三维能量多普勒超声定量分析在甲状腺良恶性结节鉴别中的应用价值

李文波，张 波，姜玉新，朱庆莉，张 青，孙 健

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院 1超声医学科 2病理科，北京100730

三维能量多普勒超声定量分析在甲状腺良恶性结节鉴别中的应用价值

李文波1，张 波1，姜玉新1，朱庆莉1，张 青1，孙 健2

中国医学科学院 北京协和医学院 北京协和医院1超声医学科2病理科，北京100730

目的 评估三维能量多普勒超声定量分析在甲状腺良恶性结节鉴别中的应用价值。方法 采用三维能量多普勒超声，对92个甲状腺结节进行检查，使用虚拟器官计算机辅助分析(VOCAL)影像程序分析存储的三维资料，比较良恶性结节的平均灰阶值(MG)、结节总体血管化指数(VI)、血流指数(FI)及血管化血流指数(VFI)间的差异。结果甲状腺恶性结节的MG为28．27±7．21，明显低于良性结节的32．89±8．73(P=0．007)。良性结节的VI、FI和VFI分别为(40．43±26．55)%、41．03±7．19和18．23±14．60，均明显高于恶性结节的(26．87±23．06)% (P=0．011)、37．51± 7．17(P=0．022)和11．47±12．47(P=0．009)。76．5%(39/51)的恶性结节及92．7%(38/41)的良性结节总体VI小于周边VI，80．4%(41/51)的恶性结节及95．1%(39/41)的良性结节总体FI小于周边FI。结论 甲状腺恶性结节的回声低于良性结节。甲状腺良性结节的血流多于恶性结节。三维能量多普勒定量分析在甲状腺结节良恶性鉴别方面有一定的应用价值。

甲状腺结节;三维能量多普勒超声;平均灰阶值;血管化指数;血流指数;血管化血流指数

Acta Acad Med Sin，2015，37(3):300-304

甲状腺结节是临床常见疾病，其良恶性鉴别一直是临床难点。2009年版美国甲状腺协会(American Thyroid Association，ATA)指南推荐对有高危因素，包括有甲状腺癌家族史、童年期放射性照射史、放射性尘埃接触史、甲状腺癌病史等患者，大于0．5 cm的甲状腺结节应进一步评估［1］。常规超声是目前诊断甲状腺结节的重要影像学手段。近年随着电子科技技术及图形处理技术的不断成熟，三维成像技术出现并得到发展，但其在甲状腺领域的研究尚无定论，定量研究更为少见。本研究前瞻性分析甲状腺良恶性结节三维灰阶超声及能量多普勒超声血流定量特征，探讨其在诊断甲状腺良恶性结节中的应用价值。

对象和方法

对象 2008年3月至2009年4月在北京协和医院行甲状腺结节手术且术前三维超声完整的连续患者96例，2例手术前退出未获得病理结果，6例囊性成分＞25%，5例结节最大径＜0．5 cm，其余86例患者共92个结节为研究对象。患者就诊原因包括:(1)因甲状腺疾病相关症状、体征就诊21例(24．4%)，主要表现为声音嘶哑、颈粗、颈部包块伴或不伴进行性增大、疼痛、咽喉部不适、颈部淋巴结肿大等。(2)健康查体发现53例(61．7%)。(3)偶然发现甲状腺结节8例(9．3%)。(4)甲状腺手术后复查发现甲状腺结节2例(2．3%)，包括结节性甲状腺肿术后、甲状腺乳头状癌术后。(5)因其他系统症状就诊2例(2．3%)，如阵发性心悸、大汗、血压升高或出现腰腿痛等多发性内分泌肿瘤或甲状腺转移癌症状。

仪器与检查方法 采用三维超声及三维能量多普勒超声技术，超声诊断仪及其基本设置如下:灰阶与彩色多普勒显像采用Voluson E8型超声诊断仪，11L-D二维高频探头，频率6～15 MHz。三维超声采用Voluson E8型超声诊断仪，RSP6-16-D三维容积探头。均选择仪器预设的甲状腺检查条件。

患者仰卧位，头部后仰，颈部充分仰伸。首先进行二维超声检查，使用灰阶显像方式对甲状腺及其周围组织、淋巴结进行横切、纵切及斜切扫查。记录甲状腺结节形态、边界、晕、与被膜的关系等情况。随后启动三维模式，嘱患者避免吞咽动作，尽量屏住呼吸，根据结节大小选择取样框大小及扫查角度，保持探头稳定。采用内置三维能量多普勒模式进行扫查，获得甲状腺结节三维能量多普勒超声资料。检查过程中保持增益、脉冲重复频率，滤波恒定。

常规超声图像及三维超声图像以数字化模式存入设备内置硬盘。使用4D VIEWPC(version 6．2)软件进行分析。

图像分析 采用虚拟器官计算机辅助分析(virtual organ computer-aided analysis，VOCAL)图像程序分析储存的容积资料，自动计算获得的容积资料的灰阶及能量多普勒定量指标:平均灰阶值(mean gray value，MG)、血管化指数(vascularization index，VI)、血流指数(flow index，FI)、血管化血流指数(vascularization flow index，VFI)。MG及FI、VFI指标标准化为0～100，(1:低强度;100:高强度)。VI以百分比表示。MG代表灰阶体素的平均值。VI计算彩色体素占总体素的比值。FI计算幅度加权彩色体素总和占彩色体素数量的比例。VFI计算幅度加权彩色体素总和占总体素数量的比例。

选择人工模式，每次旋转角度30℃，在6个平面上勾画结节的轮廓，获得结节的形状。结束后可以得到结节的体积，以及自动计算出MG及VI、FI、VFI，以直方图显示(图1)。编辑“shell inside a thickness of 2 mm”(自结节轮廓向内2 mm)可以得到结节自轮廓向内2 mm的VI、FI、VFI，定义为结节周边的VI、FI、VFI(图2)。每个结节勾画2次，取平均值。

图1 三维超声甲状腺结节轮廓的勾画(A)及MG、VI、FI和VFI(B)Fig 1 The shape of a thyroid nodule on 3D ultrasound(A)and the MG，VI，FI，and VFI of the whole thyroid nodule(B)

图2 三维超声显示甲状腺结节轮廓向内2 mm(A)及甲状腺结节轮廓向内2 mm的VI、FI、VFI(B)Fig 2 The shell inside a thickness of 2 mm of the thyroid nodule on 3D ultrasound(A)and the VI，FI，and VFI of the shell of thyroid nodule(B)

病理学诊断 由2位具5年以上工作经验甲状腺病理学医生对所有手术切除的甲状腺病灶切片独立观察后做出诊断。病理医生做出诊断时不知道患者临床表现及超声诊断。结果不一致时，经讨论做出最后诊断。

结果

一般情况及甲状腺结节病理类型 86例患者的92个甲状腺结节中，良性41个，恶性51个;男性患者14个(15．22%)，女性患者78个(84．78%);患者平均年龄(43．2±12．4)岁(19～71岁)。92个甲状腺结节的最大径平均为(2．26±0．97)cm(0．66～5．14 cm)，良性结节最大径平均为(2．36±0．84)cm(1．00～4．53 cm)，恶性结节最大径平均为(2．18± 1．07)cm(0．66～5．14 cm);良性结节中2个最大径＜1 cm，恶性结节中3个最大径＜1 cm，为微小乳头状癌。良、恶性组之间结节的最大径差异无统计学意义(P=0．363)。92个甲状腺结节的病理类型见表1。

良恶性甲状腺结节的MG比较 41个甲状腺良性结节的平均MG为32．89±8．73，明显高于51个甲状腺恶性结节的28．27±7．21(P=0．007)。

良恶性甲状腺结节三维能量多普勒定量分析 良性结节的总体VI、FI、VFI及周边VI、FI、VFI均明显大于恶性结节(P均＜0．05)(表2)。

表1 92个甲状腺结节的病理类型Table 1 The pathology of 92 thyroid nodules

甲状腺良恶性结节血流分布 甲状腺良恶性结节的VI、FI、VFI周边高于总体者多于周边低于总体者。良恶性结节的VI(P=0．036)和FI(P=0．037)在总体高于周边者及总体低于周边者的数目差异有统计学意义(表3)。

讨论

甲状腺结节三维超声研究包括形态学特征和定量分析。已知甲状腺结节中细胞、间质成分的多少，细胞分化程度，是否有囊腔形成，间质中是否出血、坏死、纤维化是超声声像图表现的病理学基础，决定了病灶的回声性质［2］。而甲状腺恶性肿瘤癌细胞密集，间质成分少，在声像图中不会形成强反射界面，多表现为实性低回声结节。故本研究采用定量方法测量了结节的MG值来研究甲状腺结节的回声水平，结果发现甲状腺恶性结节回声低于良性结节，证实了以往常规超声研究的结果［3-4］。

甲状腺是血供丰富的内分泌器官，了解血流灌注状态和血流动力学对于准确诊断甲状腺病变具有重要意义。以往采用彩色多普勒超声及频谱超声研究甲状腺良恶性结节的差异，包括血流分布、血流性质、血流参数(搏动指数、阻力指数及收缩期峰值流速)，其结果并不一致［5-7］。能量多普勒超声是利用血流中红细胞的密度、散射强度或能量分布进行成像，其显示血流连续性好，不受血流速度、血管方位、声束探测角度的影响，无混叠现象，且显示信号的动态范围广，能检测到小血管及低速血流信号。三维能量多普勒技术则是在能量多普勒基础上应用血管三维重建方法对感兴趣区的血流进行立体成像，通过VOCAL影像程序对靶器官体积内的血流信号体元进行分析，自动计算出靶器官内VI、FI和VFI。其中，VI为彩色体素占总体素的比值，表示整个感兴趣容积内血流信号所占的比例，即组织中血管密度;FI为幅度加权彩色体素总和占彩色体素数量的比例，表示整个感兴趣容积内血流信号的平均强度;VFI为幅度加权彩色体素总和占总体素数量的比例，是血管数量与血流信号强度的结合，可以代表感兴趣容积的血流灌注［8-11］。

表2 良恶性甲状腺结节总体及周边VI、FI和VFI的比较Table 2 Comparison of the whole and the shell VI，FI，and VFI between the benign and malignant thyroid nodules

表3 甲状腺良恶性结节血流分布的比较Table 3 Comparison of the vascular patterns between the benign and malignant thyroid nodules

目前能量多普勒超声对甲状腺良恶性结节血管密度及模式的研究结论并不一致。有研究从病理上证实甲状腺恶性结节的微血管密度高于良性结节［12］，但多数研究显示甲状腺恶性结节以中心血流常见，良性结节多为周边血流［7，13-14］。而 Moon等［15］研究发现，良性结节以中心血流常见，恶性结节无血流更常见。本研究结果显示，甲状腺良性结节的总体VI、FI、VFI及周边VI、FI、VFI均明显高于恶性结节，从三维定量超声的角度说明甲状腺良性结节血管数量、血流强度及血流灌注均高于恶性结节。与以往研究相比，本研究采用三维能量多普勒超声分析甲状腺结节的整体血流情况，而不是某一个切面，因此更加全面、客观。此外，本研究还发现甲状腺良恶性结节均以周边血供为主，但恶性结节中心血供所占比例高于良性结节。分析原因可能与甲状腺结节的病理构成有关。本研究中良性结节以结节性甲状腺肿及腺瘤为主(占95．2%)，病理基础为滤泡上皮及滤泡的增生、肥大，一般质地较软，血管走行规则、血供均匀且更为丰富。恶性结节中90．1%为乳头状癌，常合并不同程度的间质纤维化，并可伴有局灶钙化，质地较硬，原有血管网络破坏及扭曲导致血供局部丰富和局部缺乏共存，大量动静脉瘘的存在更加重了这种血管网络分布的不均衡性［16］。而且恶性结节新生血管为微血管构成，因此能量多普勒对其检测困难。

因三维定量超声为非实时显像，需在检查结束后花费时间进行后处理，故其临床应用受到一定限制。良性结节中以结节性甲状腺肿为主，恶性结节中以甲状腺乳头状癌为主，受到结节病理类型及样本量限制，结论尚待进一步证实。但本研究作为三维超声定量诊断甲状腺结节的初步研究，可提示三维定量超声作为一种新的成像技术，对甲状腺结节鉴别诊断具有一定价值。

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Value of Quantitative Three-dimensional Doppler Ultrasound in the Differentiation of Benign and Malignant Thyroid Nodules

LI Wen-bo1，ZHANG Bo1，JIANG Yu-xin1，ZHU Qing-li1，ZHANG Qing1，SUN Jian2

1Department of Ultrasound，2Department of Pathology，PUMC Hospital，CAMS and PUMC，Beijing 100730，China

Objective To investigate the role of quantitative three-dimensional(3D)power Doppler ultrasound in differentiating malignant and benign thyroid nodule．Methods A total of 92 lesions in 86 patients were preoperatively examined using 3D power Doppler ultrasound．The Virtual Organ Computer-aided Analysis(VOCAL)-imaging program was used to analyze the stored volume ultrasound．The differences in the mean gray value(MG)，vascularization index(VI)，flow index(FI)，and vascularization flow index(VFI)were compared between benign and malignant lesions．Results The MG of the malignant thyroid nodules was significantly lower than that of the benign ones(28．27±7．21 vs．32．89±8．73，P=0．007)．The benign nodules had significantly higher VI，FI，and VFI than the malignant nodules［VI:(40．43±26．55)%vs．(26．87±23．06)%，P=0．011;FI:41．03±7．19 vs．37．51±7．17，P=0．022;VFI:18．23±14．60 vs．11．47±12．47，P= 0．009］．Also，76．5% (39/51)of the malignant nodules and 92．7% (38/41)of the benign nodules had higher VIs in the shell of the lesion than that of the whole lesion，and 80．4% (41/51)of the malignant nodules and 95．1% (39/41)of the benign nodules had higher FIs in the shell of the lesion than that of the whole lesion．Conclusions Quantitative 3D power Doppler ultrasound provides a useful tool in distinguishing benign and malignant thyroid nodules．The malignant thyroid nodules have lower echoes than the benign nodules，wherese the benign nodules have larger blood flow than the malignant nodules．

thyroid nodule;three-dimensional power Doppler ultrasound;mean gray value;vascularization index;flow index;vascularization flow index

JIANG Yu-xin Tel:010-69155491，Fax:010-69155402，E-mail:yuxinjiangxh@163．com

R445．1

A

1000-503X(2015)03-0300-05

10．3881/j．issn．1000-503X．2015．03．010

2015-01-07)

姜玉新 电话:010-69155491，传真:010-69155402，电子邮件:yuxinjiangxh@163．com

国家自然科学基金(81171354)和卫生部行业科研专项项目(201202012)Supported by the National Nature Sciences Foundation of China(81171354)and the Ministry of Health Industry Special Scientific Research Projects(201202012)