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【摘要】 动态三维超声心动图将三维超声图像与时间参数相结合，以立体方式显示心脏与大血管的形态、大小、空间关系及其活动情况。在临床上可用于诊断先天性心脏病、瓣膜病变；心肌重量的测量；左室容量与左室射血分数的定量测定；右室容量及右室射血分数的定量测定；心房容量的定量测定等。
【关键词】 三维超声心动图；临床应用
自1961年Baum和Greenwood第一次描述三维超声显像的概念以及Dekker等在20世纪70年代首次在动物心脏进行超声三维重建以来，三维超声诊断技术（3DE）发展迅速。与二维超声心动图（2DE）相比，动态三维超声心动图不仅能够随心动周期变化再现心脏的空间立体结构，更可以从任意角度进行观察，还能够模拟手术。目前临床应用的动态三维超声心动图有经胸、经食管两种方式。本文综述近年来三维超声心动图的临床应用及进展。
1 临床应用
1.1 先天性心脏病 对于复杂先天性心脏病，二维超声心动图结合声学造影及多普勒血流成像术基本上可以提供心脏形态结构变化，观察复杂畸形中的部分血流方向、时相及性质改变等，是目前主要的诊断手段。但由于心脏是一个结构复杂的立体器官，应用二维超声心动图仅能对心脏的剖面进行观察，不能直观显示立体关系，对复杂畸形只能依靠操作者思维构图作出判断。对检查者没有见到的病理改变和畸形仍难以描述其具体畸形特征。动态三维超声心动图能显示心脏立体轮廓，可以选择任一方向和部位切割心脏、观察心脏立体结构的畸形位置、形态、大小及其与周围结构的关系，追踪异常通路的起止点。对于先天缺损，动态三维可直接在缺损部位选取最佳平面（常是二维切面不能观察到的平面）进行观察并测量其病变大小，从而消除主观因素的误差。动态三维成像时可根据临床医师的要求，对图像进行多方位的切割，能充分显示感兴趣区域，并可为外科医生模拟手术提供参考信息。对房间隔缺损（ASD）的诊断，国内外文献均证实，三维重建能立体显示缺损形态、大小、残边及毗邻关系，为介入封堵或开胸修补手术决策提供重要信息。潘欣等［1］用多平面经胸探头对小儿ASD的病人进行三维重建，能够有效地获取小儿心脏解剖信息，达到理想的三维重建。该法为非创伤性，避免了经食管探头插管的不适和并发症，且耗材少，可以多次重复，因而可作为开展介入治疗技术术前筛选及术后随访的手段。
Kardon等［2］强调室间隔左室观的优越性。即从光滑的室间隔左室面观察室间隔缺损（VSD），这样就不会受到右室粗大的肌小梁或三尖瓣的遮挡。在三维重建的基础上，Kardon等还发现VSD的一些解剖特点，如所有膜部或膜周部缺损均为圆形或卵圆形，而肌部缺损则呈三角形或新月形。其他研究证实，一些小的或高位的室缺也无法显示，被认为是受原始二维图像分辨率影响或由于缺损本身影响了对其进行多平面旋转采集图像的过程，导致三维重建不完全［3，4］。
Acar等［5］用3DE显示了4例先天性瓣膜疾病，其中1例二叶式主动脉瓣狭窄，1例伞状二尖瓣，2例共同房室瓣，结果证明4例病人的瓣膜病变情况与外科手术及介入治疗基本一致，且在二叶式主动脉瓣经皮球囊扩张术后，3DE显示主动脉瓣联合部开放，2DE无法清晰显示,再次确认了3DE的临床价值。
大血管连接异常等复杂先心病是多种畸形在三维空间上的组合。孙锟等［6］以自行设计的5剖切面10视角方案对5例离体复杂先心病心脏标本进行三维超声检查，其中包括完全性大动脉转位-室缺-动脉导管未闭、右室双出口-室缺-完全性肺静脉异位引流、三尖瓣闭锁-房缺-单心室-肺动脉狭窄、大血管异位-单心室-房缺、肺动脉狭窄-大血管异位各1例，结果除动脉导管未闭在各切面均显示不佳外，其余所有心内结构均能正确显示。Marx等［7］认为3DE还能改善对解剖结构细节上的观察，如从三维重建图像上，能看到右室粗大的肌小梁，并能清晰地与左室侧细小的肌小梁和光滑的室间隔鉴别开来，还能看到正常连接关系的主动脉瓣与二尖瓣的纤维连接以及完全性大动脉转位患者肺动脉瓣与二尖瓣的纤维连续。
1.2 明确瓣膜病变性质 常规2DE无法完整显示二尖瓣装置及二尖瓣返流束的立体形态，给临床医生准确理解二尖瓣关闭不全的解剖结构带来一定困难。谢明星、王新房等［8］采取经胸壁及经食管旋转扫描方法获取二维数据，利用总体重建法（volume rendering display）对12例正常人二尖瓣，14例风心病二尖瓣关闭不全，20例二尖瓣脱垂患者的二尖瓣解剖结构及二尖瓣返流束进行动态三维重建。结论认为：重建图像能从左室或左房侧显示二尖瓣装置的整体三维空间结构及动态变化。正常二尖瓣叶光滑平软，舒张期瓣口充分开放，收缩期前后叶对合良好。风心病二尖瓣关闭不全患者瓣叶增厚，收缩期前后叶之间出现裂缝。二尖瓣脱垂时瓣叶某一部分呈“瓢匙”样向左房侧脱出。动态三维超声心动图还能显示二尖瓣关闭不全血液返流束的立体形态及在左房内的空间走向。
1.3 左室容量和左室射血分数(LVEF)的定量测量 左室容量和LVEF的准确测量，对左室收缩功能的判断尤其是心肌梗死（MI）后左室重构、室壁瘤切除及预后的评估有重要的意义［9，10］。传统的2DE虽可非侵入性的定量左室容量，但它需要对心室腔作几何假说，然后根据公式计算获得。但事实上心腔的形态并不规则，特别心腔扩大或有室壁瘤存在时，2DE就难以对左室容量作出精确的评价，使其应用受到限制［9～11］。3DE运用复合片段技术计算心室容量，即使在心腔变形、节段室壁运动异常等病理状态下也可获得直观、精确的定量信息［9～12］。Schmidt等［10］对4例正常人和21例MI病人在同一天内进行磁共振（MRI）和3DE检查，结果：两种方法测量的左室容量明显相关。Poutanen等［13］用经胸壁三维超声心动图（3DTTE）来估测30个健康儿童左室容积的动态改变，并将其结果与MRI所测进行对比。结果认为：对于左室舒张末期容量（LVEDV），左室收缩末期容量（LVESV），3DE有与MRI相同的价值，二者所测结果高度相关。
1.4 右室容量和右室射血分数的定量测量 右心室的收缩功能在多种心血管疾病的发生和演变中具有十分重要的临床意义［14，15］。然而，由于右室形态的不规则性，使2DE测量右室容量和功能的准确性受到影响。右室收缩功能的定量分析也是超声心动图学的难点。对于右室容量和收缩功能的评价，2DE的准确性较低，目前尚不能满足临床需要，而经食管三维超声心动图（3DTEE）具有与单平面右室造影相似的准确性。王勇、张运等［16］对61例患者进行2DE和多平面经食管超声心动图检查，分别采用双平面Simpson法和自制的三维超声心动图软件系统测量RVEDV、RVESV、心搏量（SV）及RVEF，并与单平面右室造影所测结果对比。结果：2DE与右室造影所测上述指标呈中度相关；而3DTEE与右室造影测值高度相关。Papavassiliou等［17］用3DTTE和MRI对13例已作外科手术的先心病（法四10例，左心发育不良综合征2例，ASD 1例）儿童的右室容量进行测量。结果显示：3DE和MRI在估测外科手术治疗后的先心病儿童的右室容量时高度相关。
1.5 心肌重量的测定 左室心肌重量（LVM）是心脏事件的独立预测指标，其准确测量对心脏疾病的病情发展判断、预后分析及治疗选择均有重要意义［18］。对于LVM的评估，超声心动图是最常用的一种临床手段。有研究证实：2DE评价MI范围时仅能测定运动异常区的相对大小，即梗死心肌占整个左室心肌的百分比，不能对缺血区或梗死区心肌重量及整个左室心肌重量作出定量评价，Yao等［19］应用3DE测量了实验犬冠状动脉结扎前后在体LVM，并以其解剖学测值作为标准对照，结果发现解剖学和3DE所测得的梗死心肌重量明显相关，解剖学上和3DE所测的梗死心肌重量与整个左室重量的百分比也明显相关。Chuang等［19］用2DE、3DE，MRI测量随机抽取25例病人的LVM，结果显示：3DE所测LVM与MRI高度相关，2DE与MRI的相关性较差。笔者认为与2DE测量LVM相比，3DE明显提高了准确性。
1.6 心房容量的定量测量 左房、右房容量的准确测量有助于心律失常、瓣膜病以及先心病的病情发展判断。目前3DE对左房、右房容量测定的研究尚少。Columbia大学Keller等［20］用2DE、3DTTE、MRI测量21例病人的左房、右房容量。其中，3DTTE采用表面轨迹显示法测量心房容量，研究结果显示：3DTTE和MRI在左房、右房容量测定上高度相关，2DE和MRI则相关性较差，M型和MRI几乎无相关性。Poutanen-T等［21，22］用3DTTE估测30个健康儿童和年龄在2～27岁169例健康人左房容积的动态改变，并将结果与MRI所测进行对比。研究表明：3DE和MRI在研究儿童左房的心动周期生理容积改变时，都具有十分重要的意义，并且3DE的更高的时间分辨率使其在各个切面上能提供更准确的评价。研究认为3DTTE对图像位置和多面体表面重建来说是一有效、准确且可重复的方法，它对左房、右房容量的测定和MRI高度符合，且明显优于M型和2DE。
2 优势与局限性
综上所述，三维重建立体成像，能直观、清晰地显示缺损大小，瓣膜形态及其毗邻关系，因而能提高许多先天性、后天性心脏疾病诊断正确性。3DTTE的优势是无创伤，可随检查者的意愿而移动，但受胸骨和肺的影响，不能获得经食管一样清晰的二维图像。而3DTEE避开了肺及胸骨的遮挡，故可提高图像清晰度，但其属于半创伤性的检查方法，因而对老年、体弱和儿童患者的应用，有一定限制。目前，3DTTE已能实时显像，但3DTEE仍需脱机处理，分析时间较长，并且二者对细微结构的分辨力不够理想；动态三维重建图像的好坏，取决于二维图像的质量，受二维图像分辨率制约，对较小的室缺尚不能显示；三维重建过程灰度阈值及透明度调节不当会影响图像质量，当透明度及灰度阈值调节过低时，参与重建的体积像素数量增多，使图像分辨率降低，当透明度及灰度阈值调节过高时，参与重建的体积像素数量减少，图像上会出现一些不应出现的缺损；由于在获取三维图像前需用心电图门控技术预先设置心动周期的时相，因而对二尖瓣狭窄并发房颤患者不宜对二尖瓣膜进行三维重建。
3 展望
众多研究证实，动态三维超声心动图已在临床应用中显示出独特的价值，三维重建技术也日趋成熟。目前，超声心动图的发展已进入实时三维阶段，相信随着计算机和超声技术的发展，动态三维技术将发挥出更强大的诊断潜能。
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作者单位： 650031 云南昆明，昆明医学院第一附属医院心内科
(编辑：晓 青)