剪切波弹性成像在新生儿缺氧缺血性脑病中的应用进展

车鹏飞，胡 兵（通讯作者）

（三峡大学附属仁和医院超声影像科 湖北 宜昌 443001）

新生儿缺氧缺血性脑病（neonatal hypoxic-ischemic encephalopathy, NHIE）在临床诊疗中较常见，发病率约为1.5‰，但近些年来由于社会、环境因素的影响，以及高龄孕妇和多胎妊娠孕妇的增多，有文献报道此病的发病率在我国已达到了6‰～9‰[1]；NHIE主要是由于脑血流量下降和脑供氧量不足而引起的局灶性和弥漫性脑损伤，损伤的程度主要取决于缺氧的严重程度、持续时间以及脑发育的成熟度[2]。NHIE若不及时治疗会对患儿造成不可逆的神经系统损伤，包括视力低下、智力障碍、癫痫、脑瘫等，严重甚至导致患儿死亡，因此早期诊断及干预对改善患儿预后至关重要[3]。

1 NHIE的传统影像学诊断

1.1 CT、MRI在NHIE中的诊断价值

CT、MRI作为NHIE的传统影像学检查方法各具优势和不足。CT对NHIE引起的脑出血具有较高的敏感性，且对损伤的程度分级有一定的诊断价值，但由于其电离辐射对新生儿神经系统发育具有一定程度的影响，临床医生一般不作为首选检查。MRI以其高分辨率、无辐射等优点一直被视为评估NHIE最敏感、最具特异性的影像学检查方法，尤其是其弥散加强成像及磁共振波谱分析技术对轻度缺氧缺血性脑病的早期诊断及预后评估有很高的价值，因此MRI一直被作为诊断NHIE的“金标准”。即便如此，磁共振检查也存在一定的局限性，比如价格昂贵、检查时间长、检查地点固定、需要给患儿注射安定剂等[2,4-5]。

1.2 超声在NHIE中的诊断价值

颅脑超声：超声检查凭借其价格低廉、无辐射、操作便利等优点一直是临床检查的重要工具，随着高端彩超设备的不断发展，超声图像分辨率不断提高，经颅超声越来越受到临床医生的青睐，其已成为筛查NHIE的首选。颅脑超声对颅内出血、脑积水以及侧脑室周围脑白质变性具有较高的敏感性，多普勒超声测得的大脑动脉血流动力学的改变对NHIE的诊断也有一定的价值，但缺乏特异性；经颅超声对NHIE的早期脑水肿及小范围的缺血梗死灶检出率并不高，容易漏诊，因此常规颅脑超声诊断轻度及早期的NHIE仍存在一定的局限性[4,6-8]。

2 超声弹性成像

长期以来，组织的软硬度一直被视为组织病理的生物学标志，而超声弹性成像正是通过监测组织对声能的响应来反映组织的软硬程度。根据其成像方法的不同，超声弹性成像主要分为两种：①应变式弹性成像（静态/准静态弹性成像）；②剪切波弹性成像（动态弹性成像）[9]。应变式弹性成像是通过给组织施加压力使组织发生形变来反映组织相对硬度的图像，是一个相对定性的指标。应变式弹性成像主要适用于浅表组织的硬度判定，对深部组织的应用具有一定的局限性，且可重复性较差。剪切波弹性成像是通过机械振动装置或声辐射力脉冲（acoustic radiation force impulse, ARFI）激发组织振动，从而产生垂直与声速方向传播的横波（剪切波）[10-11]。剪切波在组织中的传播速度与组织硬度呈正相关，在较硬的组织中有着更快的传播速度。剪切波在人体的传播速度较慢，为1～10 m/s，再利用公式E=3ρV2或G=ρV2换算得出组织的杨氏模量或剪切模量，最后获得反映组织硬度的定量指标。与应变式弹性成像相比，剪切波弹性成像受人为因素干扰较少，并且可以提供被检组织的真实弹性模量数据，具有较高的可重复性。基于剪切波弹性成像的优势，目前这项技术已被广泛应用于临床多个器官疾病的诊断：包括肝脏纤维化的评估、甲状腺、乳腺结节的良恶性判断、前列腺增生和前列腺癌的鉴别、神经、肌肉系统的损伤等。目前剪切波弹性成像在肝脏纤维化的评估和乳腺结节良恶性的判断中已经取得良好的成果，尤其是在肝纤维化程度分期上，已经与病理活检分期保持较高的一致性[10,12-14]。

Zhen-Hua Zhu[15]、Zinnia S Xu[16]等学者通过大量的动物实验充分证明了脑组织在病理条件下其硬度会发生变化，从而为剪切波弹性成像在新生儿颅脑方面疾病的应用奠定了理论基础。但其安全性问题一直备受关注，Chang tian Li[17]等学者就此问题在小鼠脑中进行了实验，其研究结果表明在诊断条件下[mechanical index（MI）：1.3；thermal index（TI）：0.5]，使用2-D SWE探查新生小鼠的大脑不会引起组织学上的改变，也不会对其学习能力和记忆力产生长期影响。但是，当扫描持续超过30 min时，PI3 K/AKT/mTOR途径会受到一定干扰。同时，在10 min组、20 min组和30 min组中p-PKCa的表达有所降低，但这些改变会随着小鼠的成长自我修复，所以在控制检查时间下使用2-D SWE探查新生儿颅脑并不会影响新生儿脑组织发育。Zhen-Hua Zhu[15]等人认为使用ARFI产生剪切波所需的能量较小，每个脉冲施加的时间小于1 ms，并且ARFI使用的频率与彩色多普勒成像中使用的频率相当，且MI＜1.9，可以将此技术应用于新生儿颅脑。J Brian Fowlkes[18]认为SWE技术是通过了美国食品药品监督管理局（FDA）认证的，在确定此项技术可以为诊断提供更多信息时可以用于新生儿颅脑疾病的评估。

2.1 临床应用

Eda Albayrak[19]等人首次把2-D SWE成像应用于新生儿颅脑，他们发现早产儿组的丘脑和脑室周围白质的硬度值低于足月儿组，且两组新生儿脑室周围白质硬度值均低于丘脑硬度值；此外，出生周数与硬度值之间存在显著的正相关关系。根据受试者工作特性曲线的最佳截断值，确定丘脑平均硬度小于8.28 kPa，脑室周围白质小于6.59 kPa为判断早产儿的最佳临界值。Alexander M.El-Ali[20]等学者研究结果表明SWE技术用于新生儿颅脑是可行的，且重复性良好。他们还发现脑白质的硬度低于脑深部灰质核团的硬度，且在患有脑出血的患儿中，脑白质和深部灰质核团的硬度都会增加。这说明脑实质受损后，由于脑细胞凋亡、组织水肿、出血及一系列反应会导致脑组织硬度改变。Enrique Garcés Iñigo[21]等利用SWE对55例正常足月新生儿的丘脑和额叶放射冠处的脑白质硬度进行测量，结果显示额叶放射冠处的脑白质硬度高于丘脑的硬度；这与Eda Albayrak[19]和Alexander M. El-Ali[20]的研究结果有所偏差。

2.2 局限性

SWE用于对NHIE的评估仍存在一定的局限性：①不同厂家设备的SWE成像原理不同从而导致所测脑实质的杨氏模量值不同；②脑实质硬度受多方面因素影响，比如温度、颅内压、各向异性等；③脑实质感兴趣区域及取样框大小的选择目前尚无统一的标准。

3 结语

近些年来剪切波弹性成像基于其可以无创性评估组织机械特性、便捷、价格低廉、重复性好，能够给临床医生提供一个确切的组织弹性模量值等优势备受科研人员的青睐。SWE可以对脑实质硬度进行实时动态监测，为NHIE的评估提供了新的研究方向，但此项技术在新生儿颅脑方面的应用仍处于起步阶段，后续仍需大样本量的研究进一步探讨SWE对NHIE的早期诊断及预后评估的应用价值。