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编号:10272317
复杂型先心病的三维超声心动图剖视诊断方法的研究
http://www.100md.com 《中国超声医学杂志》 1999年第2期
     作者:孙 锟 陈树宝 江 海 张玉奇 郁 怡

    单位:200092 上海第二医科大学附属新华医院小儿心内科、超声中心

    关键词:复杂型先天性心脏病;三维超声心动图;剖视面

    中国超声医学杂志990202 摘 要 目的:建立复杂型先心病三维超声心动图的三维剖视诊断方法。方法:1.离体猪心9只,对整体心脏、心房、心室各进行三平面正交剖切,设计能详尽显示心内结构的三维剖视方案。置猪心于35℃~40℃超声水囊中,用5MHz探头,以旋转法每隔1度采集心脏二维图像,对所设计的三维剖视面进行三维超声重建,并与直视下相应剖视面对比观察。2.离体复杂型先心病心脏标本5例,应用新方案进行三维超声剖视,并与直视下相应切面剖切观察相比较。结果:1.5个剖切面的10个剖视面组合能全部观察到所有的心内重要结构:(1)左心长轴面(L1):正对室隔(房隔)视角(L1a),L1a反方向L1b。(2)右心长轴剖切面(L2):正对室间隔或房间隔视角(L2a),L2a反方向L2b。(3)心房短轴面(S1):正对房室瓣视角(S1a),背对房室瓣剖视面(S1b);(4)心室短轴面(S2)剖视面(S2a),S2a反方向(S2b);(5)心脏额状斜面(H):前后视角(Ha),后前视角(Hb)。各剖视面均能用三维超声进行真实重建。2.在5剖切面10视角方案中,L1a正对房间隔缺损观察;L2a可显示肺动脉狭窄及其与房室瓣关系;S1a可显示三尖瓣闭锁及大血管间的相对关系;S1b可判断左房有无肺静脉回流,显示单心室构型;Ha可显示单心室构型;S2b可判断心室与大血管连接异常。所有切面及视角未能显示动脉导管未闭。结论:三维剖视5剖面10视角能够达到三维超声剖视重建且能基本满足复杂型先心病无创伤性三维层析诊断的要求。
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    A Methodological Study on Three-Dimensional Echocardiographic

    Sectional Diagnosis for Complex Congenital Heart Malformation

    Sun Kun,Chen Shubao,Jiang Hai,et al.

    The Department of Pediatric Cardiology,Xinhua Hospital,Shanghai Second Medical University,Shanghai 200092

    ABSTRACT Objective:To design 3D sectional method for diagnosing complex congenital heart malformation.Method:Three orthogonal section planes were used for cutting open the whole heart,each atrium and ventricle of 6 pig heart and 3 intact pig hearts were immersed in a bucket filled with water.The temperature of the water was kept between 35℃ to 40℃.A 5MHz transducer was used to acquire 2D images by rotating every 1°,the hearts were dissected echocardiographically using the newly designed 3D sectional views.The results were compared with the view after direct cutting of the same heart.The same study was performed in 5 human heart specimens with complex congenital heart malformations to assess the efficiency of the newly designed 3D sectional views.The pathological diagnosis of the 5 specimen were:1 case of complete transposition of the great arteries(D-TGA) with ventricular septal defect(VSD)and persistent ductal arteriosis(PDA),1 case of double outlet of right ventricle(DORV),1 case of total anomalous pulmonary venous drainage(TAPVC),1 case of tricuspid atresia(TA)with atrial septal defect(ASD),single ventricle(SV),pulmonary stenosis(PS)and malposition of the great artery(MGA),and 1 case of SV with PS and MGA.Results:Cut plane and their 10 section views could display almost all important inner-cardiac structures,including:1)long-axis plane of left ventricle(L1):en-face view of atrial(ventricular)septum(L1a),the opposite view of L1a(L1b);2)long-axis plane of right ventricle(L2):en-face view of atrial (ventricular)septum(L2a),the opposite view of L2a(L2b);3)short-axis plane of atria(S1):en-face view of atrial ventricular valve(S1a),the opposite view of S1a(S1b);short-axis plane of ventricles(S2):en-face view of atrial-ventricular(S2a),the opposite view of S2a(S2b);5)whole heart oblique frontal plane(H):anterior-posterior view(Ha),posterior-anterior view(Hb).All these views could be reconstructed by 3D echocardiography.In the study of 5 heart specimens with complex congenital heart malformations,L1a section view showed a direct view of ASD;TA and its spatial relation with great artery could be displayed by S1a section view:S1b view could be used for distinguishing pulmonary venous connection with left atrium;the configuration of SV could be identified with S2b view and Ha view was very useful showing abnormal ventricular-great artery connection but all views could not show PDA properly.Conclusion:Ten 3D echocardiographic section views could demonstrated detail spatial information of complex congenital heart malformations.
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    KEY WORDS Complex congenital heart malformation Three-dimensional Echocardiography sectional view

    复杂型先心病是多种畸形在三维空间上的组合,由于二维超声心动图只能提供二维空间信息,需进行详尽的多种非标准切面检查,并在此基础上由检查者在头脑中对心脏结构的空间构型及相对关系进行三维空间想象,故准确的诊断在很大程度上取决于检查者对复杂型先心病的认识程度及二维超声心动图诊断经验〔1,2〕。因此,对于复杂型先心病的诊断,理想的无创伤性影像技术应能客观地三维动态显示复杂型先心病的解剖结构及其在三维空间上的相互关系。三维超声心动图技术的应用在国际及国内尚处于起步阶段,对复杂型先心病三维剖视诊断方法各家报道不一,尚未形成三维剖视诊断的规范方案〔4~7〕。本文旨在通过对离体猪心及复杂型先心病离体心脏标本的三维超声重建,运用三维超声图像分析系统的任意剖切功能剖视观察并与离体心脏标本的直视剖切进行对比研究,建立能有效显示复杂型先心病顺序分段诊断的标准化三维剖视面,为临床婴儿复杂型先心病的三维超声诊断提供规范化的方法。
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    资料与方法

    1.正常新鲜离体猪心9只,清除心腔内残留血液块,取直径相配的玻璃管插入主动脉残端并用细线扎紧,玻璃管另一端接自来水管进行高压灌注2分钟,使心脏重新形成活体舒张末状态后备用。

    2.离体小儿复杂型先心病心脏标本5例,其中完全性大血管错位+室间隔缺损+动脉导管未闭,右室双出口+室间隔缺损、完全性肺静脉异位引流,三尖瓣闭锁+房间隔缺损+单心室+肺动脉狭窄+大血管异位及单心室+房间隔缺损+肺动脉狭窄+大血管异位各1例。

    3.9只新鲜离体猪心中6只用于直视下剖切研究,对定型后猪心整体心脏、各心房、心室分别进行三切面正交剖切方法剖切,观察并设计能详尽显示心内结构的心脏三维剖视方案(表1)。然后,将HP SONOS1000超声心动图仪与TOMEC ECHO-SCAN三维超声图像处理工作站联机,3只加压灌注成形后的猪心置于超声水囊中,水囊内温度保持在35℃~40℃之间约30分钟后,振动水囊及心脏,排出心脏内及水中已析出的微气泡后再静置20分钟后,将5MHz超声探头装入并固定于专用旋转探头适配器,置探头于相似于剑突下或心尖或胸骨旁透声窗的位置,以每隔1°旋转探头二维超声信息获取法〔3〕,获取180幅二维超声图像后,作圆锥体形二维超声图像数据集的水平切面,仔细纠正空间数据的对接位移,并存入SONY 1.2 GB可读写光盘中,二维超声图像经格式化后,应用其任意剖切功能,对所设计的心脏三维剖视面及视角进行超声三维重建,重建时注意针对离体心脏透声特征,仔细设置灰阶阈值及透明度以达到最清晰显示效果。同时,将三维重建的剖视面、视角显示结果与直视下相同切面及视角剖切所见进行对比观察。
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    表1 正常离体心脏三维剖切面及其剖视面定义 剖切面

    剖视面

    剖 切 定 义

    L1

    L1a

    于左心作平行于室间隔长轴的切面,以正对室间隔的方向观察,包含左心室流入道、流出道、左室腔,显示房隔时调整切面与房隔平行

    L1b

    同一剖切面,剖视面取相反方向。

    L2

    L2a

    于右心作平行于室间隔的长轴切面,以正对室间隔的方向观察,包含右心室流出道、流入道、右室腔,显示房隔时调整切面与房隔平面
, 百拇医药
    L2b

    同一剖切面,剖视面取反方向。

    S1

    S1a

    在心房处于房室瓣正方作心房短轴切面,剖视面正对房室孔。

    S1b

    同一剖切面,剖视面选背对房室孔。

    S2

    S2a

    左右房室孔正下方腱索水平作心室短轴剖切,剖切面正对房室瓣

    S2b

, 百拇医药     同一剖面,剖视面取背对房室瓣

    H

    Ha

    相当于心尖内腔切面向前上方成角直至显示大动脉,由前向后观察。

    Hb

    同一剖切面,剖切面取后向前观察。

    4.离体复杂型先心病心脏标本同法置于超声水囊中进行二维超声图像信息采集及三维重建,采样时尽量调整探头与所设计的心脏三维剖视方案中的剖视面与视角垂直,应用心脏三维剖视,并与直视下相应切面离体心脏标本剖切面观察所见相比较。结 果

    1、正常离体心脏 超声三维重建及剖切的离体心脏中,2只能够得到整体心脏三维超声表面三维重建,另一只由于体积过大未能成功。三维超声表面重建的整体心脏可从任何角度进行观察(图1)。
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    图1 三维超声表面重构的整体心脏可从任何角度进行观察

    6只新鲜猪心剖切后共获得15个完整剖切面及30个视角(剖视面),其中5个剖切面的10个剖视面组合,能全部观察到所有重要的心内结构,分别为:(1)左心长轴面(L1):正对室隔(房隔)视角(L1a),L1a反向剖视面L1b;(2)右心长轴剖切面(L2):正对室间隔或房间隔视角(L2a),L2a反向剖视面L2b;(3)心房短轴面(S1):正对房室瓣视角(S1a),背对房室瓣剖视面(S1b);(4)心室短轴面(S2):正对房室瓣剖视面(S2a),S2a的反向剖视面(S2b);(5)心脏额状斜面(H):前后视角(Ha),后前视角(Hb)。5个剖切面及10个剖视面的定义见表1。剖视结果见图2。

    图2 三维超声剖视面(右侧)与直视下剖切后相应剖视面的比较
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    2、复杂型先心病离体心脏标本 5只复杂型先心病离体心脏进行5个剖切面三维超声剖切均成功得10个剖视面,其中L1a正对房间隔缺损观察;L2a可显示肺动脉狭窄及其与房室瓣关系;S1a可显示三尖瓣闭锁及大血管间的相对关系;S1b可判断左房有无肺静脉回流,显示单心室构型;Ha可显示单心室构型;

    Hb可判断心室与大血管连接异常。所有的剖视面未能确切显示心外结构如动脉导管未闭,见图3、4。

    S1a剖视面能清晰显示只有一个房室孔,另一房室孔部位可见房室孔结构但未见房室交通

    图3 三尖瓣闭锁+房间隔缺损+单心室+

    肺动脉狭窄+大血管异位
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    三维超声Ha剖视面显示主、肺动脉瓣下均有圆锥

    (红色箭头)有均发自右心室,室间隔缺损位于肺动脉

    下右。右图为病理标本相应剖切面

    图4 右室双出口+室间隔缺损

    讨 论

    由于复杂型先心病所包含的心内畸形的多样性,相互间的空间关系复杂,如何获得理想的剖视面,有效地显示各种心内畸形并明确其相互间的空间关系,已成为三维超声心动图剖视诊断时的一大难题〔8,9〕,Vogel在相对比较容易的离体先心病心脏标本的三维超声重建剖视的研究在三维超声信息获取及剖视重建间更长达总耗时为10~60分仲,而其中用于寻找一个恰当的剖视面的耗时占7~52分钟。在活体复杂型先心病的三维超声心动图研究中,寻找理想的剖视面所耗时需2~3个小时〔8〕。而且,各研究者只对各自研究的病例进行针对性的三维超声剖切,即使在显示同一种复杂型先心病时各家所采用的剖视面亦有所不同,而且剖视面空间方位复杂,不易理解。因此,我们认为,如果能够建立一整套能够基本满足复杂型先心病三维剖视诊断、简便可行且空间方位易于理解的标准化剖视面,将能缩短三维超声剖析诊断的时间,提高三维超声心动图诊断复杂型先心病临床实用性。更为重要的是容易与病理学医师及心外科医师形成三维空间方位的共识,为进一步将三维超声心动图应用于复杂型先心病的手术方案设计奠定基础。
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    在现有的三维超声心动图图像处理系统的条件下,获取本研究所制定的5个剖切面及其相对应的10个剖视面是完全可行的,以心尖四腔切面为初始切面,应用TOMTEC三维超声图像处理计算机工作站的ECHO-SCAN软件,以任意切面功能极易进行相应的5个剖切面的剖切,从而获的L1a、L2a、S1a、S2a、Ha 5个剖视面。此后,只要双击“定义”视角按钮,系统则将图像自动显示相应的反向剖视面(L1b、L2b、S1b、S2b、Hb)。

    在10个剖视面中,其中L2a及S1a剖视面为模拟心外手术经右房及右室切口的视角,能达到二维超声心动图无法获得的正面观察房间隔、室间隔及房室孔的效果。而且,其中许多剖视面的类似或相近的剖面已被有些作者用于各自研究对象的心脏三维重建和剖视,并取得了较好的效果〔10〕。Fulton等亦采用类似于S1b的剖视面显示右上、右下及左下肺静脉进入左房后上方〔10〕;Ha剖视面亦已被证实能显示房室瓣、大动脉与心室间的空间关系。Vogel等应用类似的切面成功显示了左室双入口的两个入口的形态、组成及其与左室间的空间连接关系〔6〕,该剖视面尚能用于房室通道共同瓣与左右心室和室间隔间的室间连接关系,准确显示三尖瓣下移畸形房化右室的大小和范围〔8~12〕。另有研究证实,相当于S1a、S2a的剖视面对直接观察房室瓣形态及数目十分理想〔7〕。本研究结果表明10个剖视面方案能基本满足复杂型先心病的畸形的超声显示及心内结构间的相互空间关系的定位。由于本研究仅为静态离体心脏三维重建的研究,所制定的10个剖视面方案在活体复杂型先心病三维重建中能否提供更多的信息尚不明确,尚待进一步进行临床应用研究。
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    本项目获国家自然科学基金及上海市青年科技启明星计划资助

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    (1998-08-05收稿), http://www.100md.com