胎儿超声心动图最初是用来检测结构异常，但近年来更多的应用于评估胎儿心脏功能。本文参考CrispiF.和GratacósE.的胎儿心脏功能研究，总结了在胎儿心脏功能评估中的技术问题和局限性，以及其潜在的研究内容和临床应用。应用超声心动图的心脏功能评价在高危人群筛选和一些特殊胎儿情况的检查中起到重要作用，如胎儿宫内发育迟缓，双胎输血综合征、孕产妇糖尿病和先天性膈疝。胎儿心脏功能评估是具有挑战性的，因为胎儿心脏结构比较小，胎儿心率很快，同时受到探测传感器远离胎儿心脏的限制。由于这些限制和不同的心功能与胎儿成熟度有关，应用于胎儿的心血管参数应该谨慎使用。尽管有这些限制，在专家的手中，应用适当的超声设备，评估心脏功能在大多数胎儿中是可行的。能够评价胎儿心脏功能的胎儿超声心动图是一种很有前途的工具，很快就会被纳入临床实践。在各种状况下的胎儿心脏功能评估需要进一步细化研究的方向，对胎儿心脏诊断、监控或预测的判断提供可靠依据。
1胎儿心脏功能评价的重要性
胎儿超声心动图最初是用来检测结构异常，最近提出可在胎儿心脏功能评估中使用。胎儿心脏功能障碍可能是由于一种内在心肌疾病或继发自适应机制。心脏功能评估可能有助于预测围产期和长期心血管预后。
评价胎儿心脏功能是特别具有挑战性的，因为要试图测量一个很小心脏的功能，并且这个心脏始终处于移动和变化中，这部分将在下一节进行详细介绍。另一个挑战是，胎儿的心脏功能障碍本质上是亚临床。胎儿很少进入心脏衰竭，一旦发生，其结果通常是胎儿死亡，除了极少数的例外。大多数情况下，胎儿的心脏功能检查结果是参照正常的儿童或成人心脏病学标准，因此应用这些经典指数来确定出生前胎儿心脏衰竭的存在尚显不足。幸运的是，在最近的几年里，成人心脏病学已经大大发展，各种各样的新方法能够识别极其微妙的变化，现在可用于心脏的功能评估。在胎儿心脏实现这些技术远不是这么简单的，但这些进步已经显示出非常有前景的结果。更详细的心脏功能评估，使得通过新的病理生理学视角洞察各种条件下的胎儿心脏成为可能，并满足新的临床应用。我们可以设想，在未来的5-10年中，一个更加成熟的知识领域和专业化的胎儿心脏功能评价得以逐步实现。
2胎儿心脏功能障碍的病理生理学基础
心脏的主要功能是排出血液为组织器官提供足够的灌注。为了实现这个功能，心脏通过封闭的心室壁肌肉收缩以产生足够的压力，从心室通过主动脉/肺动脉瓣排出血液到达主动脉和肺动脉（收缩期）。从心房到心室的足够填充（舒张期）也很重要。为了维持正常的心脏功能，收缩期、舒张期过程必须以同步的方式进行。
2.1正常心动周期
正常心动周期包括五个主要阶段。第一阶段，心脏舒张或心室充盈阶段，包括等容舒张期，舒张期早期和心房收缩期。第二阶段，心室泵出血液到主动脉和肺动脉，包括等容收缩期和射血期。心动周期决定了心脏血流运动，心肌的运动和变形的主要特点。
2.2心力衰竭、功能障碍和重构的定义
心力衰竭的定义是心脏无法提供足够的血液来满足身体的需要。这通常是一个晚期表现，通过心脏扩大，房室瓣反流，胎儿水肿，可以很容易诊断，也可以通过明显降低的心输出量和射血分数而定量测量。
然而，心脏功能受损的早期阶段，心脏通常能够代偿，在心力衰竭终末期之前，存在一个较长的亚临床心脏功能障碍期。在此代偿期，心脏功能改变表现在心脏的形状和大小的改变，是可以测量的。这些变化是心脏对损伤的适应，这一过程称为心脏重构。
3评估胎儿心脏功能的主要技术和参数
胎儿心脏功能的分析可提供血流动力学方面的重要信息，这些信息对于临床医师处理宫内发育迟缓、复杂单绒膜双胎妊娠、胎儿水肿、母体糖尿病、胎儿心律不齐等各种临床症状非常有价值。超声检查技术的发展使这些评估成为可能。
传统的胎儿心脏功能评估，通过常规多普勒测量血流，在2D或M型模式测量心脏形态。近年来，提出了利用组织多普勒成像（TDI）和二维斑点追踪成像直接评价心肌的运动和变形。最近，4D时空关联成像技术（STIC）能够更准确地评价心脏维度和容量。用于胎儿心脏功能评价的最常用技术详细描述如下：
3.1常规多普勒
心脏的主要功能为排出血液,以提供足够的器官灌注量，血流的评估是一种常见的方法来评价胎儿心脏功能。常规多普勒可以评估心脏的瞬间状态，包括血液的流出(收缩期)和流入(舒张期)：
常规多普勒测量通过流出道的血流反映心脏收缩功能。这个流速测量值乘以流出道的面积可以计算出收缩期搏出量，即每搏量。结合胎儿心率可以得出心输出量（容量/分钟），通常表示为心脏指数（根据胎儿体重进行校正的心输出量）。心输出量是一个经典的心脏功能评估参数，但只有当心脏功能恶化到晚期时才发生变化，此时心脏已经无法代偿，血液排出不足，无法满足器官需求。
主要用来评估舒张功能的多普勒指数是E/A（舒张早期的充盈/心房收缩）比率和心前静脉频谱。多普勒探测心室的充盈血流，通常会有一个两相波，分别表示为E、A。E/A比值本质上反映心室松弛，但这一参数不适用于胎儿，因为胎儿的呼吸运动、身体活动和高速的胎儿心率通常会显著影响E/A比值，常常导致E、A波融合。另一个重要的限制是，受损的松弛性可表现为这一比率的上升、下降、或假性正常化，阻碍了解释。心脏舒张功能也可以间接地通过多普勒测量心前静脉来评估，这一参数反映右心房压力变化，间接评价右心室的舒张功能。众所周知，在胎儿医学中，静脉导管（DV）是最常用于反映舒张功能受损的静脉，并已用于临床实践，作为疾病的早期标志。
常规多普勒通常是用来评估血液流动,也可以用来计算时间。尤其是等容收缩期和等容舒张期时间，分别定义为收缩/舒张开始至流出道瓣膜关闭/开放的一段持续时间。这段时期，尤其是等容舒张期（IRT），在舒张功能障碍的早期就表现为异常延长，反映了心肌松弛所需时间的增加。时间参数可以单独评价功能，或作为综合参数的一个因数，如心肌功能指数（MPI），这个参数需要几个心动周期的收缩期及舒张期时间来计算。MPI是一个整体心脏功能参数，已被证明是一个高度敏感的功能障碍参数。
3.2M型模式
M型模式通常用于心脏的横向视图来测量收缩末期和舒张末期心室直径的差值，应用Teicholz公式计算射血分数。射血分数的定义是每个周期心室排出血液的比例。尽管射血分数是在成人阶段描述心脏功能障碍的基本参数，因为它主要反映径向函数，通常只在恶化的最后阶段有所改变。
M型模式也可以应用于心脏的长轴视图，进行三尖瓣和二尖瓣的位移评估，由于反映心室纵向函数，已被用作心脏功能障碍的敏感标记。
3.3组织多普勒成像
传统的超声心动图技术是基于流动的血液，组织多普勒（TDI）使用不同频率的超声波来探测心肌的运动速度，其运动特点是较低的速度和更高的振幅。TDI可以直接评估瓣环或心肌运动速度，也可以离线分析变形参数(应变和应变率)来进行评估：
二尖瓣环或三尖瓣环运动的峰值速度反映心脏整体收缩期(S’)或舒张期(E’和A’)的心肌运动，被认为是心脏功能障碍的早期且敏感的标记。
心肌各个节段的收缩期峰值应变和应变率评估，反映了心肌变形和邻近节段的相互作用，这些参数也是心脏功能障碍的早期标记。
尽管TDI可以提供整体心脏功能的参数，局部心肌的运动和形变参数，这一技术需谨慎应用于胎儿心脏，因为其具有一定的局限性，将在后面详细阐述。
3.4二维斑点追踪
近年来，出现一些非多普勒技术的报道。二维斑点追踪技术利用帧帧跟踪明亮的心肌区域（斑点），可以对心肌形变进行量化。二维斑点跟踪技术需要后处理和离线分析2D图像，可以分析心肌应变和因变率。尽管其潜在的优势，但是这项新技术在胎儿心脏中的应用尚待证实。
3.54D时空关联成像（STIC）
4DSTIC可实时进行胎儿心脏结构的3D重建，这一技术是基于摆动扫描（容积数据包）得到胎儿心脏的整体结构在心动周期中的重建。通过这个存贮的容积数据包，可以得到心动周期中任一时相的感兴趣区心脏结构。4DSTIC已被用于测量心室容积，提供精确的心输出量和射血分数评估。离线分析还可提供二尖瓣/三尖瓣环的位移评估。4DSTIC是一种很有前途的技术，需要进一步研究，以改善其在胎儿心脏功能评估的适用性。
最合适评估胎儿心脏功能的参数，主要取决于功能障碍的原因。射血分数或心输出量的异常，通常在病程晚期，因此建议使用更敏感的参数应用于早期诊断和胎儿心脏功能障碍监测。在大多数心脏功能障碍的病例中，舒张期参数(如DV或IRT)第一个发生改变，反映舒张功能受损，心脏的僵硬或有效排血的降低。同样，反映纵向函数的参数(如瓣环位移或速度)，相比反映径向函数的参数(如射血分数)，通常在早期阶段发生改变。
4影响胎儿心脏功能测量的技术因素
胎儿心脏评估是具有挑战性的，因为胎儿心脏很小，高速的胎儿心率和胎儿与传感器的远距离。胎儿超声心动图需要特定的培训及专业知识，去获得图像并解释结果。当评估胎儿心脏功能时，应考虑几个限制因素。当评估技术要求离线分析时（如4DSTIC，彩色TDI，和2D斑点追踪），对这些制约因素的考虑尤显重要。
4.1胎儿位置，运动和大小
一些固有的特殊性，如胎儿位置、运动和小尺寸，需要掌握专业知识以获得足够的图像，操作技术不佳有时可能会妨碍完成评估。胎儿位置远离产妇的腹壁，因此产妇肥胖，羊水过少，或前置胎盘都可能会干扰图像质量。胎儿位置不断变化，需要不同的角度查看胎儿的心脏。如果胎儿脊柱是持续在前的位置，则不可能获得最佳观赏角度，而评价纵向或径向运动，分别需要一个顶/底观或横向观。常规和组织多普勒都有严格的角度依赖性，应该尽可能接近于0°。其他技术，如4DSTIC或者M型模式角度依赖性小，但仍需一个好的角度来获得可靠的结果。胎儿身体和呼吸运动也可能影响图像质量。此外，胎儿心脏远小于成人心脏，并且随孕龄不断变化。因此，在整个怀孕过程中总是需要计算Z评分，标准化测量的正常范围。一些胎儿条件常常会影响心脏的大小（如导致心脏肥大），需要根据胎儿心脏大小或特定的胎儿生物学特性正确地调整参数，这些参数往往非常依赖于心肌大小（如瓣环位移或心肌速度）。过小的胎儿心脏也影响心脏或血管内径测量的准确性。特别是在一些测量参数（如心脏输出）的计算，是建立在上述内径测值基础上的参数计算公式，这种考虑就显得非常必要，也就是说，将一个不准确的参数经过公式计算后，会得到一个更大误差的参数。此外，心脏大小显著限制任何试图分别对心肌的心内膜和心外膜层进行评估，因为心肌太薄，无法单独评估。所有这些限制需要特定的培训和严谨的心态，来正确获取和解释胎儿超声心动图。
4.2胎儿心率和帧频要求
适当的采集、处理和分析对于需要离线分析的技术（如TDI或2D斑点跟踪技术）更关键。离线分析形变的软件，最初是为低心率、位置固定并配合心电图(ECG)的成人心脏设计的。因此，胎儿心脏的内在特征可能会影响算法的正确性，从而限制参数的可靠性。由于胎儿心脏的位置远离母体的腹壁，获得胎儿心电图是不可能的。对于离线分析软件，心电图关联是至关重要的，因为需要明确具体时相，例如确定收缩后期时相。心电图关联也是离线软件正确计算的必备条件。最近的报告提出了使用虚拟心电图，即通过M型模式或2D图像来手动描计出心电图，用于指示时相，从而提高离线分析软件（TDI和二维斑点追踪）的准确性。此外，既然离线分软件所需的帧频在成人心脏已合理定义了，应用于胎儿心脏则需要更高的帧频（因胎儿心率大约是成人心率的2-3倍），但仍有待定义最佳值。质量差的低帧频图像或缺乏心电图关联可能会导致不正确的结果。举一个显著的例子，因为之前采用低帧频的图像分析整个妊娠期的纵向应变，其研究结果显示为增加，而最近使用更适当的方法分析高帧频的凸显，其结果显示为降低，二者存在显著差别。尽管最近的报道，通过高帧频图像和模拟心电图已经改进这些技术的可行性，但是一些限制，比如多变的胎儿心脏视图和胎心的细小结构（早期孕龄阶段分析心肌存在潜在的不足）仍有待克服。
4.3胎儿出生前后的差异
大多数超声心动图技术参数源于之前开发和验证的成年人心脏。然而，不同于成年人的心脏，胎儿心肌细胞成熟度（心肌僵硬度和固有收缩性）在整个妊娠期间是不同的，心肌内部始终在变化。此外，胎儿血液循环模式不同于成人，即右心占优势，体肺循环交通。怀孕期间这种模式可能会改变，这可能会影响在子宫内的心脏对不同损害（容量或压力负荷过重，缺氧，心脏压迫等）适应性的理解。因此，在解释胎儿超声心动图研究结果时，所有这些变化都应该考虑。
4.4胎儿心脏缺乏验证技术
因为侵入性研究胎儿循环是不可能的，大部分用于胎儿超声心动图的技术尚未验证，限制了其功能解释。此外，在各种文献报道中，很多心脏功能参数对于方法学、正常值、解释阐述存在很大差异。例如，测量MPI采用血流或瓣叶关闭为标记，将导致不同的正常值。另一个例子是Teichholz公式计算射血分数，其计算基础是正常成人心脏的几何假设，但并不适合胎儿心脏形态。此外，E/E’比率已经证明与心脏舒张晚期心内压力有关，但它在胎儿时期的意义还是未知的。因此，胎儿超声心动图检查的结果应该谨慎评估，考虑到孕龄和使用的方法。最后，在成人心脏中的应用TDI和二维斑点追踪技术对形变分析，已被实验室证实，包括超声显微镜。然而，在胎儿心脏发育过程中没有侵入性研究可以执行，用以验证真正的应变和应变率值。尽管有这些限制，最近的报告表明，采用适当的、可重复进行的方法时，形变是可以评估的。然而，许多研究没有恰当地描述使用的方法或承认潜在的局限性。所有在胎儿心脏功能方面的研究，尤其那些使用新技术的研究，在接受他们的结果和结论之前，采用批判性的阅读是必须的。
如上所述，胎儿心脏功能的评估技术具有局限性，因此任何技术或参数在被纳入临床实践之前，应该遵循的几个步骤对其评价结果进行验证。首先，是进行精心设计、具有可行性和可重复性的实验研究。按照严格的方法论标准使用建议的参数也是至关重要的，以确保其适用性。然后，必须在技术或参数可以应用于临床之前，详细描述在正常胎儿条件（生理学）以及每个临床疾病（理生理学）条件下的参数表现。
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