利用三维超声心动图对右心室进行形态学与功能评估

摘要

本文提供了一套右心室三维容积评估的逐步采集与分析方案，主要关注可最大限度提高该技术可行性的实际操作要点。

摘要

传统上认为，心脏的右侧在循环系统中仅起次要作用；然而，越来越多的数据表明，右心室（RV）功能在多种心血管疾病中具有重要的诊断和预后价值。由于右心室结构和功能复杂，采用常规二维超声心动图对其进行评估存在局限性：日常临床实践通常依赖简单的线性测量和功能指标。三维（3D）超声心动图克服了这些限制，能够无需几何形状假设即可对右心室进行容积定量。本文提供了使用目前主流商用软件获取和分析右心室三维超声心动图数据的逐步操作指南。我们将定量分析三维右心室容积及射血分数。此外，本文还以实用的方式介绍若干有助于提高右心室图像采集与分析质量的技术要点。我们综述了该方法当前的应用前景与局限因素，并强调了三维右心室评估在当前临床实践中的潜在应用价值。

引言

超声心动图自20世纪50年代首次应用于临床以来，已取得了长足发展¹。最初的一维超声探头仅能提供心腔壁和腔径的简单线性测量值；然而，这无疑是心血管影像学发展史上的一个重要里程碑。二维（2D）超声成像技术的出现是另一项重大进步，它能够更精确地量化心脏的形态与功能，至今仍被视为日常临床实践中的标准方法。然而，基于二维超声心动图的评估仍存在一个主要技术局限性：通过少数几个断层切面成像来观察特定心腔，难以充分表征三维（3D）结构的形态与功能。这一问题在右心室（RV）中尤为突出：与形态相对简单的子弹状左心室（LV）相比，右心室具有复杂的几何结构²，无法通过线性直径或面积测量进行充分量化³。尽管这些局限性早已广为人知，但在临床实践中，右心室的形态与功能仍通常依赖于此类简单参数进行评估。

几十年来，右心室（RV）在循环系统中的作用一直被认为远不如左心室重要。然而，多篇具有里程碑意义的研究论文推翻了这一观点，表明右心室的几何结构和功能在多种疾病中具有重要的预后价值^4,5,6,7。大量研究显示，即使采用相对简单的常规参数进行右心室测量，也能提供额外的诊断价值，这凸显了对右心室进行更精确量化的重要性及其潜在的临床意义。

三维超声心动图克服了二维评估心脏腔室的多种局限性。尽管在左心室（LV）评估中，无需几何假设即可测量容积及功能参数可能已具有重要意义，但在右心室（RV）评估中，这一优势可能尤为突出⁸。已有研究表明，通过三维方法获得的右心室容积和射血分数（EF）在多种心血管疾病状态下具有显著的预后价值^9,10。

如今，多家厂商提供了针对右心室（RV）三维评估的半自动化解决方案，其结果已通过与金标准心脏磁共振（MR）测量的对比验证^11,12。目前，三维评估的技术要求已成为先进心血管影像科室的基本组成部分，并有望很快成为每个超声心动图实验室的常规设备之一。在具备适当的三维图像采集与后处理经验的前提下，三维右心室分析可轻松整合到常规检查流程中。

方案

该方案遵循了本机构人体研究伦理委员会的指导原则，临床病例的患者均已签署书面知情同意书，同意参与本研究。

1. 技术要求

1. 进行三维图像采集与分析时，需使用适当的软件和硬件。应使用超声心动图设备的ECG导联电缆；此外，这是下文所述完整三维采集流程的必要条件。
2. 进行三维图像采集时，应使用三维超声心动图探头及支持三维成像的超声设备。进行右心室三维容积分析时，需使用专用软件。

2. 数据采集

1. 绝大多数情况下，使用心尖切面进行右心室（RV）的三维图像采集。与以左心室（LV）为中心的切面不同，建议采用不同的患者体位。如果将探头移至上一个肋间隙能获得明显更优的图像质量，即使该切面存在一定程度的缩短，也可能实现更佳的三维成像效果。这种缩短可在后续三维分析过程中予以校正。
   1. 与推荐采用左侧卧位（患者向左侧卧，左臂上举过头）的标准心尖超声心动图采集体位不同，建议患者身体稍向后倾斜，以便使探头位置更偏外侧。
   2. 选择仅包含右心室的图像深度。过大的深度可能降低图像采集帧率，且对右心室容积分析并无益处。
2. 通过二维超声心动图图像确认正确的以右心室为中心的切面。如果在此切面下右心室游离壁仍显示不清，则预期的三维图像质量将不足以满足进一步分析的要求。
3. 按下 4D 按钮切换至实时三维成像模式，可在此模式下进一步调整右心室切面。
4. 尽管 3D live 模式在视觉上较为直观，但建议使用 12 Slice 模式获取三维图像，该模式可同时显示感兴趣区域的三平面图像以及9个可自由调节的横断面。通过旋转和正确设置切割平面，确认整个右心室游离壁（包括流出道和心尖节段）均清晰可见。
5. 通过使用扇形切面的左倾调节（触摸屏第二页）进一步优化图像，以改善右心室的显示效果。
6. 采用两种三维图像采集模式进行右心室容积分析：多心动周期（multi beat）和 单心动周期（single beat）模式。应尽可能在每位患者中尝试两种方法，但在某些情况下（如特定心律失常、患者严重呼吸困难），可能仅能实现单心动周期采集。
7. 在 单心动周期 模式下，需在图像质量和帧率之间取得平衡。在触摸屏下方面板选择合适的图像深度、宽度和帧率，并直接获取右心室的三维图像序列。该方法适用于大多数患者，但与 多心动周期 方法相比，通常图像质量和帧率较低。
   1. 对于平均心率（60–70次/分钟）的患者，为保证右心室分析的准确性，帧率下限应保持在16帧/秒以上；若存在心动过速，则建议采用更高的帧率。
8. 在 多心动周期 模式下，系统将根据所选的心动周期数量（可在触摸屏上选择2、3、4或6个心动周期）重建三维图像序列。与单心动周期采集相比，通常可获得更优的图像质量和更高的帧率；但该方法要求心率相对稳定，并需要患者配合完成必要的屏气动作。屏气至关重要，以避免所谓的“拼接伪影”：当采集的三维容积数据被拼接时，不等长的心动周期和/或呼吸运动可能导致此类伪影的产生。
   1. 在探头位置和仪器设置正确后（类似于 "single beat" 模式），指导患者深吸一口气并屏住呼吸。此时扩张的肺组织通常会遮挡整个图像。
   2. 指导患者缓慢呼气，且必须严格遵循指令进行。
   3. 随着肺组织回缩，右心室逐渐重新显现；当整个右心室（游离壁和室间隔）完全可见时，立即让患者在此状态下屏住呼吸。
   4. 点击屏幕上的 multi beat 按钮开始采集，系统将在设定数量的心动周期内逐步构建三维图像序列。
   5. 当采集完成（整个右心室已清晰显示）后，让患者恢复自由呼吸。
   6. 检查所获得的图像序列，确认是否存在拼接伪影或信号丢失等伪影。

3. 4D 右心室分析

1. 使用专用软件对右心室（RV）进行三维容积分析。从患者数据库中选择针对右心室的三维图像序列后，在 容积 文件夹中的 测量 窗口打开该软件。
2. 打开软件后，根据四个预设的切面调整右心室的方向。
   1. 在上下左侧长轴切面中，将两个标记（三尖瓣中心，TV Center）置于三尖瓣中心位置。使用旋转工具将图像的长轴对准右心室的实际长轴。右上角的参考图像显示了正确方向应呈现的形态。
   2. 在上下右侧切面中，通过旋转调整短轴图像至正确位置。与前一步骤类似，右上角的参考图像有助于完成此过程。
3. 完成方向调整后，点击 设置标记点 进入分析的下一步。在两个图像中设置标记点。
   1. 在左侧图像中，在先前已定向的心尖四腔切面中标记三尖瓣环的游离壁（TV free wall）和室间隔（TV septum）位置，以及右心室心尖（RV apex）。
   2. 在右侧图像中，设置右心室后壁（LV/RV posterior）和前壁插入点（LV/RV anterior），以及右心室游离壁（RV free wall）。与前一窗口类似，右上角的参考图像有助于正确设置。完成所有标记点设置后，软件将自动跳转至下一窗口（复查）。
4. 在此窗口（复查）中，如有必要，回顾并手动校正整个心动周期内的自动心内膜边界识别结果。默认显示9个图像面板：左侧为3个动态图像序列（1个长轴和2个短轴），中间为相同图像的心室舒张末期帧，右侧为心室收缩末期帧。
   1. 若出现追踪错误，可点击心内膜边界（绿色线）自由校正。使用短轴切面的旋转工具，沿右心室全周回顾图像追踪情况。通过右侧面板中的 笔刷大小 选项调整校正幅度。若确认追踪结果正确，点击同一面板中的 结果。
5. 在最后一步中，于右上侧（工作表 面板）查看最终的三维容积数据及其他计算参数。除右心室容积和射血分数外，软件还显示二维参数，如中段、基底段和长轴线性直径，以及由预设心尖四腔切面导出的FAC和TAPSE值。软件同时展示右心室的长轴和短轴图像（左侧）、右心室的三维实时模型（上方中央）以及心腔的容积-时间曲线（右下）。
   1. 如需对追踪结果进一步调整，可通过右侧面板点击返回任意前序步骤进行修正。若确认追踪结果及三维参数有效，点击同一面板中的 "批准并退出" 保存结果。

结果

在多种心血管疾病中，右心室（RV）的三维分析是可行的。病例1为一名健康志愿者，其心室容积和功能均正常（图1）。病例2为一名二尖瓣修复术后患者，是传统二维评估结果存在矛盾的典型例子：尽管三尖瓣环平面收缩偏移（TAPSE）明显降低，但该患者并无右心室功能障碍的任何表现，且通过正常的三维右心室射血分数（3D RV EF）证实了右心室整体收缩功能得以维持（图2）。两名患者的超声心动图声窗均极佳，因而图像追踪质量良好。病例3为一名患有扩张型心肌病的半职业运动员（图3）。仅获得了中等水平的图像质量（流出道显示不清）；然而，三维右心室分析仍成功完成，并与心脏磁共振（cardiac MR）结果显示出良好一致性。

讨论

右心室的三维分析是日常心脏病学实践中至关重要的一步。随着人们对以往被忽视的心脏腔室——右心室的形态与功能日益关注，这些新方法为心脏右侧的评估提供了具有临床意义的信息。尽管三维图像采集在多个方面明显不同于二维超声心动图成像，但只要特别注意关键环节并采用系统化的操作流程，三维右心室分析就有可能从一种科研工具转变为超声心动图检查中的必要步骤。在图像质量理想且操作者具备充分经验的情况下，利用超声心动图进行右心室容积分析从图像获取到得出结果仅需数分钟，可行性高¹³。在许多情况下，其显著更低的成本和更短的操作时间使其成为金标准——心脏磁共振检查的一种极具吸引力的替代方案。

然而，并非在所有情况下都能进行三维分析。最重要的限制因素是超声心动图图像质量：对于二维超声心动图声窗较差的患者，通常难以获得可接受的三维图像质量。尽管如此，仍需指出，采用多种操作方法（如探头侧向定位、缩短切面、合理使用预设参数）可能改善三维图像质量。右心室流出道显示欠佳的情况并不少见，但通常右心室分析解决方案仍可耐受，并提供可靠的结果。使用存在拼接的三维图像序列时，极易产生信号...

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
3V-D/4V-D/4Vc-D	General Electric	n.a.	超声探头
4D Auto RVQ	General Electric	n.a.	分析软件
E9/E95	General Electric	n.a.	超声设备
EchoPac v203	General Electric	n.a.	分析软件