剪切波弹性成像技术临床应用的研究进展

孙 磊，孙 楠，张 印，魏亚晶，单叔煤

(牡丹江医学院附属红旗医院超声科，黑龙江 牡丹江 157011)

病变组织的软硬程度一直是临床诊断与治疗中持续关注的问题。在过去，医师通过触诊来鉴别、预测疾病的良恶性。随着医学的进步与发展，人们发现在疾病的诊断与鉴别中，病变组织的良恶性与其软硬程度存在一定的相关性。恶性疾病往往通过增加细胞增殖或纤维化而使受累的组织变硬。触诊作为较为主观的诊断方法，而且取决于病变的位置、大小以及医师的临床经验。如果这些病变位置较深或体积较小，则很难通过触诊进行检查。通过使用超声弹性成像技术，显示出病变的弹性值则可以通过确切的数值来得出可靠的结论。1991年，Ophir等[1]首先提出了超声弹性成像(Ultrasonic Elastography,UE)的概念，并应用于诊断疾病的弹性功能成像设备中，其中就包括近年来应用成熟的剪切波弹性成像技术，其原理是通过超声换能器发射聚焦声辐射脉冲，作用于组织的感性区，使组织颗粒横向振动产生剪切波，仪器通过采集剪切波，从而计算出剪切波速度或杨氏模量值，从而应用于组织硬度的定量评估中。正是由于其无创、高效的弹性测量能力，现已广泛应用于临床诊断中。

1 SWE在浅表器官检查中的应用

1.1 甲状腺甲状腺癌是目前发病率最高的头颈部恶性肿瘤。超声检查作为其首选诊断技术，尤其是以二维超声影像联合TI-RADS分级已成为临床上判断甲状腺结节良恶性的首选检查。但是，甲状腺良恶性结节在二维超声图像上具有一定的交叉和重复，故而降低了诊断的准确性。陈正雷等[2]通过对102个TI-RADS 4类的甲状腺结节，分析比较TI-ARDS组和SWE联合TI-RADS组，发现SWE联合TI-RADS组诊断甲状腺结节良恶性的敏感度、特异度和准确率均高于TI-RADS组，且具有统计学意义。在该研究中，将Emax值为46.1kPa作为诊断的阈值，即当Emax值≥46.1kPa，则在TI-RADS分级的基础上增加一级；相反，若Emax值<46.1kPa，则降低一级。杭菁等[3]对73个经病理证实为甲状腺乳头状癌(PTC)的结节进行分析比较，认为当Emax≥40.8kPa时，该结节BRAF V600E基因突变率可能性更高。应用SWE技术对经病理确诊的甲状腺实质性肿瘤研究分析，发现甲状腺实质肿瘤良性结节的Emax、Emin及Emean均明显低于恶性结节。因此，SWE技术可以应用于诊断甲状腺实性肿瘤的良恶性中[4]。

1.2 乳腺乳腺癌的恶性程度较高，其病理生理学和影像学表现较为多样。因此，早期准确的判断乳腺结节的良恶性对于患者的治疗方案选择以及预后具有重要意义。目前，临床上对于乳腺结节的良恶性判断主要依靠二维超声图像特征来进行BI-RADS分级，但仍有很多介于良恶性征象之间的肿块难以判定。研究表明对乳腺结节进行SWE测量得出的杨氏模量值可以有效的预测其病理的严重程度，病理分级越高，其硬度往往越大，而常规二维超声图像特点不能有效区分低级别和高级别肿瘤，而SWE技术则弥补了这一不足。有学者认为恶性病灶的最硬处往往不是病灶本身，而是在贴近病灶的地方。因此对肿瘤组织进行SWE测量时，应将肿瘤周边组织包括到ROI内。因为新辅助化疗是乳腺癌晚期患者或明确伴有淋巴结转移患者的主要辅助治疗手段，有研究表明，在新辅助化疗周期的中期 (3个周期之后) 测量肿块的剪切波硬度，能很好地预测6个周期后肿块对化疗是否敏感。乳腺癌在淋巴结转移时均表达CK19 RNA，并常用一步法扩增核酸技术 (one-step nucleic acid amplification,OCNA) 来测量CK19RNA的拷贝数，而剪切波速度在OCNA阴性与OCNA阳性病灶中有显著差异,故建议可用剪切波1.44m/s作为诊断乳腺癌的临界值[5]。由此可见，SWE对乳腺癌的诊断、治疗、预后等方面均都具有较高的应用价值。

1.3 淋巴结淋巴结作为人体的免疫系统，当发生炎症或者占位性病变时都可以侵犯到淋巴结。因此，早期诊断出淋巴结的良恶性具有重要意义。联合应用二维超声及SWE检查对颈部肿大淋巴结进行检测，设置了三种不同大小的ROI并分别测量Emax、Emean值以及SD值，并进行分析比较，发现SWE的诊断效能随ROI的大小及弹性模量值选择的不同而异，Emax和Emean适用于小的ROI；而Emax和SD适用于大的ROI[6]。采用ROI-1、ROI-2、ROI-3测量Emax的诊断界值分别为29.00kPa、29.00kPa、29.18kPa，与Desmots等的研究结果相似，从而说明SWE技术可以应用于鉴别诊断淋巴结的良恶性。采用SWE技术中Emean来诊断颈部恶性淋巴结，以19.15kPa为界值时，其特异度和敏感度为65.0%、93.3%[7]。阮镜良等[8]对95个疑似恶性的颈部淋巴结进行常规超声及SWE检查，分别比较颈部良恶性淋巴结的Eratio、Emean、Emax和SD这四个定量参数，结果认为四个定量参数可以为恶性淋巴结的诊断提供信息，其中诊断依据最高的是Eratio。

2 SWE在肝脾检查中的应用

我国患肝病的人数较多，其中肝纤维化可逆，肝硬化不可逆并可进一步进展为肝功能衰竭、肝细胞癌。因此，早期准确的评判出肝纤维化的程度对患者的治疗及预后至关重要。唐秀斌等[9]对52只肝纤维化的大白兔进行γ-干扰素干预，并探讨剪切波弹性成像在评价γ-干扰素对兔肝纤维化治疗效果中的应用价值，证实了不同程度肝纤维化的肝脏组织硬度值可通过值Emean予以量化评估，且SWE评估γ-干扰素干预后肝纤维化分期的敏感性、特异性均高于88.8%，具有较高的诊断效能。张靖靓[10]等研究也表明SWE比Fibro Scan(瞬时弹性成像)技术诊断肝纤维化的准确度更高，具有较好的临床应用前景。应用Meta分析对SWE技术对肝纤维化分级的研究中，证实SWE技术诊断早期肝硬化的合并敏感度和特异度为88%、91%，因此，可以认为SWE技术在评估肝脏显著性纤维化和早期肝硬化具有较高的诊断价值[11]。联合应用实时组织弹性成像(RTE)与SWE技测量肝脏、脾脏硬度并预测肝硬化食管静脉曲张的应用价值，证明进行SWE技术通过测量脾脏Emean、Emax对肝硬化中、重度食管胃底静脉曲张方面具有一定的预测价值[12]，且该技术简便易行、无创无损,临床应用前景广阔。

3 SWE在泌尿系统检查中的应用

当肾脏出现占位性病变时，在二维超声的基础上加用SWE成像技术，即将Emean、Emin和Eratio结合常规超声检查时，对肾实性占位的良恶性进行相应杨氏模量值的比较，可以将肾细胞癌预测诊断的特异性提高到87.8%，而敏感性未增加。除了在肾脏占位性病变中的应用，还可以对患有子痫的孕妇进行肾皮质弹性的分析比较，得到的结果显示两组患有先兆子痫孕妇的总体肾皮质弹性值均显著高于正常对照组，且总体肾皮质弹性值与收缩压、舒张压、蛋白尿、血清肌酐等化验指标呈正相关，因此，总体肾皮质弹性值的高低可以反映先兆子痫的严重程度。此外，应用SWE技术测量睾丸硬度，探讨该项技术在男性少弱精症患者中是否具有临床价值，发现在重度少弱精症组Emax、Emean均大于轻度、中度的少弱精症患者，差异均有统计学意义，其中重度少弱精症患者Emax更敏感,更能反映病变的变化[13]。根据少弱精患者睾丸Emax构建ROC曲线，当Emax为4.25kPa时,ROC曲线下面积最大,其敏感性和特异性分别为79.4%、76.0%，以此确定为最佳诊断界值。Turna等[14]应用SWE技术对37个未降落睾丸(UTD)、15个可回缩睾丸(RT)和56个正常睾丸分别测量剪切波传播速度和杨氏模量值并进行分析比较，得出UTD组的平均硬度值要高于正常组和RT组，均具有统计学意义。因此，认为UTD组和RT组睾丸更高的硬度值可能与潜在的病理变化有关，SWE技术可以作为UTD和RT患者有效的临床监测手段。

4 SWE在肌肉韧带检查中的应用

应用SWE技术对冻结肩患者的肩关节囊、肩袖肌腱和肌肉、肩肱韧带(CHL)和肱二头肌的硬度和形态特征进行测量分析，得出冈上肌和冈下肌肌腱的SWE值在冻结期均升高，CHL值在冻结期也升高。不仅包膜厚度的变化，而且肩袖硬度的变化也可能与肩关节冻结有关。同样，应用高频超声及SWE技术对大鼠腓肠肌钝挫伤的二维超声图像及弹性变化进行研究，得出钝器损伤早期二维评分及Emax值增高，随着炎症反应的消退，肌细胞的再生修复，二维评分及Emax值下降，认为二维高频超声及剪切波弹性成像可以有效地提高对损伤组织结构及功能修复的判断,为后期进一步治疗方案的选择和研究提供了依据[15]。孔雪敏[16]应用SWE技术对糖尿病患者的腓肠肌收缩力及影响因素方面进行研究，认为肌肉收缩力下降在糖尿病患者中很常见，且年龄、病程、BMI、糖化血红蛋白均与糖尿病患者腓肠肌内侧头杨氏模量值存在明显的相关性，提示年龄每增加1岁，其他因素在不变的条件下，其杨氏模量值下降0.797kPa。而在检测肌肉硬度方面也可应用SWE技术，有学者研究发现沿肌纤维方向纵切测值高于横切测值的趋势，且纵切测值的可靠性要高于横切测值。因此，SWE技术所测得的杨氏模量值以及剪切波传播速度能较准确的量化肌肉收缩的程度，还可以根据杨氏模量值的大小评判收缩力下降的程度，进而评估肌肉病变的严重程度。

5 SWE在神经系统检查中的应用

应用点剪切波弹性成像(p-SWE)对2型糖尿病患者腘窝处的胫神经的硬度进行分析比较，其中伴有糖尿病周围神经病变(DPN)和非伴有DPN的胫神经的硬度值均高于正常对照组，用于评估DPN的p-SWE的临界值为2.60m/s，其敏感性和特异性为63.33%、92.50%。因此，p-SWE可用于DPN的无创评估，且特异性高。没有DPN的患者僵硬程度增加，表明胫骨神经可能受到糖尿病的影响。联合应用SE和SWE对单侧腰间盘突出症患者(LDH)的坐骨神经僵硬程度的变化进行研究分析，在受累侧的轴面及纵面上的坐骨神经硬度均高于非受累侧，研究显示SWE可以检测单侧LDH患者的坐骨神经僵硬程度的变化。程跃跃等[17]应用SWE技术对轻中重型腕管综合征(CTS)患者的正中神经及腕横韧带的传播速度进行比较分析，结果病例组正中神经剪切波速度、腕横韧带剪切波速度均高于对照组(P<0.05)。中重型CTS患者正中神经及腕横韧带剪切波速度均高于轻型CTS患者。因此，可以认为通过SWE技术检测正中神经及腕横韧带剪切波速度对诊断CTS具有一定的应用价值，SWE技术能对CTS患者病情评估提供参考依据。陈思明等[18]应用SWE技术对腕关节和膝关节不同体位下的正中神经和坐骨神经的杨氏模量值及剪切波传播速度进行分析，认为正常受试者的正中神经和坐骨神经的剪切波弹性测值的大小与关节体位、超声纵横切有关，以自然状态下沿神经纤维纵切面测值可靠性更高。

6 SWE在动脉粥样硬化斑块检查中的应用

缺血性脑卒中的发生有很大一部分是颈动脉不稳定斑块所引起的。因此，早期、准确的评价颈动脉斑块的稳定性尤为重要。应用SWE技术对颈动脉斑块患者进行二维超声及SWE检查，依据不同的回声将斑块分为低回声、等回声、强回声及不均质回声四类，从而对不同回声的斑块进行分析，得出四种回声斑块的Emax、Emin及Emean比较差异均具有统计学意义，而两两比较除低回声及等回声的Emin无统计学意义以外，其余均具有统计学意义。SWE技术可以作为颈动脉斑块弹性特征的定量评估，弹性可以反映不同回声斑块之间的差异。此外，也有学者应用SWE技术测量兔腹主动脉斑块的杨氏模量值(E)，并分析二维超声、病理结果以及E值三者之间的相关性，结果显示不同病理分组中E值的比较，最大、最小及平均E值比较差异均具有统计学意义，并以病理结果作为金标准进行绘制ROC曲线，得出最大、最小及平均E值的最佳诊断界点分别为76.15kPa、20.60kPa、40.90kPa，由此可见，SWE可以通过检测斑块E值,定量区分易损斑块的弹性值范围,对评价斑块易损性具有较高的应用价值[19]。吴猛等[20]应用SWE技术对缺血性脑梗死患者的颈动脉僵硬程度进行分析，发现缺血性脑梗死组的颈动脉内中膜厚度、脉搏波传导速度(PWV)、纵向平均弹性模量值(MEmean)、最大弹性模量值(MEmax)均明显升高，顺应性明显下降，且与对照组相比差异具有统计学意义。因此，可以认为SWE技术可以通过评估急性缺血性脑梗死患者颈动脉的僵硬度对急性缺血性脑梗死也具有一定的预测价值。

7 展望

SWE技术利用其定量的弹性测量能力，能够实时、准确的得出所测量组织的杨氏模量值或剪切波传播速度，且受主观因素影响小，在临床上具有一个良好的应用发展前景。以上列举了SWE在几个系统中的应用，说明其在临床操作中具有可实施性，值得国内外学者进行更多其他部位的临床研究，使SWE技术成为超声诊断的重要组成部分，使超声检查成为影像科更为不可或缺的一部分。