超声弹性成像技术预测临产时间的研究进展

沙恩波, 周 桥, 荆春丽, 丁 千

(大连医科大学附属第二医院妇产超声影像科, 辽宁 大连 116000)

孕期子宫维持妊娠直至足月生产,子宫颈结构和功能的正常是重要的条件。而足月妊娠后宫颈一系列生理及组织结构变化,即宫颈成熟情况的准确评估是孕妇临产时间预测和分娩方式选择的依据,对于临产时间的准确预测也有利于孕妇的安全生产和胎儿的顺利分娩。目前,临床产科医生评估宫颈成熟度仍然主要由检查人员进行阴道内诊完成,即传统的Bishop评分法[1]。虽然该方法是在无菌条件下进行,减少了感染的发生,但主要依赖检查者的技能和经验,主观的判断和评估宫颈的成熟情况,易造成评估偏差,预测作用有限;随着医学技术的发展及精准医疗的要求,利用简便、可重复、准确性较高的方式观察宫颈在妊娠期变化情况,评估宫颈成熟程度,越来越成为大家关注的热点。本文对目前较为热点关注的超声弹性成像技术预测临产时间方面的研究进展进行综述,望超声弹性成像技术在评估宫颈成熟度,预测临产时间的临床应用中成为新的监测手段。

1 超声评估宫颈变化情况的方法

超声评估宫颈变化情况可以通过经腹部、会阴和阴道3种方法进行。

1.1腹部超声评估宫颈变化情况(图1):被检查者采取仰卧位、采用凸阵探头,频率为3.5～5.0MHz,并且适当充盈膀胱的条件下评估宫颈变化情况。此方法操作简单,易接受,但检查时常因膀胱充盈适度程度无法很好掌握、胎先露位置较低,胎先露声影遮挡(如颅骨声影的遮挡)、孕妇腹壁较厚等原因,不能完全、清晰的显示宫颈内、外口全貌;另外,探头需透过孕妇腹壁及膀胱评估宫颈软硬度的变化,因探头距离宫颈较远,所得数值与真实数据相差较大,而不能准确评估宫颈实际的应变情况。Larscheid等[2]研究发现,经腹式测量宫颈当长度小于3cm时的准确性与经会阴和经阴道测量结果有偏差。

图1 经腹部超声观察宫颈

1.2经会阴超声评估宫颈变化检查(图2):受检查者仰卧截石位、使用凸阵探头并套上无菌探头薄膜、消毒耦合剂在孕妇会阴处完成检查评估。Larscheid等[2]研究,对于宫颈长度>3.0cm者和<3.0cm者,经会阴与经阴道超声测量相比较,在>3.0cm组两者的一致性较好;但在<3.0cm组两者的准确性还有待于大样本研究分析。因此,经会阴超声虽避免了充盈膀胱的准备和检查时腹部加压造成的影响,但探头距离宫颈依旧较远,且常受到直肠壶腹部肠气及耻骨声影的影响,使宫颈下段及宫颈外口显影不佳,对于宫颈外口的定位不准确,进而影响到宫颈弹性应变的评估。

图2 经会阴超声观察宫颈

1.3经阴道超声评估宫颈变化情况检查(图3):使用频率为7.5～9MHz的腔内探头,探头外套用一次性消毒探头套经阴道扫查完成。因探头频率高、分辨率好、距离宫颈外口较近、规避了胎先露及肠道气体的干扰,能够清晰的显示宫颈的全貌。闫新萍[3]利用阴道超声弹测量宫颈长度,弹性成像技术评估宫颈成熟度,与传统的Bishop评分相比较,发现前者具有显著优势。Tiffany Tuck Chin Wong等[4]通过阴道超声测量宫颈长度预测具有早产症状的初产妇的临产时间(从具有早产症状时检测宫颈长度的时间到发生分娩时的时间间隔)发现:“在发生早产症状时,经阴道测量宫颈长度与临产时间是正相关的,即宫颈长度越长,发生早产的时间越晚;测量的宫颈长度每增加1mm,则早产发生的时间延迟0.802d。经阴道超声观察宫颈具有图像清晰、操作简便、重复性好等优点,同时实施弹性成像可以很好的评估宫颈应变的情况。”

2 超声弹性成像的原理及类型

2.1弹性成像的基本原理:是通过超声探头直接加压于监测组织或者特殊的超声探头发射声波对组织进行激发,接组织受压缩前后的声波信号,计算出受压后组织各点位移,再通过自相关的分析法计算各组织的弹性系数,通过各参数的分析可以对组织硬度进行定性、定量的评估,用量化的数据描述所观测器官组织得生理或病理状态。超声弹性成像技术掌握简单,容易操作,而且是一种无创检查和可根据检测对象的需要进行反复多次的重点扫查。基于超声弹性成像技术的这些特点,该技术的临床应用备受临床各学科关注,尤其应用在产科,超声弹性成像可以评估宫颈的生化和力学性能,宫颈组织的软硬情况可以通过弹性成像的应变率来反映,进而通过超声弹性成像评估宫颈成熟度,预测临产时间和早产风险等,因此该技术在产科的应用、研究成为了热点[5]。

图3 经阴道超声观察宫颈

2.2弹性成像可分为3种主要类型:应变弹性成像(strain elastography,SE)、声辐射力脉冲成像(acoustic radiation force impulse,ARFI)和剪切波弹性成像(shear wave elastrography,SWE)。应变超声弹性成像(SE):是利用各个组织自身的机械特性,然后对其施加主动力或被动力,引起检测组织应变,对各个检测组织进行成像或测量,从而相对客观有效反映被检测组织软硬度(弹性)的变化[6]。若被检测组织相对较软,则应变较大,用红色表示,黄色表示中等软度;被检测组织相对较硬,则组织应变较小,中等硬用蓝色表示,硬则用紫色表示。宫颈应变弹性没有可供参考的标准,宫颈只能与自身参照、对比,这是是宫颈弹性成像在宫颈评估应用中的主要局限性;为了解决超声弹性成像缺乏标准化的局限性,ElastoScan系统(E-cervix系统)通过动脉的搏动(即由于心血管脉搏动引起的形变)引起的组织位移来测量与宫颈软硬度有关的参数。

声辐射力脉冲成像(acoustic radiation force impulse,ARFI):是对感兴趣区进行声脉冲聚焦,同时产生横向剪切波,测量并计算组织内部剪切波速度,从而估算组织的弹性特征ARFI技术在操作过程中不依赖操作者的手动试压,在图像显示上有更好的分辨力,避免了外力的造成的伪影,改善了信噪比[7]。ARFI技术在对相对肥胖患者检查过程中,常产生强烈的声衰减;而且对检测组织顺应性要求较高,受运动影响较大,检查过程尽量使所测组织保持相对静止,所测感兴趣区硬度存在上限。

剪切波弹性成像是利用超声声束在人体产生机械波,通过检测其在组织中的传播速度获得杨氏模量,进而量化评估宫颈组织软硬度。剪切波弹性成像时探头施加于宫颈处的压力大小各不相同,同时发射应用于孕妇的脉冲,对于胎儿是否会产生影响,也就是胎儿安全性的问题还有待长期研究,因此,切波弹性成像应用于孕期,对于孕期宫颈变化的评估受到了一些限制[8]。

3 超声弹性成像技术评估宫颈成熟度的理论基础

子宫颈在女性不同的生理阶段,随着激素水平的变化而有着不同的生理变化,决定了子宫颈在妊娠不同时期的不同生物性能。妊娠时期的子宫颈承受着增大的子宫与妊娠组织的共同重量;抵抗不断扩张、增大的子宫肌壁产生的张力,维持子宫颈内口呈关闭状态直至足月生产[9]。宫颈主要是纤维结缔组织组成,另外含有少量的弹力纤维和平滑肌组织,随妊娠时期的推移子宫颈的组织结构也发生变化,宫颈基质和子宫下段肌层的中性粒细胞和巨嗜细胞数目明显增加。中性粒细胞和巨噬细胞均含有丰富的蛋白水解酶和胶原酶,这些酶主要参与降解细胞外基质的必需结构蛋白和胶原纤维的溶解,使宫颈易于扩张。宫颈逐渐变软、缩短、易扩张以致宫颈管逐渐消失,这些变化是宫颈对分娩发动刺激产生应答的标志,是宫颈成熟的表现。超声成像技术可以直观的观测宫颈形态变化,超声弹性成像技术可以通过弹性应变率反映宫颈对外应力的形变程度,测量宫颈应变率可以评估宫颈软硬度的变化,进而可以通过观测宫颈变化来预测临产的时间。超声成像技术可以清晰显示宫颈全长,客观测量宫颈长度;还可以实时动态、直观的观察宫颈口的变化情况,如宫颈内口是否有扩张,扩张的状态如何(U字型扩张或是Y字型扩张)。

4 超声弹性成像技术在产科的应用

Ophir等[10]1991年最早提出弹性成像技术,由于各个组织弹性应变不同,因此可以反映组织的硬度情况。现在超声弹性技术已被广泛应用在肝脏,血管,乳腺、前列腺等部位,通过各个组织、器官在不同病理状态下呈现的组织弹性不同,进而对组织、器官的硬度进行判断,对疾病做出诊断[11-12]。2006年Thomas[13]首次发表超声弹性成像评估妊娠期宫颈组织变化的报道。随后,国内、外弹性成像技术在产科的研究不断发展,尤其是关于早产及临产时间预测的研究与应用成为近年来的热点。

4.1预测早产的应用:为了减低早产儿的出生率及死亡率,国内外学者不断地探索研究预测早产发生的各种监测手段及客观的监测方法。Wozniak等[14]对333例妊娠18～22周低风险、无症状的早产孕妇及伴有宫颈缩短的中孕期孕妇的宫颈进行弹性观测发现:宫颈长度与宫颈硬度正相关,宫颈越硬,宫颈长度越长;妊娠18～22周与妊娠18～22至30周之间的宫颈缩短百分比之间存在统计学上的负相关(r=-0.2;P<0.001)易发生早产,因此提出宫颈内口应变率的变化在预测无症状性早产和早期早产方面具有更大的临床指导意义。Fruscalzo[15]等研究发现“孕龄越小宫颈越硬;宫颈弹性越小,则引产失败率越高。李凌等[16]对于符合要求的140名孕妇,在孕18～24周期间进行产前超声检查时,利用阴道超声剪切波弹性成像技术观测宫颈变化对早产的预测价值:宫颈内口前、后唇弹性值及宫颈长度变化预测早产的ROC(接受者操作特性曲线)曲线下面积(AUC)95%CI分别为0.87、0.86和0.73;宫颈前唇或宫颈后唇联合宫颈管长度预测早产的AUC均为0.88。因此,通过以上国内、外学者的研究结果分析,可为早产的预测提供依据的是宫颈管长度及宫颈弹性各个参数值变化,并且这些数据的分析可以更好地为监测和管理具有早产风险的高危孕妇提供保障,监测胎儿发育状况,预防和减少早产的发生。超声弹性成像技术对于预测胎儿早产的敏感性、特异性均较高,可以起到监测作用,为临床预防早产的发生,减低早产风险,加强具有早产风险的高危孕妇的管理提供进一步的依据,甚至可作为一种新的监测手段。

4.2超声弹性成像技术评估宫颈成熟度预测引产成功的应用:对于每位医生及孕妇所关心的问题是何时可以生产以及采取什么样的生产方式是安全的,因此,利用无创、方便的监测手段评估宫颈成熟度成为了研究的热点。赵蕾等[8]应用超声弹性成像技术对符合指征的147例单胎、头位、足月妊娠、宫颈未成熟者用药促宫颈成熟,并进行超声宫颈成熟度进行的评估。比较宫颈弹性测量数值发现:临产组宫颈内、外口弹性一致,差异无统计学意义;未临产组IOS较临产组小(0.311±0.093vs0.36±0.112,t=2.810,P=0.009<0.05),也就是未临产者宫颈内口较临产者硬,同时临产组宫颈更长;而两组的EOS无统计学差异。研究数据说明IOS的变化对于引产成功与否影响较大,而EOS对于引产成功与否影响较小,也就是说明IOS变化对于判断宫颈的成熟情况更加有意义,若联合传统的Bishop评分法,对于预测临产时间,引产能否成功更加准确。

2016年,周毓青等[17]通过手动加压应变式弹性成像技术,对于TOL(临产时间)≥1周和TOL<1周孕妇的宫颈长度和弹性应变比进行分析,发现宫颈长度与声弹性成像技术的联合应用,可以全面的反映妊娠晚期宫颈软、硬变化情况,从而提高临产预测的价值。2021年,许云燕等[18]对宫颈内口、宫颈外口的弹性度进行对比,发现ECI、IOS、EOS与剖宫产呈负相关,ECI、IOS和EOS预测剖宫产的灵敏度均为100%;ECI预测剖宫产的特异度较高为94.1%;也就是说ECI,IOS,EOS的值越大,那么发生剖宫产的几率越小,阴道自然分娩的机率大;对于宫颈成熟度的评估,预测临产时间具有指导意义,同时也为分娩方式的选择提供了有效依据。2021年戴萌等[19]应用经腹超声,利用手动加压应变式弹性成像技术,评估宫颈成熟度情况,预测临产时间,通过分析发现:宫颈长度越短,胎先露高度越小,宫颈内口宽度越大,羊膜囊嵌入宫颈内口越深,B/A值(颈内口近前唇弹性应变率(A)与同水平子宫下段前壁肌层处弹性应变率(B))越大,临产时间就会越短;同时指出在这些研究指标中,超声弹性成像所测B/A值可作为预测临产的一个指标;如果胎先露高度联合B/A值应用,则预测临产更加准确,为临床预测临产时间提供指导,可以作为预测临产的一种新的指标。2022年舒扬等[20]利用E-cervix弹性成像技术对比研究阴道分娩与剖宫产两种生产方式宫颈成熟度的情况。两组生产方式下宫颈的弹性参数:HR、ECI、IOS、EOS及IOS/EOS均有统计学意义(P<0.05)。顺产组的IOS、EOS值均大于剖宫产组,而HR低于剖宫产组,顺产组的宫颈内、外口要比剖宫产组软,宫颈硬度比剖宫产组小;因此可以根据E-cervix弹性成像技术对于妊娠晚期的子宫颈成熟的变化情况能够客观、准确而且简便、可重复的进行观测评估,对于临床预测阴道分娩具有一定的价值。2020年YoshieYo等[21]发表的宫颈弹性成像与自然分娩的关系一文中通过宫颈弹性成像与Bishop评分的比较发现:妊娠39周后孕妇宫颈越软在一周内临产时间的机率越大;而且在经产妇与初产妇之间没有显著差别;认为妊娠39周后的宫颈弹性成像对预测自然分娩的开始是有价值的,可以为预测自然分娩开始的时间提供依据,有助于为计划分娩做准备。研究表明宫颈的弹性参数的变化可以有效地评估宫颈的成熟度,预测早产、临产时间,尤其联合传统的Bishop评分可以更加准确地评估宫颈的变化情况,为预测临产时间选择合适的生产方式提供有力依据[13-15]。

综上所述,子宫颈弹性成像技术,因其具有图像分辨率好、可以完整地显示宫颈内、外口的位置,客观量化地评估宫颈内口、宫颈外口及宫颈整体的应变率以及宫颈自身弹性的应变比,监测宫颈软硬度变化,弥补了传统Bishop评分评价宫颈成熟度的不足。可以准确、客观、量化、重复的评估宫颈变化情况,为临床预测临产时间,确保孕妇选择合适的生产方式提供了有效的监测手段,但将其广泛应用于临床还需要在多中心、大样本的进一步的研究。