超声弹性成像在临床上的应用

孙晋红　潘莹　胡燕娴　康涛　季芳　邵秀稳　郭嘉杰　许广宁

摘要：生物组织的硬度或弹性信息常与组织的病理改变相关，因此对疾病的诊断具有重要的参考作用。超声弹性成像能定性或定量地测量组织内弹性的分布，并以图像或测量值的形式直观地显示，从而为区分正常和病变组织提供了一种新方法，具有广泛的临床应用前景。综述了超声弹性成像的基本原理和分类以及其在肝脏、乳腺、甲状腺等疾病中的应用。

关键词：超声弹性成像;应变弹性成像;剪切波弹性成像;瞬时弹性成像

中图分类号：R445.1

文献标识码：A

DOI：10.15913/j .cnki.kj ycx.2019.08.004

超声成像作为主要的医学影像技术之一在临床诊断中得到了广泛的应用。传统的超声B-mode成像可以以二维或三维灰度图像形式提供人体组织解剖结构的信息，超声多普勒技术以及造影成像则可以提供B-mode无法显示的组织血流信息，这些信息给疾病诊断提供了必要的依据。然而，组织的力学特性等功能信息，特别是组织的硬度或弹性信息也与病变的组织病理密切相关，可作为疾病诊断的重要依据之一，比如乳腺肿瘤的硬度明显不同于周边的正常组织，肝脏处于不同病理阶段的组织硬度也不同等。

触诊作为最早基于组织硬度进行疾病诊断的技术已有几千年的历史，其诊断依据就是基于某些正常组织与病变组织之间存在较大的弹性差异。但局限性很明显，其应用受限于可触及的器官，仅提供有限的疾病检查能力和空间位置区分度，且依赖于医生主观判断。

超声弹性成像正是在这样的需求下于近20多年来发展起来的一种新型的非侵入式超声诊断技术。Ophir等于1991年最早提出“弹性成像”的概念[1]。从理论研究到现在已有可供临床应用的设备，弹性成像技术在医学超声领域中得到了快速发展和广泛关注。该技术以图像形式呈现组织硬度的力学特性，克服了触诊的局限性，拓宽了医学超声技术领域，弥补了常规超声的不足，给病变的定位和诊断提供了重要的参考价值。本文将介绍超声弹性成像的基本原理和分类以及其在临床应用中的应用。

1 超声弹性成像的基本原理和分类

超声弹性成像的基本原理是对组织施加一个内部（包括自身的）或外部的动态，静态/准静态的激励，在弹性力学、生物力学等物理规律作用下，组织将产生一个响应，如位移、应变、剪切波速度的分布随不同组织而发生改变。利用超声成像方法，结合信号处理、图像处理技术，可以估计出组织内部这些物理量的相应情况，从而间接或直接反映组织内部的弹性模量等力学属性的差异[2-3]。

超声弹性成像技术的发展经历了从定性到定量显示弹性参量的过程，涌现出多种评估或测量组织弹性的方法。弹性成像方法结合了对组织的激励方式和组织响应的检测方式，因此其分类可按照激励方式和检测方式来分。按激励方式的时间特性可分为静态/准静态和动态两类方法。前者所施加的力缓慢变化，组织被缓慢压缩，发生形变，内部形成位移场，通过检测引起的轴向位移，求解出弹性物理量，通常只显示组织弹性的定性信息，如应变值[1-4]。目前常用的静态/准静态方法有应变弹性成像和应变率成像，应变率成像（ strain-rate imaging，SRI）本质上与应变弹性成像相同[5];后者则是变化快速的冲击或振动，类似于静态方法，动态方法也要估计组织位移，但不同的是引起组织位移的力是动态的，且力的施加方式以及估计位移后位移的处理方式随不同方法而异，目前常用的动态方法包括声辐射力脉冲（ acousticradiation force impulse，ARFI）成像、瞬时弹性成像（transientelastography，TE）和剪切波弹性成像（shear-waveelastography.SWE）。声辐射力脉冲成像技术是对由声辐射力引起的组织位移直接成像[6]，瞬时弹性成像是利用机械振动方式在组织内产生剪切波，测量剪切波速度并显示成弹性模量的一种定量方法[7]。而早期的剪切波弹性成像是只给出在一个位置处剪切波速度的测量值而非多个位置处的值形成的弹性图像，称为点式剪切波弹性（ point SWE）或ARFI定量技术[8]，其概念形成了后期剪切波弹性成像（ SWE）的基础。一个重要的应用也是弥漫性肝病的诊断。相比TE，由于它采用ARFI方式，穿透力更强，且测量时有超声B图像的引导。剪切波弹性成像（ SWE）是在所选定ROI区域内产生二维或三维的剪切波速度定量图像[9]。

2 超声弹性成像的临床应用

随着超声弹性成像技术的产品化，超声弹性成像目前已应用于肝脏、乳腺、甲状腺、前列腺等多种器官的疾病诊断中。由于它对组织病变过程中的硬度变化具有高敏感性，有望在肿瘤的良恶性诊断中发挥重要作用，并与普通B-mode、彩色多普勒等互补，提供丰富的诊断信息。

2.1 超声弹性成像在肝脏疾病中的应用

很多慢性肝病会导致肝硬化，纤维化是慢性肝病的重要病理变化。及时、准确的肝纤维化诊断评估对于肝硬化的提前控制、治疗至关重要。肝活检被认为是肝纤维化评估和分期的金标准，但它是有创的，容易漏检并可能带来并发症。大量的研究证据表明，通过无创的超聲弹性成像可检测和定量评价肝纤维化和肝硬化程度。

TE是第一个也是研究最多的应用于肝的超声弹性技术。研究显示TE能够区分轻微纤维化、严重纤维化和肝硬化，对于提前预防或治疗有重要意义。相关的肝纤维化分期的截止阈值等临床统计数据被报道[10-11]。在慢性丙型肝炎病人中，肝硬度值高于6.8 - 7.6 kPa，预示高概率的明显纤维化（F≥2），而预测肝硬化（F-4）的截止阈值在11.0 -13.6 kPa间。慢性丙型肝炎中TE的使用已得到欧洲肝脏研究协会的推荐。对其他慢性肝病中纤维化程度的诊断，TE也给出了有意义的结果。ARFI剪切波速度定量也已应用于慢性肝病的诊断，并报道了截止阈值、AUROC等统计值，对肝纤维化评估的准确度类似于TE[12]。二维SWE也用于慢性肝炎病人肝纤维化严重程度的研究，并且显示纤维化各阶段的AUROC值比TE的更好[13]。对于应变弹性成像及半定量的评分标准应用于肝脏的研究证据仍较为有限。另外，也有相关结果报道使用超声弹性成像来区分肝结节或肿块的良恶性，但是在临床使用中推荐之前还需要更多的研究证据来支持。国内也做了大量的相关研究，基本肯定弹性成像对肝纤维化等肝脏疾病诊断的价值[14-15]。

2.2 超声弹性成像在乳腺疾病中的应用

在乳腺中，弹性成像已应用于病灶性疾病诊断。大部分乳腺癌相比于正常乳腺组织和良性结节有高的硬度。正常组织的弹性模量一般位于1 - 70 kPa，而乳腺癌的弹性模量位于15 - 500 kPa。

应变弹性成像用于肿瘤良恶性诊断一般采用5分评价打分准则。对于区分肿块良性、恶性的最佳截止点认为是在3-4分的边界上。研究显示在B-mode图像评估中加入弹性成像提供的信息可提高BI-RADS分类的准确性[16]。Schaefer等人发现敏感度是96.9%，特异性是76%，并建议应变弹性可用作B-mode打分的一个补充，因为存在着少数软的恶性肿瘤[17]。使用病灶与正常组织的应变比值可能比超声B-mode及钼靶有更高的敏感性和特异性[18]。一个重要的特征是恶性肿瘤在应变图像上的尺寸比在B-mode上的更大，而弹性的尺寸与肿瘤的实际尺寸更吻合，可能因为肿瘤的局部浸润在B-mode上并不总是可见的。

在二维SWE应用于乳腺诊断中，恶性肿瘤相比良性肿瘤大部分表现为硬且异质性更高，而且通常高的硬度在肿块的边缘或外围表现最显著。有研究报道2D SWE对乳腺肿块分类的影响，相比传统超声，提高了诊断的特异性而没有损失敏感性，并给出了最大剪切波速度的截止值建议[19]。对BI-RADS 3和4a分类的特异性提高有助于是否需要做活检的准确诊断。2D SWE的结果被显示具有高的可重复性。当BI-RADS 3乳腺结节的2D SWE的结果是良性，特别是当最大弹性值低于20 kPa，暗示可减少不必要的短期随访。

国内也做了大量相关研究[20-21]。金秀红等显示超声弹性成像鉴别乳腺良性肿块与乳腺癌的灵敏度高达95.96%，具有较高准确度，可辅助诊断乳腺疾病[20]。

2.3 超声弹性成像在甲状腺疾病中的应用

传统超声常用于甲状腺结节的诊断，但有些恶性肿瘤不易于与常见的良性结节区分。而弹性成像提供组织硬度信息作为补充，有助于甲状腺疾病的诊断。应变弹性成像可使用5分评价打分或病灶与邻近正常组织的应变比来进行良恶性病灶的区分。利用应变比的诊断准确性可能比弹性打分要更高一些。一些研究显示弹性成像对恶性甲状腺结节的诊断敏感性和特异性要高于传统超声[22]。但也有研究报道应变弹性成像对于B-mode不具有更多的诊断价值。大部分被弹性成像错误判断的恶性结节可能是较软的滤泡性肿瘤。使用2DSWE，在恶性结节中的剪切波速度比良性的更高[23]。另外，有研究对pSWE与应变弹性的结果进行了比较，两种弹性方法都发现甲状腺恶性病变比良性的明显更硬，而且二者的诊断准确性没有表现出明显的统计差异[24]。

国内也有研究认为超声弹性成像应变比值法结合5分评分法在甲状腺良恶性结节的鉴别诊断中具有良好的应用价值，综合常规超声的表现有助于增强诊断者的信心[25-26]。

2.4 超声弹性在其他疾病诊断中的应用

应變和剪切波弹性成像可实现于具备经直肠探头的超声系统中，用于前列腺疾病的诊断。前列腺中的低回声且硬的病变是疑似恶性的。应变弹性成像需要用经直肠探头轻微按压，并测量病变和相邻正常组织之间的应变比。大多数研究报道了应变弹性成像对前列腺癌症诊断识别有明显的提高[27]。基于其对病变区域的识别能力，有研究使用实时应变弹性成像用于靶向活检时的导引[28]。但也有相反的结果报道，如对前列腺癌和慢性前列腺炎难以区分。不同于应变弹性，SWE不需要用探头对组织按压。在年轻健康的人体中，整个前列腺具有均匀的软的图像表现，即SWE给出低的硬度值。对于良性前列腺增生，外围区域仍然是软和均匀的，而中心区和过渡区变得硬且不均匀，特别是存在钙化时。典型良性的外围病变与周围正常组织一样软，但恶性肿瘤更硬。相关研究给出了2D SWE用于前列腺恶性病变诊断的硬度截止阈值（35 - 37 kPa），显示了较高的特异性[29]。另外，计算病变区域与邻近周围腺体的SWE硬度比值可能提供更具有鉴别性的信息。国内也有相关研究证实超声弹性成像对前列腺良恶性病变的诊断具有较好的敏感性和特异性，有助于病变性质的判断，以及在经直肠超声弹性成像引导下靶向穿刺可提高活检准确率[30-31]。

除上述临床应用之外，也有研究报道了超声弹性成像在其他临床场景中的应用，如妇科、肌骨、血管以及胃肠壁、淋巴结、胰腺等内窥式超声应用[32-33]。

3 结论

作为一种新的超声成像模式，超声弹性成像提供了组织的硬度或弹性信息，弥补了常规超声的不足，为疾病诊断提供了新的方法。许多研究结果已经证实了超声弹性成像在肝脏、乳腺、甲状腺、前列腺等多种疾病诊断中的有效性和重要的参考价值。随着技术的进步和研究的深入，它必将突破其现有的局限性，在临床应用中发挥更大的作用。

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