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

顱內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構不完善，易發生顱內出血導致一系列認知、神經功能等障礙。床旁超聲無創、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，可對組織硬度進行定性診斷、定量測量，已廣泛應用于肝臟、肌肉、神經、乳腺等器官疾病超聲輔助診斷，新生兒顱腦中相關研究應用較少。本研究將早產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（Two-Dimensional Shear Wave Elastography，2D-SWE）測量新生兒的丘腦、側腦室旁腦白質彈性模量平均值（The mean value of the elastic modulu，Emean），定量評價早產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影響因素進行分析，現詳細作如下報道。

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：顱內出血、缺血缺氧性腦病、腦室周圍白質軟化、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，設置探頭頻率為SC6-1MHz。檢查室內環境舒適、溫暖、無噪聲，在檢查時幫助新生兒處于仰臥狀態，且要求新生兒絕對的安靜，以保證檢查的順利進行。所有新生兒均常規行顱腦超聲檢查，經前囟、側囟觀察顱腦結構，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。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[1-2]。

經前囟清晰顯示雙側側腦室和丘腦，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%以上且圖像穩定為存圖標準。分別測量左、右側丘腦、側腦室旁腦白質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規范2D-SWE操作培訓且有4年以上操作經驗的醫師完成，檢查時間控制在5 min內。

1.3 統計學分析

數據處理采用SPSS 24.0統計學軟件進行，計量資料符合正態分布者以（）表述，組間用t檢驗。新生兒胎齡、體重與選定區域丘腦、側腦室旁腦白質Emean的相關性采用Pearson相關系數分析法。采用MedCalc 19.0.7統計軟件，分別繪制新生兒雙側丘腦、側腦室旁腦白質Emean均值的受試者操作特征曲線（ROC曲線）。P＜0.05為差異具有統計學意義。

2 結果

2.1 2組新生兒基本資料比較

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

表1 早產兒與足月新生兒臨床指標比較（）

表1 早產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組新生兒的雙側丘腦、側腦室旁腦白質彈性聲像圖穩定。早產兒組新生兒的左右側丘腦、左右側腦室旁腦白質及Emean值均小于足月兒組新生兒，差異比較具有統計學意義（P＜0.05），見表2。

表2 早產兒與足月新生兒側丘腦、側腦室旁腦白質Emean比較（kPa，）

表2 早產兒與足月新生兒側丘腦、側腦室旁腦白質Emean比較（kPa，）

2.3 新生兒左右側腦組織檢測指標比較

早產兒組與足月兒組新生兒的左、右側丘腦Emean，左、右側側腦室旁腦白質Emean比較差異均無統計學意義（P＞0.05），見表3。

表3 左右側丘腦及側腦室旁腦白質Emean比較（kPa，）

表3 左右側丘腦及側腦室旁腦白質Emean比較（kPa，）

2.4 Pearson相關性分析

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

表4 早產足月新生兒胎齡、體重與丘腦、側腦室旁腦白質硬度平均值的Pearson相關性

2.5 ROC曲線分析

早產新生兒丘腦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0.571 5，如圖1所示；早產新生兒側腦室旁腦白質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 新生兒側腦室旁腦白質Emean ROC曲線圖

圖3 SWE成像新生兒丘腦Emean值9.8kPa

圖4 SWE成像新生兒側腦室旁腦白質Emean值7.1 kPa

3 討論

新生兒因其腦組織發育不完善，易發生顱內出血、缺血缺氧性腦病等，進而發生腦積水和腦性癱瘓等神經系統疾病。健康早產兒顯示顱腦結構的不完善，將增加其發生認知障礙、神經運動缺陷及神經發展異常的風險[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疾病的診斷具備較高診斷價值，同時可結合彩色多普勒成像檢查對顱內腦血流功能狀態進行評估[4]，是目前常規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據，將提高超聲在新生兒顱腦應用的敏感性和特異性。2D-SWE技術是近年來一種新興的超聲成像技術，其是在組織感興趣區域作用超聲探頭所發射的聲輻射力，然后進行剪切波在組織內傳播速度的測量，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用尚處于初步階段[7-9]。

新生兒中樞神經系統發育對外界敏感性較高，若發育過程受到干擾，會對腦組織結構和功能產生重要影響[10]。關于2D-SWE在顱腦檢查中的安全性，研究已有相關研究報道。Li等[11]對C57BL/6新生乳鼠應用剪切波成像儀進行顱腦分組照射，結果發現持續30 min的照射并不會對乳鼠的腦組織結構造成明顯變化。但是，照射＞10 min時乳鼠會出現腦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]研究中還發現，將實驗小鼠喂養至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系統發育關系密切的信號通路相關蛋白表達并未出現顯著的差異。

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，保持患兒安靜狀態，且同一重復區域測量3次取平均值。Chauvet等[13]對63例成年患者進行了術中超聲檢查，提示應用2DSWE技術可測量腦腫瘤和正常腦組織硬度，依據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域與病變組織區域進行定性、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，發現顱內腦組織彈性硬度值皮質灰質＞腦室周圍白質＞尾狀核。同時，提出需在核磁共振彈性成像或者大樣本數據下建立新生兒不同顱內區域、不同胎齡及不同患病狀態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用價值。研究結果表明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）；無腦白質損傷組新生兒（20例）的頂葉、小腦楊氏模量值均高于腦白質損傷組患兒（18例）。

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

本研究結果同時顯示早產新生兒丘腦硬度值與胎齡相關性不顯著，側腦室旁腦白質硬度與胎齡呈正相關；足月新生兒丘腦、側腦室旁腦白質硬度與胎齡呈正相關；足月與早產新生兒丘腦、側腦室旁腦白質硬度均與新生兒體重呈正相關。部分學者認為中樞神經系統發育是一個極其復雜的持續的過程，包含著腦神經元和膠質等細胞增殖、分化、遷徙，突觸發生，髓鞘形成和凋亡之間的動態平衡[18-19]。同時與腦組織硬度與腦血管發育程度和腦血流灌注壓等相關。具體機制尚有待進一步研究闡述。本研究經ROC曲線分析得出早產兒丘腦、側腦室旁腦白質的Emean最佳截點值分別為≤8.45 kPa、≤7.00 kPa，提示2D-SWE技術在早產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用價值，可大樣本采集數據，制定早產與足月新生兒腦組織硬度范圍行業標準，通過量化指標為臨床診斷新生兒顱腦損傷、評價疾病轉歸提供依據[20]。

本研究的局限性：（1）本研究為單中心研究，所有數據均由同一操作者采集；（2）受檢對象流動性較大，未能實現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丘腦和雙側側腦室旁腦白質。今后研究可多部位測量有效數據，通過多中心大樣本數據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、經濟、可重復性好，可定量評價早產與足月新生兒的丘腦、側腦室旁腦白質的腦組織硬度，對照正常區域腦組織硬度范圍，可為新生兒顱腦相關疾病的早期診斷提供依據，具備較好的臨床應用價值。