅评估心室整体SI［11］，而Fetal HQ不仅评估心脏整体SI，还将心室分为24节段，评估各个节段的SI。研究结果表明，SI与孕龄无明显相关性，表明胎儿中晚孕发育生长过程中心脏形态保持稳定。左、右心室24节段各节段SI两两比较，第18节段差异无统计学意义，表明此节段处左右心室形态无显著差异，而第1~17节段SI左心室明显高于右心室，表明第1~17节段右心室较左心室趋于球形，而19~24节段右心室SI明显高于左心室SI，表明第19~24节段左心室较右心室趋于球形，研究结果与胎儿期心脏的解剖结构及以往的研究结果相符［4，12］。
胎儿心功能可以通过M型、二维、四维和脉冲多普勒超声心动图评估［13, 14, 15］，研究人员以往通过计算三尖瓣和二尖瓣的横向缩短分数和收缩期纵向位移来评估心室的收缩功能［16］，而Fetal HQ技术可以识别心动周期中心内膜的运动，并确定从心室基底到心尖心内膜运动的方向和速度，获得FAC、GLS、LVEF、24节段FS等评估胎儿心室收缩功能的指标，这些指标在既往研究［7］中被证明可有效评估胎儿心脏的收缩功能。本研究结果显示，左、右心室24节段FS比较，第1~3节段差异无统计学意义，说明左、右心室部分基底部向心室中心位移无显著差异。而第4~24节段左心室FS均大于右心室，表明与右心室相比，左心室的中间部和心尖部较右心室向心室中心的位移增加了，室间隔仅朝向左心室室腔运动，而朝向右心室室腔方向的运动位移很少或没有，这与组成胎儿心室纤维的方向是符合的［17］。研究结果表明，FS是评估胎心功能的重要参数，当其发生变化时，临床可采取其他诊断方法进一步评估胎心功能。
本研究的局限性在于：Fetal HQ技术为离线软件，不能即时进行分析；对动态四腔心图像质量的要求较高，孕妇腹壁脂肪层较厚或胎位因素均可能影响图像质量；后期需要继续收集孕妇妊娠期合并症胎儿、心脏异常胎儿等异常病例进一步验证支持此技术的临床应用价值。
本研究结果表明，Fetal HQ技术能够提供多个参数定量分析胎儿心功能，其结果可靠且可行性较好，为胎儿心功能的评估提供了新的有效方法。

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