王 靜,王新房

經(jīng)食管三維超聲心動圖(three-dimensional transesophageal echocar diography,3D-TEE)于上世紀(jì)90年代初期問世并應(yīng)用于實驗室及臨床檢查。由于探頭位置的改變,它能由后向前,近距離掃查心臟深部結(jié)構(gòu),有效排除肺氣干擾、肥胖、胸廓畸形和肋間隙狹窄的影響,明顯改善超聲圖像的清晰度及分辨率。經(jīng)胸重建的三維圖像質(zhì)量較經(jīng)胸三維超聲圖像(three-dimensional transthoracic echocardiography)更為清晰,從而為超聲及外科醫(yī)師提供了前所未有的翔實可靠信息,為心臟超聲檢查開辟了一個嶄新的窗口[1]。3D-TEE經(jīng)歷了由靜態(tài)灰階食管三維超聲、動態(tài)食管三維超聲和最近的實時經(jīng)食管三維超聲等多個發(fā)展階段,探頭晶片技術(shù)也由最初的單平面、雙平面發(fā)展到多平面掃查,目前能快速、直觀、精確地顯示心臟大血管的結(jié)構(gòu)形態(tài)、空間位置關(guān)系和評價血流動力學(xué)變化。以下綜述3D-T EE的發(fā)展歷程、應(yīng)用現(xiàn)狀及新進(jìn)展。

1 發(fā)展歷程

1.1 靜態(tài)3D-TEE 上世紀(jì)90年代早期,一些作者開始應(yīng)用經(jīng)食管雙平面探頭對心臟進(jìn)行靜態(tài)三維重建。食管探頭進(jìn)入食管后,在適當(dāng)?shù)纳疃扰c方向上清晰顯示心臟的縱軸切面圖像后,應(yīng)用角度定位器控制探頭方向,作順鐘向旋轉(zhuǎn),進(jìn)行全面觀察。重建的心血管結(jié)構(gòu)用薄殼法予以顯示。該技術(shù)的缺點是采集的切面較少,無法觀察心壁的厚度及其內(nèi)部的復(fù)雜層次,也不能顯示心壁的動態(tài)活動[2]。

1.2 動態(tài)3D-TEE 上世紀(jì)90年代中期,Pandian等[3]先后報道了應(yīng)用經(jīng)食管多平面旋轉(zhuǎn)掃查法重建出瓣膜病、間隔缺損、心內(nèi)新生物等心血管病變的三維圖像,獲得了遠(yuǎn)較二維超聲心動圖豐富、準(zhǔn)確的病變信息,稱為“動態(tài)三維超聲心動圖”。動態(tài)3D-TEE較靜態(tài)三維超聲雖然在臨床上發(fā)揮了較大的作用,但由于三維原始圖像的采集、重建和資料分析所需要的時間較長,程序繁雜,不能在檢查即刻顯示心臟結(jié)構(gòu)的三維圖像,故難以在手術(shù)室、導(dǎo)管室直接監(jiān)護(hù)患者,其臨床作用仍然受到較大局限。

1.3 實時3D-TEE 進(jìn)入21世紀(jì),由美國Duke大學(xué)提出,經(jīng)Philips等公司研發(fā)的實時三維超聲心動圖(real-time or live three-dimensional echocardiography,RT-3DE or Live-3DE)技術(shù)在臨床開始應(yīng)用。采集數(shù)據(jù)的微型矩陣換能器(matrix array transducer)探頭、高通量的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)和三維空間定位系統(tǒng)共同組成的三維成像系統(tǒng)在性能上較以往有了很大改進(jìn)。當(dāng)發(fā)射聲束沿預(yù)定方向X軸前進(jìn)時,可形成一條掃描線(即一維顯示);此掃描線按相控陣方式沿Y軸進(jìn)行方位轉(zhuǎn)向(azimuth steering)時可形成二維圖像;再使二維圖像沿Z軸方向扇形移動行立體仰角轉(zhuǎn)向(elevation steering),最后形成一個覆蓋靶區(qū)各個部位立體結(jié)構(gòu)的金字塔形圖像三維數(shù)據(jù)庫。在聯(lián)機(jī)和脫機(jī)狀態(tài)下應(yīng)用儀器的切割功能可對獲取的三維圖像從X、Y、Z三個方向上任意切割,從而動態(tài)觀察任意切面及其深部的心臟立體結(jié)構(gòu)。它在描述先天性心臟畸形的空間結(jié)構(gòu)形態(tài)、心腔容積和功能的定量計測上有明顯優(yōu)勢。但這種探頭形體較大,且只能經(jīng)胸探查,不能進(jìn)行經(jīng)食管超聲檢查,應(yīng)用有一定局限[4]。

新近Philips公司對這種矩陣型三維換能器作了重大改進(jìn),減小其直徑,提高頻率,鑲嵌于食管探頭管體的前端,制成實時3D-TEE探頭[5]。由于距離縮短,超聲發(fā)射頻率提高,分辨率明顯改善,可以由左房后側(cè)清晰、準(zhǔn)確、快速顯示心內(nèi)結(jié)構(gòu)的立體形態(tài),使之在臨床上特別是導(dǎo)管室介入治療、手術(shù)室術(shù)中進(jìn)行實時監(jiān)護(hù)、判斷療效等方面取得了令人振奮的良好效果。

2 經(jīng)食管三維超聲心動圖的臨床應(yīng)用與進(jìn)展

2.1 完整顯示心壁與腔室的立體形態(tài) 3D-TEE能顯示心臟不同深度房室壁的結(jié)構(gòu)形態(tài)及其動態(tài)變化、空間方位、房室大小、連續(xù)關(guān)系與活動情況等。此外對肌小梁形態(tài)、乳頭肌的空間位置以及各結(jié)構(gòu)的層次與毗鄰關(guān)系也顯示十分清楚。3D-T EE由于探頭位置固定,圖像定位準(zhǔn)確,不受胸廓與肺氣干擾,故其三維圖像遠(yuǎn)較經(jīng)胸超聲圖像清晰。另外3D-TEE檢查能較經(jīng)胸檢查獲取更寬闊的右室結(jié)構(gòu)進(jìn)行三維重建,在探頭從0～180°旋轉(zhuǎn)過程中超聲束可全面顯示右室流入道、心尖與流出道,從而可準(zhǔn)確測量心室容量和游離壁心肌重量[6]。

晚近發(fā)展的實時3D-TEE更能即刻實時展示感興趣區(qū)內(nèi)心壁與腔室的立體形態(tài),通過鳥瞰、仰視、左向右、右向左觀,以及任意視角觀察心臟結(jié)構(gòu)的解剖細(xì)節(jié),對臨床診斷有更大的幫助。

2.2 明確瓣膜疾病的病變性質(zhì)與程度 3D-TEE能觀察二尖瓣、三尖瓣的立體形態(tài),以及房室壁、瓣環(huán)、瓣葉、腱索、乳頭肌的房室瓣復(fù)合裝置的結(jié)構(gòu)形態(tài)。在心房或心室側(cè)與房室瓣環(huán)相平行的剖面方位顯示鳥瞰圖,從不同方位顯示各瓣膜的整體輪廓、邊緣厚度、腱索走向、活動狀況以及瓣膜病變波及的范圍,準(zhǔn)確觀察狹窄瓣口的形態(tài)與面積、瓣葉黏連增厚的部位與范圍,清晰顯示關(guān)閉不全時瓣葉對合不良的縫隙,還原瓣膜真實形態(tài)與實時活動狀態(tài),圖像直觀,分析方便。對二尖瓣脫垂患者,明確二尖瓣脫垂部位、程度、范圍則對確定患者選擇瓣膜整形或瓣膜置換治療很重要。應(yīng)用實時全容積成像模式,可在左心長軸切面方位上,顯示脫垂的前瓣瓣葉與后瓣收縮期對合點的立體形態(tài)、脫垂瓣體與瓣環(huán)的空間位置關(guān)系;結(jié)合全容積彩色多普勒成像,能更準(zhǔn)確地顯示出瓣葉脫垂的具體部位、反流程度及其在心動周期中的時相改變等。對于某些瓣膜先天畸形,如二尖瓣裂、雙孔二尖瓣、二葉或四葉主動脈瓣,經(jīng)食管三維超聲圖像也能準(zhǔn)確提示病變類型、病變形態(tài)、血流動力學(xué)嚴(yán)重程度和累及范圍等。外科醫(yī)生可根據(jù)直觀的立體超聲圖像詳盡了解瓣葉的病變性質(zhì)和程度,從而確定進(jìn)行瓣膜置換抑或瓣膜整形。在人工瓣膜置換術(shù)后,三維超聲亦可在左心長軸切面方位及在左室側(cè)與人工瓣平行的方位上觀察人工瓣整體形態(tài)和活動狀況,如出現(xiàn)反流者,還可區(qū)分異常血流是否來源于瓣環(huán)內(nèi)或瓣周,對判斷手術(shù)效果具有重要意義。另外,對出現(xiàn)機(jī)械瓣再狹窄的患者,經(jīng)食管三維超聲圖像能避免經(jīng)胸三維圖像上機(jī)械瓣葉反射的干擾,多方位切割觀察可排除有無血栓附著。結(jié)合彩色多普勒顯像,還可顯示瓣口血流有無加速。研究顯示經(jīng)食管三維超聲能全面直觀地反映瓣膜病的病理解剖,更準(zhǔn)確地測量血流動力學(xué)參數(shù),更真實地反映瓣膜反流及狹窄的程度[7.8]。

2.3 細(xì)致觀察先天性心臟畸形的病變特征 在經(jīng)胸圖像不理想,采集切面信息有限、臨床需要提供更翔實更精確的病變信息時,3D-TEE有不可替代的臨床應(yīng)用價值。

3D-TEE能顯示深部的心壁與房室間隔的整體形態(tài),可判斷房、室間隔缺損的部位、大小、范圍、類型、立體形態(tài)、動態(tài)變化及其與周鄰組織的空間關(guān)系;如描述房間隔缺損的全貌及邊緣的大小,殘端距二尖瓣環(huán)、上下腔靜脈、主動脈根部的距離,對封堵治療具有一定的指導(dǎo)意義。另外對描述其他復(fù)雜先天性心臟畸形的空間位置關(guān)系也有明顯優(yōu)勢。大動脈關(guān)系正常者,在三維超聲圖像上顯示升主動脈與肺動脈干互相垂直走行。而大動脈轉(zhuǎn)位的患者,升主動脈與肺動脈干可走向平行,二者同時顯示為長軸或短軸斷面。Fallot四聯(lián)癥、Fallot五聯(lián)癥、右室雙出口、大動脈轉(zhuǎn)位等先天性復(fù)雜心臟畸形患者,選擇適當(dāng)?shù)挠^察方位,通過旋轉(zhuǎn)剖切,對多個非標(biāo)準(zhǔn)切面進(jìn)行觀察,可完整顯示病變的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)關(guān)系和血管走向,對明確診斷有很大幫助,能補(bǔ)充或修正二維超聲成像的漏誤,使患者在術(shù)前能獲得更全面、細(xì)致、正確的診斷,提高手術(shù)成功率。

3D-TEE在術(shù)前可有助于臨床治療方案(手術(shù)或封堵)的選擇和制定。在房、室間隔缺損,竇瘤破裂修補(bǔ)術(shù)后,可以從右房或左房側(cè),右室或左室側(cè)探查,顯示補(bǔ)片的位置、大小、完整形態(tài),以及與心壁間的縫接關(guān)系,確定有無殘余漏等[9]。3D-TEE還可觀察心壁、間隔與大血管的連續(xù)狀態(tài),能完整地顯示病變的復(fù)雜空間結(jié)構(gòu)關(guān)系和血管走向,對明確診斷有很大幫助。有關(guān)研究探討經(jīng)3D-T EE三維重建房間隔缺損的臨床應(yīng)用價值的報告顯示,經(jīng)食道超聲心動圖三維結(jié)構(gòu)重建與經(jīng)食管超聲心動圖相比,能在術(shù)前提供更加詳細(xì)的解剖信息,可作為選擇房間隔缺損治療方案以及封堵器大小的重要參考。

2.4 準(zhǔn)確探查心腔內(nèi)異?；芈?3D-T EE可對心腔內(nèi)異?；芈暤挠袩o、空間位置關(guān)系做準(zhǔn)確描述。它能顯示心腔內(nèi)腫瘤的立體形態(tài)、病變起源、空間位置等[10]。如黏液瘤,三維圖像可清晰顯示腫瘤的大小、形態(tài)、與心壁的關(guān)系以及瘤蒂附著位置等,為手術(shù)醫(yī)師提供更多的診斷信息。3D-TEE對左心耳顯示率很高,對附著于此部位的血栓也能準(zhǔn)確描述。另外,左心室腔內(nèi)有假腱索的患者,三維圖像還可顯示清晰假腱索的長度、粗細(xì)、走向與起止部位。

2.5 定量評估心臟的收縮功能 三維超聲心動圖計算心室容積時根據(jù)其實際形狀,而不依賴任何幾何學(xué)假設(shè),因此其測定的心室容積及功能更準(zhǔn)確。冠心病患者的左、右室收縮功能的準(zhǔn)確評估對患者選擇治療方案、療效及預(yù)后評價非常重要。3D-TEE能彌補(bǔ)經(jīng)胸二維圖像質(zhì)量差以及掃查圖像受限的不足,重建的三維圖像清晰直觀,還原心腔的真實形態(tài)、內(nèi)膜易于辨認(rèn),較經(jīng)胸三維超聲心動圖能更準(zhǔn)確地測量左、右室的容積、質(zhì)量以及射血分?jǐn)?shù)等,在冠心病融栓治療、經(jīng)皮冠狀動脈介入治療和冠狀動脈旁路移植術(shù)中有重要應(yīng)用價值。有早期研究應(yīng)用多平面3D-TEE對慢性肺源性心臟病患者測量右室心肌重量及右室收縮功能[11]。結(jié)果顯示3D-TEE對右室游離壁肥厚的陽性檢出率為18.75%,測定的右室射血分?jǐn)?shù)與放射性核素心室造影的測定值高度相關(guān)(r=0.91,P＜0.01)。鄭昭倫等[12]應(yīng)用多平面3D-TEE對心肌梗死患者的左室收縮功能進(jìn)行測定,并與左室造影結(jié)果進(jìn)行對比,顯示其與左室造影測值呈高度相關(guān)。

2.6 實時監(jiān)測心臟外科手術(shù)和介入治療的效果以往的經(jīng)食管動態(tài)三維超聲在檢查時,由于成像步驟復(fù)雜,需時較長,難以滿足手術(shù)醫(yī)師的要求,因此在手術(shù)室中的應(yīng)用受到很大局限。隨著實時3DTEE的問世,圖像質(zhì)量不斷改進(jìn),成像時間不斷縮短,因此有望在手術(shù)室、導(dǎo)管室、監(jiān)護(hù)室及床邊進(jìn)行超聲觀測,為臨床快速、完整地提示病變信息:(1)心外手術(shù)中,在體外循環(huán)前完成圖像采集,處理分析與顯示成為可能。為心外科醫(yī)師直觀顯示心臟各結(jié)構(gòu)的輪廓,觀察心臟瓣膜的形態(tài),探測間隔缺損的部位、大小、形態(tài),與周圍組織的距離等,方便與外科醫(yī)師與麻醉醫(yī)師的溝通,及時修正術(shù)前診斷結(jié)果,為臨床提供更準(zhǔn)確、全面、直觀的信息。另可及時向外科醫(yī)師反饋手術(shù)后病變矯正的效果,包括補(bǔ)片附著位置、形狀大小,及其與心壁間的縫接關(guān)系等,確定有無殘余漏等,提高手術(shù)成功率[11]。(2)瓣膜置換術(shù)和二尖瓣球囊成形術(shù)中,可及時反饋人工瓣的位置與功能狀態(tài)、有無瓣周漏;還可觀察二尖瓣邊緣有無撕裂等,改進(jìn)其安全性。(3)在經(jīng)皮導(dǎo)管介入以及心外科微創(chuàng)非體外循環(huán)下治療先天性心臟病中具有指導(dǎo)價值。從右房或左房側(cè),右室或左室側(cè)觀察,對三維圖像進(jìn)行適當(dāng)?shù)男D(zhuǎn)切割,不僅可以準(zhǔn)確顯示缺損口的大小與形態(tài),精確提示其與周鄰解剖結(jié)構(gòu)的關(guān)系,協(xié)助選擇合適的封堵傘大小和類型,同時術(shù)中更能實時觀察引導(dǎo)鋼絲的位置方向,監(jiān)測并確定封堵傘的準(zhǔn)確釋放部位,有效減少醫(yī)師在X線下的照射時間,縮短手術(shù)時間。另外結(jié)合彩色血流成像,還能及時評價封堵器的封堵效果,一旦出現(xiàn)殘余漏,即可告知術(shù)者調(diào)整封堵器位置,以求良好的治療效果,使手術(shù)得以安全、準(zhǔn)確和有效率地進(jìn)行[14]。(4)在右室活檢術(shù)中,經(jīng)食管實時三維超聲圖像能迅速觀察全部右室腔結(jié)構(gòu),實時引導(dǎo)活檢鉗準(zhǔn)確放置于需要采集病變組織的部位,避免對周鄰組織的不必要損傷,縮短手術(shù)時間,并有效提高活檢成功率。

2.7 經(jīng)食管立體三維超聲成像有待發(fā)展 目前所看到的經(jīng)食管三維超聲圖像雖有某些立體感,但和立體超聲相比尚有差距。后者是由GE公司新近推出的 Vivid 7 BT 08“4D Stereo Vision”技術(shù)所建立的。該儀器參照立體電影的原理,將其三維超聲成像儀的軟件加以改進(jìn)提高而獲得成功的。檢查時仍用單一的矩陣型換能器(matrix transducer)采集實時三維超聲成像的原始數(shù)據(jù),經(jīng)數(shù)字化處理后,建立一幅實時三維聲像圖。再利用其立體超聲軟件(BT 08)從同一數(shù)據(jù)庫提取信息,在其旁側(cè)另建一在視角上稍有差異的三維圖,而后將二圖分別以左紅右綠彩色編碼形式互相疊加,顯示在熒光屏上,形成一全新的立體超聲圖。當(dāng)戴上左紅右綠的濾色眼鏡觀察時,左右不同視角的畫面分別成像于左右眼視網(wǎng)膜,再經(jīng)視神經(jīng)傳入大腦視覺中樞,根據(jù)二者視角差異的大小,將會在觀察者頭腦中形成一組輪廓結(jié)構(gòu)清晰、遠(yuǎn)近層次分明、立體感極強(qiáng)的新型三維超聲圖像。對于這一新的技術(shù)和檢查方法,我們建議命名為立體三維超聲心動圖 (stereo three-dimensional echocardiography,S3DE),簡稱“立體心動圖”。目前這種探頭形體較大,難以插入食管,如果經(jīng)過改進(jìn)提高,減小其直徑和長度,能進(jìn)行經(jīng)食管超聲檢查,既保留其立體超聲成像固有的優(yōu)點,又增加精確的深淺遠(yuǎn)近分辨力,使其立體層次感進(jìn)一步改善,將有可能在超聲室、手術(shù)室、導(dǎo)管室、監(jiān)護(hù)室及床邊進(jìn)行即時觀測,對臨床診斷和治療將有很大幫助。

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