脐血流音频多普勒信号零极点模型评价胎盘功能的临床应用
作者：刘智 常才 陈斯中 汪源源 王威琪
单位：刘智 常才(上海医科大学妇产科医院超声波室 200011)；陈斯中 汪源源 王威琪(上海复旦大学电子工程系)
关键词：超声检查；多普勒；彩色；音频多普勒；零极点模型；胎盘
中华超声影像学杂志000314
摘 要：目的 运用脐血流音频多普勒信号零极点模型评价胎盘功能。方法 对30例正常与19例异常妊娠妇女进行彩色多普勒超声检查,测定脐血流音频多普勒信号和血流阻力指数(RI),并运用零极点模型分析脐血流音频多普勒信号参数分布规律,比较两种方法对异常妊娠的检出率。结果 以零极点模型获得的参数(d、e)对异常妊娠的检出率较RI高(P<0.05)。结论 脐血流音频多普勒零极点模型是一种评价胎盘功能的新方法。
Clinical application of zero pole distribution of audio Doppler of umbilical artery to evaluate placenta function
, 百拇医药
LIU Zhi,CHANG Cai
(Department of Ultrasound,Obstetric & Gynecologic Hospital of Shanghai Medical University,Shanghai 200011,China)
CHEN Sizhong,et al.
Abstract：Objective To evaluate the value of zero pole distributioin of audio Doppler in umbilical artery when monitoring placenta function.Methods Audio Doppler of umbilical artery was analyzed by zero pole distribution of 30 normal pregnant women and 19 abnormal pregnant women,and compared with the resistance index(RI).Results The method of zero pole distribution was better than RI in assessment of abnormal pregnancy(P<0.05).Conclusion The zero pole distribution of audio Doppler in umbilical artery is a new and sensitive method to evaluate placenta function.
, 百拇医药
Key words：Ultrasonography,Doppler color;Audio Doppler;Zero pole distribution;Placenta▲
脐血管是连接胎儿和胎盘的唯一通道,脐血流的改变能够反映胎盘功能的变化。本研究通过对脐血流音频多普勒信号建立零极点模型,分析其参数的分布规律,旨在探讨一种新的、有效的胎盘功能评价方法。
资料与方法
一、研究对象
1997年7月～1998年1月间我院49例行彩色多普勒超声检查的孕妇,分为正常组(30例,无妊娠合并症及并发症)和异常组(19例),其中胎儿宫内发育迟缓(IUGR)9例,妊娠合并糖尿病2例,羊水过多2例,羊水过少1例,妊高征3例,反复流产史1例,妊娠合并大量胸水1例。平均孕周(31.0±6.2)周,平均年龄(30.1±5.1)岁。
, 百拇医药
二、仪器设备
美国ALT公司生产的HDI/UM-9型超声诊断仪,腹部超声探头频率 3.5 MHz。
三、研究方法
所有病例均行彩色多普勒检查,定位胎儿脐动脉,将多普勒取样容积放置在胎儿脐动脉上,获得稳定的多普勒频谱,用16位声卡以 11 025 Hz的频率对脐动脉音频多普勒信号进行采样,所得数据存入计算机。在计算机上实现MATLAB的离线分析,其中时间段长度(T)为10 ms。并用超声仪器分别测定49例孕妇的脐动脉、脐静脉直径及阻力指数(RI)值。统计结果行t检验、χ2检验。
结 果
一、零极点模型中各参数的意义见图1。
, 百拇医药
图1 脐血流零极点模型各参数的示意图
a-共轭极点重心离原点的距离,b-共轭极点重心的幅角,c-共轭极点离散度,d-实极点重心离原点的距离,e-实极点离散度
二、两组妊娠妇女零极点模型各参数的平均值及胎儿脐动脉、脐静脉直径、RI平均值见表1,其中正常组a、b、d三值分别较异常妊娠组高(P<0.05),正常组e值较异常组低(P<0.05)。两组脐动脉、脐静脉直径无统计学差异(P>0.05),两组RI值统计学上有显著性差异(P<0.05)。
表1 正常与异常妊娠组各参数的平均值(
) 组别
a
b
, 百拇医药
c
d
e
脐动脉直径
(cm)
脐静脉直径
(cm)
RI
正常
0.92±0.04
36.09±8.11
0.16±0.04
0.80±0.11
, 百拇医药
0.10±0.06
0.37±0.13
0.74±0.16
0.61±0.14
异常
0.87±0.07*
26.84±5.99
0.15±0.04
0.62±0.22*
0.19±0.08*
0.33±0.12
, 百拇医药
0.68±0.17
0.70±0.09
注:与正常组相比,*P<0.05
三、零极点模型各参数与RI的比较
用以上所得正常组的平均值±1.96标准差为正常值范围,分别比较零极点模型参数和RI对异常妊娠的检出例数,结果见表2。
表2 零极点模型和RI对19例异常妊娠的检出例数 检测方法
a
b
c
d
, 百拇医药 e
零极点模型
4
1
1
7
9
RI
2
2
2
2*
2*
, 百拇医药
注:与零极点模型相比,*P<0.05
零极点模型参数a、b、c和RI对异常妊娠检出例数无统计学差异,χ2值分别为3.60、2.44、2.44(P>0.05),参数d、e和RI对异常妊娠检出例数有统计学差异,χ2分别为18.5、31.5(P<0.05)。
图2～4为零极点模型参数d、e及RI随孕周的分布图。正常妊娠时,d较异常妊娠更接近1,而e较异常妊娠小(P<0.05)。
图2 正常与异常妊娠组参数d的分布图
图3 正常与异常妊娠组参数e的分布图
, 百拇医药
图4 正常与异常妊娠组RI的分布图
讨 论
正常胎盘血流随孕周进展呈高排低阻状态,脐血流可反映其阻力大小。目前临床上常用的评价脐血流指标有搏动指数(PI)、RI等,这些参数均是从声谱图的包络求得,只能反映血流频谱信号的部分信息(如最大频率曲线或平均频率曲线),但无法描述每个微小时间段内血流的具体变化及多个心动周期血流的变化趋势。这样会丧失信号中的其他信息。为了更充分地利用这些信息,本研究通过建立零极点模型,研究脐血流音频多普勒信号在多个心动周期内的变化,从而提取与胎盘功能密切相关的特征参数,为临床评价胎盘功能提供依据。
音频多普勒信号在短时间内可被看作是准广义平稳的随机信号[1],故可将一段较长时间内的音频多普勒信号按时间T(通常是10 ms)划分成若干段,并对每个时间段内的音频多普勒信号用一个三阶极点、两阶零点的模型加以描述,其数学公式为H(z)=(m1z-2+m2z-1+m3)/(z-3+n1z-2+n2z-1+n3),设信号的采样频率为fs,则在时间段T中将采到n=fsT点数据x(0),x(1),…,x(n-1),于是H(z)又可以写成H(z)=x(0)+x(1)z-1+…+x(n-1)z-(n-1),其中x(n)为信号序列。由上述两公式可求出m1、m2、m3、n1、n2、n3,从而得到零极点模型的各参数。这些参数的分布可以用单位圆来评价,数值越接近1,即越靠近单位圆,信号则越稳定。在本研究中零点分布无规律,极点分布有一定规律。正常妊娠组中,共轭极点重心离原点的距离(a)、实极点重心离原点距离(d)均大于异常妊娠组,明显靠近单位圆(P<0.05),实极点离散度e小于异常妊娠组(P<0.05),说明正常妊娠组血流稳定,信号变异小,胎盘功能正常;异常妊娠时,胎盘功能处于异常状态,血流变化较大。
, http://www.100md.com
多普勒血流信号可以反映血流乃至血管的一定特性,已有文章报道共轭极点重心离原点的距离a、共轭极点重心的幅角b的分布与血管的弹性和通畅程度有关;实极点重心离原点距离d、实极点离散度e的分布与外周血管床的阻力有关[2-4]。本研究中正常与异常妊娠组a值有统计学差异,与有关报道相符,而b值无统计学意义,需进一步深入研究。对于脐动脉而言,胎盘可视为其外周血管床,随着孕周的增加,正常胎盘绒毛分支变细,毛细血管数目增多,血流灌注量加大,胎盘阻力减小;而异常妊娠时胎盘表现为不成熟或过熟,胎盘绒毛微小血管数减少或闭塞,阻力则相应增大[5,6]。故正常、异常妊娠组d、e值有显著性差异。
用a、b值与RI同时测定胎盘功能,异常妊娠的检出率无显著性差异(P>0.05)。本研究中49例孕妇无明显脐带异常,可能是两种方法无显著性差异的原因。因此,a、b两个参数的临床应用价值有待今后进一步探讨。虽然RI在正常与异常妊娠组有显著性差异(P<0.05),但零极点模型获得的两个参数d、e较RI检出异常妊娠率高(P<0.05),比传统超声多普勒仪器所得的声谱参数更加敏感、全面地反映外周血管的信息。由于这种技术具有易操作性、可重复性及无损伤性,可成为一种新的评价胎盘功能的方法。■
, http://www.100md.com
基金项目：国家自然科学基金(39800137)
参考文献：
[1]汪源源,余建国,邵谦明,等.伪彩色超声多普勒信号实时声谱分析系统的技术问题.上海生物医学工程,1993,14:13-16.
[2]Skidmore R,Woodcock JP.Physiological interpretation of Doppler shift waveform I.Ultrasoud in Med & Biol,1980,6:7-10.
[3]Skidmore R,Woodcock JP.Physiological interpretation of Doppler shift waveform Ⅱ.Ultrasound in Med & Biol,1980,6:219-225.
, 百拇医药
[4]Skidmore R,Woodcock JP.Physiological interpretation of Doppler shift waveform Ⅲ.Ultrasound in Med & Biol,1980,6:227-231.
[5]Bruch JF,Sibony OL,Denall K,et al.Computerized microscope morphometry of umbilical vessels from pregnancies with intrauterine growth retardation and abnormal umbilical artery Doppler.Hum Pathol,1997,28:1139-1145.
[6]Giles WB,Trudinger BJ,Baird PJ,et al.Fetal umbilical artery flow velocity waveforms and placental resistance:pathological correlation.Br J Obstet Gynecol,1985,92:31-38.
(收稿日期：1999-05-12), http://www.100md.com
单位：刘智 常才(上海医科大学妇产科医院超声波室 200011)；陈斯中 汪源源 王威琪(上海复旦大学电子工程系)
关键词：超声检查；多普勒；彩色；音频多普勒；零极点模型；胎盘
中华超声影像学杂志000314
摘 要：目的 运用脐血流音频多普勒信号零极点模型评价胎盘功能。方法 对30例正常与19例异常妊娠妇女进行彩色多普勒超声检查,测定脐血流音频多普勒信号和血流阻力指数(RI),并运用零极点模型分析脐血流音频多普勒信号参数分布规律,比较两种方法对异常妊娠的检出率。结果 以零极点模型获得的参数(d、e)对异常妊娠的检出率较RI高(P<0.05)。结论 脐血流音频多普勒零极点模型是一种评价胎盘功能的新方法。
Clinical application of zero pole distribution of audio Doppler of umbilical artery to evaluate placenta function
, 百拇医药
LIU Zhi,CHANG Cai
(Department of Ultrasound,Obstetric & Gynecologic Hospital of Shanghai Medical University,Shanghai 200011,China)
CHEN Sizhong,et al.
Abstract：Objective To evaluate the value of zero pole distributioin of audio Doppler in umbilical artery when monitoring placenta function.Methods Audio Doppler of umbilical artery was analyzed by zero pole distribution of 30 normal pregnant women and 19 abnormal pregnant women,and compared with the resistance index(RI).Results The method of zero pole distribution was better than RI in assessment of abnormal pregnancy(P<0.05).Conclusion The zero pole distribution of audio Doppler in umbilical artery is a new and sensitive method to evaluate placenta function.
, 百拇医药
Key words：Ultrasonography,Doppler color;Audio Doppler;Zero pole distribution;Placenta▲
脐血管是连接胎儿和胎盘的唯一通道,脐血流的改变能够反映胎盘功能的变化。本研究通过对脐血流音频多普勒信号建立零极点模型,分析其参数的分布规律,旨在探讨一种新的、有效的胎盘功能评价方法。
资料与方法
一、研究对象
1997年7月～1998年1月间我院49例行彩色多普勒超声检查的孕妇,分为正常组(30例,无妊娠合并症及并发症)和异常组(19例),其中胎儿宫内发育迟缓(IUGR)9例,妊娠合并糖尿病2例,羊水过多2例,羊水过少1例,妊高征3例,反复流产史1例,妊娠合并大量胸水1例。平均孕周(31.0±6.2)周,平均年龄(30.1±5.1)岁。
, 百拇医药
二、仪器设备
美国ALT公司生产的HDI/UM-9型超声诊断仪,腹部超声探头频率 3.5 MHz。
三、研究方法
所有病例均行彩色多普勒检查,定位胎儿脐动脉,将多普勒取样容积放置在胎儿脐动脉上,获得稳定的多普勒频谱,用16位声卡以 11 025 Hz的频率对脐动脉音频多普勒信号进行采样,所得数据存入计算机。在计算机上实现MATLAB的离线分析,其中时间段长度(T)为10 ms。并用超声仪器分别测定49例孕妇的脐动脉、脐静脉直径及阻力指数(RI)值。统计结果行t检验、χ2检验。
结 果
一、零极点模型中各参数的意义见图1。
, 百拇医药
图1 脐血流零极点模型各参数的示意图
a-共轭极点重心离原点的距离,b-共轭极点重心的幅角,c-共轭极点离散度,d-实极点重心离原点的距离,e-实极点离散度
二、两组妊娠妇女零极点模型各参数的平均值及胎儿脐动脉、脐静脉直径、RI平均值见表1,其中正常组a、b、d三值分别较异常妊娠组高(P<0.05),正常组e值较异常组低(P<0.05)。两组脐动脉、脐静脉直径无统计学差异(P>0.05),两组RI值统计学上有显著性差异(P<0.05)。
表1 正常与异常妊娠组各参数的平均值(
) 组别a
b
, 百拇医药
c
d
e
脐动脉直径
(cm)
脐静脉直径
(cm)
RI
正常
0.92±0.04
36.09±8.11
0.16±0.04
0.80±0.11
, 百拇医药
0.10±0.06
0.37±0.13
0.74±0.16
0.61±0.14
异常
0.87±0.07*
26.84±5.99
0.15±0.04
0.62±0.22*
0.19±0.08*
0.33±0.12
, 百拇医药
0.68±0.17
0.70±0.09
注:与正常组相比,*P<0.05
三、零极点模型各参数与RI的比较
用以上所得正常组的平均值±1.96标准差为正常值范围,分别比较零极点模型参数和RI对异常妊娠的检出例数,结果见表2。
表2 零极点模型和RI对19例异常妊娠的检出例数 检测方法
a
b
c
d
, 百拇医药 e
零极点模型
4
1
1
7
9
RI
2
2
2
2*
2*
, 百拇医药
注:与零极点模型相比,*P<0.05
零极点模型参数a、b、c和RI对异常妊娠检出例数无统计学差异,χ2值分别为3.60、2.44、2.44(P>0.05),参数d、e和RI对异常妊娠检出例数有统计学差异,χ2分别为18.5、31.5(P<0.05)。
图2～4为零极点模型参数d、e及RI随孕周的分布图。正常妊娠时,d较异常妊娠更接近1,而e较异常妊娠小(P<0.05)。
图2 正常与异常妊娠组参数d的分布图
图3 正常与异常妊娠组参数e的分布图
, 百拇医药
图4 正常与异常妊娠组RI的分布图
讨 论
正常胎盘血流随孕周进展呈高排低阻状态,脐血流可反映其阻力大小。目前临床上常用的评价脐血流指标有搏动指数(PI)、RI等,这些参数均是从声谱图的包络求得,只能反映血流频谱信号的部分信息(如最大频率曲线或平均频率曲线),但无法描述每个微小时间段内血流的具体变化及多个心动周期血流的变化趋势。这样会丧失信号中的其他信息。为了更充分地利用这些信息,本研究通过建立零极点模型,研究脐血流音频多普勒信号在多个心动周期内的变化,从而提取与胎盘功能密切相关的特征参数,为临床评价胎盘功能提供依据。
音频多普勒信号在短时间内可被看作是准广义平稳的随机信号[1],故可将一段较长时间内的音频多普勒信号按时间T(通常是10 ms)划分成若干段,并对每个时间段内的音频多普勒信号用一个三阶极点、两阶零点的模型加以描述,其数学公式为H(z)=(m1z-2+m2z-1+m3)/(z-3+n1z-2+n2z-1+n3),设信号的采样频率为fs,则在时间段T中将采到n=fsT点数据x(0),x(1),…,x(n-1),于是H(z)又可以写成H(z)=x(0)+x(1)z-1+…+x(n-1)z-(n-1),其中x(n)为信号序列。由上述两公式可求出m1、m2、m3、n1、n2、n3,从而得到零极点模型的各参数。这些参数的分布可以用单位圆来评价,数值越接近1,即越靠近单位圆,信号则越稳定。在本研究中零点分布无规律,极点分布有一定规律。正常妊娠组中,共轭极点重心离原点的距离(a)、实极点重心离原点距离(d)均大于异常妊娠组,明显靠近单位圆(P<0.05),实极点离散度e小于异常妊娠组(P<0.05),说明正常妊娠组血流稳定,信号变异小,胎盘功能正常;异常妊娠时,胎盘功能处于异常状态,血流变化较大。
, http://www.100md.com
多普勒血流信号可以反映血流乃至血管的一定特性,已有文章报道共轭极点重心离原点的距离a、共轭极点重心的幅角b的分布与血管的弹性和通畅程度有关;实极点重心离原点距离d、实极点离散度e的分布与外周血管床的阻力有关[2-4]。本研究中正常与异常妊娠组a值有统计学差异,与有关报道相符,而b值无统计学意义,需进一步深入研究。对于脐动脉而言,胎盘可视为其外周血管床,随着孕周的增加,正常胎盘绒毛分支变细,毛细血管数目增多,血流灌注量加大,胎盘阻力减小;而异常妊娠时胎盘表现为不成熟或过熟,胎盘绒毛微小血管数减少或闭塞,阻力则相应增大[5,6]。故正常、异常妊娠组d、e值有显著性差异。
用a、b值与RI同时测定胎盘功能,异常妊娠的检出率无显著性差异(P>0.05)。本研究中49例孕妇无明显脐带异常,可能是两种方法无显著性差异的原因。因此,a、b两个参数的临床应用价值有待今后进一步探讨。虽然RI在正常与异常妊娠组有显著性差异(P<0.05),但零极点模型获得的两个参数d、e较RI检出异常妊娠率高(P<0.05),比传统超声多普勒仪器所得的声谱参数更加敏感、全面地反映外周血管的信息。由于这种技术具有易操作性、可重复性及无损伤性,可成为一种新的评价胎盘功能的方法。■
, http://www.100md.com
基金项目：国家自然科学基金(39800137)
参考文献：
[1]汪源源,余建国,邵谦明,等.伪彩色超声多普勒信号实时声谱分析系统的技术问题.上海生物医学工程,1993,14:13-16.
[2]Skidmore R,Woodcock JP.Physiological interpretation of Doppler shift waveform I.Ultrasoud in Med & Biol,1980,6:7-10.
[3]Skidmore R,Woodcock JP.Physiological interpretation of Doppler shift waveform Ⅱ.Ultrasound in Med & Biol,1980,6:219-225.
, 百拇医药
[4]Skidmore R,Woodcock JP.Physiological interpretation of Doppler shift waveform Ⅲ.Ultrasound in Med & Biol,1980,6:227-231.
[5]Bruch JF,Sibony OL,Denall K,et al.Computerized microscope morphometry of umbilical vessels from pregnancies with intrauterine growth retardation and abnormal umbilical artery Doppler.Hum Pathol,1997,28:1139-1145.
[6]Giles WB,Trudinger BJ,Baird PJ,et al.Fetal umbilical artery flow velocity waveforms and placental resistance:pathological correlation.Br J Obstet Gynecol,1985,92:31-38.
(收稿日期：1999-05-12), http://www.100md.com