基于反向散射的定量超声生物标记物在妊娠妇女宫颈微结构变化中的诊断价值研究

谭卫红 谭艳仙 陈广凤 谭晓红

成人子宫无生育，前后略扁，呈倒置梨形，长约7～9 cm，厚约2～3 cm。分底部、体、颈三个部分。子宫底是输卵管子宫口水平以上的隆凸部分;子宫颈的下端狭窄是一个圆柱状，在成年人中大约2.5～3 cm，是肿瘤好发的部位;底部和颈之间是子宫体。子宫颈阴道上段和子宫颈阴道以上阴道两部分组成，属于突入阴道的子宫颈。子宫峡部与子宫体相连的较窄的上端称为子宫峡，长度约1 cm。妊娠期间，子宫峡逐渐变长，形成下段子宫;妊娠结束时，可延长到7～11 cm，峡壁逐渐变薄，产科常在这里做剖宫术，可避免腹膜腔，减少感染的机会。女性妊娠后子宫颈刚性结构重塑成柔性结构，这一过程涉及宫颈微结构的逐渐紊乱。可以通过检测声衰减和反向散射功率损耗等定量超声生物标记物评估宫颈微结构紊乱，此前研究显示离体子宫颈组织的各向异性和异质性影响衰减和反向散射功率损失[1]。子宫颈在怀孕期间可以描述为子宫颈重塑的过程，它从保护胎儿生长的屏障转变为分娩胎儿的途径。但过去很长一段时间，人们对这个过程了解甚少，尽管国内外学者对此做了大量研究，但由于子宫颈改变过早导致的早产率正在逐年增加[2]，据估计，即使对所有孕妇进行筛查并提供适当的临床干预措施，仍有95%的早产会发生。早产不仅是一个临床问题，更是一个社会问题，因为其伴随着死亡风险和社会资源利用的增加。由于需要对子宫颈重构过程进行全面理解，因此正在探索影像学定量生物标志物的研究，对于预测出生时机和建立有针对性的时机具有重要临床价值。本研究统计分析了2020年7—12月在阳江市第三人民医院产检的孕妇40例的临床资料，拟比较妊娠早期与妊娠晚期的声衰减和反向散射功率差异，用以动态评估宫颈重塑过程。

1 资料与方法

1.1 一般资料

选取2020年7—12月在阳江市第三人民医院产检的孕妇40例，将其分为两组，早产组20例妇女在孕早期（妊娠5～14周）即终止妊娠（早产），足月组中20名在孕晚期（37～41周）足月引产（有引产指征）。早产组20例孕妇年龄20～35岁，平均（27.25±5.46）岁。在既往史方面，停经史20例（100%），刮宫史17例（85.00%），剖宫产史3例（15.00%），助孕在宫颈管中种植2例（10.00%），宫内节育器1例（5.00%）。足月组20例孕妇年龄20～35岁，平均（27.43±5.68）岁。在既往史方面，停经史20例（100%），刮宫史16例（80.00%），剖宫产史4例（20.00%），助孕在宫颈管中种植1例（5.00%），宫内节育器2例（10.00%）。两组孕妇的一般资料比较差异无统计学意义（P＞0.05），可对比。本研究获得医院伦理机构审查委员会的批准。所有孕妇均签署知情同意书。

纳入标准：（1）年龄20～35岁。（2）均具有良好的依从性。排除标准：（1）存在明显心肝肾严重功能不全孕妇。（2）存在盆腔手术史。

1.2 方法

1.2.1 超声监测

妊娠28周后均接受了超声检查，每组女性的所有检查均由同一位临床医生进行。本研究使用的迈瑞DC-70超声系统。射频（radio frequency，RF）回波信号数据是通过以线性阵列模式（标称频率为10 MHz）操作的原型导管换能器采集的，以在波束转向时允许平行声线。原型传感器固定在临床医生的食指上，其活动孔位于指尖上，并置于装有声耦合凝胶的无菌手套中，手指大致平行于子宫颈管，位于组早产组妇女宫颈前部（3T）或足月组妇女后部（1T）的子宫颈长度的中间。此位置基于对人子宫颈剪切波速（shear wave velocity，SWS）和定量超声（quantitative ultrasound，QUS）反向散射参数的体外研究结果。在RF数据采集之前，已通过B型超声检查了位置。在两组女性检查期间使用Axius直接超声获取了两组波束控制的RF回波信号数据，当声束以4°的步进从-28°转向至+28°时，RF回波信号波束转向采集大约需要20～30 s，收集了15个独立的RF回波信号数据帧。所有RF回波信号数据均以40 MHz采样，使用MATLAB进行离线分析数据。

1.2.2 定量超声参数估计

（1）功率谱估计。QUS参数的偏差和方差取决于所使用的功率谱估计区域和参数估计区域的大小。为了选择最佳功率谱估计区域（power spectrum estimation region，PSER）和参数估计区域（parameter estimation region，PER）的大小，首先测量原型探头的轴向和横向脉冲回波相关长度（247 μm和330 μm）确定功率谱估计区域为4 mm×4 mm，衰减PER为10 mm×4 mm和BSPD为4 mm×4 mm PER是QUS参数估计的最佳选择。（2）角度范围。选择权衡用于分析的角度范围和所有波束控制角度在参数中的最大轴向深度和横向范围，为原型线性阵列换能器几何形状的角度范围的函数。选择了±28°的射束转向范围，因为它是最大的角度范围，延伸到子宫颈前后轴的平均轴向深度（1.4 cm）。（3）衰减估计。使用特定的衰减系数[3]。该方法依赖于均匀由球形散射体组成的校准参考体模，以补偿RF回波信号对系统的依赖性，从而可以估计组织的声学特性，使用5 MHz带宽（4～9 MHz）估算SAC。（4）感兴趣区域的选择。在B型图像上划定前或后子宫颈，并且将所有不完全包含子宫颈组织的QUS参数估计值排除在分析范围之外。由于换能器的横向范围有限，因此从换能器面开始2 mm处估计QUS参数（小于2.5 mm的仰角孔径长度）。

1.3 观察指标

（1）早产组孕妇的漏斗形状。具体形态主要包括U型（宫颈外口与内口全部扩张漏斗）、V型（较为严重的漏斗）、Y型（小漏斗）、T型（闭合的正常宫颈）。（2）两组孕妇的衰减系数（attenuation coefficient，SAC）和平均背向散射功率差（average backscattering power difference，mBSPD）。

1.4 统计学方法

通过SPSS 22.0统计学软件进行统计分析，计量资料以 （）表示，采用t检验。计数资料以n（%）表示，采用χ2检验。以P＜0.05表示差异有统计学意义。

2 结果

2.1 早产组孕妇的漏斗形状分析

早产组孕妇20例中，在漏斗形状方面，U型、V型、Y型、T型分别占40.00%、30.00%、20.00%、10.00%。见表1。

表1 早产组孕妇的漏斗形状分析[例（%）]

2.2 两组孕妇的SAC和mBSPD比较

早产组孕妇的SAC和mBSPD均低于足月组，差异有统计学意义（P＜0.05）。见表2。

表2 两组孕妇的SAC和mBSPD比较（mm， ）

表2 两组孕妇的SAC和mBSPD比较（mm， ）

组别 例数 SAC mBSPD早产组 20 4.32±1.25 4.85±1.32足月组 20 8.23±1.25 9.01±0.05 t值 - 9.892 14.084 P值 - ＜0.001 ＜0.001

3 讨论

子宫颈位于子宫下部，近似圆锥体，长2.5～3 cm，上端与子宫体相连，下端深入阴道。阴道顶端的穹隆又将子宫颈分为两部分：宫颈突入阴道的部分称宫颈阴道部，在阴道穹隆以上的部分称宫颈阴道上部。宫颈的中央为前后略扁的长梭性管腔，其上端通过宫颈内口与子宫腔相连，其下端通过宫颈外口开口于阴道。内外口之间即宫颈管。宫颈外口未生育女性呈圆形，经阴道分娩生育过的妇女呈横裂形。宫颈的大小与宫体比例随年龄及内分泌状态等而变化。宫颈壁由黏膜、肌层和外膜组成。宫颈位于子宫的最下端，宫颈由阴道所包绕，以阴道为界分为上下两部，上部占宫颈的2/3，两侧与子宫主韧带相连，称为宫颈阴道上部。下部占宫颈的1/3，深入阴道内称为宫颈阴道部，未产妇的宫颈外口呈圆形，已产妇受分娩影响形成横裂，将宫颈分为前唇和后唇。宫颈主要由结缔组织构成，含少量平滑肌纤维、血管及弹力纤维，宫颈管黏膜为单层高柱状上皮，黏膜内腺体分泌，碱性黏液形成黏液栓，堵塞宫颈管，黏液栓成分及性状受性激素影响，发生周期性改变。

子宫颈是子宫的一部分，子宫颈指的是子宫峡部和子宫颈以下的部分。子宫颈是圆柱形的，在子宫颈顶部的峡部称为子宫颈的内口，下端是子宫颈的外口。宫颈主要是起到一定的连接作用，所以，大多数宫颈疾病，也会危害到女性子宫的健康，所以平时一定要保护好。由于女性在怀孕期间，体内的雌孕激素会持续处于高水平状态，而在高雌激素水平的刺激下，就会导致宫颈柱状上皮移位，所以可能会引起宫颈局部呈糜烂样改变。所以在做妇科检查，或者是怀孕期间同房的时候，就可能会出现同房后的接触性出血表现。而对于本身孕前就有宫颈糜烂的女性，这时候糜烂面会加重，而且宫颈还会有明显充血现象。阴道B超测量宫颈长度和宫颈宽度，是预测先兆流晚期产和早产宫颈因素的重要手段，统计显示宫颈长度平均为（36±5）mm，宫颈管宽度为（4±1）mm.以宫颈长度≤26 mm为界值，预测先兆早产孕妇发生早产的敏感性为100%，特异性为81%，阳性预测值为55%，阴性预测值为100%[4]。宫颈过短和过宽，是宫颈机能不全的表现。

迄今为止，QUS生物标记物的探索集中在组织柔软度和（或）潜在的微结构组织上。通常，测量柔软度的参数是基于剪切波的传播，用于量化微观结构的参数是基于反向散射的回波信号来自压缩波的传播[5]。SWS可以量化孕妇和恒河猴的子宫颈的柔软度，然而重要的是，尽管SWS是宫颈重塑的有价值的生物标志物，但其无法了解组织为何变软[6-7]，啮齿动物研究表明，宫颈组织顺应性与整个妊娠期细胞外基质（主要是胶原蛋白）的组成和结构变化有关[8-9]。基于反向散射回波信号的QUS参数，例如SAC和mBSPD提供了有关这些微结构特性的信息[10-11]。在离体和体内研究中，mBSPD已显示出可检测人体组织中主要声散射体（可能是胶原蛋白）组织的变化。并且已经提出SAC的变化与妇女和啮齿动物的子宫颈的胶原蛋白含量的变化相关[12-13]。但在超声监测中都不应忽略在宫颈组织本身和QUS参数中存在的各向异性和空间异质性，各向异性和空间异质性会影响子宫颈癌的QUS定量测量[14-15]。

探索衰减和反向散射功率差作为孕妇宫颈重构的潜在生物标志物具有重要的临床预测价值，但目前并没有将这两种指标用于预测妊娠过程中子宫颈重塑过程，本研究拟通过使用线性阵列超声换能器从子宫颈中部的一致位置获取数据来控制各向异性和空间异质性。同时选择线性阵列来严格控制声束的入射角。本研究选择一组怀孕初期的妇女，旨在确定女性早、晚期妊娠子宫颈的衰减估计值是否存在明显差异，离体子宫颈中发现的反向散射力的角度依赖性是否会存在于体内，为观察子宫颈重塑动态观察及选择合适的干预时机提供重要指导。结果表明，早产组孕妇20例中，在漏斗形状方面，U型、V型、Y型、T型分别占40.00%、30.00%、20.00%、10.00%。早产组孕妇的SAC和mBSPD均低于足月组，差异有统计学意义（P＜0.05）。从上述发现探索衰减和反向散射功率差作为孕妇宫颈重构的潜在生物标志物具有重要的临床预测价值，但目前并没有将这两种指标用于预测妊娠过程中子宫颈重塑过程。

综上所述，基于反向散射的定量超声生物标记物在妊娠妇女宫颈微结构变化中的诊断价值高，值得推广。