靶Snake模型在早產兒腦室周圍白質軟化超聲診斷中的應用研究

賀雪華，關步云，朱莉玲

（廣州市婦女兒童醫療中心超聲科，廣東 廣州 510120）

靶Snake模型在早產兒腦室周圍白質軟化超聲診斷中的應用研究

賀雪華，關步云，朱莉玲

（廣州市婦女兒童醫療中心超聲科，廣東 廣州 510120）

目的：應用彩色多普勒超聲與Snake模型圖像分析軟件，探討超聲灰度值定量分析對早產兒腦室周圍白質軟化（Periventricular leukomalacia，PVL）診斷的價值。方法：對生后7 d內臨床診斷為PVL的早產兒120例及正常新生兒對照組80例進行常規顱腦超聲檢查，根據超聲圖像的灰度解剖分布，利用Snake模型圖像分析軟件自動提取實驗感興趣區，用“手動分析”進行邊緣修正，從而提取被確定的5個感興趣區（ROIs）：基底節區、側腦室前角旁腦白質、側腦室后角旁腦白質、脈絡叢和小腦蚓部。每個ROI標準切面連續錄2幅圖像進行數字化存儲，用于離線分析，將每個相應結構的ROI描繪出來，并計算其平均的超聲灰度值。對120例PVL早產兒實驗數據進行可重復性（圖像分析軟件變異，EV）及可再現性（測量者變異，AV）的分析，用95%可信區間來反映其變異程度。結果：PVL患兒基底節區、側腦室前角旁腦白質及側腦室后角旁腦白質平均灰度值分別為130.64±4.12、131.35±3.02、133.46±2.94，高于對照組（92.51±6.89、81.64±2.78、85.75±3.65），差異有統計學意義（μ=44.49、119.78、97.57，P<0.01）；PVL患兒脈絡叢、小腦蚓部平均灰度值分別為132.90±4.88、132.25±2.56，與對照組（131.98±5.82、131.43±4.47）無顯著性差異。PVL患兒重復性EV為2.70%，再現性AV為0.56%，總的重復性及再現性變異（Repeatability and reproducibility，R＆R）為2.70%。結論：Snake模型腦組織灰度值定量分析評估，為臨床早期診斷早產兒腦室周圍白質軟化提供了可靠的方法。

白質軟化病，腦室周圍；超聲檢查，多普勒，彩色

早產兒腦室周圍白質軟化（Periventricular leukomalacia，PVL）主要特征在于側腦室周圍深部腦白質的病變，是目前嚴重影響早產兒生存質量及導致小兒腦癱的主要疾病[1]。頭顱超聲是使用最廣泛的神經影像學檢查方法。然而，在腦白質損傷后數日內以水腫為主的病理階段，超聲圖像由于對比度低、噪聲大，腦白質組織結構復雜且存在偽影，使得PVL的早期診斷成為一個難題。近年來，圖像分割在超聲圖像的定量、定性分析中扮演著重要的角色。國內外學者就提取超聲圖像特征并利用計算機輔助診斷進行過大量研究，使超聲分割技術在許多部位疾病中得到廣泛應用[2-3]。本研究建立一套超聲技術結合Snake模型分析系統，對早產兒PVL超聲圖像進行閾值選定分割，并對其進行特定面積感興趣區（ROI）的邊緣提取，借助計算機對腦白質背景回聲進行定量分析，并計算其平均灰度值作為量化指標，用于早產兒腦白質密度的判斷及評價。旨在為臨床對早產兒PVL的早期診斷、早期治療提供較準確全面的影像學依據，以減少因人為因素導致分析錯誤的主觀性。

1 資料與方法

1.1 研究對象

選取2014年10月—2016年3月在廣州市婦女兒童醫療中心新生兒科住院患兒120例，臨床診斷為早產兒PVL。納入標準：①胎齡＜37周，年齡≤7 d；②母親有產科并發癥：膽汁淤積、胎膜早破、羊水污染、臍帶繞頸、妊娠期高血壓、產前大出血、子癇等高危因素。③胎兒有明確的宮內窘迫表現，或分娩過程中有明顯窒息史。④胎兒出生后1 min Apgar評分＜7分；⑤出生后不久出現持續性前囟張力增高，并有神經系統癥狀。另外入選80例正常新生兒為對照組，作為獲取正常新生兒腦白質灰度值參數的對象。以上兩組新生兒均獲得家屬知情同意，并得到中心醫學倫理委員會的批準。

1.2 儀器與方法

使用東芝SSA-660A及日立EUB-7000HV彩色多普勒超聲診斷儀，參數條件相同（扇形小突陣掃描探頭頻率為5.5～7.5 MHz，增益條件為100 dB）。受檢者取仰臥位，超聲檢查從額葉至枕葉，經前囟先行冠狀掃查，再將探頭旋轉90°作矢狀掃查，完成一系列標準切面檢查后，提取5個特定面積ROI圖像（圖1）：①基底節（ROI1）和側腦室前角周圍腦白質區（ROI2）在前冠狀面第三腦室水平顯示較清晰；②側腦室后角周圍腦白質（ROI3）在矢狀面掃描的側腦室中央部-后角層面顯示較清晰；③脈絡叢（ROI4）取冠狀切面圖像，側腦室后角脈絡叢表現為高回聲結構，平滑、清晰；④正中線矢狀切面圖像，包括第四腦室及枕骨大孔，在此平面小腦蚓部（ROI5）顯示為高回聲結構。每個切面記錄兩次，保留進行實驗分析，估計可重復性（EV）及可再現性（AV）。超聲圖像采集完成后，應用Snake模型醫學圖像分析軟件對上述選定的ROI背景回聲進行測量分析，并計算其平均灰度值作為量化指標 （所有檢查均采用雙側大腦半球相同部位的平均灰度值作為最終結果），保留數據為實驗組間差異性分析作準備。所有超聲檢查由同一位主治醫師操作完成。

EV和AV的分析，每個ROI圖像由3位醫生劃定和測量3次。第1次，第1位醫師描繪ROI并計算其相對回聲強度，然后，第2及第3位醫師在全盲的條件下進行與第1位醫師相同的程序。第2天及第3天，以上3位醫師反復進行相同的程序。

1.3 統計學分析

采用SPSS 17.0統計軟件進行數據分析，計量資料以均數±標準差（±s）表示，組間比較采用獨立樣本Mann-Whitney U檢驗，P＜0.05為差異有統計學意義；EV及AV分析，用重復測量的變異系數（CV）來反映其變異程度。EV和AV的可接受準則：①＜10%的誤差，實驗數據比較理想，結果可以接受；②10%～＜20%的誤差，實驗數據一般，但結果還可接受；③20%～＜30%的誤差，實驗數據不理想，結果是否被接受，依據數據測量軟件的重要程度及本研究所花費的成本。④≥30%的誤差，實驗數據不理想，實驗結果需要改善。

圖1 PVL患兒早期的腦實質超聲圖像及其ROIs灰度值。圖1a：ROI1為130.64±4.12；圖1b：ROI2為131.35±3.02；圖1c：ROI3為133.46±2.94；圖1d：ROI4為132.90±4.88；圖1e：ROI5為132.25±2.56。Figure 1.The parenchymal ultrasound images and average gray values of ROIs in premature infants with pristine PVL.Figure 1a:ROI1130.64±4.12;Figure 1b:ROI2131.35±3.02;Figure 1c:ROI3133.46±2.94;Figure 1d:ROI4132.90± 4.88;Figure 1e:ROI5132.25±2.56.

2 結果

2.1 PVL患兒與正常新生兒腦組織不同ROI回聲強度的定量分析及比較

120例PVL患兒顱腦各ROI超聲背景回聲的平均灰度值：ROI1為130.64±4.12，ROI2為131.35± 3.02，ROI3為 133.46±2.94，ROI4為 132.90±4.88，ROI5為132.25±2.56。80例正常對照組顱腦各ROI超聲背景回聲的平均灰度值：ROI1為 92.51±6.89，ROI2為 81.64±2.78，ROI3為 85.75±3.65，ROI4為131.98±5.82，ROI5為 131.43±4.47。結果顯示，PVL患兒ROI1、ROI2及ROI3背景回聲平均灰度值較對照組顯著增高， 差異有統計學意義 （μ=44.49、119.78、97.57，P＜0.01）；ROI4及ROI5背景回聲的平均灰度值與正常對照組相比，差異無統計學意義（μ=1.16，1.49，P均＞0.05）（表1，圖2）。

2.2 PVL患兒腦組織特定ROI實驗數據EV及AV的分析

本研究EV變異系數為2.70%，AV變異系數為0.56%，總的可重復性及可再現性（R＆R）變異系數為2.70%（表2）。所有結果均在可接受范圍內，3位醫師（A、B、C）對5個ROI灰度平均值測量范圍的差異如圖3所示。按照ROI的明確劃分，PVL組側腦室后角旁腦白質與脈絡叢及小腦蚓部回聲灰度值相近，側腦室前角旁腦白質及基底節區回聲灰度值與脈絡叢及小腦蚓部相比稍低，但側腦室后角旁腦白質、側腦室前角旁腦白質及基底節區3個ROI回聲灰度值均明顯高于對照組。

圖2 早產兒PVL組與正常對照組5個ROI的平均灰度值比較圖。Figure 2.Comparison of average gray values in five ROIs between premature PVL group and normal control group.

圖3 3位醫師對5個ROI灰度值測量平均值的差值圖表。Figure 3.Graph of average gray values in five ROIs measured by three doctors.

表1 早產兒PVL組與正常對照組腦實質ROI灰度值（±s）

表1 早產兒PVL組與正常對照組腦實質ROI灰度值（±s）

組別 例數 ROI1ROI2ROI3ROI4ROI5PVL組 120 130.64±4.12 131.35±3.02 133.46±2.94 132.90±4.88 132.25±2.56對照組 80 92.51±6.89 81.64±2.78 85.75±3.65 131.98±5.82 131.43±4.47 μ值 44.49 119.78 97.57 1.16 1.49 P值 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＞0.05 ＞0.05

表2 早產兒PVL組5個ROI實驗數據EV及AV分析報告

3 討論

近年來，隨著圍產醫學的不斷發展，新生兒監護技術的不斷提高，早產兒的存活率明顯增高，神經系統的發病率亦不斷增加[4]。一般情況下，早產兒的腦損傷包括腦室內出血（IVH）和PVL等不同類型的神經元損傷，IVH是最常見的類型[5]。但本課題研究的焦點是PVL，其特征在于側腦室周圍深部腦白質病變。根據病理學的改變，通常將PVL分為4期：①腦室周圍回聲增強期（水腫期），出生后1周內；②腦室周圍回聲相對正常期（囊腔形成前期），出生后1～3周；③囊腔形成期，最早發生于出生后2周；④囊腔消失期，發生于出生后1～3月[6]。超聲顯像的基礎是病理改變，更準確地說，腦白質回聲增強面積隨時間而變化的信息與病理分期相關。超聲對PVL明顯的囊腫形成期檢測比較容易，在腦白質損傷后數日內以水腫為主的病理階段，超聲顯像較難察覺，雖然該階段細胞組織病理學引起了一定的變化，并且產生了輕微的生理學改變，然而PVL超聲圖像對比度低、噪聲大，腦白質組織結構復雜且存在偽影，使得PVL的早期診斷成為一個難題。本研究中選取出生后1周內臨床診斷為PVL早期的早產兒120例作為研究對象。

近年來，國際上推薦的對早期腦組織水腫最佳的顯示方法是彌散加權磁共振成像（DWI）[7]。然而，DWI所考察的只是成像體素內平均彌散系數，沒考慮到彌散的方向性，在許多疾病的檢查和研究中還存在著不足之處，同時它存在費用昂貴、不靈活、無法床旁檢查等缺陷。頭顱超聲因其費用低廉、操作簡單、可多次床旁重復檢查、對顱腦中央深部的病變分辨率高，目前已成為國內外早產兒PVL首選的檢查方法。2013年Narchi等[8]進行了大樣本的早產兒隊列研究，通過這種縱向的超聲影像評價，約98%最終發展為腦癱的嬰兒中，在新生兒期都有超聲影像學的異常改變，提示超聲有良好的陽性預測值。

為了使測定結果具有可比性，在病例選取時避免將囟門過小的新生兒入組。本研究PVL患兒腦超聲圖像不同腦組織回聲的測量結果：ROI1為130.64±4.12，ROI2為 131.35±3.02，ROI3為 133.46± 2.94。本組資料顯示，PVL患兒丘腦基底節區、側腦室前角旁腦白質及側腦室后角旁腦白質平均灰度值均明顯高于對照組，差異有統計學意義，脈絡叢及小腦蚓部平均灰度值兩組之間差異無統計學意義。結果表明，早產兒PVL好發于腦室周圍腦白質及基底節區，與早產兒神經系統發育狀態及解剖病理相符合[9]，在早產兒腦室周圍存在著脆弱易破損的胚胎生發層基質，此處毛細血管豐富，結構疏松，血管壁細胞富含線粒體，耗氧量大，對氧極為敏感，易發生壞死。另外早產兒腦血管發育尚未成熟，大腦動脈的短穿支向皮層下白質區供血，動脈長穿支向腦室周圍深部白質供血，早產兒皮層下動脈短穿支成熟度不夠，而腦室周圍缺乏動脈長穿支及側支循環，從而使腦室周圍白質更易遭受缺血性損傷而引起PVL的發生。在腦損傷早期，由于水腫，在超聲影像上缺乏特異性，只表現為一般增強的回聲信號，造成超聲科醫師對PVL的漏診或誤診，延誤臨床醫師對早產兒PVL的早期診斷、早期治療。本研究利用Snake模型計算機圖像分析軟件，按照腦組織解剖病理特征定量描述選定ROI，并對選定區域背景回聲強度灰度值定量分析，提高早產兒PVL的臨床診斷，其原理主要是把ROI的目標從圖像的復雜景物中提取出來，對所選定ROI的平均灰度值進一步進行定量分析或識別，其目的是全面而精確地獲得病人的各種數據，為診斷及治療提供正確的數字信息。國內外學者就提取超聲圖像特征并利用計算機輔助診斷進行過大量研究。Zhang等[10]使超聲定量分析某些疾病得到廣泛應用，主要技術包括心臟病、乳腺癌、前列腺癌、膽囊和肝臟腫瘤、血管疾病以及婦產科疾病的檢測。Marty等[11]對新生兒腦損傷腦白質的灰度值進行了定量分析。張玲等[12]使用灰度值定量分析帕金森病患者的黑質病變。

Snake模型計算機圖像分析軟件的精確性又稱可信度[13]，由EV和AV組成。EV是指對同一穩定的被測對象，用相同的方法，在相同的條件下獲得一系列結果之間的相近程度。AV是指不同的操作者或在不同的時間、不同的實驗室對同一穩定的被測對象，用相同的方法，獲得一系列結果之間的相近程度。定量分割技術在超聲診斷中的應用越來越受到臨床及科研工作者的關注。臨床上新的測量儀器和方法應用于臨床前，有必要了解其EV和AV。測量儀器間EV評估測量參數在臨床應用中的穩定性，操作者間AV評估測量參數是否可以獲得臨床醫師的信任，放心地應用于臨床。另外，由于實驗中超聲灰度值會因儀器差別、分析軟件、參數設定、操作者手法等各種因素的影響而不同，故應對實驗進行EV和AV的檢測，本研究中EV為2.70%、AV為0.56%、R&R為2.70%，結果表明Snake模型圖像分析軟件對PVL的診斷具有良好的EV及AV。超聲灰度值定量分析對于早產兒PVL早期診斷具有重要意義，不僅可以提高診斷的準確性，減少操作者主觀判斷誤差，而且對于臨床早期干預、減少后期殘疾，具有一定的指導意義。

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[8]Narchi H,Mahmoud-Ghoneim D,Skinner A,et al.Texture analysis of periventricular echogenicity on neonatal cranial ultrasound predicts periventricular leukomalacia[J].J Neonatal Perinatal Med, 2013,6(2):117-124.

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Ultrasonic diagnosis of premature infant with periventricular leukomalacia by Snake model software

HE Xue-hua,GUAN Bu-yun,ZHU Li-ling
(Department of Ultrasonography,Guangzhou Women and Children’s Medical Center,Guangzhou 510120,China)

Objective:To explore the value of quantified analysis of periventricular leukomalacia(PVL)using color Doppler ultrasound and Snake model medical image analysis software.Methods:The cranial ultrasound examination was performed in 120 premature infants with PVL within 7 days after birth.And 80 newborns were taken as control group.According to the gray anatomic distribution of ultrasound images,using the“manual analysis”to fix edge,five regions-of-interest(ROIs)were identified:basal ganglia,area around the anterior horn of lateral ventricle,area around cornu posterious ventriculi lateralis, choroid plexus and cerebellar vermis.Two consecutive images from each ROI were digitally stored.For off-line analysis,the ROI corresponding to each structure was delineated and the average gray value was calculated.Reproducibility of the experimental data(image analysis software variation,EV)and reproducibility(variation measurer,AV)were analyzed,with 95%confidence intervals to reflect its variability for 120 cases of premature infants with PVL.Results:The average gray values of basal ganglia,area around the anterior horn of lateral ventricle,area around cornu posterious ventriculi lateralis in premature infants with PVL were 130.64±4.12,131.35±3.02 and 133.46±2.94,respectively,higher than those in control group(92.51±6.89, 81.64±2.78 and 85.75±3.65)(μ=44.49,119.78,97.57,P<0.01).The average gray values in choroid plexus and cerebellar vermis of PVL premature infants were 132.90±4.88 and 132.25±2.56,respectively,with no significant difference with control group (131.98±5.82,131.43±4.47).The repeatability EV was 2.70%,reproducibility AV was 0.56%,and the repeatability and reproducibility(R&R)was 2.70%for premature infants with PVL.Conclusion:Quantitative analysis of ultrasonographic gray value of premature infants with PVL is characteristic by Snake model medical image analysis software,which can provide important information in the early diagnosis and in evaluating the prognosis of this disease.

Leukomalacia,periventricular;Ultrasonography,Doppler,color

R742；R445.1

A

1008－1062（2016）12－0842－05

2016-05-04；

2016-05-17

賀雪華（1980-），女，江西吉安人，副主任醫師。E-mail：snowyxue2012@163.com

賀雪華，廣州市婦女兒童醫療中心超聲科，510120。E-mail：snowyxue2012@163.com