三维超声联合时空影像相关技术（STIC）建立胎儿动脉导管（DA）面积参考范围——多平面与渲染模式的重复性及一致性研究

《European Journal of Obstetrics & Gynecology and Reproductive Biology》：Reference ranges of the fetal ductus arteriosus area by Three-Dimensional ultrasonography

　　

胎儿动脉导管（DA）面积的三维超声（3D ultrasonography）参考范围：DA是主肺动脉的直接延续，连接肺动脉与降主动脉；在各种心脏疾病的产前筛查中，DA评估——包括大小、形态和彩色血流成像（color flow mapping）——可提高先天性心脏病（CHD）的检出率；时空影像相关技术（Spatio-Temporal Image Correlation, STIC）是一种软件，可捕获胎儿心脏容积及其血管连接，并在多平面和渲染模式下显示；既往研究表明，导管弓直径随孕龄呈线性函数增加；研究人员已使用三维超声（3D ultrasonography）联合STIC在渲染和多平面模式下建立胎儿DA面积的参考值；根据一致性相关系数（concordance correlation coefficient, CCC），重复性良好，但一致性界限（limits of agreement, LoA）较宽。

一、研究背景与目的
二维超声（two-dimensional ultrasonography, 2D ultrasonography）目前广泛用于先天性心脏病（congenital heart disease, CHD）的产前诊断，但图像判读须由检查者实时完成，后续分析仅限于查看已捕获图像或存储的动态/视频片段。三维超声（three-dimensional ultrasonography, 3D ultrasonography）可存储容积数据并在多平面中分析，便于经验较少者及患者不在场时离线研究；时空影像相关技术（Spatio-Temporal Image Correlation, STIC）可捕获胎儿心脏容积及其血管连接，并在多平面和渲染模式下同步显示完整心动周期。动脉导管（ductus arteriosus, DA）是主肺动脉的直接延续，连接肺动脉与降主动脉，在胎儿循环中起重要作用。DA评估包括大小、形态和彩色血流成像，可提高CHD检出率；DA直径测定有助于诊断宫内导管闭合、降主动脉瘤及流出道梗阻、大动脉转位、法洛四联症、动脉干等心脏畸形。既往DA直径参考范围有限，多基于2D超声，且单一直径测量假设血管为圆形并依赖声束平面，短而弯曲的DA难以获得真正横截面。3D超声联合STIC可在垂直于DA长轴的平面描记整个管腔并测量面积，可能在导管收缩或提前闭合及导管依赖性CHD中补充Doppler评估。临床应用前需建立正常参考值和重复性。因此，研究人员旨在用3D超声联合STIC在多平面和渲染模式下确定胎儿DA面积参考值，评估重复性及两种模式间一致性。

二、研究设计与关键技术方法
本研究为前瞻性横断面研究，样本来自Federal University of S?o Paulo（2022年7月至2026年2月），纳入单胎妊娠、孕20周至33周6天、无结构畸形者；排除不良胎位、胎动或呼吸运动、声束衰减及心脏容积质量“Poor”者。使用Voluson E8（RAB 4-8L）采集心脏容积，4D View version 18.0离线分析；采用STIC获取四腔心容积，在多平面（A/B/C）及HDlive渲染模式下，于最大心室收缩期、DA中点且垂直其长轴手动描记DA面积；按Espinoza et al.算法及联合技术旋转定位；用线性回归构建第5/50/95百分位，Bland-Altman图（Bland-Altman plot）、一致性相关系数（CCC）、普通最小积回归（ordinary least products regression, OLP regression）及Kappa评估重复性和一致性。

三、研究结果
共评估351例单胎妊娠，322个心脏容积质量分类为Optimal、Good、Fair并纳入分析，29个Poor排除；年龄中位29.0岁（18-45岁），孕龄中位26.6周（20.0-33.9周），BMI中位24.5 kg/m²。

参考曲线构建：通过以孕龄为自变量、DA面积为因变量的多项式回归比较，二次和三次项未显著改善拟合，保留线性模型；按孕龄计算标准差并线性回归，按均值±K×标准差计算第5/50/95百分位，得出可构建参考曲线。

多平面模式DA面积随孕龄变化：通过322个容积测量，多平面DA面积与孕龄呈强正相关（r=0.79，R²=0.54，p<0.0001），孕龄每增加1周面积增加0.02031 cm²；建立第5/50/95百分位线性方程，20周中位数0.06 cm²，33周0.32 cm²。

渲染模式DA面积随孕龄变化：通过322个容积测量，渲染模式DA面积与孕龄呈强正相关（r=0.78，R²=0.53，p<0.0001），孕龄每增加1周面积增加0.02282 cm²；20周中位数0.07 cm²，33周0.37 cm²。

心脏容积质量评估者间一致性：通过60对正常胎儿容积由两名有经验检查者评估，examiner 1判为optimal 25%、good 41.7%、fair 33.3%；examiner 2判为15%、45%、40%；Kappa=0.43（p=0.001），为中等一致性；敏感性75%、特异性70%。

观察者内重复性：通过322对观察，多平面CCC=0.86（95% CI 0.836-0.891），r=0.869（p<0.001），bias=0.994，平均差?0.005±0.062 cm²，95% LoA ?0.126至0.117 cm²，差值与均值弱负相关（r=?0.210）；渲染模式CCC=0.87（95% CI 0.849-0.899），r=0.882（p<0.001），bias=0.990，平均差?0.006 cm²，95% LoA ?0.139至0.127 cm²，r=?0.268；可靠性好但LoA宽。

观察者间重复性：通过60对观察，多平面CCC=0.89（95% CI 0.847-0.944），r=0.922（p<0.001），bias=0.971，平均差0.002 cm²，95% LoA ?0.06至0.100 cm²，r=0.27；渲染模式CCC=0.72（95% CI 0.616-0.831），r=0.798（p<0.001），bias=0.907，平均差0.029 cm²，95% LoA ?0.076至0.134 cm²，r=0.402；多平面较好，渲染模式仅中等。

多平面与渲染模式间一致性：通过322对配对测量，渲染模式DA面积大于多平面；CCC=0.909（95% CI 0.892-0.927），r=0.940（p<0.001），bias=0.967；平均绝对差?0.028±0.043 cm²；OLP回归截距0.0118（95% CI 0.0045-0.019），斜率1.082（95% CI 1.038-1.126），提示固定和比例偏倚；两种模式不可互换。

四、讨论总结与研究结论翻译
讨论部分总结：3D超声和STIC有利于胎儿心脏复杂解剖和运动器官分析；Espinoza et al.报道按算法至第3步在正常胎儿中导管弓纵向显示率可达98.5%，文献为93.1%至98.5%，本研究为91.93%（296/322）；心脏容积质量评估者间Kappa中等，可能反映检查者经验差异，Novaes et al.和Avnet et al.亦提示学习曲线及经验影响。Traisrisilp et al.是唯一以3D超声联合STIC建立胎儿DA直径参考值的研究，评估14至40周606个正常胎儿容积，多平面测量均值由14周1.5 mm至40周5.1 mm，未描述面积测量、渲染模式及重复性；本研究在多平面和渲染模式均观察到DA面积与孕龄强相关。DA面积测量的临床价值需谨慎解释：目前胎儿导管收缩主要依靠Doppler参数，DA大小多用2D单一直径评估；真正横截面面积理论上可能对细微或非均匀管腔狭窄更敏感，并可将主动脉峡部与DA比值以面积表达，STIC容积可存储、离线分析或转送参考中心；但本研究仅纳入低危、结构正常胎儿，3D面积是否较2D直径和Doppler指数提供增量诊断价值尚待证明，需纳入导管收缩及导管依赖性CHD胎儿研究。重复性方面，除渲染模式观察者间CCC=0.72提示仅中等可靠性外，其余CCC均≥0.86；渲染模式需定位ROI、确定渲染方向及阈值设置，增加变异来源；观察者间存在0.029 cm²系统差且差值随DA增大而增加（r=0.402）；尽管CCC较好，相对LoA较宽，因DA结构小，轻微描记误差即可导致较大相对差异，故不同检查者比较时多平面模式似更可取。本研究首次评估3D超声联合STIC测量胎儿DA面积的观察者内和观察者间重复性，并首次比较多平面与渲染模式；渲染模式值更大，可能因渲染图像来自容积板而非单平面，且阈值和透明度设置抑制血壁界面低回声，使管腔显得更大，故两模式不可互换，应按各自参考范围解释。排除率8.2%与Traisrisilp et al.的10.9%相近；未评估20周前（DA小）及33周6天后（晚期容积质量下降），参考范围不可外推；DA弯曲随孕龄增加，孤立迂曲DA在28周至31周6天胎儿中约0.7%，迂曲时斜切可能高估面积，本研究未系统记录DA迂曲。优势包括样本量符合Royston原则、重复性分析充分、前瞻性采集；局限包括单中心低危妊娠、不能推广至其他人群/系统/软件、未包括早晚期孕龄、横断面设计不能评估个体DA生长、相对LoA宽尤其渲染模式观察者间且观察者间仅60个容积、方法需3D/4D设备及专用软件、良好胎位、离线后处理和学习曲线、渲染结果依赖后处理设置、8.2%容积因质量差排除且质量Kappa仅中等、未系统记录迂曲、未与2D直径/Doppler指数/产后结局比较、仅纳入结构正常心脏。

研究结论翻译：通过三维超声（3D ultrasonography）联合时空影像相关技术（STIC）在多平面和渲染模式下确定了胎儿DA面积参考曲线，并显示其与孕龄强相关。这些测量显示良好的观察者内和观察者间可靠性，但一致性界限较宽，尤其是渲染模式的观察者间测量。渲染模式所得数值大于多平面模式；因此，两种模式不可互换。胎儿DA面积测量的临床有用性尚待在导管收缩和先天性心脏病胎儿中确定。