自动容积导航技术获得胎儿颅脑切面及自动测量参数的可靠性和准确性

孟 璐，王 冰，解丽梅，赵 丹*

(1.中国医科大学附属盛京医院超声科，辽宁 沈阳 110004；2.沈阳市妇婴医院超声科，辽宁 沈阳 110011)

超声是评价胎儿发育及筛查胎儿畸形的首选方法[1]。产前超声评价胎儿颅脑发育的常用切面如下：①丘脑切面(transverse thalamus plane, TTP)，可显示丘脑、海马、侧脑室前角和透明隔腔，在此切面可测量胎儿双顶径(biparietal diameter, BPD)和头围(head circumference, HC)；②侧脑室切面(transverse ventrical plane, TVP)，可显示透明隔腔、侧脑室前、后角以及脑中线结构，在此切面能够获取胎儿侧脑室宽度(width of lateral ventricle, LVW)；③小脑横切面(transverse cerebellar plane, TCP)，可显示小脑和小脑延髓池，可测量小脑横径(transverse cerebellar diameter, TCD)和小脑延髓池深度(depth of cerebellomedullary cistern, CMD)，用于评估后颅窝发育。此外，胎儿颅脑正中矢状面(median sagittal plane, MSP)也可显示胎儿脑中线结构，如胼胝体、小脑蚓部、脑干等，但以经腹二维超声获取该切面有一定难度，受操作者技术的影响，且需要较长检查时间。采用自动容积导航(Smart planes)技术能够获取胎儿颅脑容积数据，并自动重建以上4个颅脑切面，同时可自动测量颅脑参数。本研究应用自动容积导航技术获取胎儿颅脑的重要切面，探讨其获取切面的可靠性及自动测量的准确性。

1 资料与方法

1.1 一般资料 收集2017年6月—12月于中国医科大学附属盛京医院超声科接受胎儿超声筛查的96名孕妇，其中80胎为正常胎儿(正常组)，孕妇年龄23～38岁，平均(30.2±3.4)岁，孕周20～24+6周，平均(23.84±0.88)周；16胎为颅脑发育异常胎儿(异常组)，孕妇年龄21～35岁，平均(31.4±3.4)岁，孕周24～32+6周，平均(29.06±2.38)周，16胎异常胎儿包括2胎小头畸形，2胎脑积水，6胎侧脑室扩张和6胎巨小脑延髓池。产前超声与胎儿颅脑MRI诊断结果一致。

1.2 仪器与方法 采用迈瑞Resona 7超声诊断仪，经腹三维容积探头，频率2～6 MHz。所有检查均由同一名具有10年以上产前筛查经验的超声医师完成。

1.2.1 传统超声测量检查 嘱孕妇仰卧，以经腹超声获得胎儿TTP、TVP和TCP，测量胎儿BPD、HC、LVW、 TCD和CMD；使探头尽量平行于胎儿前囟门及脑中缝，以获得MSP，要求能够清晰显示胼胝体和小脑蚓部。如因胎儿体位不佳而未能获得此切面，嘱孕妇活动后再检查，最多检查3次。记录MSP切面的显示率。记录传统操作所需时间，即检查开始至获得4个颅脑切面并完成相关测量的时间，除去孕妇活动时间。

1.2.2 自动容积导航技术 以三维容积探头探查TCP，嘱孕妇屏气，获取胎儿颅脑三维容积数据；启动Smart planes功能，自动获得颅脑TTP、TVP、TCP和MSP，显示于同一显示屏幕上；调节层厚为 2 mm，增加MSP图像厚度信息，按下“自动测量”按钮，可自动获得BPD、HC、LVW、TCD和CMD的数值；如果胎儿体位不佳，不能显示TCP，或检查过程中胎儿活动频繁，可嘱孕妇活动或休息后复查，最多检查3次，记录自动容积导航技术的用时，即检查开始至自动获得4个颅脑切面并完成自动测量的时间，去除孕妇活动或休息时间。

1.3 统计学分析 采用SPSS 22.0统计分析软件。计量资料以±s表示。对传统方法与自动容积导航技术测量参数间及测量用时采用配对t检验进行比较；应用单项随机效应模型计算组内相关系数(intraclass correlation coefficient, ICC)评估2种测量方式的一致性；以χ2检验分析传统方法与自动容积导航技术获取各切面的成功率。P<0.05为差异有统计学意义。

2 结果

2.1 正常组 采用传统方法获得TTP、TVP和TCP的成功率为100%(80/80)，获得MSP的成功率为56.25%(45/80)；以自动容积导航技术获得TTP、TVP、TCP和MSP的成功率均为85.00%(68/80)，见图1、2。传统方法与自动容积导航技术获取TTP、TVP、TCP成功率的差异无统计学意义(χ2均=3.310，P均=0.069)，自动容积导航技术获取MSP的成功率高于传统方法(χ2=8.127，P=0.004)。

传统方法与自动容积导航技术间测量BPD、HC、TCD和检查用时差异均有统计学意义(P均<0.05)，两者测量LVW和CMD差异无统计学意义(P均>0.05)，见表1。传统方法与自动容积导航技术测量BPD、HC、TCD、LVW、CMD的ICC分别为0.931[95%CI(0.893，0.956)]、0.818[95%CI(0.716，0.883)]、0.641[95%CI(0.440，0.769)]、0.704[95%CI(0.538，0.810)]和0.503[(95%CI(0.225，0.681)]。

图1 孕23+6周，正常组胎儿，自动容积导航技术自动获得颅脑4个切面，并测量相应参数 A.TCP，测量TCD、CMD分别为2.75 cm、0.50 cm； B.TTP，测量BPD、HC分别为5.52 cm、21.89 cm； C.MSP； D.TVP，测量LVD为0.60 cm 图2 孕25+6周，正常组胎儿，自动容积导航技术自动获取部分切面失败 A.TCP获取失败，未显示透明隔腔； B.TTP获取失败，不应出现小脑； C.MSP获取成功； D.TVP获取失败，未完整显示侧脑室后角 图3 孕29+3周，异常组胎儿，侧脑室扩张，自动容积导航技术自动获得颅脑4个切面，并测量相应参数 A.TCP，测量TCD、CMD分别为3.53 cm、0.54 cm； B.TTP，测量BPD、HC分别为8.03 cm、29.88 cm； C.MSP； D.TVP，测量LVD为1.17 cm

检查方法BPD(cm)HC(cm)TCD(cm)LVW(cm)CMD(cm)检查用时(s)传统方法6.00±0.4421.96±1.392.65±0.290.55±0.140.52±0.1358.28±11.85自动容积导航技术5.91±0.4821.59±1.752.69±0.310.52±0.210.48±0.212.36±1.43t值3.2462.644-2.2261.8691.77043.324P值0.0020.0100.0290.0650.081<0.001

表2 异常组采用传统方法与自动容积导航技术测量胎儿颅脑参数和用时比较(±s，n=16)

表2 异常组采用传统方法与自动容积导航技术测量胎儿颅脑参数和用时比较(±s，n=16)

检查方法BPD(cm)HC(cm)TCD(cm)LVW(cm)CMD(cm)检查用时(s)传统方法7.37±0.5426.57±2.443.36±0.461.00±0.440.93±0.3467.63±16.96自动容积导航技术7.27±0.5526.01±2.123.22±0.421.03±0.450.77±0.443.50±1.79t值1.7371.5762.084-0.3371.53916.036P值0.1040.1360.0550.7410.145<0.001

2.2 异常组 采用传统方法获得TTP、TVP和TCP的成功率为100%(16/16)，获得MSP的成功率为(31.25%，5/16)；自动容积导航技术获得TTP、TVP、TCP和MSP的成功率均为81.25%(13/16)，见图3。传统方法与自动容积导航技术获取TTP、TVP、TCP成功率的差异有统计学意义(χ2=12.937，P<0.001)，自动容积导航技术获取MSP的成功率高于传统方法(χ2=15.937，P<0.001)。

传统方法与自动容积导航技术测量BPD、HC、TCD、LVW、CMD差异均无统计学意义(P均>0.05)，二者测量检查用时差异有统计学意义(P<0.001)，见表2。传统方法与自动容积导航技术测量BPD、HC、TCD、LVW、CMD的ICC分别为0.947[95%CI(0.847，0.981)]、0.892[95%CI(0.691，0.962)]、0.908[95%CI(0.736，0.968)]、0.824[95%CI(0.497，0.939)]和0.571[(95%CI(-0.229，0.850)]。

3 讨论

中枢神经系统畸形是常见的胎儿先天性畸形，占出生胎儿的1%[2]。超声对筛查胎儿颅脑畸形具有重要价值，仔细观察颅脑横切面，特别是TTP、TVP和TCP等重要切面，可检出约95%的颅脑先天畸形[3]。

胎儿颅脑MSP对诊断胼胝体发育情况及颅后窝异常很有帮助[4-6]。在临床工作中，经腹式超声扫查胎儿头顶部或经阴道超声扫查头位胎儿均可获得MSP，但均耗时较长，且成功率主要取决于医师经验和胎儿体位[7-8]。应用三维超声多平面技术可重建胎儿颅脑MSP[9]，但目前三维超声在常规胎儿筛查中尚未普及，可能由于三维超声一方面仍需一定技术经验和额外的检查时间，另一方面，医师普遍认为，对于横切面未发现异常的胎儿，毋须花费额外时间以显示胎儿颅脑MSP[10-11]。

自动容积导航技术是基于大数据的人工智能化识别系统及高级算法的精确识别系统，通过计算ρ、θ、φ参数，可精确识别中枢神经系统的基本切面。应用自动容积导航技术可自动获得颅脑4个切面，并测量颅脑重要参数，简化了传统方法繁琐的测量过程，降低了操作难度，并可提高胎儿颅脑MSP的显示率。

本研究中，正常组以传统方法和自动容积导航技术检查和测量用时为(58.28±11.85)s和(2.36±1.43)s；异常组分别为(67.63±16.96)s和(3.50±1.79)s，差异均有统计学意义(P均<0.001)；而对MSP的显示成功率，正常组和异常组中自动容积导航技术均高于传统方法(P均<0.05)，提示自动容积导航技术能够大大缩短检查时间，并可提高胎头MSP的显示率。本研究测量80胎正常胎儿的颅脑参数，发现两种方法测量BPD、HC、TCD、LVW的一致性较好，而测量CMD的一致性较差(正常组ICC为0.503，异常组为0.571)；回顾图像，考虑主要原因可能为原始图像质量欠佳，导致识别枕骨内壁错误。

本研究中12胎正常胎儿和3胎异常胎儿采用自动容积导航技术获取胎儿颅脑标准切面不准确，分析其原因，主要为：①孕妇腹壁过厚、松弛，导致起始切面图像模糊，对颅脑重要组织结构识别产生偏差；②起始的TCP上，脑中线与水平方向的夹角过大。

综上所述，对于正常及异常胎儿，采用自动容积导航技术与传统方法测量BPD、HC、TCD、LVW结果一致，而对于测量CMD，自动容积导航技术的适用性有限。相比传统方法，自动容积导航技术省时、操作简便、自动测量准确率较高，且可提高获取胎儿颅脑MSP的成功率，对快速评价胎儿颅脑发育具有一定应用价值。