超声剪切波弹性模量参数在评估乳腺良恶性病灶中的应用价值比较

史宪全，李俊来，李秋洋，黄 炎，万文博，唐 杰

1中国人民解放军总医院超声诊断科，北京1008532中国人民解放军总医院南楼超声科，北京1008533中日友好医院超声诊断科，北京100029

超声剪切波弹性模量参数在评估乳腺良恶性病灶中的应用价值比较

史宪全1，李俊来2，李秋洋1，黄 炎3，万文博1，唐 杰1

1中国人民解放军总医院超声诊断科，北京1008532中国人民解放军总医院南楼超声科，北京100853
3中日友好医院超声诊断科，北京100029

目的 比较剪切波弹性模量参数弹性最大值(Emax)、平均值(Emean)、最小值(Emin)、标准差(SD)和弹性比值(Eratio)在评价乳腺病灶良恶性中的价值，以确定最具诊断价值的参数。方法 302例经手术或穿刺活检确诊的乳腺病灶纳入研究，采用受试者工作特征曲线(ROC)确定Emax、Emean、Emin、SD、Eratio和超声乳腺影像报告及数据系统(BI-RADS)分类的诊断临界值，比较上述参数独立评价和分别联合超声BI-RADS分类评价乳腺病灶良恶性灵敏度、特异度和约登指数的差异。结果 Emax独立评价和联合超声BI-RADS分类评价乳腺病灶良恶性灵敏度、特异度和约登指数分别为0．87、0．97、0．84和0．86、0．97、0．83，均明显高于其他参数(P均＜0．01)。结论 Emax评价乳腺病灶的诊断效能优于其他参数，可作为评价病灶乳腺良恶性的重要参考指标。

乳腺;超声;剪切波弹性成像;诊断

Acta Acad Med Sin，2015，37(3):294-299

超声剪切波弹性成像(shear wave elastography，SWE)诊断乳腺良恶性病灶已逐渐成为研究热点，目前认为SWE能够提供组织硬度的定量信息，有助于诊断乳腺良恶性病灶［1-2］。但是，各文献报道所应用的SWE定量参数各有不同，从而给临床医师应用何种SWE定量参数评价乳腺病灶带来困惑［3-11］。本研究比较了弹性最大值(maximum elasticity，Emax)、平均值(mean elasticity，Emean)、最小值(minimum elasticity，Emin)、标准差(standard deviation，SD)和弹性比值(ratio of Emean between the lesion and normal tissue，Eratio)以及上述参数分别与超声乳腺影像报告和数据系统(Breast Imaging Reporting and Data System，BI-RADS)联合评价乳腺病灶的诊断效能，探讨了最有价值的剪切波弹性模量参数，以期为临床合理应用SWE定量参数评价乳腺病灶提供参考。

对象和方法

对象 2011年3月至2014年4月在中国人民解放军总医院经病理证实为乳腺病灶的女性患者274例，平均年龄(47．1±13．2)岁(22～87岁)。排除怀孕及哺乳期乳腺、乳腺内假体、接受放化疗、乳腺病灶紧邻部位瘢痕及短期内受检病灶接受过穿刺活检的病例，共计274例302个乳腺病灶纳入研究，其中良性164个，恶性138个，病灶平均最大径(18．6±14．3)mm(4．0～65．0 mm)。

方法 采用法国声科SuperSonic Imagine AixPlorer实时剪切波弹性成像超声诊断仪，线阵探头频率4～15 MHz。首先行常规乳腺超声检查，记录乳腺病灶的声像图特征，包括病灶的形态、边界、边缘、方位、病灶内部、周边及后方回声特点、是否含有钙化、彩色血流信息等，并参照超声BI-RADS分类对病灶进行评估。在进行超声SWE检查时，将探头平缓移动至受检病灶，在不施压的情况下，嘱患者屏气，然后切换至弹性成像模式。如病灶未侵犯皮肤和肌层，SWE方形取样框应尽量避免将皮肤和肌层包括在内。图像稳定持续时间大于3 s以上，此时可冻结图像，采用Q-Box测量软件测量相关的SWE定量参数(图1)。测量感兴趣区(region of interesting，ROI)的选取方法:圆形ROI尽可能覆盖病灶及其紧邻区域(包括硬度最大区域)，如果病灶边界欠清晰，应将彩色弹性图作为参考，并将与病灶边界自然延续的彩色弹性图上的异常表现区域囊括在测量ROI之内，Emax、Emean、Emin和SD即自动测量并显示在仪器上。之后，另一个ROI自动生成，用于测量周围正常组织的弹性模量，仪器自动计算病灶的Emean和周围正常组织的Emean之比，得出Eratio。检查过程中，对同一病灶采用至少两个相互垂直的切面进行测量，如病灶较大时，可通过对病灶多次多处分别取样，以尽量实现对病灶的完整测量，测量完成后储存图像并记录数据。

乳腺病灶良恶性评价方法 以 Emax、Emean、SD、Emin、Eratio和超声BI-RADS分类为检验变量，以病理结果为金标准，构建受试者工作特征(receiver operating characteristic，ROC)曲线，确定灵敏度与特异度之和最大时的诊断临界值。以此临界值为基础，将上述有诊断价值的SWE定量参数分别与超声BI-RADS分类联合，共同评价乳腺病灶的良恶性。当组合中的SWE定量参数和超声BI-RADS分类均大于或等于临界值时，该组合记为“阳性”，提示该乳腺病灶评估为恶性。如图1所示病例，采用Emean与超声BI-RADS分类的组合评价良恶性，其中Emean值为111．22 kPa，超过诊断临界值，同时该病灶为BI-RADS 4类，亦超过诊断临界值，因此，“Emean与超声BI-RADS分类的组合”为阳性，提示该乳腺病灶评估为恶性，病理结果显示该病灶为浸润性导管癌。

图1 患者，女，42岁，右乳低回声结节，病理证实为浸润性导管癌，采用Q-box软件可实现对剪切波弹性定量参数弹性最大值、弹性平均值、弹性最小值、标准差和弹性比值的测量Fig 1 In a 42-year-old woman，conventional ultrasound revealed a hypoechoic nodule in the right breast，which was confirmed to be an invasive ductal carcinoma by pathology，the maximum elasticity，mean elasticity，minimum elasticity，standard deviation，and the ratio of Emean between the lesion and the normal surrounding parenchyma were measured with the Q-box software

统计学处理 采用SPSS 13．0统计软件，计量资料以均数 ±标准差表示，良恶性病灶间 Emax、Emean、Emin、SD和Eratio的差异比较采用独立样本t检验，诊断临界点的确定采用ROC曲线，诊断临界点选择灵敏度和特异度之和最大时的数值。以病理诊断为金标准，计算诊断试验四格表资料的灵敏度、特异度、阳性预测值、阴性预测值、准确度和约登指数，灵敏度、特异度和约登指数的比较采用U检验，P＜0．05为差异有统计学意义。

结果

302个乳腺病灶中，BI-RADS 3级病灶128个，BI-RADS 4级病灶79个，BI-RADS 5级病灶95个。良性病灶164个(54．3%)，其中，纤维腺瘤104个，腺病41个，腺瘤7个，导管内乳头状瘤12个;恶性病灶138个(45．7%)，其中，浸润性导管癌129个，浸润性小叶癌2个，导管原位癌5个，小叶原位癌1个，黏液癌 1个。恶性病灶组的 Emax(P=0．000)、Emean(P=0．000)、SD(P=0．000)、Emin(P= 0．001)和Eratio(P=0．000)均明显高于良性病灶组(表1)。

Emax、Emean、SD、Eratio和超声BI-RADS分类的ROC曲线下面积分别为0．95(0．92～0．97)、0．91(0．87～0．95)、0．95(0．92～0．98)、0．88(0．83～0．92)和0．94(0．92～0．97)(P均 =0．000)，而Emin的 ROC曲线下面积仅为 0．53(P=0．395)。Emax、Emean、SD、Eratio和超声BI-RADS分类的诊断临界点分别为57．4、27．7、8．1、2．3和4．0，此时的灵敏度、特异度和约登指数分别为:Emax:0．87、0．97和 0．84;Emean:0．83、0．84和 0．67;SD: 0．85、0．93和0．78;Eratio:0．83、0．83和0．66;BIRADS:0．98、0．76和0．74。以此诊断临界点为基础，Emax联合超声BI-RADS分类评价乳腺病灶良恶性的灵敏度、特异度和约登指数分别为0．86、0．97和0．83;Emean联合超声BI-RADS分类的灵敏度、特异度和约登指数分别为0．81、0．92和0．73;SD联合超声BI-RADS分类的灵敏度、特异度和约登指数分别为0．83、0．94和0．77;Eratio联合超声BI-RADS分类的灵敏度、特异度和约登指数分别为0．83、0．94和0．77(表2)。

剪切波弹性定量参数独立评价乳腺病灶时，Emax的灵敏度、特异度和约登指数均明显高于其他参数(P均＜0．01)。与超声BI-RADS分类相比，Emax灵敏度明显降低(P＜0．01)，但特异度和约登指数明显升高(P均＜0．01)。剪切波弹性定量参数与超声BIRADS分类联合评价乳腺病灶时，Emax联合超声BIRADS分类的灵敏度、特异度和约登指数均明显高于其他参数(P均＜0．01)。

表1 乳腺良恶性病灶间剪切波弹性定量参数的差异比较Table 1 Comparison of shear wave elastograph quantitative parameters between benign and malignant breast lesions

表2 Emax、Emean、SD、Eratio和BI-RADS独立/联合应用评价乳腺病灶良恶性Table 2 Performance of Emax，Emean，SD，Eratio，and BI-RADS and the combinations

讨论

弹性成像概念由Ophir等［12］于1991年首次提出，这种成像模式是在常规超声结构成像的基础上，显示组织的弹性功能信息，为超声影像提供了新的成像模态。近年来，乳腺超声弹性成像技术得 到了巨大发展。较之早期的评分法和比值法［13-16］，SWE技术能够提供定量的弹性信息，反映组织的本征弹性参数。该技术采用声辐射脉冲激励方法，在一定程度上克服了手动激励造成的操作者依赖性，而且能够实现对病灶局部的激励，克服整体激励途径上ROI区域外组织的干扰，具有较高的可重复性［17］。本课题组以往研究显示，Emax和Emean具有较高的组间一致性，组间相关系数(intraclass correlation coefficients，ICC)分别为0．87和0．79，Emax明显高于Emean［18］。笔者认为，Emax组间相关系数高可能是测量弹性模量时ROI的影响。测量时，ROI尽可能覆盖病灶及其紧邻区域，硬度最大区域包括在ROI内，所以 ROI的大小对Emax的影响不大;而为了尽可能将整个病灶囊括在ROI之内，则可能造成每次测量时ROI大小和放置位置的不同，而病灶的硬度往往是不均匀的，进而ROI内包括了较多的低硬度区域或无彩色弹性编码区域，则会导致Emean、SD及Eratio的变化。此外本课题组以往曾对124个乳腺病灶采用ROC曲线确定Emax和Emean的临界值分别为60．12和42．08 kPa［19］，而本研究对302个乳腺病灶应用ROC曲线确定的Emax和Emean临界值分别为57．4和27．7 kPa。这显示，随着样本量的扩大，Emax的诊断临界值相对稳定，而Emean的诊断临界值明显降低。

文献报道剪切波弹性定量参数在诊断乳腺良恶性病灶方面具有良好的诊断效能，但各文献报道所应用的SWE定量参数及其表现不尽相同［3-8］。Chang等［3］和Evans等［4］建议使用Emean，但Berg等［5］和Lee等［6］均认为Emax的表现优于其他参数，而Youk等［7］认为在定量参数中Eratio表现最佳，Gweon等［8］则报道SD表现优异，而且与彩色模式相关性良好。这些报道结果的不同给临床应用何种SWE定量参数评价乳腺病灶造成困惑。笔者认为，造成这些报道结果不同的原因可能是由于样本量的差异、纳入人群的人种差异以及病理类型构成的差异等多因素共同作用的结果，同时也不能完全除外操作质量上的原因。本研究结果表明，Emax、Emean、SD和Eratio的灵敏度、特异度、阴性预测值和准确度均较高，尤其是特异度高，其中Emax独立诊断乳腺良恶性病灶明显优于其他参考指标，与Berg等［5］等报道的多中心、939例大样本的研究结果类似。推测Emean和Eratio表现稍差于Emax的原因可能是在测量弹性模量时，乳腺病灶SWE图像上往往会出现弹性编码的缺失，从而造成Emean的降低，有可能会低至良性结节的Emean水平，Eratio也会因此受到影响。SD反映病灶弹性的均匀性，一些乳腺癌病灶其硬度是相对均匀增加的，此时SD就不能反映出良恶性病灶硬度均匀性上的差异。而Emax不受上述因素的影响，可能是其表现优于其他参数的原因。

临床超声工作中，对乳腺病灶进行SWE检测是基于常规超声基础上的，超声检查医师不可避免的对所见病灶首先形成一个常规超声印象。因此，为客观反映常规超声和弹性成像对操作者评价乳腺病灶的共同作用效果，本研究将SWE定量参数与超声BI-RADS分类联合应用以评价乳腺病灶良恶性。超声BI-RADS分类是2003年美国放射学会提出乳腺病灶超声评价方法，其目的是为了使乳腺病灶超声特征术语和报告术语标准化，降低乳腺超声解读中出现的混淆［20］。本研究结果证实，超声BI-RADS分类在评价乳腺良恶性病灶时灵敏度高，但特异度偏低，与以往研究结果一致［21］。当将 Emax、Emean、SD和 Eratio分别与 BIRADS分类联合应用评价乳腺病灶良恶性时，诊断的特异度和准确度较之BI-RADS分类独立评价时明显增高，其中 Emax与 BI-RADS联合时表现最佳。Berg等［5］亦报道将Emax与BI-RADS联合时，诊断的特异度明显增高，但其报道的灵敏度未降低，而本研究结果显示Emax与BI-RADS联合时的灵敏度(0．86)低于超声BI-RADS分类独立评价乳腺病灶时的灵敏度(0．98)，这可能是因为在 Berg等［5］的研究中对 BIRADS 3级及4a级病例进行了分析，而本研究纳入了全部BI-RADS 3级、4级和5级病例。

本研究存在一定的局限性。首先，因为剪切波弹性检查是基于常规超声成像基础上设计的，操作者在检查过程中，首先获得了乳腺病灶的常规超声信息，因而对于剪切波弹性检查而言，不能完全除外常规超声给操作者带来的影响。其次，仪器上ROI的设计为圆形，但多数病灶形态不规则，测量过程中部分病灶ROI不能完全覆盖，或囊括了过多的周边正常组织，虽然对Emax无影响，但有可能在一定程度上影响其他参数，如果SWE测量中按照病灶边界描记ROI的技术得以开发和应用，可能会克服这一局限。

综上，本研究结果显示，剪切波弹性定量参数中，Emax独立评价乳腺病灶和Emax与超声BI-RADS分类联合评价乳腺病灶的诊断效能均优于其他参数，且特异度和准确度明显高于超声BI-RADS分类，可作为评价乳腺良恶性病灶的重要参考依据。

［1］Tanter M，Bercoff J，Athanasiou A，et al．Quantitative assessment of breast lesion viscoelasticity:initial clinical results using supersonic shear imaging［J］．Ultrasound Med Biol，2008，34(9):1373-1386．

［2］ 李俊来，黄炎，王知力，等．乳腺实时剪切波弹性成像的组织定征研究 ［J］．中华医学超声杂志:电子版，2011，8(4):812-819．

［3］Chang JM，Moon WK，Cho N，et al．Clinical application of shear wave elastography(SWE)in the diagnosis of benign and malignant breast diseases［J］．Breast Cancer Res Treat，2011，129(1):89-97．

［4］Evans A，Whelehan P，Thomson K，et al．Quantitative shear wave ultrasound elastography:initial experience in solid breast masses［J］．Breast Cancer Res，2010，12(6):R104．

［5］Berg WA，Cosgrove DO，Doré CJ，et al．BE1 Investigators．Shear-wave elastography improves the specificity of breast US: the BE1 multinational study of 939 masses［J］．Radiology，2012，262(2):435-449．

［6］Lee EJ，Jung HK，Ko KH，et al．Diagnostic performances of shear wave elastography:which parameter to use in differential diagnosis of solid breast masses［J］．Eur Radiol，2013，23(7):1803-1811．

［7］Youk JH，Gweon HM，Son EJ，et al．Diagnostic value of commercially available shear-wave elastography for breast cancers:integration into BI-RADS classification with subcategories of category 4［J］．Eur Radiol，2013，23(10):2695-2704．

［8］Gweon HM，Youk JH，Son EJ，et al．Visually assessed colour overlay features in shear-wave elastography for breast masses:quantification and diagnostic performance［J］．Eur Radiol，2013，23(3):658-663．

［9］ 冯卉，李俊来，黄炎，等．剪切波弹性模量在乳腺病灶良恶性诊断中的应用价值［J］．中华超声影像学杂志，2013，22(3):235-238．

［10］ 冯卉，李俊来，黄炎，等．乳腺小结节实时剪切波弹性模量的定量研究 ［J］．中国超声医学杂志，2013，29(9):782-786．

［11］ 冯卉，李俊来，黄炎，等．剪切波弹性模量联合 BIRADS分级定量诊断乳腺结节良恶性［J］．解放军医药杂志，2013，25(5):87-90．

［12］Ophir J，Céspedes I，Ponnekanti H，et al．Elastography:a quantitative method for imaging the elasticity of biological tissues［J］．Ultrason Imaging，1991，13(2):111-134．

［13］Itoh A，Ueno E，Tohno E，et al．Breast disease:Clinical application of US elastography for diagnosis［J］．Radiology，2006，239(2):341-350．

［14］ 罗葆明，欧冰，智慧，等．改良超声弹性成像评分标准在乳腺肿块鉴别诊断中的价值［J］．现代临床医学生物工程学杂志，2006，12(5):396-398．

［15］Kumm TR，Szabunio MM．Elastography for the characterization of breast lesions:initial clinical experience［J］．CancerControl，2010，17(3):156-161．

［16］Zhi H，Xiao XY，Yang HY，et al．Ultrasonic elastography in breast cancer diagnosis strain ratio vs 5-point scale［J］．Acad Radiol，2010，17(10):1227-1233．

［17］Cosgrove DO，Berg WA，Doré CJ，et al．The BE1 Study Group．Shear wave elastography for breast masses is highly reproducible［J］．Eur Radiol，2012，22(5):1023-1032．

［18］Wang ZL，Li JL，Li M，et al．Study of quantitative elastography with supersonic shear imaging in the diagnosis of breast tumours［J］．Radiol Med，2013，118(4):583-590．

［19］ 黄炎，李俊来，王知力，等．实时剪切波弹性模量评价乳腺良恶性病灶 ［J］．中国医学影像技术，2011，27(3):561-564．

［20］American College of Radiology．Breast Imaging Reporting and Data System(BI-RADS)．Ultrasound［M］．4th ed．Reston，VA:American College of Radiology，2003．

［21］Costantini M，Belli P，Ierardi C，et al．Solid breast mass characterisation:use of the sonographic BI-RADS classication ［J］．Radiol Med，2007，112(6):877-894．

Performance of Ultrasonic Shear Wave Elastography in Assessing Benign and Malignant Breast Lesions

SHI Xian-quan1，LI Jun-lai2，LI Qiu-yang1，HUANG Yan3，WAN Wen-bo1，TANG Jie1

1Department of Ultrasound，Chinese PLA General Hospital，Beijing 100853，China
2Department of Ultrasound，the South Building of Chinese PLA General Hospital，Beijing 100853，China3Department of Ultrasound，China-Japan Friendship Hospital，Beijing 100029，China

Objective To determine the best shear wave elastography(SWE)quantitative parameters including the maximum elasticity(Emax)，mean elasticity(Emean)，minimum elasticity，standard deviation and ratio of Emean(Eratio)in assessing benign and malignant breast lesions．Methods Totally 302 breast lesions underwent conventional ultrasound and SWE．Each lesion was classified according to ultrasound Breast Imaging Reporting and Data System(BI-RADS)．The receiver operating characteristic(ROC)curves were used to determine the cut-off values of SWE quantitative parameters and to suggest breast lesions as benign or malignant．The sensitivity，specificity and the Youden index(sum of sensitivity and specificity minus 1)of SWEquantitative parameters were compared，and then the sensitivity，specificity and the Youden index of the combinations of each SWE parameters in assessing breast lesions were compared．Results The sensitivity，specificity and the Youden index of the Emax were 0．87，0．97 and 0．84，which were higher than other SWE parameters(all P＜0．01)．The sensitivity，specificity and the Youden index of Emax combined with ultrasound BI-RADS were 0．86，0．97 and 0．83，which were higher than other combinations(all P＜0．01)．Conclusions Compared with other parameters，Emax has the best performance in assessing breast lesions．It can be used as an important quantitative indicator for the evaluation of benign and malignant breast lesions．

breast;ultrasonography;shear wave elastography;diagnosis

LI Jun-lai Tel:010-66876050，E-mail:lijl_301@163．com

R737．9;R445．1

A

1000-503X(2015)03-0294-06

10．3881/j．issn．1000-503X．2015．03．009

2014-09-30)

李俊来 电话:010-66876050，电子邮件:lijl_301@163．com

国家自然科学基金专项(81241055)Supported by the Special Fund of the National Natural Sciences Foundation of China(81241055)