超声弹性成像测量剪切波速度的影响因素

2014-03-10YANGLong

中国医学影像学杂志 2014年9期

关键词：标准值球体感兴趣

杨龙 YANG Long

袁建军 YUAN Jianjun

王绮 WANG Qi

吴刚 WU Gang

郭文清 GUO Wenqing

王文伟 WANG Wenwei

赵冰 ZHAO Bing

超声弹性成像测量剪切波速度的影响因素

杨龙 YANG Long

袁建军 YUAN Jianjun

王绮 WANG Qi

吴刚 WU Gang

郭文清 GUO Wenqing

王文伟 WANG Wenwei

赵冰 ZHAO Bing

目的探讨使用不同频率探头、取样线角度和感兴趣区深度对剪切波速度（SWV）的影响。资料与方法利用弹性成像模型，使用凸阵探头测量SWV时，取样线角度取0°、1°～15°、16°～30°、31°～45°，感兴趣区深度取1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm、6 cm、7 cm、8 cm；使用线阵探头时，感兴趣区深度取1 cm、2 cm、3 cm、4 cm，对SWV测量值进行比较。结果两种探头测值间差异有统计学意义（P＜0.05）；随感兴趣区深度增加，凸阵探头测值由高估转变为低估，线阵探头测值则始终表现为低估。使用凸阵探头时，深度和角度对SWV影响均具有统计学意义（F=85.87、35.96, P＜0.01），且两者影响具有交互作用（F=17.63, P＜0.01）；取样线角度＜15°时，角度对测值影响较小，4 cm深度测值最接近标准值，5 cm时偏差最大。使用线阵探头时，深度对测值影响具有统计学意义（P＜0.05），1 cm时，测值最接近标准值，4 cm时偏差最大。结论探头频率、取样线角度和感兴趣区深度均对SWV有影响。使用凸阵探头时，以取样线不超过15°、深度4 cm时测值较准确；使用线阵探头时，深度1 cm时测值较准确。

超声检查；弹性成像技术；声触诊组织量化技术；剪切波速度

弹性成像技术能检测感兴趣区的硬度信息，进而反映组织病变情况。目前，压迫式弹性成像和声脉冲辐射力成像在临床广泛应用，其中声脉冲辐射力成像包括声触诊组织成像（virtual touch tissue imaging, VTI）和声触诊组织量化技术（virtual touch tissue quantifcation, VTQ）。VTQ通过测量感兴趣区剪切波速度（shear wave velocity, SWV）来量化组织软硬质地信息，SWV越高，组织的硬度越大，可以应用于浅表的小器官，也可以应用于较深的腹部脏器[1-3]。目前，有关VTQ应用已有较多报道，但关于VTQ的影响因素及使用规范的研究相对较少[4-6]。同时，在临床应用中，同一病例选择不同取样线角度和感兴趣区深度时，测量SWV有时差别很大，因此，探讨合理的角度和深度范围对临床应用有很大的指导意义。本研究使用弹性成像模型研究超声波频率及取样线角度和感兴趣区深度对SWV测量的影响。

1 资料与方法

1.1 弹性成像模型使用Elasticity QA Phantoms（the model 049, CIRS, Norfolk, Virginia, USA）。Elasticity QA Phantoms由均质的背景和包埋在其内的球体构成（图1），球体共有4组，每组2个，直径分别为2 cm和1 cm，背景和球体均由固态均质材料（Zerdine）组成，背景材料杨氏模量值为25 kPa，4组球体杨氏模量值依次为8 kPa、14 kPa、45 kPa、80 kPa。杨氏模量值与SWV的关系可以表示为以下公式：

其中E表示杨氏模量值，ν表示泊松系数，ρ表示密度，背景及球体弹性材料泊松系数为0.5，密度约为1.0 g/cm3，此时背景及4组球体SWV分别约为2.89 m/s、1.63 m/s、2.16 m/s、3.87 m/s、5.16 m/s[7]（图2）。本研究利用模型球体间均质背景材料探讨探头不同频率及取样线不同深度和角度对SWV的影响。

图1 弹性成像模型（Elasticity QA Phantoms 049）。模型为立方体结构，其内充满固态均质材料，在均质材料中包埋4组球体，均质材料与各组球体的杨氏模量值不同

图2 弹性成像模型（Elasticity QA Phantoms 049）内1个球体。使用线阵探头，模型内球体的SWV是5.82 m/s

1.2 仪器与方法使用Acuson S2000 system（VB10D, Siemens Healthcare, Erlangen, Germany），凸阵探头频率1～4 MHz，测量SWV最大深度为8 cm，线阵探头频率4～9 MHz，测量SWV最大深度为4 cm。为使取样线在准确的角度下取值，需制作1张刻度纸。取透明塑料纸1张，比照超声仪显示器工作界面描绘出扇形界面左右缘，并延长成角。使用量角器绘出角分线，再以角分线为中线（0°线）向左侧每隔15°绘制一分隔线，依次为左15°线、30°线、45°线，然后贴于超声仪显示器上。

利用弹性成像模型球体间均质背景，使用不同探头，改变取样线角度及深度，测量不同感兴趣区SWV。①使用凸阵探头，取样线角度分别取0°、1°～15°、16°～30°、31°～45°，感兴趣区深度从浅至深依次取1 cm、2 cm、3 cm、4 cm、5 cm、6 cm、7 cm、8 cm，共选取32个感兴趣区，每个感兴趣区取值20次，共测量SWV 640次。②使用线阵探头，感兴趣区深度从浅至深依次取1 cm、2 cm、3 cm、4 cm，共选取4个感兴趣区，每个感兴趣取值20次，共测量SWV 80次。

1.3 统计学方法采用SPSS 16.0软件，角度和深度对SWV的影响采用两因素析因设计的方差分析；多组间SWV比较采用单因素方差分析，方差齐时两两比较采用SNK检验，方差不齐时两两比较采用Dunnett T3检验，P＜0.05表示差异有统计学意义。

计算变异系数（CV）比较各组测量值重复性，CV越大，说明测量值离散度越大，测量重复性越差；反之，CV越小，说明测量重复性越好。测量均值越接近标准值，同时CV越小，则此条件下测值越准确。

2 结果

2.1 不同频率探头SWV测值比较凸阵探头0°条件下1～4 cm各深度SWV与线阵探头下各深度SWV比较差异均有统计学意义（P＜0.05）；凸阵探头在1～3 cm时，测量均值高于标准值；4 cm时，测值均值略低于标准值；线阵探头1～4 cm测值均低于标准值（图3）。

2.2 低频时不同深度及角度下SWV测值及CV比较使用凸阵探头时，深度和角度对SWV影响均具有统计学意义（F=85.87, P＜0.01; F=35.96, P＜0.01），且两者影响具有交互作用（F=17.63, P＜0.01）（图4）；0°与1°～15°间SWV比较差异无统计学意义（P＞0.05），其余组间差异均有统计学意义（P＜0.05），且0°与1°～15°下SWV更接近标准值2.89 m/s。0°各深度组，部分两两比较差异有统计学意义（P＜0.05），同时，4 cm与7 cm时测得的SWV均值最接近标准值，但4 cm时CV（2.2%）小于7 cm时的CV（3.4%），5 cm时SWV均值与标准值差异最大。见表1及图5。

2.3 高频时不同深度SWV测值使用线阵探头，各深度组SWV测值差异均有统计学意义（P＜0.05），1 cm时测值最接近标准值，4 cm时测值均值与标准值差异最大（表1、图6）。

表1 两种探头不同深度、不同角度SWV均值及CV比较

图3 凸阵探头0°下各深度SWV与线阵探头各深度SWV测量结果。图中水平线代表标准值2.89 m/s，1～4 cm时，两种探头SWV测值随深度增加均呈减低趋势，同深度下，线阵探头测值均低于凸阵探头，凸阵探头在4 cm时测值最接近标准值，线阵探头在1 cm时最接近标准值

图5 凸阵探头不同角度不同深度的SWV均值。图中水平线代表标准值2.89 m/s，可见随深度增加，测值由高估转变为低估，0°与1°～15°时，各深度测值较为接近，且4 cm深度时最接近标准值

图4 使用凸阵探头测量模型同深度（8 cm）不同角度的SWV值。在取样线0°时，SWV是2.76 m/s，取样线30°～45°时，SWV是1.21 m/s，差异很大

图6 线阵探头不同深度测得的SWV值。1 cm深度时，SWV测值为2.63 cm/s，4 cm时，SWV测值为2.21 cm/s，均小于标准值

3 讨论

以往，肝纤维化及肝硬化程度分级主要依靠肝组织活检，由于是有创检查，可能伴发出血、感染等并发症，患者不易接受[8]。VTQ作为一种无创评估组织软硬质地的检查方法，可以测量感兴趣区SWV，从而评价感兴趣区组织软硬质地情况。VTQ通过超声探头发射声脉冲波致感兴趣区组织发生反复的微小形态变化，在感兴趣区形变的过程中，产生横向传播的剪切波，再利用探头通过接收回波信号计算SWV。SWV与组织硬度呈正相关，SWV越高，则反映组织越硬。

VTQ广泛用于腹部实质性脏器疾病诊断，但在临床应用中发现，SWV测量受多种因素的影响，如呼吸运动、心脏搏动、感兴趣区深度和角度等[9,10]，导致测量结果准确性降低。本研究利用弹性成像模型探讨超声波频率、感兴趣区深度及取样线角度对SWV的影响。

本研究结果显示，线阵探头1～4 cm各深度测值与凸阵探头在取样线角度为0°时1～4 cm各深度测值差异均有统计学意义，说明探头频率对SWV测值有影响。两种探头测值总体上均表现为随深度增加逐渐减低的趋势，线阵探头各深度测值均小于凸阵探头。从浅至深，线阵探头各深度测值均为低估，1 cm处测值最接近标准值，而凸阵探头测值由高估逐渐转变为低估，在4 cm处测值最接近标准值。

使用凸阵探头时，取样线角度和深度均对SWV测值有显著影响。0°和1°～15°SWV均值较16°～30°、31°～45°均值更接近标准值2.89 m/s，说明取样线不超过15°时，角度对SWV影响较小。本研究中0°线和1°～15°线各深度均值较16°～30°线和31°～45°更接近标准值线，且曲线走势较为一致，但在7 cm和8 cm深度时，两角度下均值差异较大，说明随深度增加，角度和深度的影响以及两者交互作用越来越明显。同时，取样线在0°下，各深度组部分组间SWV差异具有统计学意义，说明深度对SWV测值有影响，但影响并不是简单的线性关系。1～5 cm时，测值由高估逐渐发展为低估；在4 cm时，最接近标准值；5 cm时，测值明显低于标准值，5～8 cm时，测值由明显低估逐渐接近标准值；7 cm时测值均值与4 cm时相同，但CV较4 cm时大，说明7 cm时测值重复性较4 cm时差。取样线在1°～15°时，同样是4 cm时测值与标准值差异最小，5 cm时与标准值差异最大。因此，在使用凸阵探头时，角度不宜超过15°，4 cm深时测值较为准确，此结果与Chang等[11]研究结论一致，此外，要尽量避开在5 cm深的位置测量SWV。

使用线阵探头时，各深度组间SWV差异有统计学意义，说明深度对SWV测值有影响，并且各深度SWV测值均小于标准值2.89 m/s，而1 cm时，测值最接近标准值，4 cm深度时，测值与标准值差异最大，Chang等[11]在其研究中也得出相类似的结论。

总之，本研究发现探头频率、取样线角度和感兴趣区深度均对SWV有影响。使用凸阵探头时，取样线偏离中线不宜超过15°，感兴趣区由浅至深，测值由高估转变为低估，在4 cm深时，测值最接近标准值，5 cm深时，差异最大；使用线阵探头时，各深度测值均为低估，在1 cm时，测值最接近标准值，4 cm时，差异最大。

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[11] Chang S, Kim MJ, Kim J, et al. Variability of shear wave velocity using different frequencies in acoustic radiation force impulse (ARFI) elastography: a phantom and normal liver study. Ultraschall Med, 2013, 34(3): 260-265.

（本文编辑冯婕）

Factors Infuencing Shear Wave Velocity by Using Elasiticity Imaging Technique

PurposeTo investigate the influence on shear wave velocity (SWV) by different probe frequency, scanline angle and ROI depth.Materials and MethodsThe elasticity QA Phantoms was used in the study. First the SWV was measured by curve probe at depths of 1 cm, 2 cm, 3 cm, 4 cm, 5 cm, 6 cm, 7 cm and 8 cm. The scanline angle changed from 0° from midline, 1°-15°, 16°-30° and 31°-45°. Then the SWV was measured again by using line probe at depths of 1 cm, 2 cm, 3 cm and 4 cm. The measured data were analyzed statistically.ResultsThe SWV showed difference by using the two probes (P＜0.05). As depth increased, the measurement by curve probe changed from overestimate to underestimate, while the measurement by line probe always showed underestimate from standard value. When the curve probe was used, the angle and depth affected SWV interactively (F=85.87 and 35.96, P＜0.01), and had interactive effects (F=17.63, P＜0.01). When the scanline angle was within 15°, the angle had little infuence upon the measurement. When the scanline angle was 0°, the measurement was the closest to the standard value at the depth of 4 cm, and the maximum deviation occurred at the depth of 5 cm. The infuence of depth upon measurement had signifcant difference when the line probe was used (P＜0.05). The measurement was the closest to the standard value at the depth of 1 cm, and the maximum deviation occurred at the depth of 4 cm.ConclusionFactors like probe frequency, scanline angle and ROI depth can affect the SWV. When the curve probe is used, the accurate measurement occurs at the depth of 4 cm when the scanline angle is within 15°. When the line probe is used, the accurate measurement occurs at the depth of 1 cm.

Ultrasonography; Elasticity imaging techniques; Acoustic radiation force impulse; Shear wave velocity

郑州大学人民医院超声科（河南省人民医院）河南郑州 450003

袁建军

Department of Ultrasound, the People's Hospital of Zhengzhou University (He'nan Provincial People's Hospital), Zhengzhou 450003, China

Address Correspondence to: YUAN Jianjun

E-mail: yuan2373@163.com

河南省医学科技攻关计划项目

（201303137）。

R445

2014-03-13

修回日期：2014-08-18

中国医学影像学杂志