超声探头压力对甲状腺实时剪切波弹性成像杨氏模量值的影响

崔智飞， 张波涛， 李蒙迪， 邓仝彤， 杨月杰， 张泽明

实时剪切波弹性成像(shear wave elastography，SWE)通过瞬时脉冲在被检查者体内形成剪切波，可经过测量其传播速度直接计算组织的弹性值即杨氏模量[1]。现已有国内外研究指出SWE可判断甲状腺结节的良恶性[2,3]，但不同meta分析研究结果显示SWE诊断甲状腺结节良恶性的杨氏模量值差异较大[4-6]，这可能与目前SWE测量时超声探头预压程度无明确统一规范有关，在操作过程中超声探头预压程度可能会直接导致被测量目标形成人为硬化而造成测量结果不同。本研究通过评估超声探头不同压力对甲状腺良恶性结节的SWE杨氏模量值的具体影响程度，探讨超声探头预压水平的合理区间，为提高SWE鉴别甲状腺结节良恶性的准确度提供依据。

材料与方法

1.病例资料

选择2016年3月-2017年2月间，在我院接受甲状腺SWE检查，并知情同意参加本研究的患者共116例，其中甲状腺正常者39例，良性增生性结节58例，甲状腺乳头状癌19例。

2.检查方法

患者取仰卧位，合理暴露颈部。采用Aixplorer超声诊断仪(SuperSonic Imagine，France)线阵探头(SuperLinearTM SL 15-4)行常规甲状腺超声检查，并选取实性病变区域，避开钙化区及囊性病灶区域，定位感兴趣区(region of interest，ROI)行SWE检查。超声探头纵切选择最佳测量切面，调节选择适当取样框并在其中选定ROI后稳定图像3～5 s，采集图像时患者暂停呼吸，保存图片，记录ROI内的平均杨氏模量值(Emean)。

3.探头预压程度设定

由于目前临床尚无带压力传感器的超声探头，本研究采用半定量方法通过反复尝试，自定义四种患者可耐受的超声探头预压水平。医师测量前先手持超声探头在被检者一侧预压电子秤(精度0.1 g)，记录其数值并感受此压力下手握探头的感觉，此后立即将探头以尽可能相同的感觉预压到被检查者颈部待检区域进行超声检查。

定义四种超声探头预压程度如下：预压1级，电子秤读数约为10 g，此时超声探头和皮肤表面之间耦合剂清晰可见；预压2级，电子秤读数约为50 g，此时超声探头紧贴皮肤而未下压皮肤，耦合剂几乎不可见；预压3级，电子秤读数约为150 g，此时超声探头轻微压缩甲状腺皮肤；预压4级，电子秤读数约为300 g，此时甲状腺上皮肤被大量压缩。上述四种预压水平均未对被检查者造成任何不适。

4.图像处理

在SWE图像稳定后，取Q-box时选择尽可能多结节的部分(默认直径2 mm)，或者将1 cm直径的Q-box定位于正常薄壁的中心。测量探头不同预压水平时，每次测量均将探头移开患者皮肤，反复测量四次，取四次的平均值作为最终杨氏模量值。SWE杨氏模量值范围为0～180 kPa，采用蓝、绿/黄、红色分别表示杨氏模量的低、中、高。记录四种预压水平时SWE测量甲状腺的平均杨氏模量值，记录患者甲状腺结节的直径和对不同预压水平的轴向应变程度，采集结节与皮肤的距离等临床数据。同时依据Cochrane图书馆协作规定的系统检索策略，检索关于SWE鉴别诊断甲状腺良恶性肿瘤的最近5年的相关文献，分析相关报道中关于预压水平描述、最佳诊断点选择及其敏感性、特异性。

5.统计学分析

结 果

1.一般资料分析

本研究共纳入116例患者，其中甲状腺正常者39例(33.62%)，良性增生性结节患者58例(50.00%)，甲状腺乳头状癌患者19例(16.38%)。良性增生性结节组轴向直径为(15.64±6.71) mm，与乳头状癌组[(12.44±4.89) mm]差异无统计学意义(t=1.915,P=0.059)。良性增生性结节组结节与皮肤的垂直距离为(9.32±5.63) mm，与乳头状癌组[(7.04±4.19) mm]差异无统计学意义(t=1.621,P=0.109)。58例良性增生性结节患者中有23例(39.65%)出现部分囊性病灶，19例乳头状癌患者中有1例(5.26%)出现部分囊性病灶，两组囊性病灶的比例差异无统计学意义(χ2=7.890，P=0.05)；58例良性增生性结节中有7例(12.07%)检出钙化灶，19例乳头状癌中有4例(21.05%)检出钙化灶，两组差异无统计学意义(χ2=0.943，P=0.331)。本研究在采集图片、测量杨氏模量值时均排除含有囊性病灶或钙化灶的区域进行分析，从而避免这些因素对SWE测量结果产生影响。

2.超声探头不同预压水平对SWE杨氏模量值的影响

对比不同预压程度下的甲状腺SWE图像，可以发现测量的SWE杨氏模量值均随着预压程度的增加而增高(图1)。

同一预压水平下，乳头状癌组的SWE杨氏模量值最高，正常甲状腺实质组最低。随着超声探头预压水平的增加，三种组织类型测量的SWE杨氏模量值也随之增高，其中乳头状癌组的SWE杨氏模量值的增加值最大，正常甲状腺实质组最小。预压1级与预压4级之间，SWE杨氏模量值的差异分别为正常实质组10.71 kPa(差异率203.28%)，良性结节组为25.67 kPa(差异率241.20%)，乳头状癌组为75.33 kPa(差异率438.12%)。在不同预压水平下，乳头状癌较良性增生性结节具有更大的变异性(表1，图2)。

图1 四种超声探头预压程度下甲状腺实质的SWE图像。a) 预压1级，平均SWE杨氏模量值为11.3kPa； b) 预压2级，平均SWE杨氏模量值为12.6kPa； c) 预压3级，平均SWE杨氏模量值为18.2kPa； d) 预压4级，平均杨氏模量值为26.1kPa。

压力水平正常实质组(n=39)良性增生性结节组(n=58)乳头状癌组(n=19)预压1级10.37±2.94(4.54～17.96)19.24±7.01(6.87～42.68)22.39±1.73(7.01～56.40)预压2级12.77±3.10(6.82～21.65)26.25±7.87(9.32～57.44)38.57±17.86(15.65～97.88)预压3级16.44±3.66(10.05～24.68)32.79±9.49(11.76～61.25)64.25±25.23(25.64～128.76)预压4级21.28±2.93(14.46～29.37)43.53±12.02(15.14～85.91)97.74±37.61(30.26～184.29)

表2 不同病变类型在不同预压水平下的杨氏模量值两两比较结果

注：*轴向应变以预压1级为基准。

不同组织类型之间的SWE杨氏模量值两两比较，除良性增生性结节组与乳头状癌组在预压1级水平时测得的杨氏模量值差异无统计学意义(P=0.082)外，其它预压水平下两两比较差异均有统计学意义(P值均<0.05，表2)。

讨 论

随着普通超声及SWE技术的日渐成熟，甲状腺结节的检出率也越来越高[7]，因此准确鉴别结节的良恶性至关重要。利用不同组织类型的SWE杨氏模量值的差异来鉴别甲状腺良恶性结节已经取得一定效果[8]，但不同文献对于最佳诊断点的选择及诊断的敏感性、特异性差异均较大，同时不同研究对于SWE操作时超声探头的预压程度描述也存在一定差异，大多以轻压、充分接触皮肤等来描述探头的预压程度[9]。超声探头在操作过程中带来的额外压力会导致甲状腺结节的人为硬化或组织变硬[10]，目前已有体外甲状腺力学研究表明预压程度会对其硬度及超声测量结果产生影响[11]，但临床上目前仍未明确。因此，本研究尝试通过半定量的方式分析超声探头预压水平对不同甲状腺组织类型的SWE杨氏模量值的影响。

由于目前临床上使用的超声探头尚未应用压力传感器装置，因此本研究通过对116例患者尝试在舒适、耐受的情况下，将预压水平分为四级，研究不同预压水平下对SWE杨氏模量值的影响程度。目前大多数文献报道对甲状腺进行SWE测量时给予超声探头预压程度的描述多为用最小的压力或轻压。对于操作者来说主观性较强，因此容易造成研究、测量结果的不一致[9]。本研究结果显示，同一组织类型中随着预压程度的增加，在预压4级时结节的弹性应变达到23%～30%，而不同组织类型的SWE杨氏模量值均有不同程度增高；其中乳头状癌的SWE杨氏模量值随预压程度的变化最大，这可能是不同研究对良恶性甲状腺结节鉴别结果产生差异的一个原因。如Veyrieres等[12]和Szczepanek等[13]分别研究SWE对甲状腺良恶性肿瘤的鉴别能力，这两项研究都记录了恶性和良性结节的SWE杨氏模量值(恶性：115 kPa，174 kPa;良性：41 kPa，55.6 kPa)。相比之下，在Bhatia等[14]和乐坚等[15]的报道中，SWE测量良恶性结节的杨氏模量值(恶性：43.1 kPa，38.83 kPa;良性26.2 kPa,21.67 kPa)明显低于上述两项研究结果。

图2 不同结节在预压1～4级下的SWE弹性模量变化盒须图。

本研究结果显示甲状腺良、恶性结节随着超声探头预压程度的增加，其SWE杨氏模量值差异愈发明显(P<0.05)，在预压1级时两组差异无统计意义(P=0.088)，可见低水平预压程度时良、恶性结节的SWE测量值差异较小。Syversveen等[16]报道通过增加超声探头的压力可以改变肾脏SWE的测量结果；Barr等[17]通过SWE评估乳房组织良恶性情况时，被检测结节的弹性应变从最小预压(0～10%)到最大预压(> 40%应变)改变明显，其研究乳腺的良恶性组织在低水平预压程度时SWE杨氏模量差异较大，而高预压水平时良、恶性组织的SWE杨氏模量差异减小。

本研究中，经过多次尝试使用电子称来半定量确定四种被检测者可以耐受的压力程度，显然对于带有压力传感器的超声探头开发也是一个新的研究方向。目前即使确定了甲状腺SWE测量时的最佳预压水平，因为目前超声探头仍无法显示被检测者接受到的预压程度，在实际操作中也会存在一定难度。

本研究存在以下不足：首先，本研究只针对甲状腺一种组织进行不同压力下的SWE测量，对其他组织的测量结果是否具有普适性尚不明确；其次，对于预压压力的预定义只能尽量做到手感一致，而在实际操作中肯定会存在差异，从而导致结果不精确。

综上所述，本研究结果显示超声探头的预压程度对甲状腺正常组织、良性结节和乳头状癌的SWE测量结果具有显著影响。在不同预压水平的测量结果中，乳头状癌较良性增生性结节具有更大的变异性，但在低预压水平时，良、恶性甲状腺结节之间的杨氏模量值差异不大。在今后的研究中，仍需要采用完全定量的方法来进一步分析超声探头不同预压水平对SWE测量结果的影响，以找到最佳预压程度，规范临床操作，提高恶性结节的检出准确度。

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