剪切波弹性成像的影响因素分析

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专题笔谈

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剪切波弹性成像的影响因素分析

李健明1　胡向东1　张岩峰2　钱林学1

DOI ：10.3877/cma.j.issn.1672-6448.2019.08.002

作者单位：100050　首都医科大学附属北京友谊医院超声科1；100029　北京中医药大学第三附属医院超声科2

通信作者：钱林学，Email ：qianlinxue2002@

早在1991年，由Ophir 等［1］率先提出超声弹性成像这一技术，其基本原理是根据组织受力后形变程度的不同来显示组织的不同硬度，从而反映疾病发生、发展情况，为临床诊疗提供帮助。随后在1998年，由Catheline 等［2］ 和Sarvazyan 等［3］提出的剪切波弹性成像技术，其原理是声源振动产生声波，当声波在传播途径上被反射或吸收时，会产生声辐射力，该力会使组织粒子产生横向振动，从而产生剪切波，通过跟踪剪切波的传播速度得到组织弹性的绝 对值——杨氏模量（E =3ρc t 2

），从而定量分析、比较各组织 间的弹性差异，辅助临床诊断。超声弹性技术历经早期传统 的静态型弹性成像，如应变成像（strainelastography ，SE ）、 应变率成像（strain-rate imaging ，SRI ），到剪切波速度测量法，如瞬时弹性成像（transient elastography ，TE ）、声辐射力脉冲技术（acoustic radiation force impulse ，ARFI ），再发展到2D-实时剪切波弹性成像（shear wave elastography ，SWE ）。SWE 基于超声无创、便捷的优势，可快速、客观、定量地反映生物力学信息，即组织硬度（杨氏模量），其成为目前最为成熟的超声弹性成像技术，并已广泛应用于肝脏、甲状腺、乳腺等器官的检查［4］。

2017年4月，欧洲医学和生物学超声协会联盟（European Federation of Societies for Ultrasound in Medicine and Biology ，EFSUMB ）更新发布了肝脏超声弹性成像的临床应用指南［5］，提出了SWE 对评估慢性肝脏疾病纤维化程度、指导治疗及判断预后具有重要意义，并建立了肝纤维化分期的标准化共识。Zhuang 等［6］已证实，SWE 预测肝纤维化效能（SWE 诊断轻度肝纤维化、重度肝纤维化、肝硬化的ROC 曲线下面积分别为0.97、0.97、0.98）优于血清学指标。虽然SWE 作为新型超声影像技术，在诊断肝纤维化、肝脏肿瘤、甲状腺及乳腺结节方面展现出良好的应用前景，然而，从临床实际应用角度出发，无论是世界医学和生物学超声联合会（World Federation of Ultrasound in Medicine and Biology ，WFUMB ）［4］还是EFSUMB ［5］均认为SWE 在上述疾病诊断方面，部分证据尚不充分、不完整，所得

出的结果受诸多因素的影响。

一、SWE 的影响因素分析

1. 操作人员经验的影响：EFSUMB 要求操作人员必须掌握相应的知识并接受超声弹性训练，数据采集应由受过专业培训的人员完成，从事弹性超声工作需要有二维超声的操作经验［5］。在健康人群的可重复性研究中已证实，观察者间一致性受操作者经验影响，组内相关系数（interclass correlation coefficient ，ICC ）为0.63~0.84［7］。

2. 大血管、呼吸运动及声窗不佳等因素的影响：SWE 测量肝脏时，应避开大血管、肝被膜、韧带及胆囊。运动会显著影响测量结果，因此测量时，受检者需暂时屏住呼吸。有研究报道，测量失败的常见原因为缺乏良好的声窗、混响、脉搏跳动、屏气不佳、大量腹水及体质量指数过大等［5］。

3.病灶内钙化的影响：病灶内钙化的存在也会影响杨氏模量测值。宋越等［8］研究报道，对于甲状腺结节良恶性的诊断，在最大径线大于10.0 mm 与小于10.0 mm 及有钙化与无钙化的不同情况下，SWE 诊断效能及最佳诊断界值是不同的。研究结果证实，对于最大径线大于10.0 mm 及无钙化的甲状腺结节，SWE 具有更好的鉴别诊断价值。

4. 测量框大小、形状及位置等因素的影响：利用SWE 测量甲状腺良恶性结节，刘保娴等［9］研究报道，Q-Box TM 大小的变化直接导致杨氏模量测值变化，SWE 参数包括E whole-mean （调节Q-Box TM 使其包括尽量多的结节，Q-Box TM 内杨氏模量的均值）、E whole-min （调节Q-Box TM 使其包括尽量多的结节，Q-Box TM 内杨氏模量的最小值）、 E mean （调节Q-Box TM 为2 mm 使其置于结节的最硬处，Q-Box TM 内杨氏模量的均值）、E min （调节Q-Box TM 为 2 mm 使其置于结节的最硬处，Q-Box TM 内杨氏模量的最小值）、E max （调节Q-Box TM 为2 mm 使其置于结节的最硬处，Q-Box TM 内杨氏模量的最大值），研究者推荐使用E mean 鉴别甲状腺良恶性结节。利用SWE 测量肝脏组织时，最常用圆形、直径不小于10 mm 的Q-Box TM （建设15 mm 以上），将其放置在回声均匀的肝组织，尽量置于弹性图中央，同时避免伪像等影响［5，10］。

5. 测量深度等因素的影响：已有研究表明测量深度对弹性评估的影响同样不可忽视［6，12］。肝脏检查应用

凸阵探头时，当感兴趣区域（region of interest ，ROI ）垂直于探头时测量效果最佳［5，11］。应用虚拟触诊定量技术（virtual touch quantification ，VTQ ）时，使用凸阵探头

（1~4 MHz ），测量深度为4~5 cm 时变异性最低；使用线阵探头（4~9 MHz ），测量深度为2~3 cm 时变异性低。因此，由于声辐射和剪切波在组织中的衰减和畸变，以及不同探头探测病灶位置深浅不同，也会导致结果的不一致性。

6.不同成像设备测量的影响：不同制造商的设备测量结果也会具有一定差异性，甚至同一种技术系统的不同制造商使用的测量剪切波速度（shear wave speed ，SWS ）的方法不同也会导致结果的不同。有研究表明，不同成像系统的SWS 测量值差异具有统计学意义［12］。因此，鉴于不同弹性成像技术对相同脏器的估测值不同，建议不同的仪器设备定义各自的病变程度诊断界值。

7. 病灶周围组织性质的影响：肝脏硬度不仅反映肝纤维化，甲状腺硬度同样不仅反映弥漫性病变，其还可反映很多肝脏、甲状腺的其他病理及生理状态，如肝脏炎症、梗阻性胆汁淤积、肝淤血，淋巴细胞性甲状腺炎及结节性甲状腺肿等，不同性质的病灶及其与周围组织器官实质比例的差异，会对SWE 测量产生影响［13-14］。

8. 肿瘤异型性的影响：早在2009~2011年，有研究证实TE 测量肝硬度值与肝细胞癌（hepatocellular carcinoma ，HCC ）发病率密切相关（P ＜0.001）［11］。相较于TE ，SWE 具有操作简便、可重复性好等优势［12］。诸多研究证实，应用SWE 检测肝脏结节的力学性质，能够对肿瘤性质做出初步判断。如Ronot 等［15］应用SWE 对局灶性结节增生（focal nodule hyperplasia ，FNH ）与肝腺瘤（hepatocellular adenoma ，HCA ）进行鉴别诊断，发现FNH 明显硬于HCA ，且不同亚型HCAs 间硬度也各不相同。在此基础上，Gerber 等［12］证实2D-SWE 可提供不同性质肝局灶性病变（focal liver lesions ，FLLs ）的杨氏模量值，如肝癌 （44.8 kPa ）、肝转移瘤（29.5 kPa ）、胆管细胞癌（29.0 kPa ）、

血管瘤（16.5 kPa ）及肝腺瘤（8.9 kPa ）等。不可否认原发性肝癌（primary hepatocarcinoma ，PHC ）组织学分型的复杂性及肿瘤异型性，对SWE 测量杨氏模量有一定程度的影响［16-17］。

9. 尺寸效应的影响：近年来，SWE 广泛应用于评估实体肿瘤的力学性能［18］。据报道，良性肿瘤明显比恶性肿瘤软［19-22］。例如，良、恶性乳腺实性肿瘤的平均弹性模量值分别为（46.1±42.9）kPa 、（153.3±58.1）kPa ［22］。北京友谊医院的钱林学团队通过仿体研究发现随着肿瘤结节尺寸的变化，杨氏模量也随之发生变化（图 1），即尺寸效应，也就是实体肿瘤的尺寸影响SWE 对固有弹性的评估，这也是目前力学数据与临床分析中尚未解决的问题。根据软组织的几何和物理参数，SWE 通过声辐射力产生剪切波

的中心频率为400~800 Hz ，并且SWE 的波长约为毫米级［22］

。

事实上，当肿瘤尺寸小于或相当于横波的波长时，在SWE 中实体肿瘤的尺寸效应可能非常显著。钱林学团队应用SWE （法国声科，Aix-en-Provence ）和SE （中国Mindray ， Resona 8），在体内测量一个甲状腺小肿瘤（直径约为 5 mm ），SE 显示肿瘤明显比周围软组织硬，实体肿瘤与周围软组织的轴向应变力比值为2.66，而SWE 显示，肿瘤与周围软组织的硬度比值为1.55，明显小于SE ，在其他SWE 仪器的测量中，也观察到类似的实验现象。上述研究表明，实体肿瘤的SWE 成像可能存在显著的尺寸效应，有必要对其进行定量校正，以有效鉴别恶性肿瘤和良性肿瘤。

二、SWE 的其他影响因素分析

早期有学者应用仿体实验探究厚度与组织弹性间的关系，研究证明随着仿体厚度变薄，剪切波速度随之降低；剪切波速度＜5 m/s 时，心肌剪切波速度测量与超声心动图有较好的一致性［16］

。有学者通过仿体及体内实验证实，

图1　尺寸效应对剪切波弹性成像测值的影响。图示随着仿体肿瘤结节尺寸的变化，杨氏模量也随之发生变化，相同质地、硬度的球体，在直径17 mm 、14 mm 、12 mm 时杨氏模量测值随尺寸减小而减小，但差异不显著；在直径9 mm 、6 mm 、5 mm 时杨氏模量测值随尺寸减小而显著减小