三维超声心动图在小儿心脏病学中二尖瓣手术规划中的应用

摘要

在小儿心脏病学中，二尖瓣的三维超声心动图可生成完整的解剖结构重建图像，有助于改善手术管理。本文概述了在小儿心脏病学中进行二尖瓣三维图像采集及后期处理的实验方案。

摘要

在小儿心脏病学中，二尖瓣疾病较为复杂，可能涉及瓣环、瓣叶、腱索和乳头肌的多种异常。经胸二维超声心动图（2DE）仍是目前小儿外科手术规划中主要采用的诊断成像技术。然而，由于二尖瓣本身是一个三维（3D）结构，结合三维超声心动图（3DE）有助于更准确地明确狭窄和/或反流的机制，具有明显优势。随着探头技术和超声扫描仪的进步，经胸3DE技术已得到显著提升，能够生成空间分辨率良好、时间分辨率足够的图像。特别是新型小儿专用高频、小接触面积的3D探头，显著提高了儿童3DE成像质量。3DE图像采集与分析效率的提升，使得超声技师、心脏病学家和外科医生在二尖瓣评估中能够更便捷地整合三维评估。这一进步也得益于后期处理软件的优化。

在本方法学论文中，我们旨在描述儿童二尖瓣的经胸三维超声心动图（3DE）评估方法，及其在小儿二尖瓣疾病外科手术规划中的应用。首先，3DE评估需选择合适的探头，并获取二尖瓣的可视化图像。随后，应根据每位患儿的具体情况选择适当的数据采集方法。接下来，优化数据集至关重要，以在空间分辨率和时间分辨率之间实现恰当平衡。在实时扫描过程中或数据采集完成后，可利用创新性工具对数据集进行裁剪，使操作者能够快速获得无限数量的切割平面或三维重建图像。心脏病专家与外科医生可从正面观（en face）观察二尖瓣，从而准确重建其形态结构，为医学或外科治疗规划提供支持。最后，本文还回顾了一些临床应用实例，展示了该技术在儿童二尖瓣疾病管理中的具体应用案例。

引言

二尖瓣装置是一种复杂的结构，由二尖瓣环、瓣叶、腱索和左心室乳头肌组成^1,2。儿童二尖瓣疾病包括一系列与先天性和获得性心脏异常相关的形态学异常³。 对二尖瓣疾病形态及其潜在机制的描述是外科手术规划的关键参数⁴。这需要采用准确的诊断成像技术。超声心动图已被确立为儿童二尖瓣疾病的主要诊断技术之一⁵。具体而言，二维（2D）超声心动图在儿童二尖瓣疾病的诊断中仍是应用最广泛的方法。然而，由于二维成像本身的局限性，超声检查医师、心脏病学家和外科医生必须在脑海中重建这一复杂的三维结构，以确定其病理机制。

由于能够生成解剖结构准确的图像以及无限数量的切面，三维（3D）超声心动图可显著提升二尖瓣成像效果。3D 超声心动图的价值体现在其能够提供有关瓣环形态与动态变化、瓣叶小叶脱垂以及瓣叶对合区的具体信息^6,7。尽管研究表明，3D 经食管超声心动图（TEE）是识别成人二尖瓣病变最准确的超声模式⁸，但由于儿童声窗条件更佳，3D 经胸超声心动图（TTE）在儿童中更具可行性。....

方案

本方案遵循本机构人类研究伦理委员会的指导方针。

注意：本方案的实施使用通用电气（GE）Vivid E95 或飞利浦 Epiq 7C 超声系统。在 GE Vivid E95 系统上，用户可选择 4Vc-D（成人探头）或 6Vc-D（儿童探头）。在飞利浦 Epiq 7C 系统上，用户可选择 X5-1（成人探头）或 X7-2（儿童探头）。见图1。

1. 患者体位设置与探头选择

1. 尽可能将患者置于左侧卧位。参见图1，步骤A。
2. 根据患者体型及成像窗质量，选择合适的3D矩阵探头（儿童型或成人型）。对于大多数十岁以下的儿科患者，由于二尖瓣位置较近，经胸骨旁成像窗进行成像时可使用高频（儿童型）探头。十岁以上患者可尝试使用儿童型探头，但对于成像质量良好的较大儿童，成人型探头更为理想。参见图1，步骤B。
   ​注意：若操作者仅具备成人用3D矩阵探头，对于体型较小的儿科患者，可提高扫描频率以获得最佳空间分辨率。

2. 探针定位与二维图像优化

1. 将....

结果

在小儿超声心动图检查中，高质量的二尖瓣三维数据集应具备适当的容积率，以准确评估瓣叶运动，同时具有优异的空间分辨率，并利用更高的轴向分辨率。为评估三维心电图门控采集方案的成功与否，首先需判断是否存在明显的“拼接”伪影。若无伪影产生，且采集时采用了高质量的二维低位胸骨旁长轴切面，则该三维数据集可提供关于整个二尖瓣复合体的诊断信息。

如果由于患者呼吸和/或运动导致明显的“拼接”伪影而无法使用心电门控全容积成像，则应采用实时三维超声。尽管该方法可能无法提供完整的二尖瓣复合体单一容积图像，但采用窄容积（在 elevation 平面）的实时三维采集可获得更好的时间分辨率。在实时三维采集过程中，二尖瓣瓣环和瓣叶的最佳可视化通常通过胸骨旁短轴切面实现，而二尖瓣腱索和乳头肌的最佳可视化则通常通过心尖两腔心切面实现（见 图5，病例1C）。

在二尖瓣三维全容积采集过程中加入彩色多普勒，可增强对二尖瓣反流的评估。从左心室视角观察时，三维彩色多普勒可提供有关二.......

讨论

对于操作者/超声技师而言，三维超声心动图常常面临诸多挑战。首先，由于小儿超声心动图检查过程中患者体型、心率以及配合程度存在显著个体差异，这些因素导致难以建立标准化的三维成像操作流程，从而使三维图像采集高度依赖操作者的经验。此外，目前对超声技师的培训通常主要集中于二维成像，导致其在三维图像采集与解读方面的知识存在不足。同时，与二维成像相比，三维成像的时间分辨率较低；而在部分儿童中无法使用心电图门控（子容积）采集方式来提高容积帧率，进一步增加了该技术的应用难度。对于心率较快的儿童，保持高时间分辨率对于准确观察二尖瓣瓣叶的实时运动至关重要。儿童三维成像面临的另一挑战是缺乏适用于小儿的高频探头（以获得最佳空间分辨率）。尽管现有的成人用三维探头具有较宽的频率带宽，但其探头尺寸较大且频率较低，通常并不适合体型较小的儿童使用。

在儿童中，使用同一个超声探头进行二维和三维评估，可显著提高三维评估过程的效率。新型三维超声探头可提供优异的二维图像、彩色多普勒及三维容积图像质量。在检查过程中能够随时快速获取三维容积图像，这一点在儿童检查中尤为重要。其次，操作者需通过持续培训，充分理解何种因素构成高质量的.......

材料

本文使用的材料清单

姓名	公司	目录编号	评论
4Vc-D 探头	General Electric		超声探头 (GE)
6Vc-D 探头	General Electric		超声探头 (GE)
Epiq 7C	Philips		超声系统
Vivid E95	General Electric		超声系统
X5-1	Philips		超声探头 (Philips)
X7-2	Philips		超声探头 (Philips)