基于经阴道超生和压力测定量化孕期宫颈弹性的方法
基于经阴道超生和压力测定量化孕期宫颈弹性的方法
背景与动机
早产（在37周妊娠期前分娩）是新生儿发病率和死亡率的主要原因。由于早产带来的高风险，许多有早产症状的孕妇需要住院治疗，但超过一半的住院孕妇最终还是足月分娩。现有的宫颈软化预测方法（如Bishop评分）预测早产的效用有限，因此需要开发更准确的工具来预测早产。
研究问题
目前宫颈弹性成像的两种常用方法是应变弹性成像和剪切波弹性成像。然而，应变弹性成像缺乏应力信息，不支持不同成像会话间的比较；剪切波弹性成像在宫颈组织具有高度不均质性时其稳健性受到影响。
目标和方法
本文研究的目标是开发一种通过在经阴道超声成像系统中增加应力传感器来克服上述限制的定量宫颈弹性成像系统。该系统能够安全、准确并且具有高度重复性，用于长期监测和不同检查员之间的比较。
来源
本文由Peng Hu、Peinan Zhao、Molly J. Stout等人撰写，发表于IEEE Transactions on Biomedical Engineering（2024年卷xx，第xx期）。本文的研究由March of Dimes PreMaturity Research Center资助。
研究细节
实验流程
研究设计与实验方法
实验流程包括以下几个主要步骤：
图像获取与应力测量
- 使用经阴道超声系统记录宫颈在B模态图像中的变形，同时使用应力传感器记录探头表面的应力。
变形与应变定量化
- 采用特征追踪算法自动量化变形并计算应变。然后通过应力-应变线性回归估计宫颈的杨氏模量。
应力传感器校准
- 使用校准系统对应力传感器进行校准，以确保测量结果的准确性。
数据分析与回归
- 使用线性回归分析应力和应变，估计宫颈杨氏模量。
样本选择
本文研究包括了由华盛顿大学圣路易斯医学院在2017年1月至2020年1月期间进行的一项前瞻性纵向队列研究中的孕妇。这些参与者从妊娠第一季度到分娩期间定期进行检查，最终纳入了22名至少有三次影像测量且最后一次在34周以上的参与者。
研究结果
系统精度、重复性和再现性
假体实验
- 在假体实验中，制备了浓度分别为70 g/l、90 g/l、110 g/l和130 g/l的四个明胶假体。两名操作员分别多次使用两个应力传感器对每个假体进行定量弹性成像，结果显示两操作员及两方法间无显著差异（P值 = 0.369 > 0.05）。
- 重复性系数（CV）较低，表明系统具有较高的重复性。
接触角影响
- 使用接触角为60°和90°的应力传感器对假体测量，结果显示接触角对测量的影响不显著（P值 = 0.638 > 0.05）。
临床实验
- 在19名孕妇参与者的实验中，两名超声医师分别对每位参与者进行多次定量弹性成像，结果显示高重复性和再现性。两医师的测量差异在可接受范围内，皮尔森相关系数（PCC）为0.981。
长期监测结果
系统成功量化了妊娠期间宫颈的软化过程。通过对22名参与者的长期监测，发现宫颈的杨氏模量在怀孕期间逐渐减小。首次、第二和第三季度的几何平均杨氏模量分别为13.07 kPa、7.59 kPa和4.40 kPa。
结论与意义
本文开发的定量宫颈弹性成像系统准确、稳健且安全，能够用于长期监测和不同检查员之间的比较。其在孕期不同阶段对宫颈软化过程的量化为早产预测提供了重要依据。这一系统不仅适用于宫颈软化的临床研究，还能在实际临床中应用于评估与异常宫颈生理相关的产科问题，提高早产管理效率。
技术亮点与未来展望
技术亮点
- 该系统独特之处在于结合应力和应变的测量，使其在同一患者间和不同患者间的比较中更加可靠。
- 自动化的应变量化算法和实时GUI界面实现了高效的数据分析和可视化。
未来展望
- 提高局部区域应变量化的精度，进一步细化宫颈不同区域的软化状况。
- 通过多传感器和有限元素机械建模进一步提高应力分布的估计精度。
- 完善应力传感器的敏感性、校准系统及自动图像/信号处理，以提高系统的效率和可扩展性。