实时剪切波弹性成像在乳腺肿块诊断中的应用研究进展

裴 蓓 隋秀芳

目前，乳腺癌已经成为中国女性最常见的癌症，其发病率呈现逐年上升趋势，同时呈现出日益年轻化趋势，因此乳腺癌的早期诊断尤为重要[1-2]。常规超声是乳腺癌普查及临床诊疗中的重要检查手段,但由于一些早期乳腺癌二维图像不典型，血供不丰富，容易出现误诊。超声弹性成像技术是目前用于诊断和鉴别乳腺肿块良恶性的一项新技术，打破了传统超声成像在组织生物力学上的局限性，可以直观的评价活体组织硬度。而实时剪切波超声弹性成像(shear wave elastography,SWE)是目前最新的弹性成像技术，具有实时、无创、定量等特点。本文就实时SWE在乳腺肿块诊断中的研究进展阐述如下。

1 实时SWE原理

弹性成像旨在通过对组织产生压力，使其发生形变或位移，根据压力与位移关系进行弹性模量计算。自1998年Sarvazyan等[3]提出利用声辐射产生剪切波来测量组织弹性以来，该技术经历了一维瞬时弹性成像、声脉冲辐射力弹性成像，到目前最新的实时SWE。

实时SWE又称E-成像，实时SWE技术的超声探头发射不同角度的声脉冲，使其聚焦于组织内形成单个剪切波源，此波源在组织内以垂直患者体表方向高速移动，其移动速度高于剪切波产生速度，在不同深度形成多个排成一列的波源，并产生圆锥形的波阵面，即“马赫圆锥”。每个波源都产生横向剪切波，产生的剪切波发生波的相干增强，从而明显提高剪切波的振幅和传播速度。该项技术是由法国Supersonic Imagine公司推出的专利技术，为了保证剪切波安全足量的产生，探头可以一次性发射多个声束，形成多个“马赫圆锥”，并采用极速成像技术捕捉剪切波[4]，由于采取了平面波原理，突破了声束限制，采集帧频最高达20 000帧，是传统采集帧频的100倍。通过组织多普勒技术，定量剪切波传播速度。剪切波在较硬的组织内传播快，而在较软组织内传播慢。根据公式E=3ρc2得到弹性模量E(即杨氏系数)，单位为kPa，ρ为组织密度，一般认为等于水的密度，即1 000 kg/m3，c为剪切波在组织中的传播速度，弹性模量越大，组织的硬度就越大，因此，可以根据弹性模量定量评价不同生物组织的弹性值。采集到的剪切波速度以彩色编码的方式表达出来，蓝色、绿色、橙色、红色表示速度逐渐增高，即硬度逐渐增大。

2 实时SWE的分析方法

弹性成像的分析方法主要包括定性诊断的弹性评分法，半定量诊断的脂肪与病变应变率比值法和腺体组织与病变应变率比值法，定量诊断的剪切波速度测量和剪切波弹性模量测量方法。

2.1 定性分析 实时SWE成像技术可以通过剪切波探测组织各点弹性模量，对其进行彩色编码叠加于2维灰阶图像上，形成半透明的实时彩色图像可以定性且直观的反应病灶的硬度分布及硬度大小，有助于鉴别病灶的良恶性[5]。

2.1.1 类型评分法 Tozaki等[6]将乳腺肿块SWE彩色图像按照硬度的分布及其硬度的绝对值变化分为4个类型。类型1：病灶边缘及内部均表现为均匀蓝色；类型2：图像大部分为蓝色可见纵行条带状伪影；类型3：近病灶边缘的局部彩色改变；类型4：病灶周边及内部不均匀彩色改变。类型2为经常在SWE检查技术中出现的特殊伪影，有研究[7]称其出现的概率为7%～24%，类型3、4病灶颜色不均且病灶边缘区域的硬度增大，将其命名为硬环征[8]。类型1、2被认为是良性病灶，类型3、4被认为是恶性病灶。研究[8-9]认为硬环征的出现可能：①代表了导管原位癌的癌周硬度，也可能与乳腺癌的促结缔组织增生性反应或与乳腺癌浸润性生长及周围间质反应有关；②病灶边缘的剪切波能量衰减导致了内部的较低振幅的剪切波和病灶边缘高速的剪切波。

2.1.2 颜色评分法 Berg等[10]将乳腺病灶SWE彩色图像按其硬度大小变化划分为5个类型，即将0～180 kPa等分为5个层次：①0～36 kPa，呈黑色至深蓝色，记1分；②37～72 kPa，呈浅蓝色，记2分；③73～108 kPa，呈绿色，记3分；④109～144 kPa，呈橙黄色，记4分；⑤145～180 kPa，呈红色，记5分。颜色评分法>2分的肿块被认为是恶性病灶。曾庆劲等[11]分别用SWE的类型评分法和颜色评分法对151例女性患者，212个实性病灶进行检查，研究证实2种方法具有良好相关性，且图像类型评分法对乳腺包括良恶性诊断要优于颜色评分法。

2.2 定量分析 实时SWE利用快速声辐射力和极速成像技术捕捉到剪切波，通过计算得到弹性模量，实现定量分析。剪切波弹性模量参数包括弹性平均值(elasticity mean,Emean)、最小值(elasticity minimum,Emin)、最大值(elasticity maximum,Emax)、标准差(standard deviation,SD)和弹性比值(elasticity ratio,Eratio)。史宪全等[12]发现剪切波弹性模量参数独立评价乳腺病灶时，Emax、Emean、SD及Eratio的诊断临界值分别为57.4、27.7、8.1和2.3 kPa，其中Emax的灵敏度、特异度和约登指数均明显高于其他参数 (P<0.05)。Yourk等[13]则报道Eratio在剪切波弹性模量参数中表现最佳。

3 实时SWE在乳腺肿块诊断中的应用

3.1 实时SWE模量参数的应用 实时SWE为近年来产生的新技术，其通过彩色编码成像以及检测肿块组织的软硬度来对良、恶性乳腺肿瘤进行区分。Sun等[14]对218例患者共264个病灶进行SWE检查，研究表明Emax与Tozaki提出的类型评分法在评价肿块良恶性中表现最佳且重复性好，类型评分法甚至要优于Emax。李俊来等[15]提出利用组织弹性的最大值、平均值和最小值进行组织定征，乳腺恶性病灶的Emax、Emean、Emin分别为(113.92±61.05)、(55.68±31.65)和(23.45±16.13)kPa，而良性病灶分别为(37.26±24.10)、(23.45±14.73)和(13.61±9.49)kPa，恶性与良性病灶Emax、Emean及Emin均有显著差异。同时发现弹性值由大到小的顺序是浸润性导管癌、腺病、腺病伴纤维腺瘤形成或导管内乳头状瘤、纤维腺瘤、腺体、脂肪。由于不同组织或病灶的弹性模量值不同，可以通过量化超声弹性特征来区分不同类型的病变。Chen等[16]通过meta分析，认为SWE在鉴别乳腺良、恶性肿块方面具有良好的敏感性和特异性，且Emax具有最佳的性能，敏感性和特异性分别为93%和81%。

3.2 实时SWE联合常规超声 SWE联合常规超声的诊断具有一定的优势，但联合评价标准尚未达成一致。常规超声BI-RADS分类诊断乳腺恶性病变时敏感度高，但特异度较低，联合SWE后其特异度显著提高，其敏感度并未明显降低。Berg等[10]对958名女性乳腺疾病患者进行普通超声检查及SWE检查，在原有BI-RADS分级的基础上联合SWE检查，提出2种BI-RADS分类校正原则(Emax有2种阈值)，高硬度的BI-RADS 3级肿块(Emax>160 kPa)可以升级到BI-RADS 4a级进行穿刺活检，低硬度BI-RADS 4a级肿块(Emax<80 kPa)可降级为BI-RADS 3级进行随访，可使诊断特异度从61.1%提升至78.5%，而敏感度不发生改变。Lee等[17]对159个乳腺肿块进行常规超声及SWE检查，通过在BI-RADS分类评估中加入SWE，建立了活检指南，其中BI-RADS 4a类病变若小于Emax的诊断界值被降为BI-RADS 3级，避免穿刺活检。

4 实时SWE的局限性及展望

实时SWE目前是超声成像技术领域中最新的研究热点，虽然可以提供组织的硬度信息，但在临床领域中仍有一定的局限性：①组织的硬度与良恶性有密切关系，但是良、恶性肿瘤的弹性系数存在一定的交叉重叠现象[18]，病灶中出现的钙化灶或液化坏死都对结果产生影响；②呼吸、心脏搏动均可使肿块发生位移，干扰图像的稳定，产生伪影；③当感兴趣区取样框深度>3 cm时，SWE图像出现斑片状或者彩色缺失而影响SWE测量值；④理论上操作者不需施加任何外力，无操作者依赖性，然而实际操作中操作者不可避免施加外力，使弹性成像出现伪影；⑤肿块的大小、乳腺厚度及肿块的深度均会对SWE的弹性模量值产生影响，而出现假阴性或假阳性结果[19]。

尽管实时SWE仍存在一些局限性，但它与静态型、动态型弹性成像相比，具有实时、定量、准确等优点，可以准确评价活体组织及其病变的弹性特征，剪切波弹性模量联合BI-RADS分级可显著提高乳腺肿块诊断的准确率，减少不必要的穿刺活检。SWE在预测乳腺癌的预后，预测乳腺癌新辅助化疗后的结果等方面得到临床应用[20]，有研究[21]发现SWE的模量参数与乳腺恶性肿瘤浸润的大小、淋巴结受累情况和肿瘤类型有统计学上的显著正相关。通过不断的研究发展，实时SWE必将在临床上得到更为广泛的应用。