研究背景单心室是临床上一种较少见的复杂先天性畸形。其发病率在活婴中约为1:6500,约占先天性心脏病的1.5%。单心室的定义、命名及分类争论颇多。比较经典和较多被采用的定义是指二侧房室瓣或一个共同房室瓣开口于一个心室。典型的解剖特点是心室接受来自三尖瓣和二尖瓣二者或共同房室瓣的血液。从解剖形态学角度看上,真正的仅发育一个心室的心脏几乎不存在。最常见的是存在一个发育不良的心室或残余心室,主要发育的心室则称为具有功能的单一主心室。该类心脏畸形自然病史短、治疗难度大、远期的存活率低。由于该畸形的复杂性和多样性,导致其病理生理和血流动力学特点不易被认识和理解,该疾病的手术和介入性治疗也具有挑战性。临床上常规治疗单心室的方法是分期进行的姑息手术,最终通过Fontan术彻底建立正常的血流动力学,以达到正常生理状态。血流动力学和病理生理的状态会根据患者畸形的严重程度和手术治疗不同阶段而存在变化,这些变化都影响着心脏做功的能力。探究单心室患者心脏功能状态,其目的不仅揭示心室舒缩泵血的过程,有助于理解单心室特殊的血流动力学和病理生理学特点,增进对于单心室结构和功能的理解,提高患者治疗和护理有重要的指导意义。同时也为手术治疗方案的选择、疗效评价和随访监测提供重要的参考价值。然而,由于单心室解剖病理的复杂性以及患者年龄较小等原因,迄今为止,临床上尚缺乏准确、可靠、无创的检测单心室患者心功能的手段。有研究表明心血管核磁共成像技术可评价单心室患者心室功能,但由于检查时间长,费用昂贵等原因,应用受到限制,尤其对年幼的患者存在较多的局限性。传统二维超声心动图技术是临床上评价心室收缩功能的首选方法,测量方法基于心室容积几何假设的原理,对正常结构形态的心室可准确测量其容积及功能。但二维超声作为一种平面显像方法,对于形态极不规则的单心室患者,无法全面的反映心室的形态学特征,其测量结果不准确。另有研究显示彩色多普勒超声心肌工作指数可不依赖心室的几何形态,能准确反映单心室患者的整体心功能变化,但目前尚缺乏大量病例的相关性研究,其准确性还有待进一步证实。心导管造影检查,能够定量的测量心脏功能的指标,但操作复杂和有创性的特点,无法广泛的应用于临床工作中。与二维超声心动图相比,三维超声心动图在评价功能性单心室心室功能方面,同样具有操作简单方便的优势。以往的动态三维超声心动图通过采集多幅二维图像进行三维重建,不仅操作复杂费时,且易受呼吸等的影响,临床应用有限。目前,新型的实时三维超声心动图在分析心室立体空间结构和动态变化方面具有优势,可简捷无创的获取心脏三维动态图像。不同时期的手术治疗,对于改善心脏功能的能力也不同。患者手术治疗前后,心功能相关指标均有不同程度的改变。手术治疗能够降低心室腔容积、增加心输出量、缓解或逆转心室肌重构。实时三维超声技术能够定量的反应不同手术阶段心室形态以及功能状态的变化,为手术治疗方式、时机的选择、术后疗效判断以及远期随访提供可靠而详细的依据。过去的二十年间,单心室外科手术治疗的存活率有了明显提高。但是,从随访的结果来看,单心室患者手术远期存活率仍不理想。为了能够提高生存率,诸多研究已经探究了影响单心室患者预后的因素,包括年龄、性别、体重、肺动脉发育情况、特殊的病理学类型、心律失常、术后并发症等。早期对危险因素加以关注和控制,有望提高患者的存活时间,生存率以及生存质量。然而,不同的研究机构和文献报道的危险因素也不尽相同,主要集中在对临床因素的研究,多数因素相互混杂,亦难以发现具有特征性的指标。本研究包括三个部分:第一部分实时三维超声心动图评价单心室患者心功能的临床研究本研究应用二维超声心动图和实时三维超声心动图分别评价63例单心室患者的心功能。二维超声心动图和实时三维超声心动图均由两位独立双盲经验丰富的超声科医师完成。医师通过观察心脏的二维超声心动图图像,对心功能进行定性的评价。定性诊断的分级和评分包括心功能正常(4分)、心功能轻度降低(3分)、心功能中度降低(2分)、心功能重度降低(1分)。采用Philips IE33超声仪器结合Tomtec三维超声测量工作站,应用8平面Simpson法定量测量患者的舒张末期容积、收缩末期容积,最后计算得出射血分数。我们将二维超声定性评价结果与三维超声定量测量的射血分数进行对比分析。另外,63例患者中有21例施行了心导管超声检查,实时三维超声心动图和心导管技术均能够测量患者心脏指数,将两种技术获得的心脏指数进行比较分析。结果显示①比较两位超声医师二维超声定性评价结果,两者之间有中度一致性,Kappa值等于0.55(p＜0.01)。②实时三维超声心动图定量测量获得63例单心室患者的射血分数为47.9%±11.31%。③两位超声医师应用二维超声半定量法获得的心功能评分均与三维超声定量评价的EF值进行相关性分析,结果显示心功能评分与EF值之间有中度的相关性,Spearman’s相关系数值为分别为0.50和0.65(p＜0.01)。④依据实时三维超声测量的EF值与二维评分结果的线性回归分析结果,构建出以下方程y=0.6058 x+1.79,相关性系数为0.66。⑤实时三维超声与心导管检测测量获得的心脏指数之间结果的线性回归分析结果建立以下方程y=0.8988x+0.5693,相关性系数为0.74,两者之间有良好相关性。⑥实时三维超声心动图测量的结果观察者间和观察者内重复性和一致性良好。第二部分实时三维超声心动图评价左心室发育不良综合症患者不同手术时期心室功能变化的临床研究本研究对50例左心室发育不良综合征患者,按照手术治疗的时期进行分组。无外科手术治疗史的患者为未手术组,接受Norwood一期手术治疗的患者为一期手术组,接受二期手术治疗的患者为二期手术组。应用实时三维超声心动图结合三维工作站,对所有患者行超声各项指标的评价,一期和二期手术组患者均在术后两周内接受超声心电图检查。各项评价的指标包括舒张末期心室容积(end diastolic volume,EDV)、收缩末期心室容积(end systolic volume ESV)、射血分数(ejection fraction,EF)、每搏心输出量(strok volume,SV)、心脏指数(caridac index,CI)、心肌质量/容积比值(mass/enddiastolic volume,MASS/Vol)、彩色多普勒超声心肌工作指数(myocardial performanceindex,MPI)。患者在接受超声检测前后所有临床资料和治疗方案一致。结果显示①与一期手术组相比,二期手术组中EDV,ESV,SV三个指标显著增加,两者之间的差异有统计学意义。未手术组相比,二期手术组中上述指标也是显著增加,两者之间的差异有统计学意义。但是未手术组与一期手术组以上各指标的差异没有统计学意义。②与未手术组相比,心肌质量,心肌质量/容积比值(MASS/Vol)两个指标在一期手术组中有降低的趋势,在二期手术之后两个指标均增高,但是三组间这些指标的差异没有统计学意义。③一期手术组中EF值均低于未手术组,二期手术组EF值较一期手术组有增高的趋势,但各组间EF值的差异没有统计学意义。④每分心输出量(CO)在一期手术组比未手术组有降低的趋势,但是两组之间测值差异没有统计学意义,二期手术后该指标明显增高,二期手术后CO值与未手术组、一期手术后相比差异均有统计学意义。⑤心脏指数(CI)在三组间的差异没有统计学意义。⑥MPI与三维超声所测量的EF值之间相关性分析:两者之间存在一定的负相关性,Pearson相关性指数为-0.330,p值为0.043＜0.05。第三部分实时三维超声心动图技术预测单心室生存结局的研究本研究应用实时三维超声心动图测量了美国德州儿童医院心内科自2006年8月至2009年5月间连续就诊的95例单心室患者的心功能指标。同时我们回顾性地采集了每例患者的临床和人口学特征资料,包括年龄、性别、确诊日期、单心室病理解剖类型、体重、身高、体表面积、既往手术治疗史、死亡时间。应用统计软件包(SPSS17.0)进行统计学分析。Kaplan-Meier法对各影响因素进行生存率分析并进行生存率估计,并绘制生存曲线,Log-Rank法比较各因素不同水平生存分布的差异。以Cox比例风险模型分析多种因素与远期生存之间的关系。结果显示①95例患者中,终点事件组19例,占总数的20%,存活组76例,占总数的80%。终点事件组与生存组之间比较结果显示,就诊年龄、左心室发育不良综合征型单心室、体重、身高、体表面积、心输出量、射血分数这些指标中,不同心功能级别之间差异有统计学意义(p＜0.05)。②Kaplan-Meier生存曲线分析结果,95例患者总累积生存率为69.3±8.6%,总生存时间3.06±3.97年,中位生存时间为1.27年(范围17天至19.48年)。7年、10年和20年总生存率分别为74.8%、65.5%和65.5%。③不同心功能水平对生存结局的影响:心功能中度降低患者的生存率明显低于心功能正常患者,却明显高于心功能轻度降低患者。心功能重度降低的患者生存率明显较低。随着心功能水平的降低,患者发生终点事件的几率明显增高。④单因素生存分析:从35个预后因素中筛选出对单心室患者生存有影响的7个指标,包括左心室发育不良型单心室、射血分数、舒张末期心室容积、每搏心输出量、体重、身高、体表面积,以上各指标为影响生存情况的独立因素。⑤将上述筛选得到的单因素,带入COX模型进行多因素分析,结果显示体表面积及射血分数是共同影响生存结局的共同因素。结论(1)实时三维超声心动图可以无创性评价单心室心室功能。(2)传统二维超声心动图能够定性的评价单心室心室功能,主观性强,重复性较差。(3)实时三维超声心动图可以定量评价单心室心室功能,结果准确可靠,重复性和一致性高。(4)实时三维超声心动图可应用于各个手术时期前后血流动力学的监测,伴随着不同的手术治疗阶段,多数指标呈现动态的波动,监测超声的指标对了解病情、指导治疗、选择最佳手术时机、制定手术方案、评价手术疗效及估计患者预后均有非常重要的意义。(5)左心室发育不良型单心室、射血分数、舒张末期心室容积、每搏心输出量、体重、身高、体表面积是影响单心室患者生存情况的独立因素。(6)单心室患者不同心功能水平能够预测生存结局。心功能中度及重度降低的患者可能出现不良的生存结局,患者预后较差。(7)实时三维超声定量评价的心功能指标能够预测单心室患者不良的生存结局。随着心功能水平的降低,患者发生终点时间的几率明显增高。