賀雪華，關(guān)步云，朱莉玲

（廣州市婦女兒童醫(yī)療中心超聲科，廣東 廣州 510120）

靶Snake模型在早產(chǎn)兒腦室周圍白質(zhì)軟化超聲診斷中的應(yīng)用研究

賀雪華，關(guān)步云，朱莉玲

（廣州市婦女兒童醫(yī)療中心超聲科，廣東 廣州 510120）

目的：應(yīng)用彩色多普勒超聲與Snake模型圖像分析軟件，探討超聲灰度值定量分析對(duì)早產(chǎn)兒腦室周圍白質(zhì)軟化（Periventricular leukomalacia，PVL）診斷的價(jià)值。方法：對(duì)生后7 d內(nèi)臨床診斷為PVL的早產(chǎn)兒120例及正常新生兒對(duì)照組80例進(jìn)行常規(guī)顱腦超聲檢查，根據(jù)超聲圖像的灰度解剖分布，利用Snake模型圖像分析軟件自動(dòng)提取實(shí)驗(yàn)感興趣區(qū)，用“手動(dòng)分析”進(jìn)行邊緣修正，從而提取被確定的5個(gè)感興趣區(qū)（ROIs）：基底節(jié)區(qū)、側(cè)腦室前角旁腦白質(zhì)、側(cè)腦室后角旁腦白質(zhì)、脈絡(luò)叢和小腦蚓部。每個(gè)ROI標(biāo)準(zhǔn)切面連續(xù)錄2幅圖像進(jìn)行數(shù)字化存儲(chǔ)，用于離線分析，將每個(gè)相應(yīng)結(jié)構(gòu)的ROI描繪出來(lái)，并計(jì)算其平均的超聲灰度值。對(duì)120例PVL早產(chǎn)兒實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)進(jìn)行可重復(fù)性（圖像分析軟件變異，EV）及可再現(xiàn)性（測(cè)量者變異，AV）的分析，用95%可信區(qū)間來(lái)反映其變異程度。結(jié)果：PVL患兒基底節(jié)區(qū)、側(cè)腦室前角旁腦白質(zhì)及側(cè)腦室后角旁腦白質(zhì)平均灰度值分別為130.64±4.12、131.35±3.02、133.46±2.94，高于對(duì)照組（92.51±6.89、81.64±2.78、85.75±3.65），差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（μ=44.49、119.78、97.57，P<0.01）；PVL患兒脈絡(luò)叢、小腦蚓部平均灰度值分別為132.90±4.88、132.25±2.56，與對(duì)照組（131.98±5.82、131.43±4.47）無(wú)顯著性差異。PVL患兒重復(fù)性EV為2.70%，再現(xiàn)性AV為0.56%，總的重復(fù)性及再現(xiàn)性變異（Repeatability and reproducibility，R＆R）為2.70%。結(jié)論：Snake模型腦組織灰度值定量分析評(píng)估，為臨床早期診斷早產(chǎn)兒腦室周圍白質(zhì)軟化提供了可靠的方法。

白質(zhì)軟化病，腦室周圍；超聲檢查，多普勒，彩色

早產(chǎn)兒腦室周圍白質(zhì)軟化（Periventricular leukomalacia，PVL）主要特征在于側(cè)腦室周圍深部腦白質(zhì)的病變，是目前嚴(yán)重影響早產(chǎn)兒生存質(zhì)量及導(dǎo)致小兒腦癱的主要疾病[1]。頭顱超聲是使用最廣泛的神經(jīng)影像學(xué)檢查方法。然而，在腦白質(zhì)損傷后數(shù)日內(nèi)以水腫為主的病理階段，超聲圖像由于對(duì)比度低、噪聲大，腦白質(zhì)組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜且存在偽影，使得PVL的早期診斷成為一個(gè)難題。近年來(lái)，圖像分割在超聲圖像的定量、定性分析中扮演著重要的角色。國(guó)內(nèi)外學(xué)者就提取超聲圖像特征并利用計(jì)算機(jī)輔助診斷進(jìn)行過大量研究，使超聲分割技術(shù)在許多部位疾病中得到廣泛應(yīng)用[2-3]。本研究建立一套超聲技術(shù)結(jié)合Snake模型分析系統(tǒng)，對(duì)早產(chǎn)兒PVL超聲圖像進(jìn)行閾值選定分割，并對(duì)其進(jìn)行特定面積感興趣區(qū)（ROI）的邊緣提取，借助計(jì)算機(jī)對(duì)腦白質(zhì)背景回聲進(jìn)行定量分析，并計(jì)算其平均灰度值作為量化指標(biāo)，用于早產(chǎn)兒腦白質(zhì)密度的判斷及評(píng)價(jià)。旨在為臨床對(duì)早產(chǎn)兒PVL的早期診斷、早期治療提供較準(zhǔn)確全面的影像學(xué)依據(jù)，以減少因人為因素導(dǎo)致分析錯(cuò)誤的主觀性。

1 資料與方法

1.1 研究對(duì)象

選取2014年10月—2016年3月在廣州市婦女兒童醫(yī)療中心新生兒科住院患兒120例，臨床診斷為早產(chǎn)兒PVL。納入標(biāo)準(zhǔn)：①胎齡＜37周，年齡≤7 d；②母親有產(chǎn)科并發(fā)癥：膽汁淤積、胎膜早破、羊水污染、臍帶繞頸、妊娠期高血壓、產(chǎn)前大出血、子癇等高危因素。③胎兒有明確的宮內(nèi)窘迫表現(xiàn)，或分娩過程中有明顯窒息史。④胎兒出生后1 min Apgar評(píng)分＜7分；⑤出生后不久出現(xiàn)持續(xù)性前囟張力增高，并有神經(jīng)系統(tǒng)癥狀。另外入選80例正常新生兒為對(duì)照組，作為獲取正常新生兒腦白質(zhì)灰度值參數(shù)的對(duì)象。以上兩組新生兒均獲得家屬知情同意，并得到中心醫(yī)學(xué)倫理委員會(huì)的批準(zhǔn)。

1.2 儀器與方法

使用東芝SSA-660A及日立EUB-7000HV彩色多普勒超聲診斷儀，參數(shù)條件相同（扇形小突陣掃描探頭頻率為5.5～7.5 MHz，增益條件為100 dB）。受檢者取仰臥位，超聲檢查從額葉至枕葉，經(jīng)前囟先行冠狀掃查，再將探頭旋轉(zhuǎn)90°作矢狀掃查，完成一系列標(biāo)準(zhǔn)切面檢查后，提取5個(gè)特定面積ROI圖像（圖1）：①基底節(jié)（ROI1）和側(cè)腦室前角周圍腦白質(zhì)區(qū)（ROI2）在前冠狀面第三腦室水平顯示較清晰；②側(cè)腦室后角周圍腦白質(zhì)（ROI3）在矢狀面掃描的側(cè)腦室中央部-后角層面顯示較清晰；③脈絡(luò)叢（ROI4）取冠狀切面圖像，側(cè)腦室后角脈絡(luò)叢表現(xiàn)為高回聲結(jié)構(gòu)，平滑、清晰；④正中線矢狀切面圖像，包括第四腦室及枕骨大孔，在此平面小腦蚓部（ROI5）顯示為高回聲結(jié)構(gòu)。每個(gè)切面記錄兩次，保留進(jìn)行實(shí)驗(yàn)分析，估計(jì)可重復(fù)性（EV）及可再現(xiàn)性（AV）。超聲圖像采集完成后，應(yīng)用Snake模型醫(yī)學(xué)圖像分析軟件對(duì)上述選定的ROI背景回聲進(jìn)行測(cè)量分析，并計(jì)算其平均灰度值作為量化指標(biāo) （所有檢查均采用雙側(cè)大腦半球相同部位的平均灰度值作為最終結(jié)果），保留數(shù)據(jù)為實(shí)驗(yàn)組間差異性分析作準(zhǔn)備。所有超聲檢查由同一位主治醫(yī)師操作完成。

EV和AV的分析，每個(gè)ROI圖像由3位醫(yī)生劃定和測(cè)量3次。第1次，第1位醫(yī)師描繪ROI并計(jì)算其相對(duì)回聲強(qiáng)度，然后，第2及第3位醫(yī)師在全盲的條件下進(jìn)行與第1位醫(yī)師相同的程序。第2天及第3天，以上3位醫(yī)師反復(fù)進(jìn)行相同的程序。

1.3 統(tǒng)計(jì)學(xué)分析

采用SPSS 17.0統(tǒng)計(jì)軟件進(jìn)行數(shù)據(jù)分析，計(jì)量資料以均數(shù)±標(biāo)準(zhǔn)差（±s）表示，組間比較采用獨(dú)立樣本Mann-Whitney U檢驗(yàn)，P＜0.05為差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義；EV及AV分析，用重復(fù)測(cè)量的變異系數(shù)（CV）來(lái)反映其變異程度。EV和AV的可接受準(zhǔn)則：①＜10%的誤差，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)比較理想，結(jié)果可以接受；②10%～＜20%的誤差，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)一般，但結(jié)果還可接受；③20%～＜30%的誤差，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不理想，結(jié)果是否被接受，依據(jù)數(shù)據(jù)測(cè)量軟件的重要程度及本研究所花費(fèi)的成本。④≥30%的誤差，實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)不理想，實(shí)驗(yàn)結(jié)果需要改善。

圖1 PVL患兒早期的腦實(shí)質(zhì)超聲圖像及其ROIs灰度值。圖1a：ROI1為130.64±4.12；圖1b：ROI2為131.35±3.02；圖1c：ROI3為133.46±2.94；圖1d：ROI4為132.90±4.88；圖1e：ROI5為132.25±2.56。Figure 1.The parenchymal ultrasound images and average gray values of ROIs in premature infants with pristine PVL.Figure 1a:ROI1130.64±4.12;Figure 1b:ROI2131.35±3.02;Figure 1c:ROI3133.46±2.94;Figure 1d:ROI4132.90± 4.88;Figure 1e:ROI5132.25±2.56.

2 結(jié)果

2.1 PVL患兒與正常新生兒腦組織不同ROI回聲強(qiáng)度的定量分析及比較

120例PVL患兒顱腦各ROI超聲背景回聲的平均灰度值：ROI1為130.64±4.12，ROI2為131.35± 3.02，ROI3為 133.46±2.94，ROI4為 132.90±4.88，ROI5為132.25±2.56。80例正常對(duì)照組顱腦各ROI超聲背景回聲的平均灰度值：ROI1為 92.51±6.89，ROI2為 81.64±2.78，ROI3為 85.75±3.65，ROI4為131.98±5.82，ROI5為 131.43±4.47。結(jié)果顯示，PVL患兒ROI1、ROI2及ROI3背景回聲平均灰度值較對(duì)照組顯著增高， 差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義 （μ=44.49、119.78、97.57，P＜0.01）；ROI4及ROI5背景回聲的平均灰度值與正常對(duì)照組相比，差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義（μ=1.16，1.49，P均＞0.05）（表1，圖2）。

2.2 PVL患兒腦組織特定ROI實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)EV及AV的分析

本研究EV變異系數(shù)為2.70%，AV變異系數(shù)為0.56%，總的可重復(fù)性及可再現(xiàn)性（R＆R）變異系數(shù)為2.70%（表2）。所有結(jié)果均在可接受范圍內(nèi)，3位醫(yī)師（A、B、C）對(duì)5個(gè)ROI灰度平均值測(cè)量范圍的差異如圖3所示。按照ROI的明確劃分，PVL組側(cè)腦室后角旁腦白質(zhì)與脈絡(luò)叢及小腦蚓部回聲灰度值相近，側(cè)腦室前角旁腦白質(zhì)及基底節(jié)區(qū)回聲灰度值與脈絡(luò)叢及小腦蚓部相比稍低，但側(cè)腦室后角旁腦白質(zhì)、側(cè)腦室前角旁腦白質(zhì)及基底節(jié)區(qū)3個(gè)ROI回聲灰度值均明顯高于對(duì)照組。

圖2 早產(chǎn)兒PVL組與正常對(duì)照組5個(gè)ROI的平均灰度值比較圖。Figure 2.Comparison of average gray values in five ROIs between premature PVL group and normal control group.

圖3 3位醫(yī)師對(duì)5個(gè)ROI灰度值測(cè)量平均值的差值圖表。Figure 3.Graph of average gray values in five ROIs measured by three doctors.

表1 早產(chǎn)兒PVL組與正常對(duì)照組腦實(shí)質(zhì)ROI灰度值（±s）

表1 早產(chǎn)兒PVL組與正常對(duì)照組腦實(shí)質(zhì)ROI灰度值（±s）

組別 例數(shù) ROI1ROI2ROI3ROI4ROI5PVL組 120 130.64±4.12 131.35±3.02 133.46±2.94 132.90±4.88 132.25±2.56對(duì)照組 80 92.51±6.89 81.64±2.78 85.75±3.65 131.98±5.82 131.43±4.47 μ值 44.49 119.78 97.57 1.16 1.49 P值 ＜0.01 ＜0.01 ＜0.01 ＞0.05 ＞0.05

表2 早產(chǎn)兒PVL組5個(gè)ROI實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)EV及AV分析報(bào)告

3 討論

近年來(lái)，隨著圍產(chǎn)醫(yī)學(xué)的不斷發(fā)展，新生兒監(jiān)護(hù)技術(shù)的不斷提高，早產(chǎn)兒的存活率明顯增高，神經(jīng)系統(tǒng)的發(fā)病率亦不斷增加[4]。一般情況下，早產(chǎn)兒的腦損傷包括腦室內(nèi)出血（IVH）和PVL等不同類型的神經(jīng)元損傷，IVH是最常見的類型[5]。但本課題研究的焦點(diǎn)是PVL，其特征在于側(cè)腦室周圍深部腦白質(zhì)病變。根據(jù)病理學(xué)的改變，通常將PVL分為4期：①腦室周圍回聲增強(qiáng)期（水腫期），出生后1周內(nèi)；②腦室周圍回聲相對(duì)正常期（囊腔形成前期），出生后1～3周；③囊腔形成期，最早發(fā)生于出生后2周；④囊腔消失期，發(fā)生于出生后1～3月[6]。超聲顯像的基礎(chǔ)是病理改變，更準(zhǔn)確地說(shuō)，腦白質(zhì)回聲增強(qiáng)面積隨時(shí)間而變化的信息與病理分期相關(guān)。超聲對(duì)PVL明顯的囊腫形成期檢測(cè)比較容易，在腦白質(zhì)損傷后數(shù)日內(nèi)以水腫為主的病理階段，超聲顯像較難察覺，雖然該階段細(xì)胞組織病理學(xué)引起了一定的變化，并且產(chǎn)生了輕微的生理學(xué)改變，然而PVL超聲圖像對(duì)比度低、噪聲大，腦白質(zhì)組織結(jié)構(gòu)復(fù)雜且存在偽影，使得PVL的早期診斷成為一個(gè)難題。本研究中選取出生后1周內(nèi)臨床診斷為PVL早期的早產(chǎn)兒120例作為研究對(duì)象。

近年來(lái)，國(guó)際上推薦的對(duì)早期腦組織水腫最佳的顯示方法是彌散加權(quán)磁共振成像（DWI）[7]。然而，DWI所考察的只是成像體素內(nèi)平均彌散系數(shù)，沒考慮到彌散的方向性，在許多疾病的檢查和研究中還存在著不足之處，同時(shí)它存在費(fèi)用昂貴、不靈活、無(wú)法床旁檢查等缺陷。頭顱超聲因其費(fèi)用低廉、操作簡(jiǎn)單、可多次床旁重復(fù)檢查、對(duì)顱腦中央深部的病變分辨率高，目前已成為國(guó)內(nèi)外早產(chǎn)兒PVL首選的檢查方法。2013年Narchi等[8]進(jìn)行了大樣本的早產(chǎn)兒隊(duì)列研究，通過這種縱向的超聲影像評(píng)價(jià)，約98%最終發(fā)展為腦癱的嬰兒中，在新生兒期都有超聲影像學(xué)的異常改變，提示超聲有良好的陽(yáng)性預(yù)測(cè)值。

為了使測(cè)定結(jié)果具有可比性，在病例選取時(shí)避免將囟門過小的新生兒入組。本研究PVL患兒腦超聲圖像不同腦組織回聲的測(cè)量結(jié)果：ROI1為130.64±4.12，ROI2為 131.35±3.02，ROI3為 133.46± 2.94。本組資料顯示，PVL患兒丘腦基底節(jié)區(qū)、側(cè)腦室前角旁腦白質(zhì)及側(cè)腦室后角旁腦白質(zhì)平均灰度值均明顯高于對(duì)照組，差異有統(tǒng)計(jì)學(xué)意義，脈絡(luò)叢及小腦蚓部平均灰度值兩組之間差異無(wú)統(tǒng)計(jì)學(xué)意義。結(jié)果表明，早產(chǎn)兒PVL好發(fā)于腦室周圍腦白質(zhì)及基底節(jié)區(qū)，與早產(chǎn)兒神經(jīng)系統(tǒng)發(fā)育狀態(tài)及解剖病理相符合[9]，在早產(chǎn)兒腦室周圍存在著脆弱易破損的胚胎生發(fā)層基質(zhì)，此處毛細(xì)血管豐富，結(jié)構(gòu)疏松，血管壁細(xì)胞富含線粒體，耗氧量大，對(duì)氧極為敏感，易發(fā)生壞死。另外早產(chǎn)兒腦血管發(fā)育尚未成熟，大腦動(dòng)脈的短穿支向皮層下白質(zhì)區(qū)供血，動(dòng)脈長(zhǎng)穿支向腦室周圍深部白質(zhì)供血，早產(chǎn)兒皮層下動(dòng)脈短穿支成熟度不夠，而腦室周圍缺乏動(dòng)脈長(zhǎng)穿支及側(cè)支循環(huán)，從而使腦室周圍白質(zhì)更易遭受缺血性損傷而引起PVL的發(fā)生。在腦損傷早期，由于水腫，在超聲影像上缺乏特異性，只表現(xiàn)為一般增強(qiáng)的回聲信號(hào)，造成超聲科醫(yī)師對(duì)PVL的漏診或誤診，延誤臨床醫(yī)師對(duì)早產(chǎn)兒PVL的早期診斷、早期治療。本研究利用Snake模型計(jì)算機(jī)圖像分析軟件，按照腦組織解剖病理特征定量描述選定ROI，并對(duì)選定區(qū)域背景回聲強(qiáng)度灰度值定量分析，提高早產(chǎn)兒PVL的臨床診斷，其原理主要是把ROI的目標(biāo)從圖像的復(fù)雜景物中提取出來(lái)，對(duì)所選定ROI的平均灰度值進(jìn)一步進(jìn)行定量分析或識(shí)別，其目的是全面而精確地獲得病人的各種數(shù)據(jù)，為診斷及治療提供正確的數(shù)字信息。國(guó)內(nèi)外學(xué)者就提取超聲圖像特征并利用計(jì)算機(jī)輔助診斷進(jìn)行過大量研究。Zhang等[10]使超聲定量分析某些疾病得到廣泛應(yīng)用，主要技術(shù)包括心臟病、乳腺癌、前列腺癌、膽囊和肝臟腫瘤、血管疾病以及婦產(chǎn)科疾病的檢測(cè)。Marty等[11]對(duì)新生兒腦損傷腦白質(zhì)的灰度值進(jìn)行了定量分析。張玲等[12]使用灰度值定量分析帕金森病患者的黑質(zhì)病變。

Snake模型計(jì)算機(jī)圖像分析軟件的精確性又稱可信度[13]，由EV和AV組成。EV是指對(duì)同一穩(wěn)定的被測(cè)對(duì)象，用相同的方法，在相同的條件下獲得一系列結(jié)果之間的相近程度。AV是指不同的操作者或在不同的時(shí)間、不同的實(shí)驗(yàn)室對(duì)同一穩(wěn)定的被測(cè)對(duì)象，用相同的方法，獲得一系列結(jié)果之間的相近程度。定量分割技術(shù)在超聲診斷中的應(yīng)用越來(lái)越受到臨床及科研工作者的關(guān)注。臨床上新的測(cè)量?jī)x器和方法應(yīng)用于臨床前，有必要了解其EV和AV。測(cè)量?jī)x器間EV評(píng)估測(cè)量參數(shù)在臨床應(yīng)用中的穩(wěn)定性，操作者間AV評(píng)估測(cè)量參數(shù)是否可以獲得臨床醫(yī)師的信任，放心地應(yīng)用于臨床。另外，由于實(shí)驗(yàn)中超聲灰度值會(huì)因儀器差別、分析軟件、參數(shù)設(shè)定、操作者手法等各種因素的影響而不同，故應(yīng)對(duì)實(shí)驗(yàn)進(jìn)行EV和AV的檢測(cè)，本研究中EV為2.70%、AV為0.56%、R&R為2.70%，結(jié)果表明Snake模型圖像分析軟件對(duì)PVL的診斷具有良好的EV及AV。超聲灰度值定量分析對(duì)于早產(chǎn)兒PVL早期診斷具有重要意義，不僅可以提高診斷的準(zhǔn)確性，減少操作者主觀判斷誤差，而且對(duì)于臨床早期干預(yù)、減少后期殘疾，具有一定的指導(dǎo)意義。

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Ultrasonic diagnosis of premature infant with periventricular leukomalacia by Snake model software

HE Xue-hua,GUAN Bu-yun,ZHU Li-ling
(Department of Ultrasonography,Guangzhou Women and Children’s Medical Center,Guangzhou 510120,China)

Objective:To explore the value of quantified analysis of periventricular leukomalacia(PVL)using color Doppler ultrasound and Snake model medical image analysis software.Methods:The cranial ultrasound examination was performed in 120 premature infants with PVL within 7 days after birth.And 80 newborns were taken as control group.According to the gray anatomic distribution of ultrasound images,using the“manual analysis”to fix edge,five regions-of-interest(ROIs)were identified:basal ganglia,area around the anterior horn of lateral ventricle,area around cornu posterious ventriculi lateralis, choroid plexus and cerebellar vermis.Two consecutive images from each ROI were digitally stored.For off-line analysis,the ROI corresponding to each structure was delineated and the average gray value was calculated.Reproducibility of the experimental data(image analysis software variation,EV)and reproducibility(variation measurer,AV)were analyzed,with 95%confidence intervals to reflect its variability for 120 cases of premature infants with PVL.Results:The average gray values of basal ganglia,area around the anterior horn of lateral ventricle,area around cornu posterious ventriculi lateralis in premature infants with PVL were 130.64±4.12,131.35±3.02 and 133.46±2.94,respectively,higher than those in control group(92.51±6.89, 81.64±2.78 and 85.75±3.65)(μ=44.49,119.78,97.57,P<0.01).The average gray values in choroid plexus and cerebellar vermis of PVL premature infants were 132.90±4.88 and 132.25±2.56,respectively,with no significant difference with control group (131.98±5.82,131.43±4.47).The repeatability EV was 2.70%,reproducibility AV was 0.56%,and the repeatability and reproducibility(R&R)was 2.70%for premature infants with PVL.Conclusion:Quantitative analysis of ultrasonographic gray value of premature infants with PVL is characteristic by Snake model medical image analysis software,which can provide important information in the early diagnosis and in evaluating the prognosis of this disease.

Leukomalacia,periventricular;Ultrasonography,Doppler,color

R742；R445.1

A

1008－1062（2016）12－0842－05

2016-05-04；

2016-05-17

賀雪華（1980-），女，江西吉安人，副主任醫(yī)師。E-mail：snowyxue2012@163.com

賀雪華，廣州市婦女兒童醫(yī)療中心超聲科，510120。E-mail：snowyxue2012@163.com