二維剪切波彈性成像定量評估新生兒腦組織硬度＊

王佳冰，毛麗萍，劉玉芹，徐 鑫，童明輝△

（1.蘭州大學第二醫(yī)院兒童功能檢查科，甘肅 蘭州 730030；2.蘭州大學第二醫(yī)院新生兒科，甘肅 蘭州 730030）

顱內(nèi)出血是目前圍生期新生兒腦損傷的主要原因之一。孕齡＜37周的新生兒因其顱腦結(jié)構(gòu)不完善，易發(fā)生顱內(nèi)出血導致一系列認知、神經(jīng)功能等障礙。床旁超聲無創(chuàng)、便捷、高效，是目前臨床篩查、隨診新生兒顱腦疾病的主要方法。近幾年新興的超聲彈性成像技術(shù)，可對組織硬度進行定性診斷、定量測量，已廣泛應(yīng)用于肝臟、肌肉、神經(jīng)、乳腺等器官疾病超聲輔助診斷，新生兒顱腦中相關(guān)研究應(yīng)用較少。本研究將早產(chǎn)新生兒與足月新生兒作為研究對象，采用二維剪切波彈性成像技術(shù)（Two-Dimensional Shear Wave Elastography，2D-SWE）測量新生兒的丘腦、側(cè)腦室旁腦白質(zhì)彈性模量平均值（The mean value of the elastic modulu，Emean），定量評價早產(chǎn)和足月新生兒腦組織硬度的差異，同時對新生兒腦組織硬度的相關(guān)影響因素進行分析，現(xiàn)詳細作如下報道。

1 材料與方法

1.1 材料

將蘭州大學第二醫(yī)院2018年12月—2020年2月收治的159例新生兒作為研究對象，并根據(jù)新生兒出生時間進行分組，將＜37周出生的76例新生兒作為早產(chǎn)兒組，將≥37周出生的83例新生兒作為足月兒組。新生兒入院的日齡在0～28 d。所有新生兒的監(jiān)護人均知情同意本次研究，并簽署知情同意書。排除標準：顱內(nèi)出血、缺血缺氧性腦病、腦室周圍白質(zhì)軟化、腦梗死、腦積水、新生兒呼吸窘迫綜合征、高膽紅素血癥、羊水污染、敗血癥、顱內(nèi)腫瘤等。

1.2 方法

2組新生兒均采用2D-SWE定量評估腦組織硬度，檢查儀器均采用法國Supersonic Imagine Aixplorer的彩色多普勒超聲診斷儀，設(shè)置探頭頻率為SC6-1MHz。檢查室內(nèi)環(huán)境舒適、溫暖、無噪聲，在檢查時幫助新生兒處于仰臥狀態(tài)，且要求新生兒絕對的安靜，以保證檢查的順利進行。所有新生兒均常規(guī)行顱腦超聲檢查，經(jīng)前囟、側(cè)囟觀察顱腦結(jié)構(gòu)，同時檢測大腦前動脈、中動脈峰值流速、平均流速及阻力指數(shù)。所有隨機選取的新生兒各項超聲檢測指標均在正常范圍內(nèi)[1-2]。

經(jīng)前囟清晰顯示雙側(cè)側(cè)腦室和丘腦，厚涂耦合劑，盡量不對新生兒囟門施壓。SWE模式下靜置3～5 s，取樣框大小3 cm×4 cm，彩色編碼范圍0～40 kPa，以顏色充滿取樣框75%以上且圖像穩(wěn)定為存圖標準。分別測量左、右側(cè)丘腦、側(cè)腦室旁腦白質(zhì)Emean，單部位重復測量3次，求取Emean平均值。所有操作均由一位經(jīng)規(guī)范2D-SWE操作培訓且有4年以上操作經(jīng)驗的醫(yī)師完成，檢查時間控制在5 min內(nèi)。

1.3 統(tǒng)計學分析

數(shù)據(jù)處理采用SPSS 24.0統(tǒng)計學軟件進行，計量資料符合正態(tài)分布者以（）表述，組間用t檢驗。新生兒胎齡、體重與選定區(qū)域丘腦、側(cè)腦室旁腦白質(zhì)Emean的相關(guān)性采用Pearson相關(guān)系數(shù)分析法。采用MedCalc 19.0.7統(tǒng)計軟件，分別繪制新生兒雙側(cè)丘腦、側(cè)腦室旁腦白質(zhì)Emean均值的受試者操作特征曲線（ROC曲線）。P＜0.05為差異具有統(tǒng)計學意義。

2 結(jié)果

2.1 2組新生兒基本資料比較

早產(chǎn)兒組76例，足月兒組83例，2組新生兒的胎齡、日齡、體質(zhì)量比較差異均有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表1。

表1 早產(chǎn)兒與足月新生兒臨床指標比較（）

表1 早產(chǎn)兒與足月新生兒臨床指標比較（）

2.2 2組新生兒腦組織檢測指標比較

2D-SWE定量評估可見，2組新生兒的雙側(cè)丘腦、側(cè)腦室旁腦白質(zhì)彈性聲像圖穩(wěn)定。早產(chǎn)兒組新生兒的左右側(cè)丘腦、左右側(cè)腦室旁腦白質(zhì)及Emean值均小于足月兒組新生兒，差異比較具有統(tǒng)計學意義（P＜0.05），見表2。

表2 早產(chǎn)兒與足月新生兒側(cè)丘腦、側(cè)腦室旁腦白質(zhì)Emean比較（kPa，）

表2 早產(chǎn)兒與足月新生兒側(cè)丘腦、側(cè)腦室旁腦白質(zhì)Emean比較（kPa，）

2.3 新生兒左右側(cè)腦組織檢測指標比較

早產(chǎn)兒組與足月兒組新生兒的左、右側(cè)丘腦Emean，左、右側(cè)側(cè)腦室旁腦白質(zhì)Emean比較差異均無統(tǒng)計學意義（P＞0.05），見表3。

表3 左右側(cè)丘腦及側(cè)腦室旁腦白質(zhì)Emean比較（kPa，）

表3 左右側(cè)丘腦及側(cè)腦室旁腦白質(zhì)Emean比較（kPa，）

2.4 Pearson相關(guān)性分析

Pearson相關(guān)性分析可見，早產(chǎn)兒胎齡與雙側(cè)丘腦Emean無明顯相關(guān)性（P＞0.05）；早產(chǎn)兒胎齡與雙側(cè)側(cè)腦室旁腦白質(zhì)Emean呈正相關(guān)性（P＜0.05）；足月兒組新生兒的胎齡與雙側(cè)丘腦、雙側(cè)側(cè)腦室旁腦白質(zhì)Emean均呈正相關(guān)性（P＜0.05）；早產(chǎn)兒組、足月兒組新生兒體重與雙側(cè)丘腦、雙側(cè)側(cè)腦室旁腦白質(zhì)Emean均呈正相關(guān)性（P＜0.05），見表4。

表4 早產(chǎn)足月新生兒胎齡、體重與丘腦、側(cè)腦室旁腦白質(zhì)硬度平均值的Pearson相關(guān)性

2.5 ROC曲線分析

早產(chǎn)新生兒丘腦Emean以8.45 kPa 作為截點值，ROC曲線下面積為0.847，特異性79.52%，敏感性77.63%，Youden指數(shù)0.571 5，如圖1所示；早產(chǎn)新生兒側(cè)腦室旁腦白質(zhì)Emean以7.00 kPa作為截點值，ROC曲線下面積為0.765，特異性與敏感性分別為65.06%、76.32%，Youden指數(shù)0.413 8，如圖2所示。新生兒顱腦組織檢測影響圖如圖3—圖4所示。

圖1 新生兒丘腦Emean ROC曲線圖

圖2 新生兒側(cè)腦室旁腦白質(zhì)Emean ROC曲線圖

圖3 SWE成像新生兒丘腦Emean值9.8kPa

圖4 SWE成像新生兒側(cè)腦室旁腦白質(zhì)Emean值7.1 kPa

3 討論

新生兒因其腦組織發(fā)育不完善，易發(fā)生顱內(nèi)出血、缺血缺氧性腦病等，進而發(fā)生腦積水和腦性癱瘓等神經(jīng)系統(tǒng)疾病。健康早產(chǎn)兒顯示顱腦結(jié)構(gòu)的不完善，將增加其發(fā)生認知障礙、神經(jīng)運動缺陷及神經(jīng)發(fā)展異常的風險[3]。床旁超聲檢查便捷、價廉，且隨著探頭分辨率的提高，二維灰階成像對顱內(nèi)疾病的診斷具備較高診斷價值，同時可結(jié)合彩色多普勒成像檢查對顱內(nèi)腦血流功能狀態(tài)進行評估[4]，是目前常規(guī)篩查新生兒早期顱腦疾病的首選檢查方法[5]。但目前臨床常用的超聲檢查技術(shù)易受不同操作者主觀判斷的影響，若能夠提供更多的定量分析數(shù)據(jù)，將提高超聲在新生兒顱腦應(yīng)用的敏感性和特異性。2D-SWE技術(shù)是近年來一種新興的超聲成像技術(shù)，其是在組織感興趣區(qū)域作用超聲探頭所發(fā)射的聲輻射力，然后進行剪切波在組織內(nèi)傳播速度的測量，并自動計算出楊氏模量值（E＝3ρc2，E代表組織彈性模量，ρ代表組織密度，c代表剪切波傳播速度）[6]，從而達到對組織硬度量化評估的目的。目前，2D-SWE雖廣泛應(yīng)用于腹部臟器、淺表腺體、四肢肌肉肌腱等，但對新生兒顱腦的研究應(yīng)用尚處于初步階段[7-9]。

新生兒中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育對外界敏感性較高，若發(fā)育過程受到干擾，會對腦組織結(jié)構(gòu)和功能產(chǎn)生重要影響[10]。關(guān)于2D-SWE在顱腦檢查中的安全性，研究已有相關(guān)研究報道。Li等[11]對C57BL/6新生乳鼠應(yīng)用剪切波成像儀進行顱腦分組照射，結(jié)果發(fā)現(xiàn)持續(xù)30 min的照射并不會對乳鼠的腦組織結(jié)構(gòu)造成明顯變化。但是，照射＞10 min時乳鼠會出現(xiàn)腦p-PKCa蛋白表達水平下降，照射＞30 min時乳鼠的腦PI3K/AKT/mTOR信號通路會受到傳導干擾。Zhang等[12]研究中還發(fā)現(xiàn)，將實驗小鼠喂養(yǎng)至3月齡時，實驗組與對照組小鼠在學習與記憶等方面并無明顯的差異，且2組小鼠的海馬和皮層中與神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育關(guān)系密切的信號通路相關(guān)蛋白表達并未出現(xiàn)顯著的差異。

本研究在操作過程中，所有新生兒在2D-SWE模式下檢查總時長均控制在5 min內(nèi)，保持患兒安靜狀態(tài)，且同一重復區(qū)域測量3次取平均值。Chauvet等[13]對63例成年患者進行了術(shù)中超聲檢查，提示應(yīng)用2DSWE技術(shù)可測量腦腫瘤和正常腦組織硬度，依據(jù)量化的組織硬度差異可有效判斷腫瘤邊界。表明2DSWE可有效對正常組織區(qū)域與病變組織區(qū)域進行定性、定量診斷。Kim等[14]通過對21例平均胎齡34周的健康新生兒進行2D-SWE檢查，發(fā)現(xiàn)顱內(nèi)腦組織彈性硬度值皮質(zhì)灰質(zhì)＞腦室周圍白質(zhì)＞尾狀核。同時，提出需在核磁共振彈性成像或者大樣本數(shù)據(jù)下建立新生兒不同顱內(nèi)區(qū)域、不同胎齡及不同患病狀態(tài)下腦組織彈性硬度值的參考范圍。唐亞娟等[15]對134例新生兒（早產(chǎn)兒38例，足月兒96例）進行顱腦超聲檢查，量化評價2D-SWE在臨床診斷腦損傷中的應(yīng)用價值。研究結(jié)果表明2D-SWE可有效定量評價新生兒大腦、丘腦、小腦的腦組織硬度，圖像采集成功率分別為89.56%、90.30%、78.36%。足月正常組新生兒（42例）的丘腦、小腦楊氏模量均高于足月缺血缺氧性腦病患兒（54例）；無腦白質(zhì)損傷組新生兒（20例）的頂葉、小腦楊氏模量值均高于腦白質(zhì)損傷組患兒（18例）。

本研究以顱內(nèi)無病變早產(chǎn)新生兒和足月新生兒作為研究樣本，分別測量左、右側(cè)丘腦、側(cè)腦室旁腦白質(zhì)Emean，并對2組相應(yīng)區(qū)域腦組織彈性硬度值進行比較，結(jié)果表明2D-SWE可有效定量測量新生兒丘腦、側(cè)腦室旁腦白質(zhì)彈性硬度值；足月新生兒丘腦、側(cè)腦室旁腦白質(zhì)的Emean均高于早產(chǎn)新生兒，與Albayrak等[16]的研究結(jié)果相近。Pong等[17]采用MRE對1～6周大鼠的顱腦進行檢查，結(jié)果提示幼齡大鼠腦灰質(zhì)硬度可隨年齡增長。本研究認為腦灰質(zhì)為神經(jīng)元細胞體的密集部位，腦白質(zhì)為神經(jīng)纖維聚集的部位，新生兒期丘腦彈性硬度值高于腦白質(zhì)硬度值，硬度值偏高與腦灰質(zhì)結(jié)構(gòu)較腦白質(zhì)結(jié)構(gòu)致密相關(guān)。

本研究結(jié)果同時顯示早產(chǎn)新生兒丘腦硬度值與胎齡相關(guān)性不顯著，側(cè)腦室旁腦白質(zhì)硬度與胎齡呈正相關(guān)；足月新生兒丘腦、側(cè)腦室旁腦白質(zhì)硬度與胎齡呈正相關(guān)；足月與早產(chǎn)新生兒丘腦、側(cè)腦室旁腦白質(zhì)硬度均與新生兒體重呈正相關(guān)。部分學者認為中樞神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育是一個極其復雜的持續(xù)的過程，包含著腦神經(jīng)元和膠質(zhì)等細胞增殖、分化、遷徙，突觸發(fā)生，髓鞘形成和凋亡之間的動態(tài)平衡[18-19]。同時與腦組織硬度與腦血管發(fā)育程度和腦血流灌注壓等相關(guān)。具體機制尚有待進一步研究闡述。本研究經(jīng)ROC曲線分析得出早產(chǎn)兒丘腦、側(cè)腦室旁腦白質(zhì)的Emean最佳截點值分別為≤8.45 kPa、≤7.00 kPa，提示2D-SWE技術(shù)在早產(chǎn)與足月新生兒腦組織硬度值定量檢測中均具有一定的臨床應(yīng)用價值，可大樣本采集數(shù)據(jù)，制定早產(chǎn)與足月新生兒腦組織硬度范圍行業(yè)標準，通過量化指標為臨床診斷新生兒顱腦損傷、評價疾病轉(zhuǎn)歸提供依據(jù)[20]。

本研究的局限性：（1）本研究為單中心研究，所有數(shù)據(jù)均由同一操作者采集；（2）受檢對象流動性較大，未能實現(xiàn)對同一樣本進行定期測量比照前后腦組織楊氏模量值變化；（3）檢查部位僅限于雙側(cè)丘腦和雙側(cè)側(cè)腦室旁腦白質(zhì)。今后研究可多部位測量有效數(shù)據(jù)，通過多中心大樣本數(shù)據(jù)分析提供新生兒不同階段腦組織彈性硬度值范圍。

2D-SWE無創(chuàng)、經(jīng)濟、可重復性好，可定量評價早產(chǎn)與足月新生兒的丘腦、側(cè)腦室旁腦白質(zhì)的腦組織硬度，對照正常區(qū)域腦組織硬度范圍，可為新生兒顱腦相關(guān)疾病的早期診斷提供依據(jù)，具備較好的臨床應(yīng)用價值。