超聲彈性成像技術(shù)的研究進(jìn)展

超聲彈性成像技術(shù)的研究進(jìn)展

超聲彈性成像是一種新的成像模式，可以直接反映組織的彈性信息。自1991年Ophir等提出這一概念以來,超聲彈性成像得到了廣泛關(guān)注并迅猛發(fā)展。作為一種全新的成像方式,彈性成像已經(jīng)成為醫(yī)學(xué)超聲成像的一個(gè)研究熱點(diǎn)。1肝纖維化程度相關(guān)研究超聲彈性成像的基本原理是對(duì)組織施加一個(gè)內(nèi)部(包括自身的)或外部的動(dòng)態(tài)或者靜態(tài)/準(zhǔn)靜態(tài)激勵(lì)。在彈性力學(xué)、生物力學(xué)等物理規(guī)律作用下,組織產(chǎn)生一個(gè)響應(yīng),這種響應(yīng)具體表現(xiàn)為位移、應(yīng)變、速度等方面。簡(jiǎn)單來說,彈性模量較大即較硬的組織應(yīng)變較小或者振動(dòng)的幅度較小或速度較大。利用超聲成像方法,結(jié)合數(shù)字信號(hào)處理或者數(shù)字圖像處理技術(shù),可以估計(jì)出組織內(nèi)部的相應(yīng)情況,從而反映組織內(nèi)部的彈性模量等力學(xué)屬性的差異。目前有關(guān)超聲彈性成像的技術(shù)較多,Taylor等把超聲彈性成像技術(shù)分為3種:(1)壓迫性彈性成像(compressionelastographyorstrainimaging);(2)瞬時(shí)彈性成像(transientelastognaphy,TE);(3)振動(dòng)性彈性成像(vibrationsonoelastography)。壓迫性彈性成像目前主要運(yùn)用于淺表器官,而評(píng)價(jià)肝纖維化程度方面的研究主要集中在瞬時(shí)彈性成像和振動(dòng)性彈性成像兩方面。瞬時(shí)彈性成像的基本原理是采用脈沖激勵(lì)方法使組織內(nèi)部產(chǎn)生瞬時(shí)剪切波,并使用超快速超聲成像系統(tǒng)采集射頻數(shù)據(jù),進(jìn)而估計(jì)組織位移,最后得到剪切波在組織內(nèi)的傳播情況。FibroScan(FS)是基于該原理的一維瞬時(shí)彈性成像系統(tǒng),該系統(tǒng)由探頭和信號(hào)處理兩部分組成,其中探頭(直徑9mm)由一個(gè)低頻振動(dòng)器和一個(gè)單陣元的超聲換能器(5MHz)組成。檢查時(shí),將探頭置于肋間隙的皮膚表面,振動(dòng)器帶動(dòng)探頭做低頻的活塞運(yùn)動(dòng),低頻彈性波(主要為剪切波)由皮質(zhì)向感興趣區(qū)(ROI)內(nèi)的肝組織傳播;超聲換能器每250s發(fā)射一次信號(hào)從而實(shí)現(xiàn)超聲射頻信號(hào)的采集,同時(shí)利用相關(guān)分析的方法估計(jì)不同深度的組織在不同時(shí)間的位移,根據(jù)不同深度和時(shí)間的位移分布,得到皮膚表面下2.5~4cm深處的感興趣區(qū)域的低頻剪切波的傳播速度。假設(shè)肝為各向同性的線彈性體,就可以把彈性模量與剪切波的速度直接聯(lián)系起來,從而得到感興趣區(qū)的彈性模量,該彈性模量值可以提供肝纖維化程度信息。振動(dòng)性彈性成像是運(yùn)用超聲波場(chǎng)產(chǎn)生一個(gè)低頻振動(dòng)(<1kHz)并作用于受檢組織,組織受到激勵(lì)根據(jù)自身的彈性模態(tài)大小產(chǎn)生不同的振動(dòng)幅度,并最終通過圖像表現(xiàn)出來。采用聲輻射力激勵(lì)的聲輻射力脈沖成像(acousticradiationforceimpulseimaging,ARFI)屬于振動(dòng)性彈性成像的一種。根據(jù)該原理,德國(guó)Siemens的AcusonS2000開發(fā)了聲觸診組織量化技術(shù)(virtualtouchtissuequantification,VTQ)。該系統(tǒng)使用標(biāo)準(zhǔn)超聲探頭,有一個(gè)深度可調(diào)的長(zhǎng)約1cm的取樣框,頻率為3.5MHz的探頭向組織發(fā)出聲脈沖,這種聲脈沖在組織內(nèi)傳播并產(chǎn)生了一個(gè)剪切波。系統(tǒng)發(fā)出探測(cè)脈沖檢測(cè)到剪切波進(jìn)而測(cè)量其波速。而剪切波速大小正好反映了組織的硬度大小。2超聲彈性成像對(duì)肝臟纖維素形成的診斷2.1影響患者肝硬度的因素Ziol等學(xué)者研究顯示,肝的彈性模量與肝纖維化程度顯著相關(guān),大量研究顯示肝的彈性模量與肝炎癥活動(dòng)度及脂肪變性分級(jí)并不相關(guān)。MonicaLupsor等通過對(duì)324例丙型肝炎患者肝硬度的單變量回歸分析結(jié)果顯示,肝纖維化(R=0.610)、肝細(xì)胞脂肪變性(R=0.145)、肝壞死性炎癥(R=0.037)等為影響肝硬度的前三位因素,其中肝纖維化對(duì)硬度的影響占絕對(duì)主導(dǎo)地位。GundaMillonig等在研究中發(fā)現(xiàn),肝外膽管梗阻引起的膽汁淤積癥會(huì)增加肝的硬度,并且這種影響與肝的纖維化程度之間不存在相關(guān)性。近年來,國(guó)外在應(yīng)用瞬時(shí)彈性成像無創(chuàng)性評(píng)價(jià)肝纖維化程度上做了大量研究,目前該方法已經(jīng)被廣泛用于臨床以評(píng)價(jià)肝纖維化程度。而應(yīng)用ARFI進(jìn)行肝纖維化程度檢測(cè)的研究目前還處于起步階段。2.2在臨床研究方面的應(yīng)用Ziol等對(duì)327例丙型肝炎患者(251例有效)進(jìn)行了臨床研究。研究結(jié)果表明,FibroScan得到的肝彈性模量測(cè)量結(jié)果與纖維化分期高度相關(guān)(Kendall相關(guān)系數(shù):0.55,P<0.01)。比較不同容積肝活組織標(biāo)本的研究結(jié)果表明,較大的肝活組織標(biāo)本對(duì)應(yīng)的彈性測(cè)量結(jié)果更好。容積較小的肝活組織樣本,可能引起纖維化分期的錯(cuò)誤,彈性測(cè)值的準(zhǔn)確性可能被低估。根據(jù)ROC曲線和jack-knife正交校驗(yàn),得到F≥2,F≥3和F=4階段對(duì)應(yīng)最佳的彈性模量閾值為8.7kPa、9.6kPa和14.5kPa,并且具有很高的靈敏度與特異性,以及高的似然比。臨床結(jié)果表明,FibroScan能夠很好地檢測(cè)出嚴(yán)重纖維化(F≥3)或硬化(F=4)的患者,從而進(jìn)行治療,防止病情的進(jìn)一步發(fā)展;也可以識(shí)別出重纖維化(F≥2)的患者,從而進(jìn)行抗病毒治療。FoucherJ等通過瞬時(shí)彈性成像對(duì)711名慢性肝病患者進(jìn)行肝硬化的前瞻性研究。肝硬化患者的肝硬度測(cè)定范圍為12.5~75.5kPa,通過無創(chuàng)的重復(fù)測(cè)定和METAVIR評(píng)分方法進(jìn)行評(píng)估。發(fā)現(xiàn)肝的硬度與纖維化分級(jí)之間具有顯著相關(guān)性(r=0.73,P<0.0001)。在回歸曲線下的面積(95%可信區(qū)間)為:明顯纖維化的占患者的80%(75%~84%)(F>2),嚴(yán)重纖維化的為90%(86%~93%)(F3),肝硬化的為96%(94%~98%)。以17.6kPa作為閾值,肝纖維化的患者以90%的陽性和陰性預(yù)測(cè)值進(jìn)行檢驗(yàn)。肝的硬度與肝疾病的臨床、生物學(xué)和形態(tài)學(xué)參數(shù)顯著相關(guān)。當(dāng)陰性預(yù)測(cè)值>90%時(shí),發(fā)生食管靜脈曲張、肝硬化、腹水、肝細(xì)胞癌和食管出血的肝臟硬度分別為27.5kPa、37.5kPa、49.1kPa、53.7kPa和62.7kPa。通過上述研究證實(shí),FibroScan是一種快速無創(chuàng)的檢測(cè)慢性肝病患者是否發(fā)生肝硬化的有效方法,為動(dòng)態(tài)檢測(cè)病情及診療提供參考依據(jù)。JayantA等針對(duì)FibroScan在診斷肝纖維化的研究上做了系統(tǒng)回顧及META分析,認(rèn)為與肝組織活檢進(jìn)行比較,FibroScan診斷肝纖維化Ⅳ期的敏感性是87%,特異性是91%,診斷肝纖維化Ⅱ~Ⅳ期的敏感性是70%,特異性是84%。入選研究文獻(xiàn)中結(jié)果的不同是導(dǎo)致診斷閾值偏差的主要原因。2.3肝右葉興趣區(qū)彈性值的比較黃品同等運(yùn)用ARFI評(píng)價(jià)腔靜脈結(jié)扎前后兔肝的彈性變化,發(fā)現(xiàn)腔靜脈結(jié)扎前兔左肝的ARFI測(cè)值明顯高于腔靜脈結(jié)扎后[(1.28±0.08)m/svs(0.96±0.11)m/s,P<0.05]。丁紅等運(yùn)用ARFI檢查320例受檢者的肝,其中包括無肝病及脂肪肝的志愿者173例,乙肝病毒陽性而病理顯示無肝硬化的患者84例和乙肝后病理證實(shí)肝硬化的患者63例,比較三組受檢者的肝右葉感興趣區(qū)的彈性測(cè)值,結(jié)果顯示三組測(cè)值有顯著差異(P<0.001),隨著慢性肝病程度的加重,彈性值增加,兩者有一定的相關(guān)性。通過研究,丁紅等認(rèn)為ARFI可無創(chuàng)反應(yīng)肝組織的彈性硬度,間接評(píng)估肝纖維化,具有潛在的臨床應(yīng)用價(jià)值。孫德勝等應(yīng)用ARFI方法檢測(cè)肝臟彈性測(cè)值,得到類似結(jié)論。CarmenFB等以肝穿刺活檢結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)用ARFI對(duì)HCV感染的病人進(jìn)行肝纖維化測(cè)定,結(jié)果顯示兩種方法的相關(guān)度為0.919(P<0.001),而診斷F3及F4期肝纖維化的曲線下面積為0.993(P<0.001)。認(rèn)為ARFI彈性成像在評(píng)價(jià)肝臟纖維化程度上有很高的準(zhǔn)確性,并且優(yōu)于其他非介入性方法(APRI指數(shù)法、FibroMax)。2.4超聲彈性成像測(cè)定肝纖維化水平vtq值的優(yōu)勢(shì)瞬時(shí)彈性成像的缺點(diǎn)是無法對(duì)肥胖癥的患者實(shí)行檢查,因?yàn)橹窘M織將對(duì)低頻剪切波和超聲波產(chǎn)生強(qiáng)烈的衰減作用,目前的FibroScan探頭也不能用于肋間隙太窄的病人。這是其最大的不足之處。相比之下,基于ARFI原理的的聲觸診組織量化技術(shù)(VTQ)使用的是標(biāo)準(zhǔn)超聲探頭,更加方便臨床使用,同時(shí)也能應(yīng)用于肋間隙窄的病人。在CarmenFB的研究中,對(duì)于重度肥胖(BMI>30)的病人,ARFI技術(shù)也能成功測(cè)得其VTQ值。另外,ARFI系統(tǒng)檢測(cè)肝彈性測(cè)值是在常規(guī)超聲的直視下進(jìn)行的,操作者可以根據(jù)常規(guī)超聲圖像上肝臟的實(shí)質(zhì)回聲選擇感興趣區(qū)域,這是瞬時(shí)彈性成像系統(tǒng)無法實(shí)現(xiàn)的。Mireen等進(jìn)行了ARFI及瞬時(shí)彈性成像測(cè)定肝纖維化程度的對(duì)比試驗(yàn),以肝穿刺活檢結(jié)果作為標(biāo)準(zhǔn),在相關(guān)性上,兩者分別為0.71、0.73;診斷F2以上程度的肝纖維化的準(zhǔn)確率分別為82%、84%;診斷肝硬化的準(zhǔn)確率分別為91%、91%,可見兩種方法在診斷準(zhǔn)確率方面沒有明顯差別。另外值得注意的是,有報(bào)道指出,在相同肝纖維化分期的患者中,ALT升高的患者往往有著更高的瞬時(shí)彈性成像測(cè)值,在Mireen等的研究中也出現(xiàn)了這一現(xiàn)象,然而ARFI的測(cè)值卻不受ALT升高的影響。由此可見,ARFI在方便、省時(shí)以及針對(duì)肥胖、