胎儿主动脉缩窄的超声心动图和心脏MR诊断及研究进展

刘彩霞 张颖

主动脉缩窄（coarctation of aorta,CoA)是最常见的儿科心脏疾病之一，约占所有先天性心脏病活产婴儿的7%，多发生于主动脉峡部（aortic isthmus,AoI），与染色体和心外异常相关[1-4]。产前明确CoA 诊断意义重大，可降低产后的患儿死亡率和发病率[5]。然而，产前CoA 的诊断准确性取决于检查者的经验，具有一定的主观性，假阳性率和假阴性率较高，真阳性率不足50%[6]。胎儿超声心动图检查操作方便，具有实用性强、安全性高、诊断准确性高等优点，是产前诊断先天性心脏病的主要手段。但由于受到胎儿心血管结构体积小、羊水少、胎儿骨骼遮挡以及孕妇腹壁厚等的影响，单独使用超声心动图诊断胎儿CoA 的真阳性检出率仅为20%～35%[7]。胎儿心脏MR 不受以上因素的限制，采用不同的算法和序列，通过三维血管成像、血管容量测量等可获得高分辨力的胎儿心血管影像。因此，当胎儿超声心动图检查存在困难或怀疑胎儿有CoA 时，胎儿心脏MR 成像是预测新生儿危重性缩窄的重要补充手段[8]。

1 胎儿超声心动图

胎儿超声心动图包括二维超声、多普勒超声、三维超声和超声斑点追踪技术等，能够发现胎儿CoA 伴发的心内畸形，如主动脉弓发育不良、二叶式主动脉瓣（bicuspid aortic valve, BAV）、室间隔缺损（ventricular septal defect,VSD）和永存左上腔静脉（persistent left superior vena cava,PLSVC）等，对诊断和预测CoA 具有提示作用。其中，主动脉弓发育不良是CoA 胎儿最常见的心内畸形，与CoA 独立相关，预测CoA 的敏感度达90.0%，特异度87.1%[9-10]，但主动脉弓发育不良的诊断具有主观性。相反，BAV、VSD 和 PLSVC 与胎儿 CoA 的相关性较差，且预测CoA 的敏感度也不高[10-11]。产前超声心动图还发现55%的CoA 胎儿存在支架征，表现为主动脉发生缩窄时，动脉导管入口对面的AoI 管壁凹陷，该征象诊断CoA 的特异度高（97.7%），而敏感度低（48.4%）[10,12-13]。此外，二维超声和多普勒超声操作简单，是临床应用最广泛的超声检查方法；三维超声通过重建胎儿心血管结构，能够提供更丰富的诊断信息；超声斑点追踪技术为测量胎儿心功能提供了新方法[14]。

1.1 二维超声 目前，常见的二维超声参数包括胎儿心血管的内径参数和比例参数等。内径参数主要包括右室（right ventricle, RV）、左室（left ventricle,LV）、二尖瓣（mitral valve,MV）、三尖瓣（tricuspid valve,TV）、主肺动脉（main pulmonary artery,MPA）、升主动脉（ascending aorta, AAO）、AoI 和动脉导管（ductus arteriosus,DA）的内径大小。考虑到个体差异，世界卫生组织推荐使用Z 评分作为衡量胎儿心血管结构大小的标准[15-16]。Z 评分是按照孕龄或胎儿股骨长度计算，以标准差的倍数来定量反映一个具体参数高于或低于正常均数程度的方法[16]。与正常胎儿相比，CoA 胎儿左心结构明显减小，LV、MV、AAO、AoI 的 Z 评分均减小，右心结构增大，DA 内径增大，RV、TV、MPA、DA 的 Z 评分均增大[10]。目前关于不同的内径参数Z 评分的截断值研究较少，大多数研究均使用Pasquini 等[17]提出的AoI-Z 评分截断值，即 AoI-Z 评分＜-2。王等[18]研究显示，AoI-Z 评分是诊断CoA 符合率最高的二维参数，其中AoI-Z 评分＜-2 的诊断符合率达94.44%。对于预测胎儿CoA，MV-Z 评分、AAO-Z 评分和 AoI-Z 评分均具有较高的受试者操作特征曲线下面积（AUC），分别为0.94、0.85 和 0.85[19-21]。

比例参数主要包括RV/LV、TV/MV、MPA/AAO、DA/AoI 等，除LV 与RV 的长径比外，所有左心与右心结构的比值在经产后确诊CoA 的胎儿中均显著降低[19]。RV/LV 和 MPA/AAO 是预测 CoA 胎儿的敏感指标，胎儿超声心动图常因发现心室大小差异、大动脉不对称或两者兼有而怀疑CoA[4]。当发现胎儿 RV/LV＞1.5 时，常怀疑 CoA，但敏感度（73%）和特异度（65%）均较低[9]。妊娠晚期，正常胎儿也可能出现生理性的轻度左、右心室比例失调，50%以下的心室比例失调胎儿在出生后发展为CoA[22-23]。因此，Gómez-Montes 等[11]提出，对于孤立性心室比例失调的胎儿，当孕龄≤28 周时，采用AoI-Z 评分≤-1.2（三血管气管切面）和AoI-Z 评分≤-1.3（矢状切面）诊断CoA 的敏感度（97%）和特异度（80%）均较高；而当孕龄＞28 周时，采用MPA/AAO≥1.85 诊断CoA的敏感度和特异度分别为88%和76%，优于MV/TV。但是，MPA/AAO 比值不仅受到AAO 内径的影响，也受到MPA 内径的影响，用于诊断CoA 时敏感度和特异度均较低[10]。产前利用肺动脉瓣环（pulmonary valve, PV）与主动脉瓣环（aortic valve, AoV）直径比（PV/AoV）诊断胎儿CoA 的敏感度和特异度优于MPA/AAO[11]；PV/AoV≥1.6 时，诊断胎儿 CoA 的敏感度为86.2%，但作为预测模型时假阳性率较高[24]。Toole 等[25]研究显示MV/TV 作为CoA 预测因子的特异度为77%，而Beattie 等[26]研究却未发现正常胎儿与 CoA 胎儿 MV/TV 的差异。Toole 等[25]研究还显示，AoI/DA＜0.64 诊断CoA 的敏感度和特异度分别为89.4%和63.3%；当AoI/DA＜0.5 时诊断 CoA 的特异度高达100%，而敏感度仅为33%。

除了常用的内径参数和比例参数，研究者们在对胎儿CoA 的研究过程中提出了更多新颖的指标。Arya 等[27]研究发现，CoA 胎儿主动脉形态发生改变，左颈总动脉与左锁骨下动脉间距离增大，AAO 与降主动脉（descending aorta,DAO）夹角（AAO-DAO 角）减小，主动脉横弓（aortic transverse arch, TAO）与DAO 夹角（TAO-DAO 角）增大；左颈总动脉与左锁骨下动脉间距离＞4.5 mm、AAO-DAO 角≤20.31°、TAO-DAO 角≥96.15°预测胎儿CoA 的敏感度分别为80%、95%和90%，特异度分别为95%、100%和100%。另有研究者[28]采用产前主动脉弓角度测量参数对新生儿CoA 的诊断结果进行验证，表明结合主动脉弓角度参数与AAO 内径的三变量模型可以提高产前预测CoA 的准确性，消除部分假阳性。Arya等[27]研究还发现，妊娠晚期CoA 胎儿AoV 生长速度≤0.24 mm/周，AoI 生长速度≤0.13 mm/周，预测CoA 阳性似然比分别为2.2 和2.3，阴性似然比分别为 0.3 和 0.4。此外，Vigneswaran 等[29]研究表明，颈动脉-锁骨下动脉指数（carotid-subclavian artery index，CSI；即左锁骨下动脉与TAO 远端的内径比）对 CoA 的预测能力高于 RV/LV、AoI/DA 和 PV/AoV。Fricke 等[19]报道 CSI＜0.78 预测 CoA 的 AUC 为0.94，敏感度和特异度分别为92.3%和96.8%；该研究还显示三血管气管切面下（AoI/DA）×（MV/TV）＜0.37 预测胎儿CoA 的敏感度高达100%，特异度达94.6%。这些指标虽然能够较好预测和诊断CoA，但测量和计算过程复杂，在临床中应用较少。

1.2 多普勒超声 多普勒超声包括彩色多普勒和频谱多普勒。彩色多普勒显示CoA 胎儿缩窄处血流变细，血流速度加快呈五彩镶嵌状；频谱多普勒显示缩窄处为高速的湍流频谱[9]。由于产前卵圆孔和DA 开放，频谱多普勒测得的胎儿AoI 血流速度不准确。目前仍缺乏CoA 胎儿AoI 前向血流峰速的截断值。临床工作中，医生可能会参考新生儿AoI 前向血流峰速的正常值范围（≤2 m/s），但不作为诊断胎儿CoA 的标准[24]。另外，胎儿CoA 处血流阻力增大，收缩期血流在AAO 中淤积，理论上会观察到舒张期AoI 持续性血流和主动脉横弓双向或逆行血流，而临床中该现象并不多见，可能与主动脉发生缩窄的程度有关[30]。此外，CoA 胎儿主动脉弓部的血流也会随着孕周增加发生特征性的变化，即在中孕期至晚孕初期，主动脉弓部收缩期峰值血流速度与舒张期末血流速度较正常胎儿增快，搏动指数减低，对CoA 具有指示作用；但在晚孕中后期，收缩期峰值血流速度、舒张期末血流速度及搏动指数值与正常胎儿的差异无统计学意义[31]。

多普勒超声对胎儿CoA 多为定性分析，通常缺少多普勒超声相关参数的截断值，预测价值有限。Wang 等[30]在2019 年首次使用多普勒参数定量分析胎儿CoA，该研究通过多普勒超声测量主动脉峡部舒张期血流速度-时间积分（diastolic velocity-time integral，VTID） 和收缩期血流速度-时间积 分(systolic velocity-time integral，VTIS）， 应 用 VTID/VTIS 评价胎儿舒张期和收缩期心输出量之比，结果表明VTID/VTIS>0.56 预测胎儿CoA 的敏感度为94%，特异度为89%，AUC 为0.92，预测性能优异，并且VTID/VTIS 在正常胎儿发育全部过程中都是稳定的，不需要对孕龄进行调整。但频谱多普勒参数受取样线与血流夹角角度的影响，实际测量部位的血流速度通常被低估，临床工作中通过调节取样线与血流的夹角（至少＜60°）来减少此影响。

1.3 三维超声 时空影像关联（spatiotemporal imaging correlation,STIC）以及电子STIC（electronic STIC,eSTIC）技术是应用于胎儿心脏领域的一种三维超声技术，可以实现三维可视化。利用机械式三维容积探头或电子矩阵探头采集胎儿心脏的容积数据，并利用脱机后处理软件进行兴趣区结构的三维重建，以获取相应心脏大血管解剖的立体图像。可采用彩色血流成像采集容积数据时，使三维重建时能够更好地显示大血管的空间关系[32]。已有研究[33]证实，STIC 技术与高分辨血流成像技术结合能显示胎儿各种主动脉弓畸形的三维立体图像，相对于传统的二维超声方法可有效提高检出率。另外，重度CoA 胎儿AoI 过细，利用二维图像有时难以将其与主动脉弓离断（尤其是A 型主动脉弓离断）相鉴别。三维重建影像增加了一定的厚度信息，显示出多个二维平面的解剖信息，从不同角度、不同方位观察病变，有利于做出更准确的判断。Wang 等[34]对1 例CoA 胎儿进行了二维超声检查，结果显示AAO 与TAO 近端走行陡峭似主动脉弓离断，经多切面扫查仍无法确定TAO 与AoI 是否连续，后通过三维重建显示胎儿的心血管结构确认了主动脉弓的连续性，排除主动脉弓离断，诊断为重度CoA。该结果与最终尸检结果相符。

1.4 超声斑点追踪技术 超声斑点追踪技术是一种基于离线二维图像分析的非多普勒技术，能利用高分辨力的二维超声图像分析声学斑点的运动轨迹，真实、准确地反映心脏运动情况，具有不依赖角度、易于获取、后处理迅速等优点[35]。Miranda 等[36]应用超声斑点追踪技术评估CoA 胎儿的心肌功能，研究发现CoA 胎儿LV 心肌收缩纵向应变、收缩应变率和舒张应变率减低，而RV 心肌形变参数与正常胎儿没有显著差异。左右心室心肌形变的差异解释了CoA 胎儿左右心系统不对称的原因，即胎儿LV舒张功能降低，舒张期通过左心系统的血流减少，最终导致左心发育不全，左右心系统比例失衡。

2 胎儿心脏MR

MRI 不作为产前诊断的常规影像检查方法，但具有不受胎儿体位和孕妇腹壁厚限制的优点。在超声诊断困难的情况下，MRI 是产前诊断的重要辅助手段[8]。与胎儿超声心动图一样，MRI 检查也能显示胎儿CoA 伴发的心内畸形以及支架征，结果同样显示 PLSVC、VSD、BAV 的发生率在 CoA 胎儿与正常胎儿间不存在差异[7,37]。Lloyd 等[7]应用三维胎儿心脏MR 成像重建胎儿主动脉弓，提出了新的主动脉弓的解剖相关参数，包括动脉导管与AoI 内径的比值（Ist∶Duct）、动脉导管与 AoI 夹角、CSI、AoI 后壁与降主动脉后壁之间的距离，并采用MRI 的相位对比血流序列降低了采集图像时胎儿在宫内活动造成的影响，测量了通过胎儿AAO 的血流量（quanitity of AAO，QAAO），并计算峡部血流指数（QIst，QIst 等于AAO 血流减去上腔静脉血流）；该研究还显示，与正常胎儿相比，CoA 胎儿的动脉导管与AoI 内径的比值、QAAO 和QIst 均减小，动脉导管与AoI 夹角、CSI 和动脉导管与AoI 内径的比值均增大，其中AoI后壁与降主动脉后壁之间的距离预测胎儿CoA 的AUC 高达0.927，且多因素回归分析显示，在妊娠晚期采用QAAO 和AoI 后壁与降主动脉后壁之间的距离的模型可以预测93%的新生儿危重性缩窄。

胎儿心血管MR 成像通常依赖于实时采集 (通常是低空间分辨率)、静态采集或内部后处理技术，随着联合多普勒超声门控的MR 设备的发展，操作者无需后处理就可以获得高分辨率的胎儿心脏MR影像[36]。Salehi 等[38]利用兼容多普勒超声门控的心脏MR 设备，选择平衡式稳态自由进动序列和多普勒超声门控，获得了1 例产前超声心动图疑似为CoA的胎儿主动脉弓MR 影像，通过MRI 显示胎儿主动脉弓连续性完整，AoI 内径正常，排除了CoA，产后超声心动图也证实了新生儿主动脉弓发育正常。

3 小结

目前，产前诊断胎儿CoA 首选二维超声结合彩色多普勒超声检查，当两者对胎儿主动脉弓是否连续诊断困难时，可以通过建立大血管的三维超声影像确认。若胎儿和孕妇条件无法获得满意的超声图像时，可以进行胎儿心脏MR 检查。然而，单独使用超声心动图参数或心脏MR 参数预测和诊断CoA都具有一定的局限性，产前诊断CoA 仍具有挑战性。因此，结合胎儿超声心动图与心脏MR 检查，建立最佳的多参数预测模型和诊断模型，从而提高CoA 的产前检出率将是一个值得探讨研究的方向。